Propagacja impulsu. Literatura. B.E.A. Saleh i M.C. Teich: Fundamentals of Photonics. John Wiley & Sons, Inc. New York 1991, rozdział 5 ( 5.

Podobne dokumenty
Płaska fala monochromatyczna

3. WSPÓŁCZYNNIK ŚCINANIA (KOREKCYJNY)

1. Podstawy rachunku wektorowego

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

Płaska fala monochromatyczna

PRZESTRZEŃ WEKTOROWA (LINIOWA)

ZADANIA Z FUNKCJI ANALITYCZNYCH LICZBY ZESPOLONE

Funkcje zespolone. 2 Elementarne funkcje zespolone zmiennej zespolonej

Równania Maxwella. roth t

Fotonika. Plan: Wykład 3: Polaryzacja światła

Wykład VI Dalekie pole

Mechanika kwantowa ćwiczenia, 2007/2008, Zestaw II

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

ROZDZIAŁ 12 PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA METOD WAP DO ANALIZY PROCESÓW GOSPODAROWANIA ZASOBAMI LUDZKIMI W PRZEDSIĘBIORSTWIE

Ośrodki dielektryczne optycznie nieliniowe

Zjawiska dyfrakcji. Propagacja dowolnych fal w przestrzeni

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

3. Zapas stabilności układów regulacji 3.1. Wprowadzenie

Relacje Kramersa Kroniga

Przekształcenie całkowe Fouriera

EFEKTY DYSPERSYJNE ZNIEKSZTAŁCAJĄCE KRÓTKIE IMPULSY LASEROWE. prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

Plan wykładu. Własności statyczne i dynamiczne elementów automatyki:

Solitony i zjawiska nieliniowe we włóknach optycznych

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Belki złożone i zespolone

Lista nr 1 - Liczby zespolone

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

Andrzej Leśnicki Laboratorium CPS Ćwiczenie 7 1/7 ĆWICZENIE 7. Splot liniowy i kołowy sygnałów

TRANSFORMATA FOURIERA

Lista 1. (e) z działaniem dodawania ciągów i mnożeniem ciągu przez liczbę. (f) z działaniem dodawania ciągów i mnożeniem ciągu przez liczbę

Optymalizacja (w matematyce) termin optymalizacja odnosi się do problemu znalezienia ekstremum (minimum lub maksimum) zadanej funkcji celu.

REZONANSY : IDENTYFIKACJA WŁAŚCIWOŚCI PRZEZ ANALIZĘ FAL PARCJALNYCH, WYKRESY ARGANDA

Równanie przewodnictwa cieplnego (II)

14. Pole elektryczne, kondensatory, przewodniki i dielektryki. Wybór i opracowanie zadań : Andrzej Kuczkowski.

Równanie Schrödingera

Modelowanie i obliczenia techniczne. Modelowanie matematyczne Metody modelowania

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

Równania Maxwella. Wstęp E B H J D

Równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu

PITAGORAS ARYSTOTELES ERATOSTENES. Wprowadzenie. O kulistości Ziemi. Starożytni postulatorzy kulistości Ziemi

Fizyka, II rok FS, FiTKE, IS Równania różniczkowe i całkowe, Zestaw 2a

Zestaw zadań z Równań różniczkowych cząstkowych I 18/19

Propagacja w przestrzeni swobodnej (dyfrakcja)

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

LASERY NA SWOBODNYCH ELEKTRONACH

Blok III: Funkcje elementarne. e) y = 1 3 x. f) y = x. g) y = 2x. h) y = 3x. c) y = 3x + 2. d) y = x 3. c) y = x. d) y = x.

Interferencja promieniowania

(4) (b) m. (c) (d) sin α cos α = sin 2 k = sin k sin k. cos 2 m = cos m cos m. (g) (e)(f) sin 2 x + cos 2 x = 1. (h) (f) (i)

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

Maciej Grzesiak Instytut Matematyki Politechniki Poznańskiej. Całki nieoznaczone

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 16, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

PEWNE ZASTOSOWANIA TEORII DYSTRYBUCJI I RACHUNKU OPERATOROWEGO W TEORII RÓWNAŃ RÓŻNICZKOWYCH

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

3. Zapas stabilności układów regulacji 3.1. Wprowadzenie

Podstawy wytrzymałości materiałów

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera.

Zadania z AlgebryIIr

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu) (1.1) (1.2a)

ZADANIA ZAMKNIETE W zadaniach 1-25 wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawna

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

ODWZOROWANIE W OŚWIETLENIU KOHERENTNYM

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Funkcje pola we współrzędnych krzywoliniowych cd.

? 14. Dana jest funkcja. Naszkicuj jej wykres. Dla jakich argumentów funkcja przyjmuje wartości dodatnie? 15. Dana jest funkcja f x 2 a x

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 14, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Optyka Fourierowska. Wykład 11 Apodyzacja, superrozdzielczość i odtwarzanie utraconych informacji

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

1. Podstawowe pojęcia w wymianie ciepła

Projektowanie Systemów Elektromechanicznych. Wykład 3 Przekładnie

Elektrodynamika. Część 2. Specjalne metody elektrostatyki. Ryszard Tanaś. Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

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

ĆWICZENIE 41 WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA ZA POMOCĄ MIKROSKOPU. Kraków, luty kwiecień 2015

Podstawy wytrzymałości materiałów

dopuszczalna prędkość zmiany przyspieszenia na krzywej przejściowej dopuszczalne przyśpieszenie niezrównoważone dla pociągów pasażerskich

Mechanika Kwantowa. Maciej J. Mrowiński. 24 grudnia Funkcja falowa opisująca stan pewnej cząstki ma następującą postać: 2 x 2 )

P K. Położenie punktu na powierzchni kuli określamy w tym układzie poprzez podanie dwóch kątów (, ).

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

Część 1. Transmitancje i stabilność

Metody Obliczeniowe Mikrooptyki i Fotoniki

Interferometr Macha-Zehndera. Zapis sinusoidalnej siatki dyfrakcyjnej i pomiar jej okresu przestrzennego.

W takim modelu prawdopodobieństwo konfiguracji OR wynosi. 0, 21 lub , 79. 6

Różne reżimy dyfrakcji

ROZKŁAD MATERIAŁU DO II KLASY LICEUM (ZAKRES ROZSZERZONY) A WYMAGANIA PODSTAWY PROGRAMOWEJ.

O pewnym twierdzeniu S. Łojasiewicza, J. Wloki, Z. Zieleżnego

1 Funkcje elementarne

Elementy optyki zintegrowanej

Optyka Ośrodków Anizotropowych. Wykład wstępny

Indukcja matematyczna

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

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu)

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

Piły taśmowe stellitowane Piły tarczowe KOLL Piły trakowe stellitowane Piłki do minitraka

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

(a b 1 2); : ( b a + b ab 2 + c ). : a2 2ab+b 2. Politechnika Białostocka KATEDRA MATEMATYKI. Zajęcia fakultatywne z matematyki 2008

Optyka wiązek - Wiązka Gaussowska

Mechanika kwantowa - zadania 1 (2007/2008)

Właściwości sygnałów i splot. Krzysztof Patan

KO OF Szczecin:

Badanie transformatora jednofazowego. (Instrukcja do ćwiczenia)

Ekoenergetyka Matematyka 1. Wykład 1.

Transkrypt:

Literatura Propagacja impulsu B.E.A. Saleh i M.C. Teich: Funamentals of Photonics. John Wiley & Sons, Inc. New York 99, roiał 5 ( 5.6) pomocnica alecana naukowa

Propagacja impulsu w ośroku yspersyjnym Fala nośna o cęstotliwości kołowej { i[ t k( ) ] } Un (, t) U exp moulowana impulsem A(,t) w punkcie (, t) A(, t) U (, t) A(, t) U exp{ i[ t k( ) ] } U n Znany jest impuls A(, t) w pocątku ukłau Posukujemy kstałtu impulsu w owolnej oległości

Propagacja impulsu w ośroku yspersyjnym c Un AUn A t const O

Ćwicenia Fotoniki Uupełnienie wykłau la 4 roku specjaliacji Inżynieria fotonicna Relacje la casu T [H] cęstotliwość T [s] okres [H] cęstotliwość kołowa

Funkcja harmonicna y cosx x y x mienna nieależna, może repreentować cas, oległość, lub inną wielkość fiycną okres funkcji cęstość cęstość kołowa X /X /() amplitua a

Wimo funkcji y cosx a Funkcja Wimo cos( bx) a okres funkcji X /b cęstość /X b/() cęstość kołowa b amplitua a b

Postać espolona harmonicnej y a exp( ibx) Im(y) y Re(y) x amplitua faa ϕ bx a, b constans Prestrenna preentacja espolonej funkcji harmonicnej Robicie na wa wykresy a y amplitua x okres funkcji X /b cęstość /X b/() α faa ϕ b tgα x cęstość kołowa b amplitua a - X

Rokła funkcji espolonej f(x) Perioycna X - okres ( x + nx ) f( x) n ±, ±, 3, L f ± X ogólnie f(x) C x R cęstość kołowa funkcji f(x) Rokła funkcji perioycnej na harmonicne f m m ( x) c exp( i x) m m Cęstość kołowa m-tej harmonicnej m m f Amplitua espolona m-tej harmonicnej c m X X f ( x) exp( i x) ( x) c exp[ i( ) x] + c exp[ i( ) x] + c exp[ i( ) x] + c exp[ i( ) x] + c exp[ i( ) x] + L m x +

f m m Wimo funkcji perioycnej f( x) c exp( i x) ( x) c exp[ i( ) x] + c exp[ i( ) x] + c exp[ i( ) x] + c exp[ i( ) x] + c exp[ i( ) x] + L m m + Mouł amplituy c m c m -3 Faa amplituy c m - - 3 arg(c m ) Dane prykłaowe -3 - - 3 Wimo yskretne

Prykłay ( x) cos( x).5x cm f m X X X ( x) exp( i x) x cos( x) exp( im x)x.5x ( x) +.5 exp( i x).5exp i [( ) ] m x x + exp[ i( m + ) x] c m exp i 4 4 f Po rowiąaniu c.5 sinc [ ( m ) ].5 sinc [ ( m ) ] m + + sinx sin cx c c. 5 x X Poostałe c m x

Wimo funkcji cos( x) c c.5 Faa arg(c m ) la każego m Poostałe c m.5 c m c m -3 - - 3 Wimo funkcji cos ( x) Ponieważ ( x).5 +.5 cos( x) c cos.5 c c.5 Poostałe c m.5 c m c m.5 Faa arg(c m ) la każego m -3 - - 3

.5.5 sin i i exp i expi Wimo funkcji sin( x) ( x) exp( i x) exp( i x) Ponieważ expi 3 i i ( ) i exp i więc sin ( x).5exp i exp( i x) +.5exp i exp( i x) Wimo.5 c m c m -3-3 - - 3 arg(c m ).5 - - 3 -.5

Perioycna funkcja prostokątna y X sin cx sinx x x Wimo X.5X c m.5x exp X.5X ( i m x) x.5sinc(.5m) (.5m) sin.5.5m.5 c c c c c3 c c 3 c4 c 4 c5 c 5 5 3

Wimo f Funkcja m ( x) c exp( im x).5 + exp( i x) + exp( i x) 3 m exp m 3 5 ( i3 x) exp( i3 x) + exp( i5 x) + exp( i5 x) + L 3 5 cos cos( 3 x) cos( 5 x) 5 + ( x)

Funkcja Prybliżenia ( x).5 + cos( x) cos( 3 x) + cos( 5 x) + L 4 4 3 4 5 f x x 3 harmonicne ( x).5 + cos( x) 4 f ( x).5 + cos( x) cos( 3 x) 5 harmonicnych 4 4 3 f x harmonicnych

Funkcja III(x) lub comb(x) f ( x) δ( x nx ) n X x Wimo funkcji III(x) c m la każego m X Niemiennik X

Funkcja perioycna i jej wimo m m ( x) c exp( i x) f cm f( x) exp( imx) Funkcja aperioycna okres nieskońcenie uży ( x) F( ) exp( ix) m m f F( ) f ( x) exp( i x) f ( x) FT + [ F( ) ] F X Zapis operatorowy X i jej wimo ( ) FT [ f ( x) ] x x Owrotna transformacja Fouriera Transformacja Fouriera

Funkcja prostokątna Π(x) Wimo funkcji prostokątnej /(a) Π(x) x F a a ( ) exp( ix) a sinc ( a) x a Pole prostokąta Nieskońcenie gęsty biór harmonicnych

Scególne prypaki funkcji prostokątnej a Wimo F() f(x) δ(x) stała x Delta Diraca awiera wsystkie harmonicne (-, ) a f(x) stała Wimo F() δ( ) x Tylko erowa harmonicna

Funkcja Gaussa f(x) f ( x) exp x w Wimo funkcji Gaussa e - w Niemiennik w x F ( ) F() w w exp F() F()e - w Transformata funkcji Gaussa jest funkcją Gaussa

Propagacja impulsu, metoa analiy A(,t) Σa( a ) a( a ) a( - ) a harmonicne a( a )FT-[A(,t)] + fala nośna Każa harmonicnych o amplituie a(, a ) propaguje się jako fala płaska o cęstotliwości kołowej a - ( ) a(, ) exp{ i[ t k( ) ] } u a a Po propagacji w oległości kstałt impulsu ( ) ( ) + t u FT [ u( ) ] A,

Propagacja impulsu gaussowskiego ( t) A, Impuls U exp t τ a FT Z tablic transformat t [ ( )] ( exp t exp.5 ) więc harmonicna impulsu ( ) (, τ U exp. τ ) a 5 a U a U τ Wimo impulsu U /e a /e t a τ / τ

Propagacja impulsu gaussowskiego c Propagująca się harmonicna o cęstotliwości kołowej ( ) a(, ) exp{ i[ t k( ) ] } u a Ale a ( ) (, τ U exp. τ ) a 5 a więc u { [ ] } ( ) ( τ U exp.5τ ) exp i t k( ) a u { [ ] } exp( i t) ( ) τ U exp.5τ + ik( ) a problem

Propagacja impulsu gaussowskiego c u { [ ] } exp( i t) ( ) τ U exp.5τ + ik( ) a problem Rowinięcie w sereg wglęem k k ( ) k( ) + ( ) +.5( ) Ponieważ a + k k ( ) k( ) + a +.5a k k

Współcynnik yspersyjny D prękości grupowej v g Z efinicji D v g ale vg k k więc D k u a po postawieniu o ależności { [ ] } exp( i t) ( ) τ U exp.5τ + ik( ) a bęie

( ) ( ) [ ] ( ) + τ + τ τ D.5 i.5 exp t i exp exp ik U u a a a gie cas propagacji grupy g v τ Ponieważ a u u gyż a - więc miana a ( ) ( ) [ ] ( ) + + D.5 i.5 exp t i exp exp ik U u a a a a τ τ τ

u Po prekstałceniach propagująca się harmonicna o cęstotliwości kołowej ( ) τ [ ( ) ] [ ( τ )] τ U exp ik exp i t exp.5 i a a gie wielkość τ D ależna o serokości impulsu τ i współcynnika yspersyjnego D prękości grupowej

Impuls po propagacji na oległość ( ) ( ) [ ] ( ) i t exp i exp ik U t U, τ τ lub po pomnożeniu wykłanika exp pre + i / ( ) ( ) [ ] ( ) + t exp i i exp exp ik U t U, τ τ ( ) ( ) ( ) [ ] a u a u u t U, a + FT więc po uwglęnieniu woru na owrotną FT funkcji gaussa Suma harmonicnych

Ostatecnie rokła intensywności w impulsie po propagacji na oległość τ Ia (, t) U(, t) exp τ( ) ( t τ ) τ ( ) gie serokość impulsu τ( ) stała τ D cas propagacji impulsu τ + ależna o serokości pocątkowej τ i współcynnika yspersyjnego D ośroka τ v g τ - pocątkowa serokość impulsu ( )

W N I O S K I Propagujący się impuls jest gaussowski Serokość impulsu Dla D τ τ D ( ) τ + Impuls posera się tym więcej, im mniejsa jest jego pocątkowa serokość τ ( t τ ) τ ( ) τ Ia (, t) exp τ( ) więksa się wra oległością jeżeli D gyż wartość τ D mniejsa Impuls propaguje się prękością grupową v g τ k v g

W N I O S K I c Dla użej oległości τ( ) τ spełniającej warunek >> + τ D τ Liniowe poserenie impulsu wra e wrostem oległości Problem Dotychcasowe wielkości e wglęu na wygoę apisu były funkcjami cęstotliwości lub W optyce yspersję opisuje się w funkcji ługości fali

Prejście W optyce yspersja materiału n n( ) ane w katalogach n c v( ) prękość faowa fali w ośroku v ( ) ( ) Pre analogię c N ( ) współcynnik prękości grupowej vg ( ) ane w katalogach Problem: Znaleźć v g ( ) pre prejście D D

( ) n k n n k k n n k k + + c Więc po postawieniu n c c n k Ponieważ k k D ora c treba naleźć k k Ale k k D 3 n c c n n n c

W celu naleienia D korystamy relacji D D to nacy D D n c N ( ) v g c c k n n ( ) Wielkości n( ) N( ) i D są stałymi materiałowymi poanymi w katalogach Ponieważ yspersja cąstkowa n/ < więc N > n Prękość grupowa jest mniejsa o prękości faowej

Kwarc

Prykła na krotność poserenia impulsu p τ τ ( ) + gie po postawieniach c D τ Na wykresie D [ps/(km nm] więc c 3 nm/ps Dla 8 nm D -5 W a r t o ś c i p τ la km km 5 ps ns µs.3 3.3 7 3.8.3. la km 973.63..3 la 6 km 383 6.4. 5 τ niemal nie mienia się τ 6 km 9 ns 6.4 ns µs

Propagacja impulsu.5 I () a.5 4 6 8 4 6 Kompresja impulsu chirping