optoelectronics

1. optoelectronics Światłowody

2. optoelectronics

3. optoelectronics Rewolucja informatyczna lata 1800-1900 Prędkość przesyłania danych

4. optoelectronics Światłowody

5. optoelectronics Aleksander Graham Bell przeprowadził próby transmisji informacji za pomocą modulowanego światła słonecznego. Jego „fotofon” powstał w 1880 r. Możliwe było przesyłanie sygnału mowy na odległość do 200 m

6. optoelectronics Two of these units were used between building to re-establish a high speed communication link. FSO communication between Merrill Lynch Brokerage and Wall Street in New York following the terrorist attack that destroyed normal fiber optic link

7. optoelectronics Atmospheric attenuation andscatter 6.5 dB/km 150 dB/km 225 dB/km 300m distance to tall building

8. optoelectronics Światłowody

9. optoelectronics Światłowody

10. optoelectronics Światłowody

11. Całkowite wewnętrzne odbicie !!!

12. optoelectronics Direct Dispensed Laser-written US Patent 5534101, Keyworth & McMullin Światłowody planarne

13. optoelectronics Elementy i układy planarne

14. Zintegrowane układy planarne

15. optoelectronics Swiatło Płaszcz Rdzeń Swiatło n 2 Swiatło Swiatło n 2 n1 n2 > Światłowody planarne

16. optoelectronics n1 > n2 1 q - - q 2 2 cos ( n sin ) 2 = i i r R T ^ 1 q + - q 2 2 cos ( n sin ) 2 i i i t i I Prawa odbicia i załamania światła Prawo Snella n1 sin1 = n2 sin2 Wzory Fresnela opisują współczynniki odbicia i załamania t = 1-r korzystamy z prawa Snella by wyeliminować t :

17. optoelectronics n 2 q =90° t E Fala zanikająca t , ^ n > n q q E r i 1 2 i , // E r , ^ E i , ^ E r ,// Fala padająca Fala odbita Całkowite wewnętrzne odbicie Gdy wstawiając do wzoru powyżej mamy staje się zespolone Całkowite wewnętrzne odbicie Total internal Reflection(TIR) t = 0 czyli cała moc zostaje odbita

18. optoelectronics Całkowite wewnętrzne odbicie

19. optoelectronics n 2 q =90° t E Fala zanikająca t , ^ n > n q q E r i 1 2 i , // E r , ^ E i , ^ E r ,// Fala padająca Fala odbita Całkowite wewnętrzne odbicie Total Internal Reflection

20. optoelectronics Całkowite wewnętrzne odbicie r jest zespolone: IrI - amplituda, arg{r} - faza q c TIR 1 180 0.9 TIR 120 0.8  0.7 60 q 0.6 p Współczynnik odbicia 0.5 Zmiany fazy(stopnie) 0 q 0.4 |R| c - 60 // 0.3 q 0.2 p |R//| -1 20 0.1 0 -1 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 q Kąt padania, q Kąt padania i i • Modółwsp. odbicia R// and Rvs. kąt padaniaidlan1=1.44 and n2=1.00. Kąt krytyczny 44. • Odpowiadajacezmiany fazy//ivs. kąt padania.

21. Wirtualna płaszczyzna odbicia B n 2 y d Głębokość wnikania, z n > n q q 1 2 i A r D z Fala odbita Fala padająca Przesunięcie Goos’a-Hanchen’ai tunelowanie optyczne Promień odbity w całkowtym wewnętrznym odbiciu wydaje się przesunięty poziomo na granicy ośrodków oDz - przesunięcie Goosa-Hanchena D = d q z 2 tan i d = głębokość wnikania

22. optoelectronics Całkowite wewnętrzne odbicie !!! • 1 odbicie od powierzchni metalu straty ~ 1% mocy, odbija się 99%. 100 kolejnychodbić pozostawia zaledwie 36% początkowej mocy, • 1 odbicie na powierzchni dielektrycznej (TIR) tracizaledwie ~ 0.00001% mocy, odbijasię 99.99999%. 100 kolejnych odbić pozostawia 99.99900000495% początkowej mocy.

23. Tunelowanie optyczne

24. Całkowite wewnętrzne odbicie !!!

25. optoelectronics Swiatło Płaszcz Rdzeń Swiatło n 2 Swiatło Swiatło n 2 n1 n2 > Analiza warunków propagacji - obraz optyki geometrycznej (promienie świetlne) - obraz optyki falowej (rozwiązanie równań Maxwella dla struktury)

26. optoelectronics Analiza warunków propagacji obraz optyki geometrycznej (promienie świetlne) Światłowód lustrzany: dwa płasko-równoległe, idealne zwierciadła umieszczone jedno nad drugim w odległości d

27. optoelectronics Światłowód lustrzany • Fala propagująca się w światłowodzie • wzdłuż światłowodu • na granicy rdzeń/płaszcz y Interferencja fal E1 i E2 tworzy falę biegnącą wzdłuż osi z oraz falę stojącą wzdłuż y

28. optoelectronics Światłowód lustrzany zwierciadło zwierciadło

29. optoelectronics Światłowód lustrzany

30. optoelectronics  Światłowód lustrzany B A d C Dwie fale O • Każdemu odbiciu towarzyszy przesunięcie fazy o p, ale amplituda i polaryzacja nie zmieniają się. • Warunek samouzgodnienia = po dwóch odbiciach fala odtwarza się: • AC-AB = wielokrotność długości fali = lm, gdzie m = 1,2,3, ... • z zależności trygonometrycznych

31. optoelectronics Światłowód lustrzany • Dozwolone są tylko wybrane kąty odbicia m=0,1,2,.. • inaczej; warunki propagacji spełnione są tylko dla wybranych kątów  dyskretne widmo kątów • Wyższym m odpowiadają niższem.

32. optoelectronics Światłowód lustrzany m - to numer modu

33. optoelectronics Światłowód dielektryczny • Zanikające pole • Przesunięcie fazowe

34. optoelectronics C B ¢ n 2 A 2 q - p /2 E p -2 q k C x 1 y A ¢ 1 n q q 1 2 a z q 1 2 C n 2 Światłowód dielektryczny • Dwie dowolne fale 1 i 2,które są początkowo w faziemuszą pozostać w faziepo dwóch odbiciach • Inaczej występuje interferencja destruktywna i fale wygaszą się • Trzeba dodatkowo uwzględnić przesunięcie fazy przy odbiciu dwa razy fr Warunki prowadzenia:

35. optoelectronics Stała propagacji w kierunku „z” Poprzeczna; „y” stała propagacji Światłowód dielektryczny • wektor falowyk1można rozłożyć na dwie składowe, • i k, wzdłuż i w poprzekosi światłowoduz. y kx k q kz=b z  • Tylko wybrane kąty odbicia są dozwolonem=0,1,2,.. • Wyższym m odpowiadają niższem. • Każdemumodpowiada inna stała propagacjim wzdłuż światłowodu • Gdy mamy interferencję wielu fal, fala sumacyjna posiadastacjonarny rozkład pola elektrycznego w kierunku y,i ten wzór przemieszcza się w kierunku osi z ze stałą propagacjim .

36. optoelectronics Światłowód dielektryczny Po przekształceniach trygonometrycznych i wprowadzeniu c mamy:

37. optoelectronics Światłowód dielektryczny równanie dyspersyjne światłowodu planarnego sin l, Dn, d

38. optoelectronics Apertura numeryczna n2 n1 n2 Całkowite wewnętrzne odbicie ( c) czyli sinmax  NA NA definiujekąt akceptacjipromieni padających które będą prowadzone w światłowodzie Przykł. n1=1.47, n2=1.46  max=9.9º i NA=0.17

39. optoelectronics Światłowód dielektryczny  c  skończona liczba modów  c    dNA/m  c/m jeśli <c może propagować się tylko mod podstawowy m=1 przykład; NA=0.17 n1=1.47, n2=1.46, d=10 mm c =1.71 mm m

40. optoelectronics Światłowód dielektryczny Apertura numeryczna = NA Liczba modów = M V częstotliwość znormalizowana światłowodu planarnego Warunek pracy jednomodowej: Efektywny współczynnik załamania modu N = n1 sin (q) gdzie qmin < q £ p/2

41. optoelectronics Światłowód dielektryczny Apertura numeryczna = NA Liczba modów = M Liczba modów typu TE w funkcji częstotliwości w światłowodzie planarnym

42. optoelectronics optoelectronics Światłowód dielektryczny Rozkłady pól w skokowym światłowodzie dielektrycznym

43. Światłowody gradientowe optoelectronics n2 nzmienia sięciągle n1 n2

44. optoelectronics Technologia światłowodów planarnych i warstw optycznych

45. optoelectronics Technologia

46. optoelectronics Technologia światłowodów planarnych i warstw optycznych

47. optoelectronics Technologia światłowodów planarnych i warstw optycznych stratność szkła kwarcowego

48. optoelectronics Technologia

49. optoelectronics Technologia

50. optoelectronics Technologia Światłowody elektrooptyczne