1 / 59

מבוא לאלקטרו-אופטיקה

עד שקף 33. פרק 11 : מערכות אלקטרו-אופטיות מאירות. מבוא לאלקטרו-אופטיקה. V s. 1. 2. [V/Watt]. קרינה מקבילה ומיקוד. R D =. Responsivity. בכיול. D HA d. במדידה. P Q = V Q /R D. 3. תרגיל 8.10. T( l = 8 m m)= 0.25. = exp(- a c c). נניח ש- c = 1 g/liter. 0.25 = exp(- a c ).

keola
Download Presentation

מבוא לאלקטרו-אופטיקה

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. עד שקף 33 פרק 11: מערכות אלקטרו-אופטיות מאירות מבוא לאלקטרו-אופטיקה אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  2. Vs 1 2 [V/Watt] קרינה מקבילה ומיקוד RD = Responsivity בכיול DHAd במדידה PQ= VQ/RD 3 תרגיל 8.10 T(l= 8 mm)= 0.25 = exp(- acc) נניח ש- c = 1 g/liter 0.25 = exp(- ac) - ac = ln(0.25) = 1.386 בגובה 5 ק"מ בריכוז יורד בגורם עשר C5 Km = 0.1 T5 Km = exp( - 0.1386)= 0.87 אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  3. קריטריון לבחירת תחום ספקטראלי למערכת התחום המועדף הוא זה שההספק, במישור הגלאי, של העצם הנחקר, Pl, יש מקסימה ביחס "אות לרעש", אחרי שסוננה ע"י התווך ותורגמה לאות ע"י הגלאי הפרש בקירון העצם וקירון הרקע אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  4. קריטריון לבחירת תחום ספקטראלי למערכת באופן מעשי מכניסים את D*, במקום RDl, על מנת להתחשב ברעש. קשה לטפל עם היחידות. תחום אורכי הגל שעבורו Plמקבל את הערך המרבי, הוא התחום המועדף אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  5. DWl mm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 הפרש בקירון בין עצם ורקע של עצם נתון אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  6. DWl יתכן שפס פליטה של מטרה נבלע לחלוטין ע"י התווך אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  7. A n 1.0- 0.9- 1.8- 0.8- אזור שקוף "חלון" אזור שקוף "חלון" 0.7- 1.6- אזור שקוף 0.6- גלאי או מקור קרינה גלאי או מקור קרינה גלאי או מקור קרינה 0.5- 1.4- 0.4- 0.3- 1.2- 0.2- 0.1- l בחירת חומרים כמקורות וכגלאים החלונות מנוצלים כתווך (להכוונה: עדשות, סיבים אופטיים, פיזור ספקטרלי) חומרים יכולים לשמש כגלאים אם המוליכות שלהם משתנה כתוצאה מהבליעה אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  8. מקור תווך מטרה 1 - מערכות הארה תקשורת פנסים גלאי מקור תווך מטרה 2 - מערכות החזר גלאי מד טווח CD עניין ב- X-Ray Spectrometer 3 - מערכות העברה מקור תווך גלאי מקור תווך 4 –בי-סטטית מטרה גלאי 5 –חקירת מקור מקור תווך גלאי מצלמה תרמית טלסקופים אסטרונומיים מערכות לפי מיקום יחסי של המשדר והמקלט מצלמות בנראה אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  9. תנאי הארה מינימליים לכל מערכות האלקטרו-אופטיות קיימת רמת הקרנה מינימלית: IL,min [W/cm2] או EL,min = (ILDt)min [J/cm2] במערכות עם גלאי Vs(IL,min) >3 Vn Vs(IL,min) ~ 6 Vn אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  10. גלאי דוגמאות סוג תאורת רחוב, פנס, עט סימון, זרקור, מקרן הארה רגילה 1 איו תקשורת אל-חוטית (שלט) תקשורת חוטית, Opto-coupler תקשורת 2 יש פוטו-ליטוגרפיה, חיטוי UV, ריתוך, חיתוך, קידוח, הצתה שינוי מבנה החומר (תגובה בין חומר ופוטון) 3 איו מערכות הארה הגיאומטריה של מערכות/מכלולי תצפית דומה למערכות הארה אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  11. b r Pl = tan(b/2)~ b/2[rad] L מקרה א': b קטנה 10 = 17.4 mrad 2 Lb [cm2] Am=pr2 = p 2 1 rad = 57.30 r מקרה ב': b גדולה L p rad = 1800 Am=pr2 = p[L tan (b/2)]2[cm2] השטח המואר בקירוב הקוני אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  12. b Target Area R, radius of Illuminated Area Emitter, Pl L השטח המואר בקירוב הקוני AI, Illuminated Area אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  13. T, העבירות ההקרנה (הספק ליחידת שטח), Intensity, במישור המטרה השטח המואר במישור המטרה אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  14. Imax 0 Imax/2 r r התפלגות ההקרנה במישור ניצב לקרן בתווך L I [W/cm2] אלומות במציאות קרובות לפעמון גאוסיאני קירוב קוני רוחב בחצי הגובה הנחה במודל: צפיפות הומוגנית d bincoherent > 10 mrad bcoherent < 1 mrad יעלות אורית של מקורות: 10% אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  15. Practical Applications of Laser Beam Profiling, Carlos B. Roundy, Ph.D., Spiricon IncReprinted from Lasers & OptronicsApril 1996, p.21 http://www.polytec-pi.fr/SPIRICON/palbp.html Figure 1.(left) The output of a 95-fs Cr:LiSAF laser oscillator at CREOL (University of Central Florida) is nearly Gaussian. אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  16. התפלגות ההקרנה בטווחים שונים I[W/cm2] L1< L2 L1 כאשר L גדל, ההקרנה קטינה והשוליים גדלים L2 0 r1 r2 אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  17. r = tan (b/2) ~ b/2[rad] L b = 3 mrad L = 1 Km r = 1.5 m = 150 cm הערך את השטח המואר בקיר של הבניין תרגיל: גיאומטריה של ההארה 1 – נתון זרקור בעל זווית התבדרות של 3 mrad. המאיר קיר של בניין הנמצא 1 ק"מ מהזרקור. הערך, לפי המודל הקוני, את הרדיוס של הכתם המואר בבניין r = ? Am=pr2 = 7 x 104 cm2 אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  18. Pl IL = e-aL [W/cm2] Am e-aL = 0.74 a = 0.3 Km-1 תרגיל: ההקרנה במישור המטרה • בהמשך לתרגיל הקודם, הערך את ההארה במישור המטרה כאשר: • ההספק החשמלי של הזרקור הוא 3 KW • היעילות האורית של הזרקור היא 10% • המקדם האקפוננציאלי של הניחות הוא 0.3 Km-1 Pl = hlPel = 0.1 x 3x103 = 300 W IL = (300 x 0.74)/(7 x 104)= 3.17 mW/cm2 אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  19. טיפול ב-7 מקרים של מערכות הארה אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  20. b Pl מקרה פרטי 1: חתכים קוניים g h r Lnear Lc Lfar פני הקרקע פתרון מקורב לפי המודל הקוני אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  21. תרגיל מקור אור: • בעל זווית התבדרות של 0.25 rad • נמצא בגובה של 30 מטר מעל לקרקע • ההספק החשמלי של המקור הוא 1 KW • הציר האופטי של המקור חוצה את מישור הקרקע במרחק של 500 מטר מהמקור (מדידה על פני הקרקע) • הגורם האקספוננציאלי של הניחות האטמוספרית הוא • 0.1 Km-1 • הנצילות האורית היא 0.09 העזר במודל הקוני לחישוב הארה (ב- W/m2) בנקודות הבאות: • נקודת החיתוך שבין הציר האופטי והקרקע • הנקודה הקרובה של האלומה למקור • הנקוד הרחוקה של האלומה מהמקור אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  22. g Pl IL = e-aL Am g’ b Loa Pl 2 Lb Lnear Am=pr2 =p L = 500m 2 Lfar h= 30 m r Lnear Lfar Loa oa, optical axis המשך תרגיל מה מחפשים? מקרבים ל-3 מרחקים L שונים אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  23. המשך תרגיל Pl ישנם שלושה מישרים מוארים שונים b h Lnear Loa Lfar 1rad = 57.30 b =0.25 rad = 14.3 0 b/2 =7.16 0 אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  24. b המשך תרגיל Pl Loa g Lnear g’’ h Lfar d g’ Lnear Loa Lfar h/L = tan g’ = 30/500 = 0.06 g= 86.56 0 g’= 3.43 0 r קצה האלומה לא מאיר את הקרקע נחשב את הזוויות g’’= g – b/2 = 86.56 – 7.16 = 79.4 0 d= g + b/2 = 86.56 + 7.16 = 93.7 0 אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  25. b g’= 3.43 0 המשך תרגיל 3 Pl g= 86.56 0 g g’’= 79.4 0 g’’ h d g’ Lnear Loa Lfar Loa = 500.89 m 500/Loa = cos g’= 0.998 r נחשב מרחקים Lnear = 163.09 m h/Lnear = cos g” = 0.184 חשב בבית • השטחים המוארים • ההקרנה במישורים המוארים אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  26. aL 0 Pl IL = e-aL [W/cm2] Am Pl IL = [W/cm2] Am 2 Lb cm2 Am=pr2 =p 2 Am=pr2 = p[L tan (b/2)] [cm2] 2 מקרה פרטי 2: קרוב ושקוף אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  27. תרגיל • לפנס רחוב יש: • הספק חשמלי של 500 וואט . • הנח שהניצולת האורית (תחום הנראה) של המקור היא 10% • לפנס זווית התבדרות של חצי רדיאן. • הפנס עומד בגובה של 5 מטר מעל לקרקע. • העזר בקירוב הקוני להערכת ההארה (בתחום הנראה) בקרקע במקרים הבאים: • בדיוק מתחת לפנס • 5 מטר הצידה • 10 מטר הצידה Pl= h Pel = 50 w א': אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  28. ב' – חשב את r 1 rad = 57.30 = tan(b/2)~ b/2[rad] b = 0.5 rad = 28.65 0 b/2 = 0.25 rad = 14.33 0 L = 5 m tan(14.33 0) = 0.255 r L תרגיל המשך L = 5.0 m r = L x 0.255 = 1.275 m לפי המודל הקוני אין קרינה במרחק שמעבר ל- r = 1.275 m אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  29. r b Pl L rs ~ L כאשר רדיוס המקור דומה למרחק Am,close=p(r + rs)2 = r 2 Pl 2rs Lb + rs p [cm2] 2 L מקרה פרטי 3: קרוב מאד אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  30. Am= Afop Pl Pl IL = IL = e-aL e-aL [W/cm2] [W/cm2] Afop Am מקרה פרטי 4: עבור סיבים אופטיים • בסיב אופטי להארה: • תאורת בידור • הקרנת תמיסות ביולוגיות • Endoscopy השטח המואר לא משתנה עם המרק בתקשורת לא משתמשים ב-IL הגדלים החשובים הם: PlL = Pl0 exp(-aL) [W] ElL = PlLDt= Pl0 Dt exp(-aL) [J] רק הניחות מקטינה את ההספק או האנרגיה אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  31. מקור במוקד של עדשה dLens מישור המוקד מקרה פרטי 5: אופטיקת קולימציה אחרי העדשה הקרינה ממשיכה באלומה "מקבילה" Am,coll =p (d/2)2 במציאות יש תמיד התבדרות וזווית התבדרות. הקולימטור מקטין את ההתבדרות יתרון: חוסר תלות במרחק תופעת הדיפרקציה אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  32. 4p sr Omni-directional Pl Pl [W/cm2] e-aL e-aL = IL= Am 4pL2 מקרה פרטי 6: הארת השטח המואר גדל עם ריבוע המרחק מהמקור Am, sphere= 4pL2 רגישות העיין בתאורה אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  33. IL= hPel Pl 4pL2 IL IL= IL= h = 4pL2 4pL2 Pel Pl [W/m2] e-aL 4pL2 תרגיל: בחדר תלויה נורה בעלת הספק חשמלי של 100 וואט. ההקרנה בתחום הנראה נמדדה בעזרת רדיומטר שהוצב במרחק 2 מטר מהנורה. נמצא שההקרנה היא 0.06 W/m2 . חשב את העילות האורית של הנורה בתחום הנראה התחום הנראה והמרחק קצר: ניתן להזניח את העבירות = 0.06x 50.26/100 = h = 0.03 אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  34. מקרה פרטי 7: אופטיקה מרכזת אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  35. Positive photo-resist PM(soluble) pPR(polymer) + hn(uv) Negative photo-resist PM(insoluble) nPR(soluble) + hn(uv) מקרה פרטי 7: אופטיקה מרכזת צרכים: הלחמה, חיתוך, ריתוך וקודוח בלייזר פוטו-ליטוגרפיה מדוע UV ? אנרגיה של פוטון Diffraction Limit אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  36. אלומה UV מקולימטור דיפרקציה חומר הגלם שתי תהליכים רטובים אפשריים www.ee.washington.edu/research/microtech/ cam/PROCESSES/PDF%20FILES/Photolithography.pdf אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  37. 157 nm 193 nm השפעת קבוצות אטומים על הבליעה של הקשר http://ce055.cm.utexas.edu/Research/Sub_Files/157/Files/157_poly_ionic.htm photoresist Acrylates המולקולה מתוכננת כך שתבלע בקשר המתפלמר ותהיה שקופה ביתר הקשרים ישום האוסצילטור ההרמוני אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  38. s bdiff l bdiff ~ D מדוע יש לכל מקור"זווית התבדרות" b 1 -זווית התבדרות "מתוכננת" 2 - זווית התבדרות “Diffraction Limited” D אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  39. פסים בדיפרקציה של חריץ מלבני אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  40. D D D עקרון היגנס האור מתנהג כמו מקור של הפרעה גלית, בכל נקודה של החריץ התאבכות בונה התאבכות הורסת אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  41. בקירוב הדרך של הקרן היוצאת מהנקודה האמצעית בחריץ, ארוכה ב- l/2.מזו היוצאת מאמצע החריץ. יוצרת התאבכות הורסת D מקסימה r + l/2 r מינימה ראשונה עבור כל קרן היוצאת מהחלק העליון יש קרן היוצאת מהחצי התחתון עם הפרש l/2 בקירוב l r + l הוכחה מקורבת למינימה הראשונה בדיפרקציה במינימה הראשונה, לקרן המגיע מהקצה העליון של החריץ יש דרך יותר ארוכה מהקרן התחתונה בהפרש l אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות מסך

  42. DL =l/2 = (D/2)(sin a’) a’ l/D = sin a’ DL D מקסימה מינימה הפעל מסך http://www.olympusmicro.com/primer/java/diffraction/index.html גדלים גיאומטרים לחריץ מלבני של הדיפרקציה המינימה נוצרת בגלל אינטרפרציה הורסת המינימה נוצרת בזווית a’ אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  43. a’= b/2 1.22 l sin a’= D גדלים גיאומטרים לחריץ עגול של הדיפרקציה http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/phyopt/cirapp2.html טבעות במקום פסים 85 % Airy Disc rspot = f sin a’= 1.22 f l/D אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  44. a’ rspot f ממדי הכתם במוקד rspot = f tan a’ ~ f sina’= 1.22 f l/D כוכב נצפה באורך גל של 0.55 מיקרון בעזרת טלסקופ בעל עדשת "כניסה" (עשדת העצם, (objectiveבעלת קוטר של 80 ס"מ. המרחק הפוקלי הוא 120 ס"מ. מהו הקוטר המינימלי של גלאי שיקלוט את כל הקרינה של כל הכוכב? תרגיל rspot = 1.22 (1.2)(0.55x10-6)/0.8 = 1.0 mm dd,min = 2 mm מה יקרה אם הגלאי יהיה קטן יותר? אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  45. 0.85 T Alens C = Aspot מישור המוקד a’= 1.22 l/D משמעות במיקרו-אלקטרוניקה בלייזר בתהליכים "תרמו-מכניים" גורם ריכוז של אופטיקה קריטריון האבחנה של Rayleigh Two diffraction patterns are resolved if the central maximum of one falls on the first dark ring of the other. אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  46. Georgia Institute of Technology גרף מ- Microelectronics Research Ctr. (MIR) השפעת הדיפרקציה על הפוטורזיזט "דיגיטציה" דו-ממדית לכל מערכת אלקטרו-אופטית יש רמת סף להארה הגאוסיאן אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  47. מישור המוקד b’/2 b/2 מוקד משותף מקור l bdiff ~ D עדשה 2 עדשה 3 טלסקופ הפוך: טכניקה מקובלת להקטין כתם דיפרקציה הגדלת D מקטינה את הדיפרקציה b>b’ עדשה 1 אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  48. aL ~ 0 שלב ראשון עבירות Asource = p(rs)2 שלב שני: חשב את רדיוס וקוטר המקור rs = [(0.2x10-6)/p]1/2 = 0.25 mm Ds = 0.5 mm תרגיל השטח הקורן של מקור לייזר לקריאת CD הוא 0.2 mm2. הנח ש-: • השטח הקורן הוא מעגלי • זווית ההתבדרות של המקור נקבעת ע"י הדיפרקציה • צבע המקור הוא אדום • ההספק של המקור הוא 1 mW חשב את ההקרנה על הדיסק הנמצא 2.0 mm מהמקור. אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  49. D s bdiff l 0.7x10-6 bdiff ~ bdiff ~ = 1.4 mrad D 0.5x10-3 שלב שלישי: חשב את זווית ההתבדרות זווית התבדרות “Diffraction Limited” אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

  50. rs ~ L כאשר רדיוס המקור דומה למרחק Am,close=p(r + rs)2 = 2 Pl 2rs Lb + rs p [cm2] 2 L Pl שלב חמישי: חשב את ההקרנה על הדיסק IL = [W/cm2] Am שלב רבעי: חשב את השטח המואר על הדיסק הנמצא 2.0 mm מהמקור המשך תרגיל אלקטרו-אופטיקה פרק 11 מערכות

More Related