3. Materiały do manipulacji wiązkami świetlnymi Modulatory 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

 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 1 mrad/G·m, kwarc .48 mrad/G·m, dop. Tb -6.3 mrad/G·m granaty terbowo-galowe: TGG -13.4 mrad/G·m @ 633nm, -4 mrad/G·m @ 1064 nm YIG 280 mrad/G·m @ 585nm  Nieliniowy ef. Faradaya → V  106 rad/G·m Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

 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 10-11 m/V Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

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

modulatory światłowodowe interferometr Macha-Zehndera Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

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, 2009/10

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

- 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

Zależność prążków Airy od współczynnika odbicia luster R gdy =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

Interferometr Fabry-Perot jako przyrząd spektralny prążki, 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

Warstwy dielektryczne odbicie 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

← 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

cienka warstwa ⇔ struktura periodyczna 1D 2 4 6 8 10 5 x Filtry interferencyjne, lustra Bragga Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

światłowodowa siatka braggowska Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

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, 2009/10

(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

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

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

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

Optyczne materiały nieliniowe oddziaływania 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

Pomiary nieliniowości optycznej metoda 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

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

Wojciech Gawlik - Materiały Fotoniczne 3, 2009/10

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