Def. MO Optyczne elementy o strukturze submm lub subμm, produkowane głównie metodami litograficznymi

Podobne dokumenty
Różne reżimy dyfrakcji

Wykład 6: Reprezentacja informacji w układzie optycznym; układy liniowe w optyce; podstawy teorii dyfrakcji

Metody Obliczeniowe Mikrooptyki i Fotoniki. - Dyfrakcja różne reżimy - Obliczanie elementów dyfrakcyjnych

Wykład 6: Reprezentacja informacji w układzie optycznym; układy liniowe w optyce; podstawy teorii dyfrakcji

PROPAGACJA PROMIENIOWANIA PRZEZ UKŁAD OPTYCZNY W UJĘCIU FALOWYM. TRANSFORMACJE FAZOWE I SYGNAŁOWE

Fotonika. Plan: Wykład 2: Elementy refrakcyjne i dyfrakcyjne

Autokoherentny pomiar widma laserów półprzewodnikowych. autorzy: Łukasz Długosz Jacek Konieczny

Fotonika kurs magisterski grupa R41 semestr VII Specjalność: Inżynieria fotoniczna. Egzamin ustny: trzy zagadnienia do objaśnienia

Rejestracja i rekonstrukcja fal optycznych. Hologram zawiera pełny zapis informacji o fali optycznej jej amplitudzie i fazie.

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] - częstotliwość.

Propagacja w przestrzeni swobodnej (dyfrakcja)

Metody Obliczeniowe Mikrooptyki i Fotoniki

Wprowadzenie do optyki nieliniowej

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] -częstotliwość.

Rys. 1 Schemat układu obrazującego 2f-2f

Mikroskop teoria Abbego

Ćwiczenie 4. Część teoretyczna

Wykłady 10: Kryształy fotoniczne, fale Blocha, fotoniczna przerwa wzbroniona, zwierciadła Bragga i odbicie omnidirectional

Ćwiczenie 12/13. Komputerowy hologram Fouriera. Wprowadzenie teoretyczne

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 17, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

ODWZOROWANIE I PRZETWARZANIE SYGNAŁU OPTYCZNEGO W OŚWIETLENIU KOHERENTNYM

VI. Elementy techniki, lasery

III. Opis falowy. /~bezet

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Wstęp do astrofizyki I

Prawa optyki geometrycznej

Ćwiczenie 11. Wprowadzenie teoretyczne

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Ośrodki dielektryczne optycznie nieliniowe

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 17, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

ĆWICZENIE 5. HOLOGRAM KLASYCZNY TYPU FRESNELA

Podstawy inżynierii fotonicznej

Rys. 1 Geometria układu.

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

Laboratorium Informatyki Optycznej ĆWICZENIE 2. Koherentne korelatory optyczne i hologram Fouriera

Optyka. Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła

Bernard Ziętek OPTOELEKTRONIKA

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Fizyka Laserów wykład 5. Czesław Radzewicz

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

Laboratorium Informatyki Optycznej ĆWICZENIE 1. Optyczna filtracja sygnałów informatycznych

ODWZOROWANIE W OŚWIETLENIU KOHERENTNYM

Wykład FIZYKA II. 7. Optyka geometryczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

Ćwiczenie 9 Y HOLOGRAM. Punkt P(x,y) emituje falę sferyczną o długości, której amplituda zespolona w płaszczyźnie hologramu ma postać U R exp( ikr)

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Równania Maxwella. Wstęp E B H J D

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 20, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Optyka instrumentalna

FMZ10 S - Badanie światłowodów

Funkcja falowa i związek między gęstością mocy i funkcją falową to postulaty skalarnego modelu falowego światła.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Politechnika Wrocławska Wydział Podstawowych Problemów Techniki

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

Fotonika. Plan: Wykład 3: Polaryzacja światła

Laboratorium TECHNIKI LASEROWEJ. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

Technika laserowa, otrzymywanie krótkich impulsów Praca impulsowa

FACULTY OF ADVANCED TECHNOLOGIES AND CHEMISTRY. Wprowadzenie Podstawowe prawa Przetwarzanie sygnału obróbka optyczna obróbka elektroniczna

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

WYBRANE ZAGADNIENIA DYFRAKCJI FRESNELA

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 19, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 19, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

PODSTAWY DYFRAKCJI WYBRANE ZAGADNIENIA DYFRAKCJI FRAUNHOFERA Krzysztof

Rys. 1 Pole dyfrakcyjne obiektu wejściowego. Rys. 2 Obiekt quasi-periodyczny.

Wstęp do astrofizyki I

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła w polu bliskim i dalekim

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

IV. Transmisja. /~bezet

Optyka geometryczna MICHAŁ MARZANTOWICZ

Ćwiczenie 3. Wybrane techniki holografii. Hologram podstawy teoretyczne

Propagacja światła we włóknie obserwacja pól modowych.

Ćwiczenie H2. Hologram Fresnela

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 6. Badanie właściwości hologramów

Wykład VI Dalekie pole

Technika falo- i światłowodowa

Oddziaływanie promieniowania X z materią. Podstawowe mechanizmy

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 6, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Feynmana wykłady z fizyki. [T.] 1.2, Optyka, termodynamika, fale / R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands. wyd. 7. Warszawa, 2014.

Wykład 16: Optyka falowa

Zjawiska dyfrakcji. Propagacja dowolnych fal w przestrzeni

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

Wykład 12: prowadzenie światła

Natura światła. W XVII wieku ścierały się dwa, poglądy na temat natury światła. Isaac Newton

URZĄDZENIA i SYSTEMY FOTONICZNE

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

POLARYZACJA ŚWIATŁA. Uporządkowanie kierunku drgań pola elektrycznego E w poprzecznej fali elektromagnetycznej (E B). światło niespolaryzowane

Optyka instrumentalna

Wykład 16: Optyka falowa

MODULATOR CIEKŁOKRYSTALICZNY

ĘŚCIOWO KOHERENTNYM. τ), gdzie Γ(r 1. oznacza centralną częstotliwość promieniowania quasi-monochromatycznego.

Czujniki światłowodowe

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

Dyfrakcja. Dyfrakcja to uginanie światła (albo innych fal) przez drobne obiekty (rozmiar porównywalny z długością fali) do obszaru cienia

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Parametry i technologia światłowodowego systemu CTV

Światłowodowe Sensory interferencyjne: zasady pracy i konfiguracje

Optyka instrumentalna

Transkrypt:

Mikro optyka MO Def. MO Optyczne elementy o strukturze submm lub subμm, produkowane głównie metodami litograficznymi Systemy bazujące na mikrooptyce Zalety systemów MO duże macierze wysoka dokładność pozycjonowania dowolny kształt i konfiguracja USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-1

Elementy mikrooptyczne Pracujące w wolnej przestrzeni macierz mikrosoczewek optyczne elementy dyfrakcyjne zoptymalizowane siatki Zintegrowane sprzęgacze siatkowe zintegrowana optyka optyka światłowodowa USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-2

Struktury okresowe Siatki Dyfuzery Struktury Λ < λ Siatki Bragga Kryształy fotoniczne Rezonansowe filtry optyczne Przestrzennie inwariantowe Binarne struktury o wysokiej wydajności USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-3

Elementy mikro optyczne - macierze soczewki niesferyczne siatki krzyżowe Λ=1μm soczewki dyfrakcyjne soczewki cylindryczne soczewki sferyczne elementy hybrydowe USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-4

Elementy mikro optyczne macierze cd. dowolne powierzchnie (technologia szaroodcieniowa) MO dwójłomna (mikrosoczewki w imersji z ciekłych kryształów; zast. światłodzielenie Falowody fotoniczne (litografia elektrononowa) USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-5

MO Teoria I (struktury >λ określenie zespolonej transmitancji amplitudowej propagacja wyznaczenie funkcji fazy φ(x,y) ray-tracing wydajność dyfrakcyjna USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-6

Zespolona transmitancja amplitudowa płaska fala U 1 (z,t) = a exp[i(ωt-kz) fala po przejściu przez element fazowy d(x) U 2 = U 1 exp[iφ(x) gdzie φ(x) = d(x) (n-1) (2π/λ) U 2 = T a (x) U 1 Uwaga: jeżeli geometryczne wymiary struktury = /<λ interakcja struktury z E-M nie może być opisana klasycznym skalarnym modelem, a rozwiązanie wymaga pełnego rozwiązania równań Maxwell a klasyczna teoria dyfrakcji pełna teoria dyfrakcji USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-7

Obliczenia funkcji fazy - 1 Jeżeli cienki element fazowy oświetlony jest przez φ in (x,y) to generuje φ out (x,y) φ out (x,y) = φ in (x,y) + φ (x,y) φ (x,y) = φ out (x,y) - φ in Dla pojedynczego punktu USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-8

Obliczenie funkcji fazy - 2 Obrazowanie przedmiotu rozciągłego φ 2π λ ( x,y) = m,n a mn x m y n Optymalizacja DOE (diffractive optical element) przez optymalizację współczynników wielomianu u(x,y) T a (x,y) u(x,y) Propagacja wyznaczana przez całkę Rayleigh-Sommerfelda Transmitancja T a (x,y) = exp [iφ(x)] USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-9

Widmo kątowe Całka Rayleigh-Sommerfelda Widmo kątowe USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-10

Ray-tracing USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-11

Funkcja fazowa a wektory falowe Rzuty wektorów falowych k i na płaszczyznę (x,y) dane są: gdzie m rząd dyfrakcyjny Funkcja fazowa a okres siatki Wektor siatki: Kąt ugięcia: Okres siatki: USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-12

Zastosowanie funkcji fazy do konstrukcji DOE Aby wykonać element dyfrakcyjny należy funkcję fazy φ zapisać w postaci mod(2π) Profil fazowy: Relief: ϕ 0 stałe przesunięcie fazy n współczynnik załamania materiału siatki USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-13

Funkcja fazy w DOE element refrakcyjny element dyfrakcyjny USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-14

DOE z reliefem binarnym i ciągłym Transmisja amplitudowa DOE USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-15

Wydajność dyfrakcyjna η -1 USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-16

Wydajność dyfrakcyjna η -2 (teoria skalarna, bez strat) siatka płomieniowa: π η n N liczba poziomów fazy n rząd dyfrakcyjny η η Problem: minimalna maska realizująca poziom m USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-17

Elementy dyfrakcyjne dowolny kształt dokładna wartość f dyspersja <0 (dla d,f,c: 3.45) Problemy niska NA (<0.2) wydajność dyfrakcyjna (80%-95%) światło rozproszone UWAGA: Możliwość formowania przestrzennych ognisk elementu MO Elementy refrakcyjne sferyczny lub cylindryczny kształt wysoka NA (>0.1) dyspersja >0 (dla d,f,c: 80-20) wysoka wydajność małe rozproszenie światła Problemy dowolne kształty współczynnik wypełnienia USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-18

Dyfrakcja Fresnela przez układ soczewek USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-19

Soczewki, zwierciadła są określone przez matryce ABC DOEs, apertury, filtry są modelowane przez T a (x,y) USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-20

Systemy fotoniczne Analogowe optyczne przetwarzanie informacji Komputery optyczne Optyczna komunikacja Magazynowanie informacji optycznej (optical storage) Elektroniczne display e Labs-on-chip Rurociągi świetlne Koncepcje realizacji systemów: Free optics MOEMS: - Mikrostoły i mikroławy optyczne Systemy optyki zintegrowanej USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-21

USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-22

Przetwarzanie sygnałów optycznych koherentny procesor optyczny niekoherentny PO KPO ze sprzężeniem zwrotnym przestrzennie nieinwariantny PO nieliniowy PO Uogólniony układ optycznego przetwarzania informacji USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-23

MODUŁ WEJŚCIOWY MODULATORY PRZESTRZENNE wprowadzają na wejście procesora dwuwymiarowe rozkłady amplitudowo-fazowe Zadanie: modulacja przestrzenna koherentnej fali nośnej Modulacja: amplitudy natężenia fazy stanu polaryzacji fali Pełny cykl procesu modulacji:zapis informacji, odczyt, kasowanie W procesie zapisu wykorzystuje się zmiany: współczynnika absorpcji (gęstości optycznej) AMPLITUDOWY OŚRODEK REJESTR. współczynnika załamania FAZOWY OŚRODEK REJESTR. indukowane dwójłomności A/F w zależności od konfiguracji MODULATORY STAŁE DYNAMICZNE (transmitancja kontrolowana w czasie rzeczywistym) szybkość działania 10-3s 10-9s/pełen cykl wysoka światłoczułość >10-7J/cm2 wydajność dyfrakcyjna 0.1-10% duży zakres dynamiczny od 20 do 60 db zdolność wielokrotnego zapisu >107 USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-24

Rurociąg świetlny (light pipe) Zastosowanie dyfuzorów DOE USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-25

Optyczne połączenie źródeł światła (LED, diody laserowe) i fotodetektorów połączenie chip-to-chip, połączenie w ramach pojedynczego chipa Uwaga: - możliwość połączeń wielokrotnych -sterowanie połączeń przez dodatkowe układy mikromechaniczne -współpraca z matrycami źródeł i detektorów matryce mikrosoczewek formujących wiązki wej i wyj USF_4 Mikro-optyka M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 4-26