DWUPASMOWY DZIELNIK WIĄZKI PROMIENIOWANIA OPTYCZNEGO

Podobne dokumenty
LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Pomiar drogi koherencji wybranych źródeł światła

Promieniowanie podczerwone (ang. infrared IR) obejmuje zakres promieniowania elektromagnetycznego pomiędzy promieniowaniem widzialnym a mikrofalowym.

CIENKIE WARSTWY prof. dr hab. inż. Krzysztof Patorski

Polaryzacyjne metody zmiany fazy w interferometrii dwuwiązkowej

INTERFEROMETR WSPÓLNEJ DROGI Z WIĄZKA ODNIESIENIA Z ZASTOSOWANIEM ŚWIATŁODZIELĄCEJ PŁYTKI ROZPRASZAJĄCEJ

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 3. Pomiar drgao przy pomocy interferometru Michelsona

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 12, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Politechnika Warszawska Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Zakład Optoelektroniki

Fizyka elektryczność i magnetyzm

PL B1. Aberracyjny czujnik optyczny odległości w procesach technologicznych oraz sposób pomiaru odległości w procesach technologicznych

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

BADANIE I ACHROMATYZACJA PRĄŻKÓW INTERFERENCYJNYCH TWORZONYCH ZA POMOCĄ ZWIERCIADŁA LLOYDA

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Potencjał technologiczny i produkcyjny PCO S.A. w zakresie wytwarzania urządzeń termowizyjnych

INTERFERENCYJNE FILTRY BLOKUJĄCE PROMIENIOWANIE PODCZERWONE

m 1, m 2 - masy atomów tworzących wiązanie. Im

Interferometr Michelsona zasada i zastosowanie

Podstawy fizyki wykład 8

IM21 SPEKTROSKOPIA ODBICIOWA ŚWIATŁA BIAŁEGO

Spektroskopia ramanowska w badaniach powierzchni

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

PL B1. Sposób pomiaru współczynnika załamania oraz charakterystyki dyspersyjnej, zwłaszcza cieczy. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL

IM-4 BADANIE ABSORPCJI ŚWIATŁA W MATERIAŁACH PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

Pomiary grubości cienkich warstw metodą prążków interferencyjnych równej grubości

PODSTAWY METODY SPEKTROSKOPI W PODCZERWIENI ABSORPCJA, EMISJA

INFORMACJA DLA WYKONAWCÓW NR 2

Badanie zjawisk optycznych przy użyciu zestawu Laser Kit

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 12, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Metody badania kosmosu

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Przewaga klasycznego spektrometru Ramana czyli siatkowego, dyspersyjnego nad przystawką ramanowską FT-Raman

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

Interferencja jest to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla

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

UMO-2011/01/B/ST7/06234

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 1 Badanie efektu Faraday a w monokryształach o strukturze granatu

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. DWÓJŁOMNOŚĆ MIKI

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI - MOŻLIWOŚCI I ZASTOSOWANIA

Zjawisko interferencji fal

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

Reflekcyjno-absorpcyjna spektroskopia w podczerwieni RAIRS (IRRAS) Reflection-Absorption InfraRed Spectroscopy

Spektroskopia Ramanowska

UMO-2011/01/B/ST7/06234

Laboratorium Fizyki Cienkich Warstw. Ćwiczenie nr.11

BADANIE WPŁYWU CZYNNIKÓW ZEWNĘTRZNYCH NA NIEPEWNOŚĆ WYZNACZENIA DŁUGOŚCI NA STANOWISKU DO INTERFERENCYJNEGO POMIARU PŁYTEK WZORCOWYCH

Dyspersja światłowodów Kompensacja i pomiary

Ćw.2. Prawo stygnięcia Newtona

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 02/08. PIOTR KURZYNOWSKI, Wrocław, PL JAN MASAJADA, Nadolice Wielkie, PL

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

UMO-2011/01/B/ST7/06234

Technologia elementów optycznych

Zastosowanie kamery termowizyjnej i spektrometru do badania filtrów w zakresie MWIR

Optyka Ośrodków Anizotropowych. Wykład wstępny

II. Badanie charakterystyki spektralnej źródła termicznego promieniowania elektromagnetycznego

Stanowisko do pomiaru fotoprzewodnictwa

INTERFEROMETR MICHELSONA ver. R

Problemy optyki falowej. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła.

TECHNIKI OBSERWACYJNE ORAZ METODY REDUKCJI DANYCH

Laboratorium Optyki Falowej

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

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

Spektroskopia modulacyjna

Zał. nr 4 do ZW 33/2012 aktualizacja WYDZIAŁ PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI KARTA PRZEDMIOTU Nazwa w języku polskim FIZYKA CIENKICH WARSTW

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

Rys. 1 Geometria układu.

MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA PROMIENIOWANIA OPTYCZNEGO W BADANIACH MAŁYCH MASZYN ELEKTRYCZNYCH

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

Rozwiązania firmy Harrer & Kassen do pomiaru gęstości i wilgotności

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 5 Interferencyjne pomiary współczynnika załamania. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

IM-26: Laser Nd:YAG i jego podstawowe elementy

Ćwiczenie nr 8 Interferencyjny pomiar kształtu powierzchni

Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni w jakościowej i ilościowej analizie organicznej

ĆWICZENIE NR 3 POMIARY SPEKTROFOTOMETRYCZNE

Ćwiczenie 3 ANALIZA JAKOŚCIOWA PALIW ZA POMOCĄ SPEKTROFOTOMETRII FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Badania elementów i zespołów maszyn laboratorium (MMM4035L)

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Dobór warunków dla poprawnego pomiaru widm emisji i wydajności kwantowych emisji

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

Rozmycie pasma spektralnego

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 3. Światłowodowy, odbiciowy sensor przesunięcia

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

Zjawisko interferencji fal

Czujniki światłowodowe

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)

POMIARY OPTYCZNE Pomiary kątów (klinów, pryzmatów) Damian Siedlecki

Badanie widm IR związków organicznych

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

POMIARY TŁUMIENIA I ABSORBCJI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

Interferencja. Dyfrakcja.

Transkrypt:

Janusz KUBRAK DWUPASMOWY DZIELNIK WIĄZKI PROMIENIOWANIA OPTYCZNEGO STRESZCZENIE Zaprojektowano i przeprowadzono analizę działania interferencyjnej powłoki typu beamsplitter umożliwiającej pracę dzielnika dla dwóch różnych długości fali. Wykonany element światłodzielący znalazł zastosowanie w układzie interferometru Twyman`a Green`a w badaniach metodami spektroskopii fourierowskiej Słowa kluczowe: beamsplitter, interferencja, polaryzacja, spektroskopia fourierowska 1. WSTĘP Spektroskopia fourierowska badania widm IR jest jedną z najczęściej stosowanych technik pomiarowych. W porównaniu z tradycyjnymi spektrometrami dyspersyjnymi technika ta charakteryzuje się większą szybkością i rozdzielczością. Metoda ta polega na przemiataniu próbki wiązką promieniowania, w której występują jednocześnie wszystkie długości fali z zakresu IR. Widma nie obserwuje się bezpośrednio, tylko otrzymuje je poprzez dokonanie transformaty Fouriera mierzonego sygnału w funkcji czasu. Do pomiaru wykorzystuje dr Janusz KUBRAK e-mail: jkubrak@vigo.com.pl VIGO SL Sp. z o.o. Laboratorium Powłok Optycznych, Warszawa PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 245, 2010

122 J. Kubrak się zwykle interferometr Michelsona z ruchomym zwierciadłem. W układzie takim promieniowanie emitowane przez źródło jest dzielone na dwie wiązki, które dzięki zmieniającej się w czasie różnicy dróg optycznych docierają do detektora przesunięte w fazie, dając interferogram. Największą trudnością tej metody jest precyzyjny pomiar przesunięcia lustra. Rozwiązaniem jest wykorzystanie drugiego interferometru, który korzysta z tego samego ruchomego zwierciadła i światła o znanej długości fali. W omawianym przypadku do taktowania spektrometru fourierowskiego zastosowano interferometr Twymana Greena, z elementem światłodzielącym, umożliwiającym pomiar alternatywnie dla dwóch wybranych długości fali. 2. INTERFERENCYJNE DIELEKTRYCZNE DZIELNIKI ŚWIATŁA Dzielnik światła (beamsplitter) to element optyczny dzielący padającą wiązkę światła na dwie lub więcej separowanych wiązek. Krótki przegląd tego typu bezstratnych dzielników światła obrazuje problem właściwego wyboru typu i uzasadnia konieczność projektowania specjalnych konstrukcji cienkowarstwowych spełniających wymagania stawiane przez konstruktorów optycznych układów pomiarowych. 2.1. Beamsplitter płytkowy Jest to cienka płasko-równoległa płytka szklana z różnymi typami powłok dielektrycznych na każdej stronie (rys. 1). Jedna strona pokryta jest powłoką interferencyjną dającą określony stosunek podziału wiązki światła w określonym przedziale spektralnym. Strona druga pokryta jest odpowiednią powłoką antyrefleksyjną. Przykładowa charakterystyka spektralna płytki światłodzielącej R: T = 1 :1 pokazana jest na rysunku 2. Dzielniki takie charakteryzują się pomijalną absorpcją i są wysokoczułe na stan polaryzacji padającego światła. Ze względu na ograniczoną szerokość spektralną, dzielniki konstruowane są dla zakresu widzialnego i bliskiej podczerwieni. Rys. 1. Beamsplitter płytkowy

Dwupasmowy dzielnik wiązki promieniowania optycznego 123 1 R, T, Tp, Ts 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 R T Ts Tp μm Rys. 2. Charakterystyka spektralna płytki światłodzielącej 1:1 2.2. Filtry dichroiczne Ten typ dzielnika to interferencyjne wielowarstwowa powłoka dielektryczne pracująca pod kątem 45º jako filtr krawędziowy. Elementy takie stosowane są jako dzielniki separujące wybrane obszary spektralne. Płytka szklana z wielowarstwową powłoką dielektryczną na jednej stronie, na drugiej ma szerokopasmową powłokę antyrefleksyjną. T, Ts, Tp 100 ( % ) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 400 450 500 550 600 650 700 750 T Ts Tp nm Rys. 3. Charakterystyka spektralna filtru typu long wave pass

124 J. Kubrak Widać tu silny efekt polaryzacji przechodzącej wiązki w wąskim obszarze spektralnym w pobliżu krawędzi. Efekt ten może być wykorzystywany do separacji wiązek spolaryzowanych w płaszczyznach s i p. 2.3. Kostki światłodzielące cube beamsplitters Ten typ dzielnika stanowi para dopasowanych prostokątnych pryzmatów sklejonych płaszczyznami przeciwprostokątnymi. Na jednej z tych płaszczyzn naniesiona jest dielektryczna powłoka światłodzieląca. Pozostałe cztery ściany kostki pokryte są powłokami przeciwodblaskowymi. Rys. 4. Kostka światłodzieląca Korzyści z zastosowania takiego elementu światłodzielącego, to: łatwość montażu, precyzja justowania układu optycznego, mała czułość na deformacje wynikłe z naprężeń montażowych, eliminacja odbić pasożytniczych, odporność na degradacje powłoki. Zalety te predestynują ten typ dzielnika do zastosowań w precyzyjnych układach interferometrycznych. Ze względu na ograniczoną szerokość pasma spektralnego spełniającego zadany warunek podziału, dzielniki te również konstruuje się dla zakresu widzialnego i bliskiej podczerwieni. 3. DWUPASMOWY DZIELNIK ŚWIATŁA Rys. 5. Układ pomiarowy interferometru z dwupasmowym elementem światłodzielącym W prezentowanym opracowaniu pomiarowego układu optycznego dla spektroskopii fourierowskiej zaproponowano specjalne rozwiązanie kostkę światłodzielącą w układzie interferometru Twymana Greena z interferencyjną powłoką światłodzielącą dla dwóch długości fali: 632,8 nm i 1064 nm (rys. 5).

Dwupasmowy dzielnik wiązki promieniowania optycznego 125 W rozwiązaniu tym element światłodzielący na jednej ze ścian ma naniesione dwupasmowe zwierciadło dielektryczne (rys. 6), które stanowi jednocześnie jedno z ramion interferometru. R 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 μm Rys. 6. Charakterystyka spektralna zwierciadła dla linii 632,8 nm i 1064 nm Konstrukcja interferencyjnej powłoki światłodzielącej 1:1 pokazana jest w tabeli I, a charakterystykę spektralną obrazuje rysunek 7. TABELA 1 Konstrukcja interferencyjnej powłoki światłodzielącej Layer N k G Z μm 1.5200 0.00000 E Environment 1 1.9900 0.00000 1.108 H 0.0905 2 1.4679 0.00000 0.499*L 0.0552 3 1.9900 0.00000 2.340 H 0.1911 4 1.4679 0.00000 0.901*L 0.0997 5 1.9900 0.00000 2.999 H 0.2449 6 1.4679 0.00000 1.899*L 0.2102 7 1.9900 0.00000 2.212 H 0.1806 Glass 1.5143 0.00000 *G 0.0000 mm 1.5200 0.00000 E Environment

126 J. Kubrak 1 R, T, Rs, Ts 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 1,1 R T Rs Ts μm Rys. 6. Charakterystyka spektralna dwupasmowej powłoki światłodzielącej 4. PODSUMOWANIE Optymalny wybór elementu światłodzielącego pracującego w układzie optycznym wymaga dokładnej analizy. Projektant układu musi rozważyć wszystkie zalety i ograniczenia będące wynikiem zastosowania wybranego elementu, w tym wprowadzane aberracje i właściwości polaryzacyjne rozdzielonych wiązek. Duża oferta rynkowa dzielników optycznych nie zabezpiecza jednak w pełni wymagań stawianych przez konstruktorów układów optycznych, stąd konieczność zastosowania specjalnego prezentowanego wyżej rozwiązania. LITERATURA 1. Griffiths P.R., De Haseth J.A.: Fourier Transform Infrared Spectroscopy. N.Y. Wiley, 1986. 2. MacLeod H.A.: Thin Films Optical Filters Third edition. 3. Vanasse G.A., Sakai H.: Fourier Spectroscopy. Progress in Optics, Vol. VI,1967. Rękopis dostarczono dnia 26.04.2010 r. Opiniował: prof. dr hab. inż. Maciej Rafałowski

Dwupasmowy dzielnik wiązki promieniowania optycznego 127 DUAL BAND OPTICAL BEAM DIVIDER Janusz KUBRAK ABSTRACT A dual band optical beam divider has been designed and analysed. The designed beamsplitter type, interference coating enables the operation of the beam divider at two different wavelengths. The designed beam divider is applied in Twyman-Green interferometers in Fourier spectroscopy based scientific research.

128 J. Kubrak