RU2752615C1 - Оптопара с полупроводниковым лазером - Google Patents
Оптопара с полупроводниковым лазером Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752615C1 RU2752615C1 RU2021102191A RU2021102191A RU2752615C1 RU 2752615 C1 RU2752615 C1 RU 2752615C1 RU 2021102191 A RU2021102191 A RU 2021102191A RU 2021102191 A RU2021102191 A RU 2021102191A RU 2752615 C1 RU2752615 C1 RU 2752615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- photovoltaic unit
- optocoupler
- semiconductor laser
- glass tube
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 claims 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области преобразования световой энергии в электрическую и касается оптопары с полупроводниковым лазером. Оптопара содержит корпус, выполненный в виде трубы из диэлектрического материала. На одном торце корпуса оптопары расположен полупроводниковый лазер, а на другом торце расположен фотоэлектрический блок. Фотоэлектрический блок включает в себя корпус, фотоприемный элемент, рассеивающую линзу, глухое зеркало, муфту, электрический разъем, два контакта и светораспределитель. Корпус фотоэлектрического блока выполнен в виде полого цилиндра с зеркальными торцевыми поверхностями. В качестве фотоприемного элемента использована батарея солнечных элементов, расположенных коаксиально на боковой внутренней поверхности корпуса фотоэлектрического блока. Светораспределитель расположен на оси корпуса фотоэлектрического блока и выполнен в виде стеклянной трубки, покрытой сверху тонким слоем отражающего покрытия. Один торец стеклянной трубки через рассеивающую линзу закреплен на переднем торце корпуса фотоэлектрического блока, а второй торец закрыт глухим зеркалом и закреплен на заднем торце корпуса фотоэлектрического блока. Технический результат заключается в увеличении выходной мощности оптопары, повышении ее электрической прочности и снижении потерь энергии. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую.
Известна резистивная оптопара, состоящая из излучающего элемента и фотоприемного элемента, между которыми имеется оптическая связь и обеспечена электрическая изоляция. В качестве фотоприемного элемента в этой оптопаре используется фоторезистор или полупроводниковый резистор. Излучателем в резистивной оптопаре может служить сверхминиатюрная лампочка накаливания, светоизлучающий диод, ИК-излучающий диод (Иванов В.И. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник. / В.И. Иванов, А.И. Аксенов, A.M. Юшин - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 448 с., с. 309).
Это устройство обладает низкой выходной мощностью из-за использования в его составе изучающего элемента с малой мощностью излучения и фотоэлектрического элемента, рассчитанного на преобразования светового излучения малой мощности, а также низкой электрической прочностью, из-за малого расстояния между излучающим элементом и фотоэлектрическим элементом, значительными потерями энергии в оптопаре из-за того, что только часть излучения из диаграммы направленности от излучающего элементы, попадающая на фотоприемный элемент, преобразовывается в электрический ток, и из-за того, что излучение излучающего элемента преобразовывается фотоприемным элементом с не максимально возможным КПД.
Это ограничивает величину выходной мощности построенных на основе таких оптопар оптоэлектронных трансформаторов и значение величин напряжения, при которых они могут работать, а потери энергии в этих оптоэлектронных трансформаторах значительны.
Техническим результатом изобретения является увеличение выходной мощности оптопары, ее электрической прочности, снижение потери энергии в ней.
Задача, на решение которой направлено техническое решение, достигается тем, что в известном устройстве, содержащем излучатель, фотоприемный элемент, закрепленный на корпусе, корпус выполнен в виде трубы из диэлектрического материала, на внешней боковой поверхности которого имеются распределители потенциала в качестве излучателя света использован полупроводниковый лазер, в качестве фотоприемного элемента использован фотоэлектрический блок, причем на одном торце корпуса оптопары расположен полупроводниковый лазер, а на другом торце расположен фотоэлектрический блок, включающий корпус, фотопремный элемент, рассеивающую линзу, глухое зеркало, муфту, электрический разъем, два контакта и светораспределитеть, в качестве фотоприемного элемента использована батарея солнечных элементов, корпус фотоэлектрического блока выполнен в виде полого цилиндра с торцевыми поверхностями, внутренние торцевые поверхности, выполненные зеркальными, батарея солнечных элементов расположена коаксиально на боковой внутренней поверхности корпуса фотоэлектрического блока, светораспределитель расположен на оси корпуса фотоэлектрического блока и выполнен в виде стеклянной трубки, покрытой сверху тонким слоем отражающего покрытия, один торец стеклянной трубки через рассеивающую линзу закреплен на переднем торце корпуса фотоэлектрического блока имеющего отверстие для установки рассеивающей линзы, второй торец стеклянной трубки закрыт глухим зеркалом и закреплен на заднем торце корпуса фотоэлектрического блока с помощью муфты, с обратной стороне которого расположен электрический разъем с двумя контактами соединенными с батареей солнечных элементов.
На фигуре приведена структурная схема оптопары с полупроводниковым лазером. Оптопара с полупроводниковым лазером содержит корпус фотоэлектрического блока 1, батарея солнечных элементов 2, светораспределитель в виде стеклянной трубка 3, зеркальное покрытие светораспределителя 4, глухое зеркало 5, полупроводниковый лазер 6, торцы корпуса фотоэлектрического блока с зеркальным покрытием 7 и 9, муфта 8, контакты 10, электрический разъем 11, корпус оптопары, выполненный в виде полого изолятора 12, отрицательная линза 13, распределители потенциалов корпус оптопары 14. Стрелками показан ход световых лучей.
При отсутствии напряжения на полупроводниковом лазере 6 электрический ток на выходе батареи солнечных элементов 11 отсутствует.
При поступлении напряжения на полупроводниковый лазер 6 его излучение, пройдя через корпус оптопары, выполненный в виде полого изолятора 12 с распределителями потенциалов 14, попадает на отрицательную линзу 13, рассеивается ее и попадает светораспределитель в виде стеклянной трубка с отражающей боковой поверхностью с зеркальным покрытием 3. Это излучение частично выходит из нее, одновременно распространяясь в этой трубке, попадает на батарее солнечных элементов 5. В батареях солнечных элементов излучение полупроводникового лазера оно преобразовывается в электрический ток и далее через выводы 10 поступает на выводы 11, передается потребителю.
Предлагаемая оптопара с полупроводниковым лазером по сравнению с прототипом обеспечивает более высокую выходную мощность. Это обеспечивает тем, что в составе оптопары в качестве источника света используется полупроводниковый лазер 6, в качестве фотоприемного элемента используется батарея солнечных элементов 2. Увеличение электрической прочности оптопары достигается за счет предлагаемой конструкции оптопары, в которой увеличивается расстояние между источником излучения, в качестве которого используется полупроводниковый лазер 6, и ее фотоприемным элементом, в качестве которого используется батарея солнечных элементов 2. Для этого между ними располагается корпус, выполненный в виде полого изолятора 14 с распределителями потенциалов.
При практической реализации оптопары с полупроводниковым лазером, например при использовании в качестве источника излучения в составе оптопары полупроводникововго лазера SP-DHS-457-W мощностью 10 Вт, при КПД преобразования излучения лазера солнечными элементами ~85%, с учетом потерь, возникающих при передачи оптического излучения от лазера к батарее солнечных элементов, мощность электрического тока на выходе оптопары может быть ~8 Вт. Такая мощность на выходе оптопары достигается, если в качестве солнечных элементов использовать многослойные структуры, обеспечивающие каскадное преобразование оптического излучения. Для этих целей могут быть использованы трех- и четырехкомпонентные соединения элементов III и V групп периодической системы. Кроме того, могут быть использованы гетероструктуры с вариозной базой, когда на выходе создается широкозонное окно, соответствующее максимальной ширине спектра преобразовываемого излучения, а база имеет переменное по глубине значение 
(благодаря плавному изменению состава, уменьшающегося по мере углубления). Такие структуры можно получить, используя двойные, тройные и четвертные соединения на базе компонент, входящих в состав GaAs [Кирин И.Г. Потери энергии в источниках вторичного электропитания с системами гальванической развязки «Источник оптического излучения - фотоэлектрический преобразователь». / Кирин И.Г. // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2014. N 4. - С. 153-157].
Предлагаемое устройство оптопары с полупроводниковым лазером позволяет существенно увеличить ее мощность, электрическую прочность, снизить потери энергии внутри оптопары, что позволит практически реализовывать оптоэлектронные трансформаторы с большей выходной мощностью, рассчитанные на использование более высокого значения напряжения, и обладающие низкими потерями.
Claims (1)
- Оптопара с полупроводниковым лазером, содержащая излучатель, фотоприемный элемент, закрепленные на корпусе, отличающаяся тем, что содержит корпус выполненный в виде трубы из диэлектрического материала, на внешней боковой поверхности которого имеются распределители потенциала, в качестве излучателя света использован полупроводниковый лазер, в качестве фотоприемного элемента использован фотоэлектрический блок, причем на одном торце корпуса оптопары расположен полупроводниковый лазер, а на другом торце расположен фотоэлектрический блок, включающий корпус, фотопремный элемент, рассеивающую линзу, глухое зеркало, муфту, электрический разъем, два контакта и светораспределитель, в качестве фотоприемного элемента использована батарея солнечных элементов, корпус фотоэлектрического блока выполнен в виде полого цилиндра с торцевыми поверхностями, внутренние торцевые поверхности выполнены зеркальными, батарея солнечных элементов расположена коаксиально на боковой внутренней поверхности корпуса фотоэлектрического блока, светораспределитель расположен на оси корпуса фотоэлектрического блока и выполнен в виде стеклянной трубки, покрытой сверху тонким слоем отражающего покрытия, один торец стеклянной трубки через рассеивающую линзу закреплен на переднем торце корпуса фотоэлектрического блока, имеющего отверстие для установки рассеивающей линзы, второй торец стеклянной трубки закрыт глухим зеркалом и закреплен на заднем торце корпуса фотоэлектрического блока с помощью муфты, с обратной стороне которого расположен электрический разъем с двумя контактами, соединенными с батареей солнечных элементов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102191A RU2752615C1 (ru) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | Оптопара с полупроводниковым лазером |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102191A RU2752615C1 (ru) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | Оптопара с полупроводниковым лазером |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2752615C1 true RU2752615C1 (ru) | 2021-07-29 |
Family
ID=77226279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021102191A RU2752615C1 (ru) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | Оптопара с полупроводниковым лазером |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2752615C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7748912B2 (en) * | 2002-10-29 | 2010-07-06 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Double mold optocouplers |
| US8985868B2 (en) * | 2010-09-12 | 2015-03-24 | Amphenol Corporation | Optoelectronic component |
| RU2627565C1 (ru) * | 2016-07-11 | 2017-08-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Оптопара с катадиоптрической линзой |
-
2021
- 2021-02-01 RU RU2021102191A patent/RU2752615C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7748912B2 (en) * | 2002-10-29 | 2010-07-06 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Double mold optocouplers |
| US8985868B2 (en) * | 2010-09-12 | 2015-03-24 | Amphenol Corporation | Optoelectronic component |
| RU2627565C1 (ru) * | 2016-07-11 | 2017-08-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Оптопара с катадиоптрической линзой |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| I.G. Kirin "Photoelectronic Transformers", M., ed. "University Book", 2013, pp. 46-47. * |
| И.Г. Кирин "Фотоэлектронные трансформаторы", М., изд. "Университетская книга", 2013 г., стр. 46-47. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Freunek et al. | Maximum efficiencies of indoor photovoltaic devices | |
| US20160269114A1 (en) | A device for simultaneous data and power transmission over an optical waveguide | |
| CN202134793U (zh) | 半导体激光器 | |
| RU2752615C1 (ru) | Оптопара с полупроводниковым лазером | |
| RU2627565C1 (ru) | Оптопара с катадиоптрической линзой | |
| TW201320359A (zh) | 太陽能應用裝置及太陽能應用方法 | |
| RU2618964C1 (ru) | Оптопара с шаровой лампой | |
| WO2010048484A2 (en) | Optical spectral concentrator, sensors and optical energy power systems | |
| CN212367279U (zh) | 一种多通道高灵敏度光接收器件 | |
| Peña et al. | GaAs multiple photovoltaic converters with an efficiency of 45% for monochromatic illumination | |
| Galatus et al. | Extending battery life time in the wireless sensor applications with fluorescent optical fiber concentrator | |
| Helmers et al. | Photovoltaic laser power converters for wireless optical power supply of sensor systems | |
| RU2672784C1 (ru) | Оптопара с трубчатой ксеноновой лампой | |
| RU2670706C1 (ru) | Оптопара с эллипсоидальным отражателем | |
| CN114236499A (zh) | 一种激光雷达 | |
| CN209784596U (zh) | 光电接收模组及光电接收器 | |
| JPS57198420A (en) | Coupling structure between photoelectric conversion element and fiber | |
| CN210243907U (zh) | 一种100g光模块耦合器件 | |
| Silvestre | Optoelectronics, photonics and sensors | |
| JP2010073396A (ja) | 採光装置 | |
| RU2633934C1 (ru) | Оптопара | |
| RU2696355C1 (ru) | Оптоволоконный фотоэлектрический преобразователь лазерного излучения | |
| CN109860310A (zh) | 一种电压信号光电探测器 | |
| CN217112701U (zh) | 一种激光雷达 | |
| US20230314731A1 (en) | Fused fiber-optic tapers in optical wireless receivers and method |