3. Materiały do manipulacji wiązkami świetlnymi

3. Materiały do manipulacji wiązkami świetlnymi Modulatory światła: wymuszona dwójłomność efekty magnetoi elektro-optyczne Np. modulatory natężenia (AM) substancja dwójłomna między skrzyż. polaryzatorami I T I sin θ L θ π n λ + 45 o bias Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ /

) efekt Faraday a podłużne pole magnet. n B I T I sin θ B gdy poprzeczne pole B - ef. Voigta ( B ) (Cottona-Moutona) P L A θ F V L B V stała Verdeta Typowe wartości V : szkło optyczne (@ 589 nm): flint mrad/g m, kwarc.48 mrad/g m, dop. Tb -6.3 mrad/g m granaty terbowo-galowe: TGG -3.4 mrad/g m @ 633nm, -4 mrad/g m @ 64 nm YIG 8 mrad/g m @ 585nm Nieliniowy ef. Faradaya V 6 rad/g m Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ /

a) efekt Kerra (kwadratowy) ośrodki izotropowe K stała Kerra E L θ π n λ P L ~ A θ K K L E K 9.4-4 m/v (H O) 4.4 - m/v (nitrobenzen) AC Kerr effect: silne pola el.! b) efekt Pockelsa (liniowy) ośrodki anizotropowe (non-central symmetric) n r n 3 E Typowe pola dla θ 45 o rzędu - m/v Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 3/

Modulatory częstości (FM) i fazy najczęściej elektro-optyczne (EOM) (materiał dwójłomny bez polaryzatorów) Ważne modulatory akusto-optyczne (AOM) wykorzystujące efekt elastooptyczny (ciśnieniowa modyfikacja n ) Piezoceramiczny nadajnik ultradźwiękowy (PZT) wytwarza w krysztale falę zagęszczeń n (o częstości Ω), na której następuje ugięcie wiązki świetlnej. Ponadto ugięta wiązka ma częstość zmienioną o częstość fali zagęszczeń: ω ω ± Ω wiązka o częstości ω PZT generator akust. Ω wiązka ugięta o częstości ω-ω lub ω+ω modulatory akusto-optyczne umożliwiają: ) szybkie kierowanie wiązki laserowej w zadanym kierunku ) modulowanie częstości wiązki świetlnej ω ω ± Ω Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 4/

modulatory światłowodowe interferometr Macha-Zehndera Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 5/

4. Materiały z periodyczną strukturą zwierciadła, warstwy antyodblaskowe filtry interferencyjne kryształy z fotoniczną przerwą energetyczną (kryształy fotoniczne) najprostsze mat. z periodyczną str. cienkie warstwy Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 6/

Optyka cienkich warstw Interferencja wielowiązkowa podstawy Interferometr Fabry-Perot warstwa ograniczona powierzchniami odbijającymi - różnica faz sąsiednich promieni: δ k π λ n ( droga geom.) ( 3) ( 4) π d tgϑ sinϑ cosϑ d dsin ϑ dcosϑ cosϑ δ k 4π d cosϑ λ - całkowite pole elektr. fali przepuszczonej E TE TE + TRE e iδ + TR n inδ R e n E TE Re e iδ iδ +... TR n E e inδ Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 7/

- natężenie światła przepuszczonego: T E I E I, R + T ( δ ) I I f ( R cosδ ) + ( R sinδ ) + R cos δ + R sin δ R cosδ + R R cosδ E I( δ ) + F sin δ ( x) x + γ analogia z rezonansową funkcją Lorentza T E I 4R δ + sin wzór Airy ( R) 4R F współczynnik finezji ( R) - nie mylić z finezją 5 45 4 35 3 5 5 F 4R ( R) F F π F T E R π R.5 γ 5 5 5 x 5 Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 8/

Zależność prążków Airy od współczynnika odbicia luster R I(δ)/I. 8. 6. 4. 4 6 8 π Uwaga! Dla interferometru Michelsona było ( δ ) I ( + cosδ ) I π δ R4% R8 % R8 % R95 % gdy δπn; nλ, II max I, mimo luster wszystko przechodzi!!! układ luster zachowuje się inaczej niż jedno lustro (interferencja) gdy δ(n+)π; (n+)λ/, R I Imin I + R szerokość maksimum pojęcie szerokości połówkowej: δ / ; I(δ / )I / (WHM) lub δ / (FWHM) ( R) δ / R prążki w interferencji dwuwiązkowej są sinusoidalne, a w interferencji wielowiązkowej są znacznie węższe Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 9/ F 4R ( R) ( δ ) I I + F sin δ

Interferometr Fabry-Perot jako przyrząd spektralny prążki, gdy światło ma różne składowe o różnych dł. fali Animacja - fale: λ i λ+ λ dla rosnącego λ π mλ m(λ+ λ ) (m+)λ (m+)(λ+ λ ) π π mλ m(λ+ λ ) (m+)λ (m+)(λ+ λ ) π π (m-)(λ+ λ 3 ) mλ m(λ+ λ 3 ) π (m+)λ d d δ 4 π cosϑ 4π ν cosϑ λ c δ ν każdej wartości δ (położeniu prążka) odpowiada konkretna wartość λ oraz ν warunek rezonansu: gdy ϑ δ π m d d δ, δ δ 4π, δ 4π λ λ gdy δπm; mλ, d mc δ 4 π ν π m ν c d c c ν m, ν ν + ν ( m + ) d d ν ew. Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ / ( δ ) I I + F sin δ c d c nd Przedział dyspersji interferometru (FSR free spectral range) Odpowiada odległości sąsiednich prążków czyli różnicy δ -δ π

Warstwy dielektryczne odbicie na granicy dielektryków wzory Fresnela: R I n n r, I n + n R I I r n n n + n n n n gdy interferencja obu odbitych wiązek jest destruktywna warstwy antyodblaskowe Współcz. odbicia od granicy powietrze-szkło z warstwą antyrefleksyjną optymalizowaną dla światła widzialnego R [%] Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ /

gdy interferencja obu odbitych wiązek jest konstruktywna warstwy odblaskowe lustra dielektryczne I transmit (δ)/i R8 % filtr transmisyjny π π δ I reflected (δ)/i lustro (filtr odbiciowy) π π δ Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ /

cienka warstwa struktura periodyczna D 5d 4d 3d d d Filtry interferencyjne, ν c nd lustra Bragga 5 4 6 8 x Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 3/

światłowodowa siatka braggowska Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 4/

technologia pokryć dielektrycznych naparowanie z piecyka (resistive heating) napylanie wiązką el., jonową, (e-, ion-beam deposition) rozpylanie w. jonową, plasma reactive sputtering Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 5/

Kryształy fotoniczne (kryształy z fotoniczną przerwą energetyczną) D ) ośrodek jednorodny zależność dyspersyjna: k π λ ω n c ω c k n ω n n > k Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 6/

) ośrodek jednorodny, quasi-periodyczny a fala świetlna E e i k r @ k π a E e π i r a ω π k a k Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 7/

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 8/ 3) ośrodek niejednorodny, periodyczny a fala świetlna r i k e E @ a k π r a i e E π ω k a k π przerwa ω k a k π

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 9/

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ /

Optyczne materiały nieliniowe oddziaływania nieliniowe: D α E D α α( E) E np. 3 E + β E + γ E +... n i κ są też nieliniowymi funkcjami natężenia światła Podstawowe optyczne zjawiska nieliniowe. Generacja drugiej harmonicznej E i βe E cosωt βe βe cos ωt ( + cos ωt ). Samoogniskowanie i deogniskowanie światła n n( E) n + n E gdy n >, ośrodek nieliniowy działa jak soczewka skupiająca, gdy n <, ośrodek nieliniowy działa jak soczewka rozpraszająca, Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ /

Pomiary nieliniowości optycznej metoda Z-scan n n( E) n + n E n < n > w zależności od znaku n, nieliniowa próbka poddana jest samoogniskowaniu lub samo-deogniskowaniu i w zależności od swego położenia wzgl. ogniska wiązki laserowej, wywołuje charakterystyczne zmiany rejestrowanego natężenia światła Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ /

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 3/

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 4/

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 5/

Kryształy fotoniczne (kryształy z fotoniczną przerwą energetyczną) uzupełnić Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 9/ 6/