Optoelektronik |
1. Bölüm

Optik ve elektroniğin birleşimi olan optoelektronik, ışık enerjisi ile elektrik enerjisinin birbirine dönüşümünü inceleyen bilim dalıdır. Optoelektronik teknolojileriyle iletişim, aydınlatma, enerji üretimi gibi birçok sektörde hızla büyüme yaşanmaktadır. Optoelektronik teknolojilerini ve uygulama alanlarının detaylarını yazımızda bulabilirsiniz.

A- A+

27.07.2015 tarihli yazı 29141 kez okunmuştur.

Optoelektronik Elektronik Işık Spektrum Enerji Dönüşümü Teknoloji Aydınlatma

Optoelektronik Nedir?

Optoelektronikte, ışık enerjisi ile etkileşim kurabilen bir alıcı veya verici yardımıyla, ışık ile elektrik enerjisinin birbirine dönüşümü sağlanır. Bu nedenle optoelektroniğin temelini yarı iletken ışın verici-alıcı ile ışın taşıyıcılar oluşturur.

►Yarı iletken Işın Verici: Üzerine uygulanan akıma karşılık, yapısında kullanılan malzemeye bağlı olarak belirli bir spektrumda ışınım yayar. En önemli örnekleri LED’ler ve lazerlerdir.

►Yarı İletken Işın Alıcı: Üzerine kızıl ötesi veya mor ötesi bölgede bulunan bir ışın geldiğinde, ışının enerjisini gerilim veya akıma dönüştürürler.

►Işın Taşıyıcılar: Optoelektronik teknolojisinde taşıyıcı olarak, genellikle camdan veya özel plastik karışımlardan yapılan fiber optik bağlantılar kullanılır.

Şekil 1: Optoelektronikte ışığın spektrumu, elektromanyetik spektrum çizelgesinde morötesi, görünür ve kızılötesi bölgelerini kapsamaktadır.

Optoelektronik Teknolojisinin Uygulama Alanları

Foton ile elektron arasındaki dönüşümleri inceleyen optoelektronik bilimi, çok hızlı bir şekilde gelişerek, hayatımızın her alanına girmeye devam etmektedir. Optoelektroniğin kullanıldığı bazı alanlar;

►Aydınlatma; Son yıllarda, LED'li aydınlatma sistemlerinin kullanımında büyük bir artış yaşanmaktadır. Cep telefonlarından televizyonlara, trafik ışıklarından ev ve ofis aydınlatmasına kadar çok geniş bir kullanım yelpazesine sahip olan LED'ler, p-n jonksiyonlu bir yarı iletkendir. Eğer LED iletim yönünde kutuplanırsa, serbest elektronların bir kısmı n bölgesinden p bölgesine geçer, bir kısmı ise valans bandları arasında bulunan deliklerle birleşir. Bu birleşme sonucunda eğer 'hv' kuantum enerjisi, eşik gerilimini geçiyorsa ışıma gerçekleşir.

LED'lerin yaydığı ışığın rengi ise yarı iletkenin yapısına katılan mazlemeye göre değişmektedir. Alüminyum, fosfat, galyum gibi kimyasal malzemeler, farklı renklerde ışık oluşumu için LED'lerin yapısına eklenir. Örneğin; mavi renk oluşumu için galyum ve nitritten oluşan (GaN) kimyasal birleşimi, LED'in yapısına eklenmelidir.

Şekil 2: LED'ler yarı iletken katkı maddesine göre farklı renk seçenekleri sunarlar. Yeşil bir ışık elde edebilmek için yarı iletken malzemeye galyum fosfat (Gap) katkısı yapılmalıdır.

►İlginizi Çekebilir: İzolatörler 1. Bölüm

LED'lerin aydınlatma sistemlerinde kullanılmasının temel nedenleri ise uzun ömürlü olmaları, güç tasarrufu sağlamaları, farklı renk seçenekleri ile şık bir tasarım sunmalarıdır.

►Enerji Üretimi; Optoelektronik, güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretiminde de söz sahbidir. Aynı LED aydınlatmada olduğu gibi güneş pillerinin temelini de p-n jonksiyon prensibi oluşturur. Elektrik enerjisinin ışık enerjisine dönüştürüldüğü aydınlatmadan tersinir olarak ise ışık enerjisinden elektrik enerjisi üretilir.

p ve n eklemli farklı iki malzemenin ortak temas bölgesi foton radyasyonuna maruz kaldığında, fotonlar arada bulunan deliklere tutunur. Elektron n yüzeyine, delikler p yüzeyine itilir. Devre iletkenlerle bağlandığında, elektronlar n yüzeyini terk eder.

Şekil 3: Fotonlar p-n bölgesinin orta kısmına tutunarak bir gerilim oluşmasını sağlar. (Mavi bölge n, kırmızı bölge p, gri bölge iletken)

►İlginizi Çekebilir: Güneş Paneli Nasıl Çalışır?

Güneş pillerinin düşük verimli, pahalı ve büyük boyutlu olmalasına rağmen kullanımlar her geçen gün yaygınlaşmaktadır.

►Haberleşme; Klasik haberleşme sistemlerinde, veri transferi için bakır teller veya yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar kullanılmaktadır. Bakır telle yapılan haberleşmede, uzun mesafelerde kayıplar çok fazladır ve iletilen veriye kolaylıkla ulaşılması nedeniyle güvenli değildir.

Fiber optik hatlarla iletilecek olan analog ve sayısal sinyal öncelikle bir kodlama işlemine tabi tutulur. Sonrasında bu kod, periyodik sinyalin üzerine bindirilir ve fiber optik kablolar boyunca taşınır. Taşınan sinyal, bir algılayıcı tarafından algılandığında iletim işlemi tamamlanmış olur ve kod çözülür.

Şekil 4: Fiber optik teknolojisiyle yapılan haberleşmede kullanılan fiber optik kablodan bir kesit.

Fiber optik hatlar üzerinden yapılan haberleşmede dışarıya elektromanyetik yayılım söz konusu değildir ve kayıplar çok azdır. Bu özelliği sayesinde bankacılık ve askeriyede güvenli bir şekilde kullanılabilektedirler.

►Devrelerin Yalıtılması; Özellikle elektronikte, devreler arasındaki istenmeyen sıçramaları engellemek için yalıtım yapmak gerekmektedir. Son yıllarda, bu amaçla optoelektronik devre elemanı olan optokuplörler çok sık bir şekilde kullanılmaktadır. Optokuplörler, elektriksel olarak birbirinden yalıtımla ayrılmış, en az bir tane LED ve fotoalıcıdan oluşmaktadır. Giriş ile çıkış arasındaki bağlantı optik bağlantıyla yapılmaktadır.

Şekil 5: Yalıtımdan görevli optokuplörler

Optokuplörler görevları bakımından yalıtkan transformatörlere benzetebiliriz. Tek giriş - iki çıkışı olan transformatörler, tek ışın verici - iki foto alıcılı optokuplörlere benzer. Optokuplörlerin boyutları küçük ve maliyeti az olduğu için transformatörlere göre daha avantajlıdır.

►Sensörler; Optoelektronik teknoloji, özellikle ihbar ve uyarı sistemlerinde kolaylıkla kullanılır. Optik sensörler yardımıyla fiziksel değişiklik algılanabilmekte ve veriler işlemciler tarafından işlenerek gerekli ihbar ve uyarı verilebilmektedir. Özellikle, hırsız alarm sistemlerinde kullanılmaktadır.

Kaynak:

►Wikipedia
►Açık Ders