Optyka instrumentalna

Podobne dokumenty
Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał

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

Optyczne elementy aktywne

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

IV. Transmisja. /~bezet

Repeta z wykładu nr 2. Detekcja światła. Parametry fotodetektorów. Co to jest detektor?

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

Technika laserowa, otrzymywanie krótkich impulsów Praca impulsowa

Wykład 12: prowadzenie światła

1100-1BO15, rok akademicki 2016/17

Solitony i zjawiska nieliniowe we włóknach optycznych

Fotodetektor. Odpowiedź detektora światłowodowego. Nachylenie (czułość) ~0.9 ma/mw. nachylenie = czułość (ma/mw) Prąd wyjściowy (ma)

Źródła i 1detektory IV. ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE WEWNĘTRZNE W PÓŁPRZEWODNIKACH.

Zakres wykładu. Detekcja światła. Zakres wykładu. Zakres wykładu

Wprowadzenie do optyki nieliniowej

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNE

V n. Profile współczynnika załamania. Rozmycie impulsu spowodowane dyspersją. Impuls biegnący wzdłuż światłowodu. Wejście Wyjście

Repeta z wykładu nr 10. Detekcja światła. Kondensator MOS. Plan na dzisiaj. fotopowielacz, część 2 MCP (detektor wielokanałowy) streak camera

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Wpływ oświetlenia na półprzewodnik oraz na złącze p-n

Fotoelementy. Symbole graficzne półprzewodnikowych elementów optoelektronicznych: a) fotoogniwo b) fotorezystor

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Zjawiska w niej występujące, jeśli jest ona linią długą: Definicje współczynników odbicia na początku i końcu linii długiej.

Wzmacniacze optyczne ZARYS PODSTAW

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 2. Badanie apertury numerycznej światłowodów

Optotelekomunikacja. dr inż. Piotr Stępczak 1

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Elementy optoelektroniczne. Przygotował: Witold Skowroński

Źródła i detektory IV. ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE WEWNĘTRZNE W PÓŁPRZEWODNIKACH.

Fizyka Laserów wykład 5. Czesław Radzewicz

III. Opis falowy. /~bezet

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

Wykład VIII. Detektory fotonowe

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

WYBRANE TECHNIKI SPEKTROSKOPII LASEROWEJ ROZDZIELCZEJ W CZASIE prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

LASERY NA CIELE STAŁYM BERNARD ZIĘTEK

NA = sin Θ = (n rdzenia2 - n płaszcza2 ) 1/2. L[dB] = 10 log 10 (NA 1 /NA 2 )

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe

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

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

Dyspersja światłowodów Kompensacja i pomiary

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

Ćw.3. Wykrywanie źródeł infradźwięków

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wzrost pseudomorficzny. Optyka nanostruktur. Mody wzrostu. Ekscyton. Sebastian Maćkowski

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

( ) u( λ) w( f) Sygnał detektora

VI. Elementy techniki, lasery

Bernard Ziętek OPTOELEKTRONIKA

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

PODSTAWY FIZYKI LASERÓW Wstęp

II. WYBRANE LASERY. BERNARD ZIĘTEK IF UMK /~bezet

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Ośrodki dielektryczne optycznie nieliniowe

Urządzenia półprzewodnikowe

Elementy optoelektroniczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

2. Światłowody. 2. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Światłowody Strona 1

DETEKTORY ŚWIATŁA. Parametry fotodetektorów

Metody Obliczeniowe Mikrooptyki i Fotoniki. Metoda propagacji wiązki BPM Modelowanie propagacji

Wysokowydajne falowodowe źródło skorelowanych par fotonów

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

Wykład VII Detektory

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

BADANIE CHARAKTERYSTYK FOTOELEMENTU

Propagacja światła we włóknie obserwacja pól modowych.

Światłowodowe Sensory interferencyjne: zasady pracy i konfiguracje

KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I FOTONIKI

ZASTOSOWANIE ZJAWISKA CAŁKOWITEGO WEWNĘTRZNEGO ODBICIA W ŚWIATŁOWODACH

BADANIE WIĄZKI ŚWIETLNEJ

Na podstawie: K. Booth, S. Hill Optoelektronika ; J. Siuzdak, Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej ; J. Watson, Elektronika

Właściwości światła laserowego

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Światłowody

Systemy laserowe. dr inż. Adrian Zakrzewski dr inż. Tomasz Baraniecki

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 3, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Przedmowa do wydania drugiego Konwencje i ważniejsze oznaczenia... 13

Fala EM w izotropowym ośrodku absorbującym

Wstęp do optyki i fizyki materii skondensowanej. O: Wojciech Wasilewski FMS: Mateusz Goryca

Ćwiczenie E17 BADANIE CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH MODUŁU OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH I SPRAWNOŚCI KONWERSJI ENERGII PADAJĄCEGO PROMIENIOWANIA

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 3, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

spis urządzeń użytych dnia moduł O-01

4. Diody DIODY PROSTOWNICZE. Są to diody przeznaczone do prostowania prądu przemiennego.

Systemy i Sieci Radiowe

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

KOREKCJA BŁĘDÓW W REFLEKTOMETRYCZNYCH POMIARACH DŁUGOŚCI ODCINKÓW SPAWANYCH TELEKOMUNIKACYJNYCH ŚWIATŁOWODÓW JEDNOMODOWYCH

Skończona studnia potencjału

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

Światło fala, czy strumień cząstek?

Transkrypt:

Optyka instrumentalna wykład 12 25 maja 2017

Wykład 11 Wiązki przyosiowe Wyższego rzędu TEM mn (Gaussa-Hermite a) Elementy optyczne w działaniu na wiązki Prawo ABCD dla wiązek gaussowskich Ogniskowanie skolimowanej wiązki przez cienką soczewkę Parametr M 2 jakości wiązki Wiązki TEM mn jako mody rezonatorów Przesunięcie rezonansu wnęki ze względu na fazę Gouya Falowody i światłowody Całkowite wewnętrzne odbicie Falowód dielektryczny płaski symetryczny Mody TE, TM Mody prowadzone (związane) Mody radiacyjne Profil modu Częstość odcięcia modu Stała propagacji Prędkość fazowa: efektywny współczynnik załamania dla modu n rdzeń > n ef,m > n płaszcz

Prędkość grupowa Impuls światła pole niemonochromatyczne: Przybliżenie wolnozmiennej obwiedni: Rozwijamy w szereg stałą propagacji: Przybliżenie liniowe: Prędkość fazowa: v f = ω 0 /β 0 Prędkość obwiedni prędkość grupowa v g = 1/β 1 = dω/dβ

E t Dyspersja prędkości grupowej Zakładamy impuls gaussowski: E ω, 0 = A ω ω 0, 0 = A 0 e ω ω 0 4Γ 0 2 Wynik: nośna obwiednia gaussowska Prędkość grupowa i fazowa jak poprzednio. chirp Efekty kwadratowego członu β 2 0 Czas trwania impulsu zależy od z wydłużenie o Świergot (chirp) zależność chwilowej częstości d(arge t )/dt od czasu czas wikipedia.org dyspersja prędkości grupowej (group velocity dispersion, GVD)

Prędkość grupowa i jej dyspersja W ośrodkach izotropowych Parametr dyspersji D zależność opóźnienia impulsu od długości fali: W falowodzie: dn dω > 0 v g < v f dyspersja normalna dn dω < 0 v g > v f dyspersja anomalna β 2 > 0 w zakresie widzialnym i maleje. Typowo w bliskiej podczerwieni przejście przez 0. jednostka D: ps/(nm km) jednostka β: ps 2 j indeks modu falowodu 1 km dyspersja materiałowa v g zależy od modu! Ograniczenie bit/s dyspersja geometryczna (typowo << niż materiałowa)

Światłowody GVD = 0 GVD < 0 Symetria cylindryczna Degeneracja modów TE i TM Nie zachowują polaryzacji Światłowody zachowujące polaryzację: wymuszona dwójłomność przez naprężenia Nagroda Nobla 2009: Charles Kao bart133, Wikipedia

Światłowody fotoniczne Możliwy duży udział dyspersji materiałowej. Kwestie praktyczne Średnica płaszcza, średnica rdzenia (wielomodowy, jednomodowy) Częstotliwość odcięcia Tłumienie Końcówki (typ końcówek lub ich brak) Czyszczenie końcówek! Spawanie światłowodów.

Detektory światła Reprezentacja zespolona: Detektory kwadratowe Odpowiedź detektora kwadratowego na sygnał superpozycji fal: Detekcja homodynowa: Δω = 0 Pomiar bardzo słabych sygnałów

Parametry rzeczywistych detektorów Czułość stosunek natężenia prądu na wyjściu do mocy padającej, A/W Charakterystyka widmowa Charakterystyka czasowa (częstotliwościowa) szybkość odpowiedzi detektora opisana stałą czasową τ Charakterystyka szumu: Stosunek sygnału do szumu (SNR, signal-to-noise ratio) Zależy zarówno od charakterystyki detektora, jak i poziomu sygnału Moc równoważan szumom (NEP, noise-equivalent power) Parametr detektora Zdolność detekcyjna: odwrotność NEP unormowanej względem rozmiarów detektora (A powierzchnia detektora) i pasma Δf Dynamika (podawana w db lub bit) zakres zmienności natężenia, dla którego odpowiedź detektora jest liniowa

Detektory termiczne Bolometr straty ciepła pojemność cieplna Dla prostokątnego impulsu: Czas reakcji rzędu 1 s, NEP typowo ~1 mw Szeroki zakres spektralny

Detektory termiczne Miernik piroelektryczny Kryształ ferroelektryczny (lub ceramika) Zmiana temperatury zmiana uporządkowania domen ferroelektrycznych przepływ prądu. Dodstkowy efekt w pobliżu przejścia fazowego: silna zależność stałej dielektrycznej od temperatury zmiana pojemności układu. Pomiar wyłącznie sygnałów impulsowych. Pomiar energii impulsu (~μj). Powtarzanie do khz, szeroki zakres spektralny.

Detektory kwantowe Efekt fotoelektryczny wewnętrzny i zewnętrzny Efekt fotoelektryczny zewnętrzny hν energia fotonu 1 ev 5 ev Inne efekty prowadzące do emisji elektronów: Termoemisja Emisja wtórna (bombardowanie materiału wysokoenergatycznymi (100 ev) elektronami Emisja polowa (w silnym polu elektrycznym)

Fotokomórka i fotopowielacz Wydajność kwantowa: η = Fotoprąd fotokomórki: Fotokomórka FK fotokatoda A anoda N wybitych elektronów N fotonów padających na FK Czułość (dla λ = 500nm i η = 0,1: ~40 ma/w NEP, zakładając mierzalny prąd 1 na: 25 nw Obecnie praktycznie zastąpione przez fotodiody. Fotopowielacz D dynody Napięcie >100 pomiędzy elektrodami powoduje wtórną emisję elektronów (wzmocnienie G) Typowo G N = 10 5 10 7 Czułość dla G N = 10 7 : ok. 400 ka/w -> możliwość rejestracji pojedynczych fotonów. Długość impulsu elektrycznego ok. 1ns, Rozrzut czasowy (jitter) do < 30 ps.

Fotokomórka i fotopowielacz Zakres widmowy: ograniczony przez materiał fotokatody Przykładowe charakterystyki fotokatod (Hamamatsu).

Efekt fotoelektryczny wewnętrzny Absorpcja fotonu: elektron w paśmie przewodnictwa + dziura w paśmie walencyjnym. Fotoopór Zmiana oporu pod wpływem oświetlenia. Wzmocnienie: G= czas życia dziury czas życia elektronu Mała czułość, długi czas reakcji ale tani i niezawodny.

Fotodioda złączowa gęstość ładunku Złącze pn stałe pole elektryczne w złączu niespolaryzowane polaryzacja zaporowa Rozdzielenie fotoładunków z obszarów 1 (bezpośrednio) i 2 (przez dyfuzję). W praktyce: jeden z materiałów przezroczysty, światło pada prostopadle do złącza. Mała grubość złącza (~1 μm) ogranicza wydajność kwantową.

Fotodioda złączowa Prąd ciemny! Układ fotowoltaiczny Układ fotodetekcji (polaryzacja zaporowa) Szybkość działania ograniczona przez pojemność złącza (filtr RC). Polaryzacja zmniejsza pojemność. Układ fotodetekcji z obciążeniem Schemat zastępczy fotodiody

Fotodioda lawinowa Duże napięcie zaporowe prowadzi do powielania nośników. Blisko napięcia przebicia lawinowe narastanie liczby nośników.

Fotodioda pin Półprzewodniki p i n przedzielone warstwą półprzewodnika niedomieszkowanego (izolatora). Rozdzielanie nośników w warstwie izolatora większa grubość obszaru światłoczułego: wzrost wydajności kwantowej η 1 spadek pojemności diody -> większa szybkość odpowiedzi czas odpowiedzi 1 ns dla diod o powierzchni 1 mm 2, do < 10 ps dla diod o powierzchni rzędu 50 μm 2 (sprzężonych ze światłowodem jednomodwym)