1 3. Materiały do manipulacji wiązkami świetlnymiModulatory światła: wymuszona dwójłomność – efekty magneto- i elektro-optyczne Np. modulatory natężenia (AM) – substancja dwójłomna między skrzyż. polaryzatorami + 45o bias Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

2  1) efekt Faraday’a L A Typowe wartości V :podłużne pole magnet. P B A L gdy poprzeczne pole B ef. Voigta (B2) (Cottona-Moutona) V = stała Verdeta Typowe wartości V : szkło optyczne 589 nm): flint mrad/G·m, kwarc .48 mrad/G·m, dop. Tb mrad/G·m granaty terbowo-galowe: TGG 633nm, 1064 nm YIG nm  Nieliniowy ef. Faradaya → V  106 rad/G·m Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

3  2a) efekt Kerra (kwadratowy) ośrodki izotropowe A L AC Kerr effect:K = stała Kerra 2a) efekt Kerra (kwadratowy) ośrodki izotropowe L P E A K  9.4×10-14 m/V2 (H2O) ÷ 4.4×10-12 m/V2 (nitrobenzen) silne pola el.!  AC Kerr effect: 2b) efekt Pockelsa (liniowy) ośrodki anizotropowe (non-central symmetric) Typowe pola dla  = 45o rzędu m/V Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

4 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 ), na której następuje ugięcie wiązki świetlnej. Ponadto ugięta wiązka ma częstość zmienioną o częstość fali zagęszczeń:      generator akust.  wiązka o częstości  PZT wiązka ugięta o częstości - lub + modulatory akusto-optyczne umożliwiają: szybkie kierowanie wiązki laserowej w zadanym kierunku 2) modulowanie częstości wiązki świetlnej       Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

5 modulatory światłowodoweinterferometr Macha-Zehndera Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

6 4. Materiały z periodyczną strukturązwierciadła, warstwy antyodblaskowe filtry interferencyjne kryształy z fotoniczną przerwą energetyczną (kryształy fotoniczne) najprostsze mat. z periodyczną str. – cienkie warstwy Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

7 Optyka cienkich warstw Interferencja wielowiązkowa – podstawywarstwa ograniczona powierzchniami odbijającymi Interferometr Fabry-Perot  - różnica faz sąsiednich promieni: - całkowite pole elektr. fali przepuszczonej Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

8 - natężenie światła przepuszczonego:wzór Airy „współczynnik finezji” - nie mylić z „finezją” F analogia z rezonansową funkcją Lorentza 2 x 1 Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

9 Zależność prążków Airy od współczynnika odbicia luster Rgdy =2n; =n, I=Imax=I0, I()/I0 R=4% mimo luster wszystko przechodzi !!! układ 2 luster zachowuje się inaczej niż jedno lustro (interferencja) R=18 % gdy =(2n+1); =(2n+1)/2, R=80 % R=95 %  2  szerokość maksimum pojęcie szerokości połówkowej: 1/2; I(1/2)=I0/2 (WHM) lub 21/2 (FWHM) Uwaga! Dla interferometru Michelsona było prążki w interferencji dwuwiązkowej są sinusoidalne, a w interferencji wielowiązkowej są znacznie węższe Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

10 Interferometr Fabry-Perot jako przyrząd spektralnyprążki, gdy światło ma różne składowe o różnych dł. fali każdej wartości  (położeniu prążka) odpowiada konkretna wartość  oraz  Animacja - 2 fale:  i + dla rosnącego  warunek rezonansu: 22 02 21 01 gdy 1, 2 21 01 22 02 m(+1) (m+1)(+1) m (m+1) gdy =2m ; =m, Odpowiada odległości sąsiednich prążków czyli różnicy 1-2=2 21 01 22 02 m (m+1) m(+2) (m+1)(+2) Przedział dyspersji interferometru (FSR – free spectral range) 21 01 02 m (m+1) (m-1)(+3) m(+3) Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

11 Warstwy dielektryczneodbicie na granicy dielektryków – wzory Fresnela: n2 n0 n1 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, 2009/10

12 ← filtr transmisyjny ← lustro (filtr odbiciowy)gdy interferencja obu odbitych wiązek jest konstruktywna  warstwy odblaskowe – lustra dielektryczne R=80 %  2  1 Itransmit()/I0 ← filtr transmisyjny  2  1 Ireflected()/I0 ← lustro (filtr odbiciowy) Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

13 cienka warstwa ⇔ struktura periodyczna 1D2 4 6 8 10 5 x Filtry interferencyjne, lustra Bragga Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

14 światłowodowa siatka braggowskaWojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

15 technologia pokryć dielektrycznychnaparowanie z piecyka (resistive heating) napylanie wiązką el., jonową, (e- , ion-beam deposition) rozpylanie w. jonową, plasma reactive sputtering Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

16 (kryształy z fotoniczną przerwą energetyczną)Kryształy fotoniczne (kryształy z fotoniczną przerwą energetyczną) 1D ośrodek jednorodny – zależność dyspersyjna:  k n=1 n >1 Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

17 2) ośrodek jednorodny, quasi-periodyczny@ fala świetlna  k Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

18 3) ośrodek niejednorodny, periodycznya @ fala świetlna  k  k przerwa Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

19 Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

20 Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

21 Optyczne materiały nielinioweoddziaływania nieliniowe: n i  są też nieliniowymi funkcjami natężenia światła Podstawowe optyczne zjawiska nieliniowe 1. Generacja drugiej harmonicznej 2. Samoogniskowanie i deogniskowanie światła gdy n2>0, ośrodek nieliniowy działa jak soczewka skupiająca, gdy n2<0, ośrodek nieliniowy działa jak soczewka rozpraszająca, Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

22 Pomiary nieliniowości optycznejmetoda Z-scan n2 < 0 n2 > 0 w zależności od znaku n2 , 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, 2009/10

23 Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

24 Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

25 Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

26 uzupełnić Kryształy fotoniczne (kryształy z fotonicznąprzerwą energetyczną) uzupełnić Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10