ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ PHOTONICS

2. Λέξεις που ακούτε συχνά και θα ακούτε ακόμη συχνότερα στο μέλλον… • ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ • ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ • ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ / ΝΑΝΟΕΠΙΣΤΗΜΗ • OPTRONICS • PHOTONICS • NANO-PHOTONICS NANO-ELECTRONICS • MOLECULAR ELECTRONCICS

3. Επεξεργασία Υλικών κοπή, συγκόλληση κα. Λιθογραφία επιφανειακές επιστρώσεις μικρο/νανο δομές – * νανοτεχνολογία Τηλεπικοινωνίες οπτικές ίνες οπτική αποθήκευση οπτικοί διακόπτες Περιβάλλον Ανίχνευση ρύπων Τηλεπισκόπηση (Τεχνικές Lidar) Βιολογία - Ιατρική Διάγνωση παθολογίας ιστών Θεραπευτικές τεχνικές Φυσική - Χημεία * Αλληλεπίδραση ΗΜ ακτινοβολίας με ύλη * Γρήγορα φαινόμενα * femtochemistry Πολιτισμική Κληρονομιά Ανάλυση σύσταση Διάγνωση Αλλοιώσεις Καθαρισμός Εφαρμογές Οπτοηλεκτρονικής

4. Διαγνωστικές Τεχνικές • Φωτεινές πηγές (LED, Lasers) • Ανιχνευτές (Sensors, Detectors) • Οθόνες (Displays) Τεχνικές Απεικόνισης (Imaging) • Περιβάλλον • Βιο-ιατρική • Πολιτισμική Κληρονομιά

5. Επεμβατικές Τεχνικές • Κατεργασία Υλικών με Λέιζερ • Ανάπτυξη νέων υλικών (Thin films growth, Σύνθετα Υλικά) • Ιατρικές εφαρμογές (Tissue growth, Cell engineering)

8. Στρατηγικές προτεραιότητες για το μέλλον: • Κοινωνία της Πληροφορίας – Επικοινωνίες • Οπτικές επικοινωνίες: • * Οπτικές Ίνες • * Δίκτυα (Αποθήκευση Δεδομένων) • * Επεξεργασία Οπτικών Δεδομένων • (Κβαντική πληροφορία, Κβαντική κρυπτογραφία)

11. Βιομηχανική Παραγωγή – Ποιοτικός Έλεγχος • Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με υλικά. • Επεξεργασία υλικών με λέιζερ: Μακρο-μίκρο και νανο- επεξεργασία. • Προηγμένες πηγές λέιζερ και ρομποτικά συστήματα. • Συστήματα διάγνωσης, ποιοτικού ελέγχου και όρασης μηχανής.

12. Ιατρική και Βιολογία • Κατανόηση μηχανισμών βιολογικών διεργασιών σε μοριακό και • κυτταρικό επίπεδο (π.χ. μηχανισμός όρασης, δράσης φαρμάκων). • Προηγμένες διαγνωστικές τεχνικές:In-vivo παθολογία ιστών και • κυτταρική διάγνωση. • Βιοαισθητήρες και biochips. • Μικροσκοπική τομογραφία • Μη-επεμβατικές θεραπείες • Προηγμένα βιο-υλικά, ανάπτυξη ιστών (tissue engineering).

13. Φωτεινές Πηγές και Οθόνες • Πηγές πλάσματος. • LED (Light Emitting Diodes) και OLED (Organic LED). • Πηγές Λέιζερ. • Επίπεδες οθόνες (OLED, LCD, 3D). • Εύκαμπτες οθόνες (e-paper)

15. Τα φώτα της Γης τη νύχτα

16. Laser THz Synchrotron

17. Αισθητήρες, Μετρολογία, Ασφάλεια • Αισθητήρες υψηλής ευαισθησίας (νυχτερινή όραση). • Αισθητήρες στις μεταφορές (laser scanner). • Θερμικοί ανιχνευτές (Bionimics). • Απεικόνιση THz.

19. Ευκαιρίες στον Ευρωπαϊκό χώρο • Εκπαίδευση. • Έρευνα. • Παραγωγή.

20. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ • ΦΩΤΕΙΝΕΣ ΠΗΓΕΣ • 1.1 ΣΥΜΒΑΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ:Θερμικές, Πηγές πλάσματος, LED • 1.2ΛΕΙΖΕΡ • - Αρχές λειτουργίας, Οπτικές Κοιλότητες • - Τεχνολογία και Τύποι λέιζερ (Λέιζερ Ημιαγωγών, CO2, Nd:Yag, Excimer, Χρωστικών, Ti:Sap.) • - Τεχνικές διαμόρφωσης ακτινοβολίας λέιζερ (Φασματική, Χρονική και Χωρική Διαμόρφωση) • ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ • - Θερμικοί ανιχνευτές • - Φωτοδίοδοι, Ανιχνευτές ημιαγωγών • - Φωτοπολλαπλασιαστές • - Πλακίδια διαύλων, Συστοιχίες διόδων, CCD (Χωρική απεικόνιση) • - Ειδικά συστήματα απεικόνισης (π.χ. Συστήματα νυχτερινής όρασης (Ι2))

21. ΟΠΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ: • - Στοιχεία Οπτικής • - Οπτικά Συστήματα (π.χ. Μονοχρωμάτορας Συμβολλόμετρα) • - Οπτικοί Κυματοδηγοί, Οπτικές ίνες, Αισθητήρες οπτικών ινών • - Στοιχεία Οπτοηλεκτρονικών Διατάξεων • ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ • - Φασματοσκοπικές διαγνωστικές τεχνικές (Ανίχνευση ρύπων, ιχνοστοιχείων κ.α.) • - Βιομηχανικές εφαρμογές (Κατεργασία υλικών, Φωτολιθογραφία, Βιομηχανικός έλεγχος κ.α.) • - Ιατρικές εφαρμογές (Διάγνωση παθολογίας ιστών, θεραπευτικές τεχνικές) • - Ολογραφικές εφαρμογές – Καταγραφή και επεξεργασία οπτικών πληροφοριών • - Τηλεπικοινωνίες (Διαμόρφωση και κωδικοποίηση οπτικών σημάτων).

22. 361. Εισαγωγή στην Οπτοηλεκτρονική (ΟΗ) • Βιβλιογραφία • «Ακτίνες Laser-Οπτοηλεκτρονικής», Σ. Κουρής, εκδ. ΕΑΠ (2005). • «Οπτοηλεκτρονική: μια εισαγωγή» J. Wilson and J.F.B. Hawkins, Μετάφραση: Α.Α. Σεραφετινίδης, Μ. Μακροπούλου, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Ε.Μ.Π. (2007). • «Photonics Essentials», J.P. Pearsall, publ. Mc Graw Hill (2003). • «Photonics», R. Menzel, publ. Springer (2001). • «Laser Fundamentals», W.J. Silfast, publ. Cambridge Univ. Press (1996).

23. Μεγάλη ποικιλία διατάξεων Λέιζερ Λέιζερ: Διατάξεις ενίσχυσης φωτός Η λειτουργία τους βασίζεται στις ίδιες γενικές αρχές

24. Το φως του Λέιζερ  Έντονο Μονοχρωματικό Κατευθυνόμενο Παλμικό ή Συνεχές

25. ΛΕΙΖΕΡ ΣΤΑΘΜΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Λέιζερ και Συστήματα Λέιζερ ΛΕΙΖΕΡ ROBOTICS ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ ΔΕΣΜΗΣ (CAM) ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ π.χ. με CCD ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ:ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ-ΥΛΗΣ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΕΡΕΥΝΑ:ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ:ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ, ΙΑΤΡΙΚΗ, ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Κ.Α. *ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ:ΜΕΓΑΛΗ ΠΡΟΣΤΙΘΕΜΕΝΗ ΑΞΙΑ!!!

26. FΔιαπερ. Fo FΑπορ. FΣκεδ. Αλληλεπίδραση Ακτινοβολίας με Υλικά

27. Φθορισμός Εκπομπή Φωσφορισμός Αλληλεπίδραση Ακτινοβολίας - Ύλης Εάν F0 η ένταση προσπίπτουσας ακτινοβολίας, F0 = FΑπορρόφηση + FΣκέδαση + FΔιαπερατότητα FΑπορρόφηση = FΘερμική + FΧημική + FΕκπομπή   Σκέδαση:Raman, Rayleigh, Mie (εξαρτάται από το μέγεθος των σκεδαστών) Κρίσιμοι Παράμετροι: Μήκος κύματος λέιζερ Χρόνος Ζωής Διεγερμένης στάθμης Διάρκεια παλμού λέιζερ

28. Ι λ (nm) Ι λ (nm) Φωτεινές Πηγές Σημαντικά χαρακτηριστικά: 1. Φάσμα Εκπομπής • I = f (λ) I = Ένταση ακτινοβολίας (W/cm2) • λ = μήκος κύματος • Συνεχής φασματική εκπομπή • Γραμμικά φάσματα FWHM Full Width Half Maximum (Διαπλάτυνση)

29. Ι t Ι tr td t 2. Χρονική Εξέλιξη Εκπομπής • I = f (t) t = διάρκεια εκπομπής • Συνεχής λειτουργία (cw) • Παλμική λειτουργία • 10-310-15s • ms μs ns ps fs tr = χρόνος ανόδου td = χρόνος απόσβεσης Βαθμός Συμφωνίας Φάσεων (Coherence)

30. C lc A B Διεύθυνση Διάδοσης Κύματος D Μέτωπα φάσης Συμφωνία (Coherence) Φάσης

31. Μετασχημ. Fourier FWHM  Δ Χρονική και Χωρική Συμφωνία

32. Ι Ι Ένταση Ι λ t Χρόνος Συμβατικές Φωτεινές Πηγές 1. Πηγές συνεχούς φασματικής κατανομής Συνεχής: λειτουργία χρονικά Φάσμα εκπομπής της πηγής t Παλμική λειτουργία Μήκος κύματος

33. 1α. Θερμικές πηγές: π.χ. Λυχνίες πυρακτώσεως Λυχνίες Globar (IR-FIR) Συνεχής διάρκεια λειτουργίας Εκπομπή σε μεγάλα μήκη κύματος κυρίως * Σημασία υλικού νήματος: W, Tα 1β. Πηγές πλάσματος Πλάσμα ηλεκτρικής εκκένωσης (D.C. ή παλμικής) - D.C.: Εκκένωση τόξου ή Διατήρηση πλάσματος σε κοιλότητα μικροκυμάτων (εκκένωση RF) - Παλμική εκκένωση Λυχνίες flash

34. Φάσμα ΗΜ Ακτινοβολίας

35. Κατανομή Boltzmann Εάν Ν1 και Ν2 οι πληθυσμοί (αριθμός ατόμων/m3) ατόμων με ηλεκτρόνια σε ενεργειακές καταστάσεις Ε1 και Ε2 όπου Ε2>Ε1 τότε σε κατάσταση ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ (Σε κλειστό σύστημα όλες οι μάζες έχουν ίδια θερμοκρασία). ΔΕ21 = Ε2 – Ε1 k = σταθερά Boltzman T = Θερμοκρασία g1, g2 = στατιστικά βάρη Για πυκνά υλικά (π.χ. στερεά) χαρακτηριζόμενα από συνεχή κατανομή ενεργειακών σταθμών Κατανομή Boltzmann

36. Παράδειγμα Για στερεό με Ν1=5 x 1028 άτομα/m3 για να γίνει θερμική εκπομπή ακτινοβολίας στα 700 nm (1.7 eV) θα πρέπει η θερμοκρασία να αυξηθεί στους ~5000 k ώστε: ~ 10-2 – 10-3δηλ. N700nm = 9.5 x 1026άτομα/cm3 kΤ300 ~ 0.026 eV kT5000~ 0.43 eV

38. Θερμικές Πηγές Φασματική Κατανομή 600 nm IR (Υπέρυθρο) Χρονική Εξέλιξη Εκπομπής Συνεχής

39. Λυχνίες τύπου Globar Κατάλληλες:IR - FIR

40. Φωτεινές Πηγές Πλασμάτος

41. Μηχανισμοί Διέγερσης Ατόμων - Μορίων Απορρόφηση Κρούσεις με e π.χ. Ηλεκτρικές εκκενώσεις * Ιονισμός και Επανασύνδεση * Κρούσεις με ιόντα ή ΧΗΜΙΦΩΤΑΥΓΕΙΑ *

43. Λυχνίες flash – (παλμικές)

44. ΜΟΡΦΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣ Ι  Φυσική  Doppler  Lorenz  Διαπλάτυνση Φασματικών Γραμμών 3 κύριοι μηχανισμοί διαπλάτυνσης: α) Φυσική Διαπλάτυνση (Δ Δt ~ 1) β) Διαπλάτυνση Doppler (Εξάρτηση από Τ½) γ) Διαπλάτυνση Lorenz (κρουστική) (Εξάρτηση από P δηλ. κρούσεις) Συνάρτηση σχήματος φασματικής γραμμής (line shape) Για Lorenz:

45. Φυσική Διαπλάτυνση Χρόνος ζωής Διαπλάτυνση Doppler Μάζα ατόμου Για θερμοκρασία δωματίου Τ~300k, kT~1/40 eV Ατομική αριθμοί

46. Για μεγάλες ή βλ. πλάσμα μεγάλης πίεσης Μάζα ατόμου Κρουστική ΟΛΙΚΗ ΔΙΑΠΛΑΤΥΝΣΗ