Optyczne metody badań materiałów – w.3 Resume W2: Lasery – gł. zasady i własności Laserowa obróbka materiałów 1. Modyfikacja struktury energetycznej 2. Działanie termiczne 3. Fotoablacja 4. Nanoszenie warstw plazmą laserową (dodane) Rozpraszanie światła - rezonansowe – informacja o strukturze - nierezonansowe – informacja o rozmiarach cząstek + ef. dyfrakcyjne – info. o rozmiarach i kształtach cząstek - Wykorzystanie polaryzacji światła - elastometria

transformacja materiałów Laserowa obróbka, Pole EM związane z promieniowaniem lasera może modyfikować a) str. energetyczną materiałów – własności fiz-chem. b) selektywnie inicjować reakcje chemiczne 2. Termiczne działanie wiązki laserowej na materiały (musi być absorbowana) wykład Optyczne Metody 2 3. Fotoablacja 4. Laser-Plasma Deposition (nanoszenie materiałów za pomocą plazmy laserowej) (dwie wiązki lasera excymerowego generują strumienie plazmowe różnych substancji, które się osadzają na płytce substratu w odpowiednich proporcjach)

Koherencja światła lasera  zastos. do interferometrii laser speckle („cętki” laserowe) - wynik interferencji światła rozproszonego  nieniszcząca metoda badania powierzchni

Przykłady zastosowań inerferometrii laser speckle wizualizacja uszkodzeń i ruchu obiektów i powierzchni

Prążki mory (moire pattern) mechanizm powstawania – interferencja fal świetlnych Zastosowania - np. ochrona zabytków:

Materiały fotoniczne szkło BK-7 1. Materiały na standardowe elementy optyczne (soczewki, pryzmaty, okienka)  ważna transmisja/absorpcja i dyspersja szkło kwarcowe szafir CaF2

2. Materiały do manipulacji wiązkami świetlnymi Modulatory światła: wymuszona dwójłomność – efekty magneto- i elektro-optyczne Np. modulatory natężenia (AM) – substancja dwójłomna między skrzyż. polaryzatorami 1) efekt Faraday’a podłużne pole magnet. P B A L gdy poprzeczne pole B ef. Voigta (B2) (Cottona-Moutona) V = stała Verdeta 2) efekt Kerra poprzeczne pole elektr. L P E A K = stała Kerra gdy podłużne pole E - ef. Pockelsa (E)

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 modulowanie częstości wiązki świetlnej     

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,

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

Badania światłowodów badanie składników absorpcja – tłumienie [dB/km] typowe wartości 0.3 dB/km  osłabienie z 1 mW do 1 W po 100 km nieliniowość światłowodów – ogranicz. możliwości, ale i tworzenie nowych  dyspersja – zmiana prędkości grupowej rozmycie impulsów, ograniczenie szybkości przekazu danych

Komercyjne mierniki światłowodów

Kryształy fotoniczne = materiały z periodycznymi niejednorodnościami współczynnika załamania charakteryzują się „fotoniczną przerwą energetyczną” – obszarem „zabronionych” częstotliwości fal świetlnych Kryształy fotoniczne pozwalają na propagację dozwolonych modów promieniowania z b. małymi stratami i zmianę kierunku propagacji pod b. ostrymi kątami (co jest niemożliwe w standardowych światłowodach)

Światłowody fotoniczne Przykładowe konstrukcje: dozwolone (a) i zabronione (b i c) mody promieniowania w światłowodzie fotonicznym (a) (b) (c) bardzo małe tłumienie, bardzo silne nieliniowości