Optika Gröller BMF Kandó MTI

Optika Gröller BMF Kandó MTI

Optikai alapfogalmak • Fény: transzverzális elektromágneses hullám

n = cvákuum/cközeg


Az elektromágneses spektrum



Az anyag és a fény kölcsönhatása • Visszaverődés, reflexió • Törés, kettőstörés, polarizáció • Elnyelés, abszorpció, szórás • Fénykibocsátás, fotoeffektus • Fotokémiai reakciók • Elektrooptikai, magnetooptikai hatás


Visszaverődés • Fresnel törvény merőleges beesésnél: (minden közeg határfelületén, iránytól független) • Szögfüggés:

(n1 – n2)2 R= (n1 + n2)2

• Brewster szög: polarizációs sík

szerinti szétválás: a párhuzamos megtörik (Rpárh=0), a merőleges visszaverődik


Reflexió módosítása dielektrikum-rétegekkel

Antireflexiós (AR) bevonat: • Átlagos üvegfelületről (n = 1,5), R  4% • Rétegvastagság: n1d = /4 • Két visszavert sugár gyengítő interferencia • Teljes kioltás, ha: • Függ: hullámhossz beesési szög • Egyrétegű bevonat: R  1%


Többrétegű bevonatok • Szélesebb -tartomány • Szabályozható áteresztés, visszaverés, pl: interferenciaszűrő • Dielektrikum tükrök: visszaverés irányában erősítő interferencia Felváltva nagy és kis törésmutatójú rétegrendszer, λ/2, λ/4 rétegek, Fehér fényre: R  99%, csak egy  -ra: R  99,999% pl. lézerek, rétegszám: 31-35 Optika Gröller BMF Kandó MTI

• Alkalmazások: – Interferenciaszűrők – Hidegtükrök (infrát nem veri vissza) pl. vetítőlámpa – Lencsék tükrözésmentes bevonata – „Egyirányú” tükrök – Kirakatüveg

• Réteganyagok: – Kis n: MgF2, kriolit – Nagy n: ZrO2, TiO2, ZnS

A legjobban tükröző fémek reflexiós spektruma Optika Gröller BMF Kandó MTI

Fénytörés • Schnellius-Descartestörvény:

n =sin /sin =c1 /c2 • A törésmutató függ a hullámhossztól 

Diszperzió

Optikai adatátvitelben a • Fény felbontása jelsebesség függ a  -tól, a jel hullámhossz szerint, kiszélesedik, csökken az átviteli spektroszkópia, ékszerek kapacitás  csillogása Anyagdiszperzió [ps/nm/km] Optika Gröller BMF Kandó MTI

• Lencsék, lencserendszerek kromatikus hiba: fehér fényt használva minden hullámhosszra máshol van az éles kép • Korrekció: kétféle optikai üvegcsalád: korona és flint • : Abbe-szám


Kettőstörés, polarizáció • Anizotrópia: az anyagi tulajdonságok pl. n, , D függenek a vizsgálati iránytól • Izotróp anyagok: gázok, folyadékok, polikristályos anyagok, szimmetrikus rácsú egykristályos anyagok • Anizotróp: nem szabályos rendszerű egykristályos anyagok, folyadékkristályok

• Anizotróp anyagokban kristálytani tengelyek irányában más más törésmutató no (rendes, ordinárius), neo (rendellenes, extraordinárius) SiO2, kvarc: 1,544 1,553 TiO2, rutil: 2,616 2,903


• Két megtört fénysugár polarizációja egymásra merőleges • A polarizáció síkja megegyezik a főtengelyek irányával. • Kettőstörést / anizotrópiát okozhat: – Mechanikai feszültség – Makromolekulák rendeződése – Elektromos, mágneses tér


Polisztirol láncmolekulák rendeződése a fröccsöntő szerszámban

Alkalmazás: • Anyagvizsgálat, • fényerő-szabályozás, • reflexiócsökkentés (pl foto), • LCD kijelző, • optikai jelmodulálás Egy meteorit kőzetszemcse polarizációs mikroszkópi képe


Fényelnyelés • Foton energiája megfelel egy elektron energia-átmenetnek • Fekete, fehér, átlátszó, színes anyagok: a látható spektrumból mást-mást nyelnek el


Fénykibocsátás • Hőmérsékleti sugárzás: (fizika)

Stephan-Boltzmann törv:

S = T4

S: össz. kisugárzott teljesítmény

• Lumineszcencia Pl. fénycső, katódsugárcső

• Laser

A hőmérsékleti sugárzás spektrális eloszlása Optika Gröller BMF Kandó MTI

Lumineszcencia 1.

Gerjesztés (energiafelvétel) UV, katódsugárzás, RTG, radioaktív, el. tér, stb 2. Energia tárolás µs – ms – s  utánvilágítás vagy nem sugárzásos energia-leadás 3. Foton kibocsátás Stokes törv.: Félvezető jellegű anyagok foszforeszcens Egerj  Eem vagy világítási mechanizmusa fotolum: gerj  em Optika Gröller BMF Kandó MTI

Fluoreszcencia, foszforeszcencia • Fluoreszcens: spin váltás nélkül egyszerűbb mechanizmus, rövidebb utánvilágítás • Foszforeszcens: a spin megforduláshoz 3. szereplő, hosszabb utánvilágítás micro.magnet.fsu.edu Optika Gröller BMF Kandó MTI

Laser Feltétlek: 1.Metastabil energiaszint (pumpálás = elektronok gerjesztése a metastabil szintre) 2.Populáció inverzió

(több elektron van gerjesztett állapotban, mint alapon)

3.Stimulált emisszió

A rekombináció egy másik foton hatására következik be. 4. Optikai rezonátor


• Koherens nyaláb: , fázis, (esetenként a polarizáció) nagyon pontosan megegyezik. • Nagy energiasűrűség • Az aktív tartomány két végén dielektrikum tükör. Zárt végen R > 99,5%, a kilépő oldalon ~ 50%. • Pulzáló fény.

A He – Ne lézer működése


A félvezető lézerek működése



A különböző fényforrások jellegzetes emissziós spektruma Optika Gröller BMF Kandó MTI

Elektro-optikai hatás Kerr effektus Elektro-optikai modulátor sémája. A fény polarizációs síkjának elfordítása elektromos térrel Ebben az elrendezésben az alkalmazott villamos tér párhuzamos a fény terjedésével.

2 l E  K 2 d

2


Pockels effektus Transzverzális elektrooptikai moduláció

Felső: két elemes konfiguráció, pl. ADP típusú anyagokhoz. Alsó:egy elemes konfiguráció, pl. lítium-tantalát típusú anyagokhoz.

 ~ E


Elektro-Optikai Anyagok Sávszélesség (MHz)

no,ne adott hullámhosszon (mm)

Rövidítés

Képlet

Áteresztési tartomány (m m)

Ammonium dihydrogen phosphate

ADP

NH4H2PO4

0.3 - 1.2

to 500

1.51, 1.47 at 1.06

Potassium dihydrogen phosphate

KDP

KH2PO4

0.25 - 1.7

> 100

1.51, 1.47 at 0.55

Potassium dideuterium phosphate

KD*P

KD2PO4

0.3 - 1.1

to 350

1.49, 1.46 at 1.06

Lithium niobate

LN

LiNbO3

0.5 - 2

to 8000

2.23, 2.16 at 1.06

Lithium tantalate

—

LiTaO3

0.4 - 1.1

Anyag

2.14, 2.143

1000BMF Kandó MTI Optikato Gröller at 1.00

Magneto-optikai hatás Faraday hatás A polarizációs sík változtatása mágneses térrel θ=VlB V: Verdet áll: ~ 10-4 ívpec/Tesla m

Anyagok: Bizmuttal adalékolt yttrium-vas gránát (Bi:YIG), nitrobenzol Optika Gröller BMF Kandó MTI

Magnetooptikai Kerr effektus Alkalmazás adattárolásban


Optika Gröller BMF Kandó MTI

Recommend Documents