Spektroskopia transmisyjna/absorcyjna klasyczna metodyka: detektor próbka źródło – lampa spektr. ogranicz. zdolność rozdzielcza (szerokość instr.) ogranicz. czułość (droga optyczna) spektroskop/ monochromator np. widmo Fraunhoffera  I0   T  ħ Pomiar  wymaga przezroczystego ośrodka !  Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

Lasery w spektroskopii (klasycznej liniowej) 1. Udoskonalenie klasycznych metod dzięki kolimacji i monochromatyczności wiązek laserowych oddziaływania nieliniowe: detektor próbka lampa spektr. spektroskop/ monochromator monochromatyczność  zwiększ. zdolności rozdz. (instr  doppler) detektor próbka laser przestraj.  T   T  0 kolimacja wiązki świetlnej  zwiększ. czułości (drogi opt.) 2. Inne zalety wiązek laserowych  nieliniowa spektroskopia laserowa Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

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) Fotoablacja – rozrywanie wiązań molekularnych (dysocjacja, defragmentacja) 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) Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

Badania rozpraszania światła Rodzaje rozpraszania Rezonansowe – światło rezonansowo oddziałuje z określonym przejściem w atomach/cząsteczkach – absorpcja/reemisja  światła rozpraszanego =  św. reemitowanego – możliwy pomiar str. widmowej – str. energetycznej scatt exc Natęż. św. rozprosz. rozpraszanie elastyczne scatt = exc gdy bogatsza str. poziomów – bogatsze widma D1 D2 exc scatt Natęż. św. rozprosz. rozpraszanie Ramana scatt = excDi umożliwia pomiar rozszczepień Di D1 D2 Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

SRS (Stimulated Raman Scattering) Z laserowym wzbudzeniem - rozpraszanie wymuszone 1 2 E=h(1-2) 2. Rozpraszanie nierezonansowe (oscylujący dipol) małe cząstki (objętość  ) – rozprasz. Rayleigha – elastyczne  kolor nieba i zachodzącego słońca duże cząstki – rozpraszanie Mie [Gustaw Mie] – zależne od rozmiarów cząstek, słabiej zależy od  - kolor chmur Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

Rola interferencji i dyfrakcji w rozpraszaniu Rola interferencji i dyfrakcji w rozpraszaniu Mie, interferują przyczynki światła rozprosz. przez różne części cząstki i dają zależność od rozmiaru cząstek natęż. światła rozproszonego średnica cząstek Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

w rozpraszaniu na wielu małych cząstkach istotna dyfrakcja na indywidualnych cząstkach kąt minimum pierścieni przy dyfrakcji na okrągłych (sferycznych) obiektach o średnicy d: Przykład - badania aerozoli  Analiza obrazów dyfr. = ważna metoda pomiaru rozmiarów obiektów i struktur Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

Elastometria defektoskopia analizator polaryzator przezroczysty przedmiot z naprężeniami obraz naprężeń defektoskopia badanie naprężeń, sprawdzanie modeli konstrukcji Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

Koherencja światła lasera  zastos. do interferometrii laser speckle („cętki” laserowe) - wynik interferencji światła rozproszonego Interferometria plamkowa  nieniszcząca metoda badania powierzchni Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

Przykłady zastosowań interferometrii laser speckle wizualizacja uszkodzeń i ruchu obiektów i powierzchni Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

Prążki mory (moire pattern) mechanizm powstawania – interferencja fal świetlnych Zastosowania - np. ochrona zabytków: Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

Materiały fotoniczne szkło BK-7 1. Materiały na standardowe elementy optyczne (soczewki, pryzmaty, okienka)  ważna transmisja/absorpcja i dyspersja szkło kwarcowe szafir CaF2 Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

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) Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

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      Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

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 - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

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 - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

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) Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

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 Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

RHM (right-handed materials) Metamateriały, left-handed materials   jonosfera Re(n) = 0 RHM (right-handed materials) n > 0 LHM n < 0 seignetto-magnetyki Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

 <0, n urojone  <0, n <0 Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08

Wojciech Gawlik - Opt.Met.Badania Materiałów 3 - 2007/08