Zajęcia laboratoryjne (sala 503). Szczegółowa informacja będzie podana na następnym wykładzie

1. Podstawy inżynierii fotonicznej Prof.dr hab.inż. Romuald Jóźwicki Instytut Mikromechaniki i Fotoniki Pokój 513B Rok III, semestr V, wykład 30 godz., laboratorium 15 godz. Zaliczenie wykładu na podstawie sumy punktów z 2 kolokwiów Zajęcia laboratoryjne (sala 503). Szczegółowa informacja będzie podana na następnym wykładzie Uwaga: treść wykładów w Internecie zto.mchtr.pw.edu.pl Konsultacje: czwartek godzina 10.15-11.00

2. Filozofia zdobywania wiedzy Nie wszystko będzie jasne, chociaż mówimy o świetle 1. Nie rozumiem, ale piszę o tym, bo kolokwium 2. Wykonuję projekty, bo tak mnie nauczono 3. Końcowy etap po kilku latach pracy: takie to proste. Dlaczego tego wcześniej nie rozumiałem (-am) ? Chętnie odpowiadam na pytania !!!

3. Cele wykładu i laboratorium • Poszerzyć Waszą wiedzę • Zapoznać z nowymi możliwościami pomiarów, badania zjawisk, przesyłania informacjii ich fizycznymi ograniczeniami • W przyszłej Waszej karierze, w przypadku zaistniałej potrzeby rozwiązania problemu metodami fotonicznymi, radzę zwrócić się do fachowców Po zaliczeniu przedmiotu (wykładu i laboratorium) zalecam ostrożność z głoszeniem opinii, że jesteście specjalistami z inżynierii fotonicznej

4. Podstawowe wiadomości z optyki geometrycznej układ optyczny Propagacja fali Elementarne wiadomości z elektrodynamiki Statystyka fotonów Emisja promieniowania przez atom Interferencja, interferometry i ich zastosowanie Dyfrakcja, granice poznania świata za pomocą fali Polaryzacja światła i jej zastosowanie Spis treści Fotonika, optyka a elektronika

5. Budowa lasera, niezwykłe właściwości promieniowania laserowego Wiązka laserowa i jej przekształcanie Lasery (He-Ne, półprzewodnikowy i inne) Technika światłowodowa Zastosowanie światłowodów w telekomunikacji Czujniki światłowodowe Czujniki zintegrowane Spis treści cd Holografia cyfrowa Specyficzne właściwości układu wizyjnego człowieka

6. CD –R.Jóźwicki, M.Kujawińska, K.Patorski: Podstawy fotoniki Studia internetowe Politechniki Warszawskiej III rok Wydziały: MechatronikiElektryczny Elektroniki i Technik Informacyjnych Bibliografia R.Jóźwicki:Podstawy inżynierii fotonicznej. Oficyna Wyd. PW, Warszawa 2006 Dla różnych różnych zagadnień literatura dodatkowo na wykładzie

7. Połowa podręcznika dotyczy treści niniejszego wykładu PIF Druga część odpowiada treści wykładu Fotonika na specjalności Inżynieria Fotoniczna

9. Nobel 2005 z fizyki Objaśnili naturę światła

10. W elektronice – elektron nośnikiem informacji Prąd sterowany różnicą potencjałów Fala elektromagnetyczna generowana przez oscylator Rozwój:od niższych do wyższych częstotliwości telegraftelefon radio (fale długie  średnie  krótkie  UKF) telewizjaradarelektroniczna maszyna cyfrowa Fotonika, optyka a elektronika Przyczynypowstania i rozwoju fotoniki Przyczyna -większe upakowanie informacji w jednostce czasu

11. Bariera elektroniki 300GHz Brak generatora promieniowania i odbiornika dla wyższych częstotliwości niż300 GHz Elektron ma zbyt dużą masę dla tak wysokich częstotliwości Naturalny kierunek zmian : przejście w pasmo optyczne fal elektromagnetycznych Problemy: detektor rejestruje średnią moc fali brak elastyczności w sterowaniu fotonu samoistna propagacja fotonu Foton nie ma masy spoczynkowej

12. Nadfiolet Częstotliwość a długość fali 0 Prędkość światła w próżni Pasmo optyczne 0  1nm , 1 mm c = 299 792.4562 ± 0.0011  300 000 km/s   3·1017 , 3·1011 Hz Widmo fal elektromagnetycznych

13. Uzyskanie małej średnicy Dp połączone jest z dużym kątem rozbieżności 2 Niezmiennik ruchu falowego 2 -kąt rozbieżności wiązkiDp –średnica przewężenia Średnica przewężenia nie może być mniejsza od /2

14.  = 780 nm NA = 0.45  = 650 nm NA = 0.60 Podłoże 1.2 mm Podłoże 0.6 mm

15.  = 405 nm NA = 0.85 Warstwa 0.1 mm

16. Elektronika- do niedawna tylko modulator czasowy radio telewizja Przetwornik nadajnik Generator nośnika Modulator Odbiornik Informacja Fotonika– modulator czasowy i przestrzenny telekomunikacja światłowodowa magnetooptyczny dysk z laserem półprzewodnikowym Przesyłanie (przetwarzanie) informacji Optyka- wyłącznie modulator przestrzenny mikroskop

17. diody laserowe (LED’y), odbiorniki CCD, sprzęgacze, przełączniki, modulatory i inne Najważniejsze odkrycia dla fotoniki – wiek XX L a s e r Światłowody o skrajnie niskich stratach Półprzewodnikowe elementy optoelektroniczne

18. Siatka dyfrakcyjna m = 0  m = -1 m = 1 Mikroskop Skośne oświetlenie Przedmiot Fala d – okres siatki Siatka nie przepuszcza informacji o strukturach d   Możliwość obserwacji szczegółów nie mniejszych niż/2 dla skośnego oświetlenia Ograniczenia wieku XX

19. Kryształy fotoniczne Metamateriały Trójwymiarowa siatka dyfrakcyjna Odbiornik Przedmiot Wyzwania dla wieku XXI Nanostruktury Analizy teoretyczne propagacji promieniowania przez układy elementów, których wymiary są mniejsze od długości fali, wymagają czasochłonnego numerycznego rozwiązywania równań Maxwell’a układ równań różniczkowych drugiego stopnia Prace technologiczne w celu wytworzenia tych elementów technologia półprzewodnikowa

20. Możliwość odwzorowania szczegółów nanometrowych Budowa kwantowych maszyn cyfrowych Prognozy Prace w Zakładzie Techniki Optycznej w ramach grantów europejskich Współpraca międzynarodowa Badanie nanoaktuatorów, mikrostruktur (np. macierzy mikrosoczewek)

21. Nazewnictwo związane z fotoniką Elektronika jest dziedziną techniki zajmującą się sterowaniem elektronów w celu przesyłania informacji Fotonika jest dziedziną techniki zajmującą się sterowaniem fotonów w tym samym celu Optoelektronika zajmuje się budową źródeł i detektorów światła Generacja światła i jego detekcja

22. Pożądane cechy nośnika informacji duża szybkość przenoszenia możliwość dużej gęstości upakowania informacji niska moc generacji nośnika mała moc przenoszenia informacji (niskie straty) niskie moce sterowania zastosowanie w różnych ośrodkach (np. w próżni) brak przesłuchów(niskie wpływy otoczenia, zabezpieczenie przed dostępem) niskie koszty generacji, modulacji, propagacji i detekcji bezpieczna obsługa elastyczność w dostosowaniu się do różnych warunków i wymagań perspektywa dalszej poprawy parametrów

23. Historyczny rozwój optyka  fotonika Optyka geometryczna - promień świetlny Obszar całkowitej ciemności Punktowe źródło diafragma ekran Obszar pełnej jasności Doświadczenie Jest światło Fala ?? Analogia do wpływu przeszkody na fale na wodzie

24. Historyczny rozwój optyka  fotonika Fala ugięta na przeszkodzie przeszkoda Analogia do wpływu przeszkody na fale na wodzie Fale na wodzie Fala ??

25. Historyczny rozwój optyka  fotonika Diafragma kołowa Punktowe źródło Różna odległość wyższa intensywność niż jej wartość bez diafragmy Dowód możliwy przy założeniu: światło jest falą !!! Fala, Fresnel pocz. XIX wieku, tylko jakiej natury? Poszukiwanie eteru

26. Historyczny rozwój optyka  fotonika Pierwsza połowa XIX w. Biot i Savart – indukcja magnetyczna wywołana prądem Faraday – indukcja magnetyczna wywołująca prąd Koniec XIX w. Maxwell – zestawił dwa zjawiska - równania Maxwella Przełom XIX i XX w. Planck – odkrył prawo opisujące promieniowania ciała doskonale czarnego Światło jest falą elektromagnetyczną !!! Światło jest zbiorem fotonów !!! i zarazem falą Dwoistość natury promieniowania

27. Optyka geometryczna - promień świetlny Optyka falowa - fala nieznanej natury ? ? ? Elektrodynamika – fala ELM Optyka kwantowa - kwant Historyczny rozwój optyka  fotonika ? ? ? ? - ? R.Jóźwicki:Podstawy inżynierii fotonicznej. Of.Wyd. PW, 2006