Классификация и принципы построения многокомпонентных оптронных структур

Самарский государственный аэрокосмический университет

В статье рассматриваются принципы спектрального взаимодействия многокомпонентных оптоэлектронных структур. Приводятся примеры реализации принципа спектрального взаимодействия в ряде оптоэлектронных преобразователей и элементов - в датчиках больших и малых перемещений, стабильных источниках и приемниках оптического излучения, устройствах гальванической развязки, коммутаторах оптических сигналов.

Общепризнанно, что применение оптоэлектроники в контрольно-измерительной технике и системах управления позволяет добиться высоких метрологических характеристик, устойчивости к электромагнитным воздействиям, позволяет создавать помехоустойчивые каналы связи, элементы практически идеальной гальванической развязки измерительных, управляющих и силовых цепей и т.д. Так как обобщенная структура оптоэлектронного устройства (ОЗУ) в каждом конкретном случае реализуется лишь частью блоков (рис.1), то можно выделить следующие группы ОЗУ: 1- оптоэлектронные элементы (ОЗЗ - источники излучения (ИИ), оптическая система (ОС), передающая и преобразующая излучение, приемники излучения (ПИ)); 2 - элементарные оптроны (используют блоки ИИ-ОС-ПИ); 3 - оптоэлект ронные преобразователи или устройства (содержат совокупность элементарных оптронов, устройства формирования и управления).

Воздействие информационных параметров в ОЗУ происходит, в основном, двумя способами: 1 - путем пространственно-временной модуляции светового потока некогерентного излучения (к этому же, в конечном счете, сводится и изменение степени и направления поляризации излучения); 2 - путем интерференционного взаимодействия когерентных компонент излучения и их модуляции. Например, в устройствах гальванической развязки аналоговых сигналов - оптронах, воздействие информационного параметра осуществляется посредством управления интенсивностью излучения ИИ, а в оптоэлектронных аналого-цифровых датчиках

Рис. 1. Обобщенная структура ОЗУ

перемещения - посредством пространственной модуляции излучения. В тоже время, использование принципа спектрального взаимодействия позволяет получить простые по конструктивному исполнению устройства с уникальными характеристиками.

В многокомпонентных оптронных структурах спектрального взаимодействия (МОС) на поверхность оптоэлектронных элементов (рис.2) ИИ (1), ОС (4) и ПИ (7), наносится дополнительный ряд компонент (2,3,5,6), выполняемых, обычно, в виде многослойных тонкопленочных покрытий (МТП). Эти компоненты, выполняя спектроформирующую функцию, функцию избирательной, временной и пространственной фильтрации, модуляции и коммутации, существенно изменяют свойства ОЭЭ. Здесь воздействие информационных параметров происходит вследствие спектрального взаимодействия многокомпонентных оптоэлектронных элементов (МОЭ). В результате такого взаимодействия становится возможным добиться инвариантности параметров ОЭУ к внешним дестабилизирующим факторам (ВДФ), реализовать функцию временной и пространственной модуляции, коммутации, спектрального уплотнения и создать прецизионные ОЭЭ и ОЭУ [1-3].

Многокомпонентные оптронные структуры (многокомпонентные оптоэлектронные элементы) спектрального взаимодействия -это оптоэлектронные устройства (элементы), в оптическую цепь которых введены (на поверхность которых нанесены) многокомпонентные оптические структуры, выполняющие спектроформирующую, спектровзаимодействующую и термокомпенсирующую функции, функции пространственной и временной модуляции и др., воздействие информационных параметров в которых происходит в результате взаимодействия их спектральных характеристик.

Рис. 2. Структурная схема МОС

Если обозначить

ф * я - t u _Ф ),т * я — T U _т ) , S * я t T U _S )

- абсолютные спектральные характеристики излучения ИИ, пропускания ОС и чувствительности ПИ, Uo,UT,US - управляющие сигналы ИИ, ОС и ПИ, а ф^я ,t t), т :^я ,t t), s ? я ,t т)

- абсолютные спектральные характеристики пропускания i, j, k-го МТП, нанесенных на поверхности ИИ, ОС и ПИ соответственно, то для последовательно соединенных МОЭ (рис.2) спектральный состав излучения I * ( A , t , т ) , падающего на ПИ, определится из выражения:

Г (1, t,t) = {Ф*(1, t,t,U> хПфМ t,t)}-{T*(1, t,t,UT) X zeI хП№ t,t)}<(1, t,t,Us )x jeJ

■ I M (1, t,t)}, keK где I, J, K - множество индексов компонент МТП, нанесенных на ИИ, элементы ОС и ПИ соответственно. Проведенные автором теоретические и экспериментальные исследования МОЭ позволяют с достаточной степенью точности и не зависимо от физической природы процессов, происходящих в них, аппроксимировать их абсолютные спектральные характеристики разностными функциями вида:

Ф * я ^ т и ф ) = Ф _м t T U ф ) -Ф& - Х _ф t T )] т * я t T U т ) = т м t T U т ) - т я - х _т t T )]

S * я ,t т u s ) = s м t T u s ) - s я - я t)] где:

фя - яф t,T), т я - A tT), S я - я tT) - относительные спектральные характеристики мощности излучения ИИ, пропускания ОС и чувствительности ПИ соответственно;

Фм tTU ф), т м tTU т ), S м tTUs) -температурно-временные зависимости изменения максимумов их абсолютных спектраль- ных характеристик; Аф t,T), A t,T), As t,T)- температурно-временные зависимости длин волн максимумов соответствующих спектральных характеристик. После введения в цепь оптической связи МТП спектральные характеристики МОЭ определятся из выражения:

Ф* = Фм tTU ф )• Ф[А - Аф tT) X хП< tTU Пф )• Ф^ [А - Аф _„ tTU A) ]

1g I t * = t M tTU T )• t [A - At t,T) х xR^ tTU Пт )• Tj [A- AT_n tTU Пат )]

1 g J

s* = sм tTU S )-s [A-As t) X хП^мА tTU nA )-SA [A-a„ up nAs)]: kGK где U Пф,и j U nA - управляющие воздействия на максимумы пропускания соответствУющих МТП, U ПАФ,и пАт ,U nkAs - управёя-ющие воздействия на сдвиг спектральных характеристик МТП.

Так как в общем случае для МОЭ наблюдается так же координатная зависимость их спектральных характеристик (по поверхности), то их абсолютные спектральные характеристики (обозначены знаком " ** ") запишутся в виде:

****

Ф x,y ,z, A ,t, T U _ф ) =

= Ф А ,t,T U ф U пФ U пАФ ) 'G ф x ,У , z ) ****

T   (x,y,z, A ,t, T ,U t ) =

=T A,t,T U T U ^ U nAT ) • G T x,y,z) (1) ****

S (x,y ,z, A ,t, T U _S ) =

= ^{S A} , ^tU s^U nS^U n A S^)GS x, ^y , ^z )

где: G ф (x,y,z), G T (x,y,z), G S (x,y,z)-весовые функции, учитывающие координатную зависимость соответствующих спектральных характеристик ИИ, ОС, ПИ, а U Ф^ T*U S** - множество управляющих воздействий МОЭ. Тогда с учетом [4] выражения для освещенности чувствительной пло щадки Рп ПИ от смещенного относительно него на величину x0, y0 ИИ с излучающей площадкой РИ, получим обобщенное выражение для величины выходного сигнала ПИ в виде:

А„              л**                              **

J = Г Г 1 Г ^Ф x o ^,y o ^,z o ^{, A ,t, T ,U} ф ) _х

А _н Р л ^z Р „ ^{[X - X} 0 ⁾² + ^{y -} У о^{) 2} + ^z o ^2]

×

×

**                           **

T    (x,y ,z, A ,t, T U t )

^[x - ^x o ⁾² + ⁽y - У о ⁾² + ^z o ^{2 ]}

S ** (x,y,z, A ,t, T ,U _S ** ) ^ dx_ody_o ^[ x ^- x o ^{)2 + (y - y} o ^{)2 + z 2 ]}

,(2) dx dy d A

Выражение (2) позволяет учесть как влияние информационных и управляющих воздействий на МОЭ, так и влияние ВДФ.

В таблице 1 с позиций теории чувствительности приведены выражения для опре-_ A J деления чувствительность МОС ^a I = j к изменению управляющих сигналов и ВДФ. В таблице 1 приняты следующие условные обозначения:

τ а ФМ	1		дФ м	t, T U	Ф )
	Ф м	t, T U	Ф )	∂ τ
τ a S M		1	d S м	t, T ,U	S )
	S м	t, T ,U	S )	∂ τ
τ a T M		1	д Т м	t, T U	T )
	T м	t, T ,U	T )	∂ τ

- инерционность ИИ, ОС, ПИ;

ос 1 т а ФМп	1		д Ф м 1 п	t, T ,U	Ф )
	ф мп	t, T ,U	Ф )	∂ τ
(X ■т a TMn		1	д Т мП	t, T ,U	T )
	т j мп	t, T ,U	т )	∂ τ
exkT a SMn		1	d S мА	t, T ,U	T )
	= k мп	t, T ,U	T )	∂ τ

- инерционность ИИ, ОС, ПИ по цепи управления МТП;

(X t аФМ

1      д Ф_м t T U ф )

Ф _м t, T U ф ) d t

Таблица 1. Чувствительность МОС к управляющим воздействиям и ВДФ

Воздействие Наименование воздействия Коэффициент чувствительности 1 2 3 афМ + aSM + aTM + /aФMn + ^aTMn + ^aSMn + i                  jk At время l - J А\1фЬХфа\ф + isbisal + 1biTal + A lÍ Е1фпЬ1фпа1Фп + ZlTnblTnOlTn + ZlSnbisnOlSnldl iel                   JeJ                 keK t             t            t                   it                    jt                   kt aФM + aSM + aTM + / , aФMn + / , aTMM+ / > aSMM+ i                   jk At температура 1 lr-M        t              t              t 1 А1[1фЬ1фа1ф + ls bisais + lT b1TaiT + A lÍ / 1Фnb1Я)na;l.Фn + / lTnbiTn^lTn + / lSnbiSnaiSn Jd1 Je7                 JeJ                keK AUo, AU^ интенсивность излучения ИИ UÔ              iUÔ    i aФM£AVJ ф + /aФMnAVJ пф i AUt , АиПт пропускание ОС a UM AUt +1L aTMT AU,t AUS, AUS чувствительность ПИ a UM AUs +/ a SUS AUS k AU ю сдвиг спектральной характеристики МТП ИИ l — J Ai[/ 1фп bлФnai:UфЛn AU, ф ]d1 A 1^    ieI AUir AUkis сдвиг спектральной характеристики МТП ОС сдвиг спектральной характеристики МТП ПИ Â — J A1[/ 1Tn bkaUAUJTr ]d1 A 1^   JeJ ос t атм

1 d T _м t T U _т ) T м t T U T ) d t

1 d S м t T U _s )

S м t T U S )      d t

- температурная чувствительность ИИ, ОС, ПИ;

	1	д фмМ	t, T ,U ф )
а ФМп Ф мп	t T ,u	ф )	d t
	1	d T мП	t, T ,U T )
a T M     j T мп	t, T ,U	T )	d t         ,
kt = ----	1	d S м к п	t, T ,U T )
a S M   S k мп	t, T ,U	T )	d t

- температурная чувствительность ИИ, ОС, ПИ по цепи МТП;

4 = Ф[1 - 1 (t,t)]х х n^i [1 - l-A t,01»)] • T[l - It (t. t)] • iel

keK

^ B

A = J A1dX;

^ H

T         1 дХф t,T) а^Ф = Хф t,T) ∂τ T         1 дХ t,T) aXT = 1       x XT t,T) дт   , т 1   di tT)

a i _S =--^S-----

Л д t, T )     dT

- крутизна спектральной характеристики ИИ, ОС, ПИ;

- инерционность изменения длин волн максимумов спектральных характеристик ИИ, ОС, ПИ;

_в 1 = д ф 1 Л - Л фп ]

^Рлфп        дЛ фп     ,

T ______¹______ ^{d I} Фn ^{t T U} п Л Ф )

^а1 Фп     11            1 ,                       ,

^Л Фп ^{t T U} п Л Ф )       ^dT

о j дт [I - Ij I влтп       длтп     ,

α

T

Л тп

1          d i jn t, T ,U П л т )

^n t T ^,U I ) ^d T

α

k T i Sn

1     ¹ t T U I )

^{1 t, T ,U} n i S ) ^dT

вк =dSi - IknI iS             k dISkn

- крутизна спектральной характеристики МТП соответственно ИИ, ОС, ПИ;

_ и Ф

U Ф аФМ

- инерционность изменения длин волн максимумов спектральных характеристик МТП соответственно ИИ, ОС, ПИ;

ос t = ^а1Ф

1    дЛ ф t T )

1 _Ф t, T )    d t

dФ _м t T U ф )

_ ит ^а т м

^{US a} S M

Ф м t, T U	Ф )	d U ф
1	д т	м t, T U т )
т м t T U	т )	d U т
1	d S	м t T U S )
S м t, T U	S )	d U S

,

,

« I

1    d j t, T )

I t T )    d t

« I s

1     d i _S t, T )

I _S t, T ) d t

- чувствительность максимумов спектральных характеристик ИИ, ОС, ПИ к соответствующим управляющим воздействиям;

а ^{iU Ф а}ФМп

- температурный коэффициент изменения

длин волн максимумов спектральных характеристик ИИ, ОС, ПИ;

« Л Фп

1       d i^ t T U П лф )

^Л фп ^{t T ,U} п Л Ф )        ^{d t}

^дфмп t, T ^,U Фп )

kUS aSMM осjUT атмм

Фмп	t, T ,U	Фп	)	d U Фп
	1		d T	мп t, T ,U	j тп '
т мп	t, T ,U	тп	)	d U тП
	1		d S	мп t T U	k Sn )
S мп	t, T ,U	k Sn	)	d U Skn

,

,

α

jt Л тп

1       ¹ t, T ^,U П Л т )

A jn ^{t T U} п Л т )        ^{d t}

kt а ISn

1        d i Sn t, T ,U j )

I Sn t, T ,U I )        ^{d t}

- чувствительность максимумов спектральных характеристик МТП соответственно ИИ, ОС, ПИ к соответствующим управляющим воздействиям;

- температурные коэффициенты изменения длин волн максимумов спектральных характеристик МТП соответственно ИИ, ОС, ПИ;

a iu i =________¹_______ ^dI 4>_n ^{t, T ,U} п л ф )

^{1 Фп}    ! _фп^ т и П 1 Ф )     d U i ’

в л Ф =

dФI - Лф | d^

jU I ^ Л тп

1      d i t T U I )

A n t T ^,U П л т ) d U 1 л т       ,

в Л т

d т I - л , ] d I _T

«X sn ' I Sn

d I kn t, T ^,U Ша )

I t t, T ,U 1g )      d U ig

Sn          n I S              n I S

β

" I S

d S [ I - I _S ] d i _S

- чувствительность изменения длин волн максимумов спектральных характеристик МТП соответственно ИИ, ОС, ПИ к соответствую-

щим управляющим воздействиям. Как видно из (2) и таблицы 1 выходной сигнал ПИ определяется величиной излучаемого ИИ светового потока, спектральными характеристиками МОЭ и взаимодействием этих спектральных характеристик. Причем, этим взаимодействием можно управлять как путем изменения соответствующих управляющих воздействий, так и изменением крутизны и взаимного расположения спектральных характеристик МОЭ. Так, например, примем, что МОС состоит из обычных ИИ, ПИ и двухкомпонентного МОЭ оптической системы, что ИИ и ПИ питаются от стабильных источников питания и характеризуется равномерной плотностью потока излучения по поверхности, а управляющие сигналы воздействуют только на МОЭ оптической системы. Тогда выходной сигнал ПИ определится из выражения:

JU^U 1,и_т¹_пд_т ² _п) =

{ Ф „ - т _м • S _м } - т Мп и Пт ) - T МП U Пт ) •

W - Л ^ т Л - / ... S ^ - A s^¹ х d A

Л „ х [ Л - a. U n A ) Т п ² Л - A , и П Ат )]

Пусть, для определенности, МОЭ сформированы на базе интерференционных фильтров, для которых характерно изменение длины волны максимума пропускания при изменении оптической толщины резонансных слоев (например, путем изменения углов наклонов V 1 , V 2 фильтров к потоку излучения), тогда:

^Т п ^{[ Л -} Хщ U п Л Т ^)] =             d         ;

1 + Б_х • Sin[—Cos V ]

¹ Л ¹

Т 2 Л - Л и Л )] =-------- _d------

1 + B₂ • Sin[—Cos V ₂ ] ² Л ²

где B 1 , B 2 - определяют полуширины пропускания фильтров (определяются конструктивными параметрами); d 1 , d 2 - оптические толщины резонансных слоев фильтров. Тогда, если зафиксировать один фильтр неподвижно, а второй смещать относительно первого на некоторый угол, то в результате спектрального взаимодействия их характеристик выходной сигнал ПИ будет определяться изменением угла наклона второго фильтра. На рис. 3 изображено семейство позиционных характеристик такого преобразователя угловых перемещений при различной крутизне спектральной характеристики фильтров. Как видно, даже при небольших наклонах фильтра (наклон в 0,1 радиана при размере фильтра 10 мм соответствует линейному перемещению в 1 мм) наблюдается существенное изменение выходного сигнала ПИ.

Если принять в (2), что управляющие воздействия на МОЭ неизменны во времени, отсутствует координатная зависимость спектральных характеристик элементов, а ВДФ проявляются только в температурных изменениях характеристик, то температурную зависимость выходного сигнала ПИ можно определить из (4). Откуда следует, что температурная зависимость выходного сигнала

а)

б)

Рис. 3. Схема и позиционные характеристики преобразователя угловых перемещений

ПИ определяется температурными зависимостями спектральных характеристик МОЭ и их взаимодействием.

J t) = Ф _м №_м t)S _м №_М 1 t) -

^Ф [ ^ - Км t)T [ А - А t)] X ,    ₍₄₎

Ах А - /- t)]^ - Л^ t)dA’

Если учесть, что при изменении температуры МОЭ наблюдается сдвиг их спектральных характеристик, то из условия:

t B

J [J t) - J0 ]2dt ^ min t можно определить оптимальную характеристику МТП TM1 t)Tn1A - ATn t) , обеспечивающую необходимую температурную стабильность параметров МОС.

Проведенные автором экспериментальные и теоретические исследования, позволили создать ряд термокомпенсированных аналоговых МОЭ спектрального взаимодействия и прецизионных измерительных устройств на их основе. Так на рис.4 приведены экспериментальные температурные зависимости мощности излучения арсенидо-галли-евого светодиода, термокомпенсированного по цепи оптического канала путем нанесения на наружную поверхность кристалла светодиода МТП и температурные зависимости текущей относительной погрешности термокомпенсации P(t). Как видно, при толщине МТП d=0,916 мкм в диапазоне температур от 0 до 110 градусов температурная погрешность ИИ не превышает 0,3%.

Классификация МОС спектрального вза имодействия (рис. 5) отражает наиболее важные классы.

По виду конструктивного исполнения МТП можно выделить на три класса: МОС дискретного исполнения, МОС интегрального исполнения и комбинированные МОС. В первом случае МТП выполняются в виде отдельных конструктивно законченных оптических спектро-формирующих элементов (СФЭ), во втором случае МТП наносятся непосредственно на рабочую поверхность МОЭ, в третьем случае часть МОЭ выполняется по первому, а часть - по второму вариантам. Очевидно, что во втором варианте исполнения МОС, благодаря малой толщине МТП (единицы-доли мкм) и непосредственному контакту с рабочей поверхностью МОЭ обеспечиваются не только минимальные габаритно-массовые показатели, но и идеальный тепловой контакт МТП с поверхность МОЭ (последнее обстоятельство позволило создать ряд МОС и МОЭ, термокомпенсированных по оптическому каналу). Выполнение же МТП в едином технологическом процессе с изготовлением МОЭ гарантирует высокую повторяемость их характеристик и высокую надежность. По виду исполнения СФЭ можно выделить: МОС с объемными СФЭ - здесь формирование спектральных характеристик происходит за счет поглощения, отражения и рассеивания излучения в веществе СФЭ; МОС с толстопленочными СФЭ - здесь формирование спектральных характеристик происходит так же за счет объемных эффектов в веществе, но СФЭ выполняется по толстопленочной технологии

Рис. 4. Температурные характеристики и погрешность термокомпенсации многокомпонентного арсенидо-галлиевого светодиода при различных толщинах МТП (мкм)

Рис. 5. Классификационная схема МОС

путем нанесения на поверхность МОЭ; МОС с тонкопленочными одно- и многослойными СФЭ - здесь формирование спектральных характеристик происходит, в основном, за счет интерференционных явлений в пленочных структурах. По виду влияния внутренних управляющих или ВДФ на спектральные характеристики МОЭ можно выделить: МОС с неизменными спектральными характеристиками и МОС с изменяемыми спектральными характеристиками. Последние делятся на

МОС с регулируемыми (управляемыми) спектральными характеристиками СФЭ под действием специально сформированных тепловых, электромагнитных, звуковых и т.д. полей, и на МОС с изменением спектральных характеристик под действием ВДФ (температуры, вибрации и т.д.). По принципу формирования спектральной характеристики СФЭ можно выделить: МОС с параллельно-дискретным, с параллельно-непрерывным и последовательным формированием спектраль- ной характеристики СФЭ. В МОС с параллельно-дискретным формированием спектральной характеристики СФЭ представляет из себя (рис.6) множество одновременно освещаемых параллельным световым потоком элементарных дискретных спектроформирующих элементов СФЭ1 ... СФт, каждый из которых реализует свою часть итоговой спектральной характеристики. Здесь суммирование сигналов, прошедших через СФЭ, осуществляется в ПИ. В этом случае, при пространственно равномерном световом потоке ИИ выходной сигнал ПИ определяется из выражения:

Таблица 2. Основные характеристики элементов и устройств МОС

Тип МОС	Взаимодействие	Характеристика	Значение
Модуль гальванической развязки сигналов датчиков	Спектральная термокомпенсация ИИ-ПИ	Количество гальванически развязанных каналов	от 1 до 16
		Напряжение развязки, кВ	от 1 до 6
		К-т нелинейности характеристики, %	0,02
		Приведенный температурный коэффициент передаточной характеристики, не более %/ 0С	0,005
		Напряжение питания, В	+12,6; -12,6
		Габаритные размеры модуля, мм	100х150
Кодирующий фотоприемник	Спектральная термокомпенсация ИИ-ПИ	Число двоичных разрядов фотоприемника	10
		Число двоичных разрядов выходного кода датчика	14
		Диаметр фотоприемника, мм	40
		Максимальная частота считывания, кГц	100
		Диапазон измеряемых перемещений, град.	0^360
		Диапазон рабочих температур, оС	-20...+60
Аналоговый ПИ угловых перемещений	Спектральная термокомпенсация ИИ-ПИ	Диапазон измеряемых перемещений, град.	0^30
		Основная погрешность, %	0,25
		Дополнительная температурная погрешность, %	0,3
		Диапазон рабочих температур, оС	-20...+60
Аналоговый датчик угловых перемещений	Спектральное взаимодействие при угловом перемещении	Диапазон измеряемых перемещений, град.	0...3
		Основная погрешность, угл.сек.	25
		Дополнительная температурная погрешность, угл.сек.	30
		Диапазон рабочих температур, оС	-20...+60
Аналоговый датчик линейных перемещений	Спектральное взаимодействие при угловом перемещении	Диапазон измеряемых перемещений, мм	0...1
		Основная погрешность, %	0,3
		Дополнительная температурная погрешность, %	0,3
		Диапазон рабочих температур, оС	-20...+60
Коммутатор оптических сигналов	Электрическое управление спектральной характеристикой	Длина волны излучения, мкм	0,98
		Полоса пропускания, мкм	0,1
		Количество каналов	100 (10*10)
АЦП линейных перемещений со спектральным кодированием	Пространственная модуляция спектральной характеристики МТП	Диапазон измеряемых перемещений, мм	0^50
		Количество двоичных разрядов	10
		Спектральный диапазон излучения, мкм	0,4-0,98
		Диапазон рабочих температур, оС	-20...+60
Оптический коммутатор-демультиплексор	Электрическое управление спектральной характеристикой	Длина волны излучения, мкм	0,98
		Количество каналов	10
		Полоса пропускания, мкм	0,1
		Диапазон рабочих температур, оС	-20...+60

а)

б)

Рис. 6. Параллельно-дискретное и параллельнонепрерывное формирование спектральной характеристики

λ _B

J ( t ) = F { J J *( X , t ) d X }, λ _H

J * ( X , t ) = Ф * ( X , t ) - X t; j ( X , t ) ■ S * ( X , t \ JeJ                           "

MOC с параллельно-непрерывным формированием спектральной характеристики (рис.б) отличается тем, что CФЭ выполнен в виде единого конструктива, реализующего необходимую зависимость. Здесь используется зависимость спектральной характеристики MТП от угла падения излучения на их поверхность [5]' Для данного варианта MOC при пространственно равномерном световом потоке ИИ выходной сигнал ПИ определяется из выражения:

J * X ,t) = Ф * X ,t) - 5 * X ,t) x x J J T * X ,,x,y,t)dxdy,

X Y а профиль подложки СФЭ ^(x) определится из интегрального уравнения Фредмгольма:

T X )=Л---------------■'---------------

B         d y       d w-

Pn a + D -Cos{—Cos [arctg—+ arctg2-]} X        dx      dy где: A, B, C, D - константы, определяемые параметрами МТП.

MOC с последовательным формированием спектральной характеристики (рис.7) представляет из себя множество последовательно расположенных конструктивно закон ченных элементарных дискретных или выполненных в виде единого конструктива спектроформирующих элементов. Здесь результирующая спектральная характеристика получается в результате произведения спектральных характеристик элементарных спектроформирующих элементов:

j * X ,t) = ф * X ,t) - n T *^j X ,t) - S * X ,t) j e j

По виду спектральной характеристики спектроформирующего элемента можно выделить: MOC с узкополосной и с широкополосной спектральной характеристикой спектроформирующего элемента. MOC с широкополосной характеристикой спектроформирующего элемента делятся на многополосные, полосовые и отрезающие. Oсобо необходимо выделить класс MOC со специально сформированной спектральной характеристикой спектроформирующего элемента - как класс MOЭ с уникальными эксплуатационными характеристиками.

По назначению МТП можно выделить: MOC, в которых MТП выполняет функцию защиты элемента от внешних воздействий -спектроформирующая функция является не основной, а побочной; MOC, в которых MТП выполняет функцию компенсации внешних воздействий на характеристки элементов; MOC, в которых воздействие информационных параметров на спектроформирующий элемент приводит к спектральной, пространственной и временной модуляции светового потока.

По виду конструктивного исполнения. МОЭ можно выделить: MOC с одно- и много элементными MOЭ и комбинированные MOC, в которых часть MOЭ представляет из себя элементарные источники и приемники излучения, а часть - много элементные MOЭ'

По виду используемого ИИ можно вы-

Рис. 7. Последовательное формирование спектральной характеристики делить: МОС с внешним естественным источником излучения; МОС с внутренним (искусственным) источником когерентного или некогерентного излучения.

На основе описанного принципа спектрального взаимодействия автором разработан и исследован ряд МОЭ и МОС, характеристики некоторых из них приведены в таблице 2.