Opto-Elektronik

Der Begriff Optoelektronik (manchmal auch Optronik oder Optotronik genannt) entstand aus der Kombination von Optik und Mikroelektronik und umfasst im weitesten Sinne alle Produkte und Verfahren, die die Umwandlung von elektronisch erzeugten Daten und Energien in Lichtemission ermöglichen und umgekehrt. Hintergrund ist z. B. der Versuch, die Vorteile der elektronischen Datenaufbereitung und Verarbeitung mit den Vorteilen der schnellen und elektromagnetisch und elektrostatisch unstörbaren breitbandigen Übertragungseigenschaft des Lichtes zu kombinieren. Gleichzeitig fällt hierunter auch die Wandlung von elektrischer Energie in Licht und umgekehrt auf der Basis der elektronischen Halbleitertechnik, wobei das erzeugte Licht sich entweder im Freiraum oder in festen lichtdurchlässigen Medien (Lichtwellenleiter wie z. B. Glasfaserkabel) ausbreiten kann oder wie in der optischen Speichertechnik auch zur Speicherung elektronisch erzeugter Daten dienen kann. Die Optoelektronik ist dabei fester Bestandteil unseres täglichen Lebens geworden, da sie Komponenten wie z. B. Laser, Bildschirme, Rechner, optische Speicher und Datenträger umfasst.

Optoelektronische Bauteile

Optoelektronische Bauteile sind Bauteile, die als Schnittstelle zwischen elektrischen und optischen Komponenten wirken oder auch Geräte, die solche Bauteile enthalten. Damit sind meist (aber nicht ausschließlich) mikroelektronische Bauteile gemeint, die auf der Basis von Halbleitern funktionieren. Optoelektronische Bauteile lassen sich bezüglich ihrer Funktion in Gruppen einteilen:

Laserdiode

Optoelektronische Aktoren

Dazu gehören alle Halbleiterbauelemente, die aus Strom Licht erzeugen, also Laser- und Leuchtdioden. Das Emissionsspektrum kann sich dabei sowohl im sichtbaren als auch im unsichtbaren (UV oder Infrarot) Spektralbereich befinden.

Optoelektronische Detektoren

Dies sind die Umkehrbauelemente der Aktoren, also Fotowiderstand, Fotodiode (auch Solarzelle) und Fototransistor. Fotosensoren können auch als integrierte Schaltung aufgebaut werden, z.B. als CCD-Sensor. Aber auch Fotomultiplier werden zur Optoelektronik gezählt.

Werden Aktor und Detektor als System betrieben resultiert daraus ein optischer Sensor, ein so genannter Optosensor. Das Fachgebiet wird analog dazu als Optosensorik bezeichnet. Die einfache Kombination aus einem Aktor und Detektor in einem Bauteil wird als Optokoppler bezeichnet.

Optoelektronische Modulatoren und Verstärker

Modulatoren sind Bauelemente, die optische Signale mit elektrischen Signalen modulieren. Dazu gehören zum Beispiel optische Verstärker oder optoelektronische Multiplexer.

Wellenleiter und optische Schaltkreise

Hier sind Glasfasern und Integrierte optische Schaltkreise (IOC) zu nennen.

Studiengang

Optoelektronik ist ein Teilgebiet der Ingenieurwissenschaften, das man entweder als eigenständigen Studiengang oder als Vertiefungsrichtung eines anderen Studienganges (Technische Informatik, Technische Physik, Elektrotechnik, NanoEngineering/Nanostrukturwissenschaft) an Hochschulen studieren kann.

Studienziele

• Entwurf, Optimierung und Komplexe optische Systeme z. B. mit Hilfe einschlägiger Design-Software
• Verständnis der Wechselwirkung optischer Wellen mit anorganischer und organischer Materie
• Verständnis der Entstehung und Erzeugung von Licht mit spezifischen Eigenschaften, Entwicklung und Herstellung neuartiger Lichtquellen, adaptive Lichttechnik
• Mitarbeit mit guten physiologischen und ergonomischen Kenntnissen an der Entwicklung und Umsetzung neuer Konzepte in der Beleuchtungstechnik

Literatur

• Michael A.Parker: Physics of optoelectronics.Taylor & Francis, Boca Raton 2005, ISBN 0-8247-5385-2
• Marius Grundmann: Nano-optoelectronics - concepts, physics and devices.Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-43394-5
• Kiyomi Sakai: Terahertz optoelectronics. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-20013-4
• Safa O.Kasap: Optoelectronics and photonics - principles and practices. Prentice Hall, Upper Saddle River 2001, ISBN 0-201-61087-6
• Thomas Petruzzellis: Optoelectronics, fiber optics, and laser cookbook - more than 150 projects and experiments. McGraw-Hill, New York 1997, ISBN 0-07-049839-3

Weblinks

Universität

• Studium der Optronik an der TU Ilmenau
• Master-Studiengang NanoEngineering an der Universität Duisburg/Essen

Hochschule

• Studiengang Optoelektronik an der Hochschule Aalen
• Studiengang Mikro- und Opto-Systemtechnik an der HS Bremen

Sonstiges

• "OPTICOS" Forschungsprojekt eines optisch integrierten Multiprozessorsystems
• "LECOS" Forschungsprojekt eines Lichtelektronischen Steuerungs-Systems