Podstawy inżynierii fotonicznej

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

Politechnika Wrocławska Wydział Podstawowych Problemów Techniki

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

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

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

automatyka i robotyka II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Widmo fal elektromagnetycznych

Elektrodynamika - wstęp Prawo Biota-Savarta w ośrodkach materialnych Przepływ prądu wywoływał odpowiednio ukierunkowane pole magnetyczne Pierwsze praw

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

OPTYKA. Leszek Błaszkieiwcz

Wprowadzenie do optyki nieliniowej

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

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

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

Interferencja promieniowania

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Systemy Mechatroniczne w Uzbrojeniu Mechatronic Systems in Armament

Podstawy fizyki IV - Optyka, Fizyka wspólczesna - opis przedmiotu

PRZEKSZTAŁCANIE WIĄZKI LASEROWEJ PRZEZ UKŁADY OPTYCZNE

UNIWERSYTET MARII CURIE-SKŁODOWSKIEJ W LUBLINIE

Kwantowa natura promieniowania

Laboratorium TECHNIKI LASEROWEJ. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

Fale elektromagnetyczne

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

Czujniki światłowodowe

Rok akademicki: 2017/2018 Kod: CIM s Punkty ECTS: 9. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Chemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

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

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

ZESTAW PYTAŃ I ZAGADNIEŃ NA EGZAMIN Z FIZYKI sem /13

Podstawowe informacje o przedmiocie (niezależne od cyklu)

VI. Elementy techniki, lasery

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Światłowody

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA / /20 (skrajne daty)

EiT_S_I_F2. Elektronika I Telekomunikacja I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

39 DUALIZM KORPUSKULARNO FALOWY.

Fizyka - opis przedmiotu

Równania Maxwella. roth t

KARTA PRZEDMIOTU. 10. WYMAGANIA WSTĘPNE: Znajomość matematyki i fizyki na poziomie podstawowym szkoły ponadgimnazjalnej

Fizyka stosowana w geomatyce. Geodezja i Kartografia I (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Pomiar drogi koherencji wybranych źródeł światła

Wykłady z fizyki i ćwiczenia rachunkowe dla studentów chemii

Wyznaczanie rozmiarów szczelin i przeszkód za pomocą światła laserowego

Podstawowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES) Obowiązkowy (obowiązkowy / nieobowiązkowy) Polski 3. Semestr zimowy (semestr zimowy / letni)

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

Pole elektromagnetyczne. Równania Maxwella

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Optyka falowa. 2π T. Monochromatyczna fala płaska V= V propagujące się pole optyczne nieznanej natury. z - odległość. - faza fali

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Ćwiczenia z mikroskopii optycznej

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Podstawy fizyki wykład 8

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

OPTYKA FALOWA I (FTP2009L) Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła na szczelinach.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Małgorzata Kujawińska Zakład Techniki Optycznej Instytut Mikromechaniki i Fotoniki Politechniki Warszawskiej

LABORATORIUM Pomiar charakterystyki kątowej

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

KARTA PRZEDMIOTU. Egzamin / zaliczenie na ocenę* 0,5 0,5

Zjawiska dyfrakcji. Propagacja dowolnych fal w przestrzeni

SYLABUS/KARTA PRZEDMIOTU

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

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

FIZYKA. ENERGETYKA I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólnoakademicki / praktyczny)

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Falowa natura materii

Ośrodki dielektryczne optycznie nieliniowe

Optyka. Wykład XII Krzysztof Golec-Biernat. Dyfrakcja. Laser. Uniwersytet Rzeszowski, 17 stycznia 2018

Falowa natura światła

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

Wykład XIV. wiatła. Younga. Younga. Doświadczenie. Younga

Z-ID-204. Inżynieria Danych I stopień Praktyczny Studia stacjonarne Wszystkie Katedra Matematyki i Fizyki Prof. dr hab.

Pomiar długości fali świetlnej i stałej siatki dyfrakcyjnej.

spis urządzeń użytych dnia moduł O-01

Stałe : h=6, Js h= 4, eVs 1eV= J nie zależy

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI 1. Wiedza z zakresu analizy I i algebry I

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Metody Obliczeniowe Mikrooptyki i Fotoniki

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

automatyka i robotyka I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Transkrypt:

Podstawy inżynierii fotonicznej Prof.dr hab.inż. Romuald Jóźwicki Instytut Mikromechaniki i Fotoniki Pokój 513B tylko konsultacje Rok III, semestr V, wykład 30 godz., laboratorium 15 godz. Zaliczenie wykładu na podstawie sumy punktów z 2 kolokwiów Początek zajęć laboratoryjnych (sala 503) koniec października Szczegółowa informacja będzie podana później na wykładzie Zaliczenie 6 ćwiczeń na podstawie wszystkich sprawozdań Uwaga: treść wykładów w Internecie zto.mchtr.pw.edu.pl

Filozofia zdobywania wiedzy Nie wszystko będzie jasne, chociaż mówimy o świetle 1. Nie rozumiem, ale piszę o tym, bo kolokwium 2. Wykonuję projekty, bo tak mnie nauczono 3. Końcowy etap po kilku latach pracy: takie to proste. Dlaczego tego wcześniej nie rozumiałem (-am)? Chętnie odpowiadam na pytania!!!

Cele wykładu i laboratorium 1. Poszerzyć Waszą wiedzę 2. Zapoznać z nowymi możliwościami pomiarów, badania zjawisk, przesyłania informacji i ich fizycznymi ograniczeniami 3. W przyszłej Waszej karierze, w przypadku zaistniałej potrzeby rozwiązania problemu metodami fotonicznymi, radzę zwrócić się do fachowców Po zaliczeniu przedmiotu (wykładu i laboratorium) zalecam ostrożność z głoszeniem opinii, że jesteście specjalistami z inżynierii fotonicznej

Spis treści Fotonika, optyka a elektronika Podstawowe wiadomości z optyki geometrycznej układ optyczny Propagacja fali Elementarne wiadomości z elektrodynamiki Statystyka fotonów Emisja promieniowania przez atom Interferencja, interferometry i ich zastosowanie Dyfrakcja, granice poznania świata za pomocą fali Polaryzacja światła i jej zastosowanie

Spis treści cd Budowa lasera, niezwykłe właściwości promieniowania laserowego Wiązka laserowa i jej przekształcanie Lasery (He-Ne, półprzewodnikowy i inne) Technika światłowodowa Zastosowanie światłowodów w telekomunikacji Czujniki światłowodowe Czujniki zintegrowane Holografia cyfrowa Specyficzne właściwości układu wizyjnego człowieka

Bibliografia R.Jóźwicki: Podstawy inżynierii fotonicznej. Oficyna Wyd. PW, Warszawa 2006 CD R.Jóźwicki, M.Kujawińska, K.Patorski: Podstawy fotoniki Studia internetowe Politechniki Warszawskiej III rok Wydziały: Mechatroniki Elektryczny Elektroniki i Technik Informacyjnych Dla różnych różnych zagadnień literatura dodatkowo na wykładzie

Połowa podręcznika dotyczy treści niniejszego wykładu PIF Druga część odpowiada treści wykładu Fotonika na specjalności Inżynieria Fotoniczna

Fotonika, optyka a elektronika Przyczyny powstania i rozwoju fotoniki W elektronice elektron nośnikiem informacji Prąd sterowany różnicą potencjałów Fala elektromagnetyczna generowana przez oscylator Rozwój: od niższych do wyższych częstotliwości telegraf telefon radio (fale długie średnie krótkie UKF) telewizja radar elektroniczna maszyna cyfrowa Przyczyna - większe upakowanie informacji w jednostce czasu

Bariera elektroniki 300 GHz Brak generatora promieniowania i odbiornika dla wyższych częstotliwości niż 300 GHz Elektron ma zbyt dużą masę dla tak wysokich częstotliwości Naturalny kierunek zmian : przejście w pasmo optyczne fal elektromagnetycznych Foton nie ma masy spoczynkowej Problemy: detektor rejestruje średnią moc fali brak elastyczności w sterowaniu fotonu samoistna propagacja fotonu

Widmo fal elektromagnetycznych Nadfiolet Częstotliwość ν a długość fali λ 0 [ Hz] Prędkość światła w próżni c = 299 792.4562 ± 0.0011 300 000 km/s 1 c ν = = = T ct Pasmo optyczne λ 0 1nm, 1 mm ν 3 10 17, 3 10 11 Hz c λ 0

Niezmiennik ruchu falowego D p sin ϑ λ 2 2θ - kąt rozbieżności wiązki D p średnica przewężenia Średnica przewężenia nie może być mniejsza od λ/2 Uzyskanie małej średnicy D p połączone jest z dużym kątem rozbieżności 2θ

λ = 780 nm NA = 0.45 λ = 650 nm NA = 0.60 Podłoże 1.2 mm Podłoże 0.6 mm

λ = 405 nm NA = 0.85 Warstwa 0.1 mm

Przesyłanie (przetwarzanie) informacji Generator nośnika Modulator Przetwornik nadajnik Odbiornik Informacja Elektronika - do niedawna tylko modulator czasowy radio telewizja Optyka -wyłącznie modulator przestrzenny mikroskop Fotonika modulator czasowy i przestrzenny telekomunikacja światłowodowa magnetooptyczny dysk z laserem półprzewodnikowym

Najważniejsze odkrycia dla fotoniki wiek XX L a s e r Światłowody o skrajnie niskich stratach Półprzewodnikowe elementy optoelektroniczne diody laserowe (LED y), odbiorniki CCD, sprzęgacze, przełączniki, modulatory i inne

Ograniczenia wieku XX Siatka dyfrakcyjna m = 0 m = -1 α m = 1 λ sin α = m d Skośne oświetlenie Mikroskop d okres siatki Siatka nie przepuszcza informacji o strukturach d λ Przedmiot Fala Możliwość obserwacji szczegółów nie mniejszych niż λ/2 dla skośnego oświetlenia

Nanostruktury Wyzwania dla wieku XXI Odbiornik Przedmiot Kryształy fotoniczne Metamateriały Trójwymiarowa siatka dyfrakcyjna Analizy teoretyczne propagacji promieniowania przez układy elementów, których wymiary są mniejsze od długości fali, wymagają czasochłonnego numerycznego rozwiązywania równań Maxwell a układ równań różniczkowych drugiego stopnia Prace technologiczne w celu wytworzenia tych elementów technologia półprzewodnikowa

Prognozy Możliwość odwzorowania szczegółów nanometrowych Budowa kwantowych maszyn cyfrowych Prace w Zakładzie Techniki Optycznej w ramach grantów europejskich Współpraca międzynarodowa Badanie nanoaktuatorów, mikrostruktur (np. macierzy mikrosoczewek)

Nazewnictwo związane z fotoniką Elektronika jest dziedziną techniki zajmującą się sterowaniem elektronów w celu przesyłania informacji Fotonika jest dziedziną techniki zajmującą się sterowaniem fotonów w tym samym celu Optoelektronika zajmuje się budową źródeł i detektorów światła Generacja światła i jego detekcja

Pożądane cechy nośnika informacji duża szybkość przenoszenia możliwość dużej gęstości upakowania informacji niska moc generacji nośnika mała moc przenoszenia informacji (niskie straty) niskie moce sterowania zastosowanie w różnych ośrodkach (np. w próżni) brak przesłuchów (niskie wpływy otoczenia, zabezpieczenie przed dostępem) niskie koszty generacji, modulacji, propagacji i detekcji bezpieczna obsługa elastyczność w dostosowaniu się do różnych warunków i wymagań perspektywa dalszej poprawy parametrów

Historyczny rozwój Optyka geometryczna optyka fotonika - promień świetlny Punktowe źródło diafragma ekran Obszar całkowitej ciemności Obszar pełnej jasności Doświadczenie Jest światło Fala?? Analogia do wpływu przeszkody na fale na wodzie

Historyczny rozwój optyka fotonika przeszkoda Fala ugięta na przeszkodzie Fale na wodzie Analogia do wpływu przeszkody na fale na wodzie Fala??

Historyczny rozwój optyka fotonika Punktowe źródło Diafragma kołowa Różna odległość wyższa intensywność niż jej wartość bez diafragmy Dowód możliwy przy założeniu: światło jest falą!!! Fala, Fresnel pocz. XIX wieku, tylko jakiej natury? Poszukiwanie eteru

Historyczny rozwój optyka fotonika Pierwsza połowa XIX w. Biot i Savart indukcja magnetyczna wywołana prądem Faraday indukcja magnetyczna wywołująca prąd Koniec XIX w. Maxwell zestawił dwa zjawiska - równania Maxwella Światło jest falą elektromagnetyczną!!! Przełom XIX i XX w. Planck odkrył prawo opisujące promieniowania ciała doskonale czarnego Światło jest zbiorem fotonów!!! i zarazem falą Dwoistość natury promieniowania

Historyczny rozwój optyka fotonika Optyka geometryczna - promień świetlny??? Optyka falowa - fala nieznanej natury Elektrodynamika fala ELM Optyka kwantowa -kwant???? -? R.Jóźwicki: Podstawy inżynierii fotonicznej. Of.Wyd. PW, 2006