ما المقصود بالإلكترونيات الضوئية

شهد علم الإلكترونيات الضوئية تطورا كبيرا فقد أصبح الضوء أحد العناصر الرئيسة الفعالة المحركة لكثير من التطبيقات العملية، وأدى هذا التطور إلى تصنيع عدد من العناصر الإلكترونية من المواد شبه الموصلة التي تعمل بالضوء، وكذلك أسهم استعمال الضوء وأثره العكسي في إنتاج أصناف عدة من العناصر الحساسة للضوء بتكلفة منخفضة، وتم الاستفادة من تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية، وتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية في عديد من التطبيقات.

الإلكترونيات الضوئية

الإلكترونيات الضوئية Optical Electronics

تستخدم المواد شبه الموصلة في تصنيع عديد من العناصر الإلكترونية التي تعمل بالضوء، مثل: المقاومة الضوئية، والثنائي الضوئي، والترانزستور الضوئي، والخلايا الضوئية، وتستخدم هذه العناصر في تطبيقات عملية عدة، أهمها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية، أو بالعكس.

الطيف الكهرومغناطيسي

يتكون الطيف الكهرومغناطيسي من مجموعات من الموجات المتماثلة من حيث الخصائص، لكنها تختلف في أطوالها الموجية، وفي تردداتها.

من أهم الموجات الضوئية التي تحكم عمل العناصر الإلكترونية الضوئية

الضوء المرئي

يمثل الضوء المرئي جزءا صغيرا من الطيف الكهر مغناطيسي، وهو الذي تراه العين البشرية، ويمثل ألوان الضوء المختلفة، ويتكون من سبعة ألوان وهو مجموعة من الإشعاعات تتراوح أطوالها الموجية بين380 نانومتر و750 نانومتر.

الأشعة تحت الحمراء

هي أشعة كهرومغناطيسية تقع في الجزء غير المرئي من الطيف الكهر مغناطيسي، غير أن العين البشرية لا تستطيع رؤيتها، وتقع بعد الضوء المرئي مباشرة.

الأشعة فوق البنفسجية

هي أشعة كهر مغناطيسية تقع في الجزء غير المرني من الطيف الكهر مغناطيسي، وتقع قبل الضوء المرئي مباشرة.
على الر غم من قدرة العين البشرية على الاستجابة للطيف الترددي المرئي وتمييز ألوانه المختلفة، فإنها تبدي استجابة مختلفة لكل لون من ألوان الطيف الترددي المرئي.

المصطلحات الضوئية

في ما يأتي بعض أهم المصطلحات الضوئية:

اللومن (Lumen (Lm

هو كمية الضوء الساقط على وحدة المساحة الواقعة على بعد وحدة المسافة من مصدر ضوئي منتظم، شدة إضاءته شمعة واحدة.

اللوكس (Lux (Lu

هو وحدة قياس الإضاءة وهي تساوي (لومن/ متر مربع)، وتمثل كمية الضوء الساقط على وحدة المساحة مقيسة باللومن.

الظاهرة الكهروضوئية Photoelectric Effect

ظاهرة تحدث نتيجة إطلاق الأجسام الصلبة والسائلة والغازية إلكترونات عند بدء امتصاصها الطاقة المستمدة من الضوء.
تعرف الظاهرة الكهروضوئية بأنها ظاهرة إطلاق المواد الفلزية لإلكترونات عند تعرضها لموجات كهر مغناطيسية أو أشعة ضوئية مثل الانبعاث الحراري، والانبعاث الثانوي.
عند سقوط الضوء على المادة شبه الموصلة تعمل طاقة الضوء على توليد أزواج إضافية من الإلكترونات والفجوات؛ إذ تعتمد موصلية أشباه الموصلات على كثافة الإشعاع الضوئي الساقط على سطح المادة شبه الموصلة. ولما كانت حاملات الشحنة تزداد مع كثافة الضوء الساقط، فان موصلية المادة شبه الموصلة تزداد، في ما يعرف بالظاهرة الكهروضوئية.

ظاهرة التأثير الكهروضوئي Photo-Voltaic Effect

عند تعرض وصلة شبة موصلة (p-n) منحازة انحيازا عكسيا للضوء، وإن فوتونات الضوء تصطدم بالوصلة، فتعمل الطاقة الممتصة من هذه الفوتونات على انفلات بعض إلكترونات مدار التكافؤ ، مولدة أزواجا من الإلكترونات والفجوات في كل من جزأي الوصلة، فيزداد عدد حاملات الشحنة الأكثرية والأقلية، وتكون نسبة الزيادة في الشحنات الأقلية عالية. ولأن الوصلة تكون في حالة انحياز عكسي؛ فإن عرض منطقة الاستنزاف يزيد، ولا تعبر حاملات الشحنة الأقلية الوصلة نتيجة درجة الحرارة، فيزداد التيار العكسي. إذا كانت الوصلة في دارة كهربائية مفتوحة، فإن قوة دافعة كهربائية تتولد بين طرفي الوصلة، في ما يعرف بظاهرة التأثير الكهروضوئي Photo-Voltaic Effect، أما إذا وصل حمل كهربائي بين أطراف هذه الوصلة، فإن تيارا كهربائيا يسري فيها.

اعتمادا على الظاهرتين السابقتين، يمكن بناء عديد من العناصر الإلكترونية الضوئية، وهذه بعضها:

المقاومة الضوئية Photo resistor
الثنائي المشع للضوء LED
ثنائي الليزر Laser Diode
الثنائي الضوئي Photo Diode
الترانزستور الضوئيPhoto Transistor
الثايرستور الضوئي Photo Thyristor
وحدات الربط الضوئي Opto Couplers
الخلايا الكهروضوئية Photo Electric Cells
وحدات الاظهار الرقمية Digital System Display

المصدر

كتاب الاتصالات والالكترونيات المنهج الأردني

موتورز كافيه