Metody Optyczne w Technice. Wykład 9 Optyka nieliniowa

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Metody Optyczne w Technice. Wykład 9 Optyka nieliniowa"

Wiktoria Jastrzębska
5 lat temu
Przeglądów:

1 Metody Optyczne w Technice Wyład 9 Optya nieliniowa

2 Fala eletromagnetyczna J t D H t B B D rot rot div div J M H H B D

3 Nieliniowa odpowiedź ośroda olaryzacja ośroda to moment dipolowy na jednostę objętości j j ij i i r d V D

4 olaryzacja ośroda m V m V cm W I at

5 Symetrie Natężenie pola el. i polaryzacja ośroda to wetory więc podatność musi mieć formę macierzy 3D (tensora) W przypadu ośroda z centrum symetrii

6 rocesy parametryczne t Acost ~ A cos t A cost A cos t cos t W ośrodu poza falą o częstości ω pojawia się pole stałe ω= (tzw. prostowanie optyczne) oraz pole o częstości razy więszej ω=ω (tzw. druga harmoniczna)

7 Mieszanie częstości t A A t A A t A t A A A t t A t A t cos cos cos cos cos cos

8 Dopasowanie fazowe ~ ~ ~ r r r r e e e r e r A A e A e A e r i r r i r i r i r t i r t i r t i

9 Dopasowanie fazowe Jeśli dopasowanie fazowe nie jest spełnione I 3 3 z L iz e ~ z e z L ~ L sinc Droga spójności wynosi L c

10 Generacja. harmonicznej n c n n Istnieje dyspersja chromatyczna materiałów, tzn. współczynni załamania zależy od dł. fali

11 Generacja. harmonicznej Kryształ dwójłomny romień zwyczajny n o romień nadzwyczajny n e Typ I o+o -> e Typ II o+e -> e

12 fet ocelsa cos cos n n n t A A t A A A n

13 fety nieliniowe 3. rzędu Mieszanie 4 fal Generacja 3. harmonicznej fet Kerra Samomodulacja fazy Solitony optyczne Superontinuum Ultrarótie impulsy

14 Mieszanie 4 fal 3 * ω, ω, ω3, ω+ ω+ ω3, ω+ ω- ω3, 3ω (trzecia harmoniczna) ω+ ω- ω= ω (efet Kerra) 3

15 Samoognisowanie W wyniu samomodulacji fazy impuls świetlny ulega poszerzeniu spetralnemu (zwężeniu czasowemu) W wyniu dyspercji chromatycznej impuls świetlny ulega poszerzeniu czasowemu (różne częstości podróżują z różną prędością) Jeśli oba procesy równoważą się powstaje soliton optyczy impuls światła, tóry nie zmienia swojego ształtu

16 Solitony owstanie solitonu zależy od mocy sygnału (wzrost wartości podatności nieliniowej 3. rzędu) solitony biegnące równolegle przyciągają się

17 Superontinuum Wprowadzenie do ośroda nieliniowego bardzo rótiego impulsu światła (o bardzo szeroim widmie) powoduje jeszcze więsze poszerzenie widma W efecie można otrzymać impuls o pratycznie ciągłym widmie w bardzo szeroim zaresie - superontinuum

18 rzełączanie optyczne Z możliwośći zmieny współczynnia załamania światła za pomocą pola eletrycznego (ef. ocelsa) lub natężenia fali eletromagnetycznej (ef. Kerra) wynia możliwość przełączania optycznego Zmienny współczynni załamania pozwala ierować wiązę światła do różnych anałów w zależności od mocy sygnału sterującego

19 przerwa

Stany supienia Ciało stałe Cząsteczi sztywno trzymają się dzięi wiązaniom moleularnym, ośrode regularny anizotropowy Ciecz Na sute podgrzewania wiązania moleularną są zrywane i cząsteczi mogą

20 Stany supienia Ciało stałe Cząsteczi sztywno trzymają się dzięi wiązaniom moleularnym, ośrode regularny anizotropowy Ciecz Na sute podgrzewania wiązania moleularną są zrywane i cząsteczi mogą poruszać się względem siebie choć nadal trzymają się razem, ośrode izotropowy Gaz Dalszy wzrost temperatury zwięsza prędości cząstecze sprawiając że wiązania stają się zaniedbywalne lazma W bardzo dużych temperaturach eletrony odrywają się od atomów tworząc silnie zjonizowane cząsti. lazma jest więc naładowana, co umożliwia utrzymywanie jej w polu M

21 Ciełe ryształy Ciełe ryształy stanowią fazę pomiędzy ciałem stałym a cieczą (tzw. mezofaza) Są one cieczami ale wyazują pewien stopień uporządowania Nie wszystie substancje wyazują fazę ciełorystaliczną, a jedynie te, tóre mają cząsti w sztąłcie pręciów, dysów lub płyte

22 Ciełe ryształy Faza ciełe rystaliczna najczęściej powstaje przez schłodzenie cieczy lub podgrzanie ciała stałego rzy podgrzewaniu ciełego ryształu po osiągnięciu puntu topnienia przechodzi on w ciecz zwaną fazą izotropową Dzięi swojej budowie ciełe ryształy wyazują właściwości anizotropowe i nieliniowe Istnieje ila rodzajów uporządowania moleuł w ciełych ryształach

Nematyi Istnieje uporządowanie daleozasięgowe w ramach ustawienia moleuł równolegle do siebie Kierune ustawienia nazywamy diretorem Diretor wyznacza ierune

23 Nematyi Istnieje uporządowanie daleozasięgowe w ramach ustawienia moleuł równolegle do siebie Kierune ustawienia nazywamy diretorem Diretor wyznacza ierune osi optycznej ciełego ryształu od wpływem pola eletrycznego moleuły mogą się obracać (reorientacja). roces ten odbywa się wspólnie dla całych obszarów materiału.

24 Cholesteryi W tej fazie moleuły organizują się w długie spirale Kierune diretora podobnie ja moleuły obraca się wzdłuż ośroda. owoduje to obracanie się osi optycznej materiału Ores obrotu osi wynosi połowę sou obrotu moleuł (+n i n to to samo) Ilość domieszi chiralnej w nematyu wpływa na wielość sou

25 Cholesteryi (nematyi chiralne)

26 Cholesteryi Jeśli so helisy jest porównywalny z długością fali światła występuje seletywne odbicie W dodatu z powodu rozszerzalności termicznej odbijana długość fali zależy od temperatury

27 Smetyi

28 Smetyi Smetyi charateryzuje uporzędowanie orientacji moleuł a taże uporządowanie ich pozycji Cząsteczi tworzą silnie związane warstwy. Oddziaływania miedzywarstwowe są dużo słabsze.

29 Smetyi chiralne

30 Blue phase (B) Występuje w bardzo wąsim zaresie temperatur dla nematyów chiralnych Moleuły są jednocześnie sręcone w dóch wymiarach

31 Właściwości optyczne LC Dwójłomność Kierune diretora wyznacza oś optyczną ośroda

32 Właściwości optyczne LC rzełączanie eletrooptyczne

33 fet Frederisa Jeśli pole eletryczne dążące do obrócenia moleuł jest prostopadłe o diretora, efet reorientacyjny zachodzi nagle dla wartości pola powyżej pewnego progu Zjawiso to nazywamy efetem Frederisa Dla innych ierunów pola reorientacja jest bezprogowa, zaś jej stopnień zależy od wartości pola

34 Mechanizmy nieliniowości w LC Nieliniowość reorientacyjna od wpływem fali świetlnej oświetlającej omórę moleuły ulegają przeorientowaniu stawiając się wzdłuż drgań pola Na orientację moleuł ma taże silny wpływ oddziaływanie ze ścianami naczynia (waruni brzegowe) Nieliniowość drugiego rzędu Charater nieloalny Zależy od polaryzacji fali fet ulega nasyceniu po obróceniu moleuł rowadzi do bardzo dużych wartości dwójłomności

35 Nieliniowość termiczna Wiąza fali świetlnej przechodząc przez cieły ryształ ulega częściowej absorpcji zwięszając loalnie temperaturę i zmieniając stopień uporządowania oraz gęstość ciełego ryształu. Wpływa to na wartość współczynnia załamania światła

36 Ciełorystaliczne światłowody fotoniczne Obecnie bada się światłowody fotoniczne wypełnione ciełymi ryształami Kontrolowana dwójłomność Właściwości czujniowe Kontrola właściwości optycznych Optya zintegrowana (przełącznii, ułady logiczne)

Podobne dokumenty

Równanie Fresnela. napisał Michał Wierzbicki

Równanie Fresnela. napisał Michał Wierzbicki napisał Michał Wierzbici Równanie Fresnela W anizotropowych ryształach optycznych zależność między wetorami inducji i natężenia pola eletrycznego (równanie materiałowe) jest następująca = ϵ 0 ˆϵ E (1)