9. Ders Elektro-Optik

Transkript

1 9. Ders letr-opti φ V 1

2 Bu bölümü bitirdiğiide, Maddei ırılma idisii dış eletri ala ile değişimi, Pcel etisi, Kerr etisi, letr-pti tesör, letr-pti mdülatörler ularıda bilgi sahibi lacasıı.

3 Duucu Ders: İçeri Dğal Çiftırıcı Malemeler-Öet letr-opti ti Pcel tisi Kerr tisi letr-opti Malemeleri Ugulamaları

4 Dğal Çiftırıcı Malemeler-Öet 1 si φ cs φ ( φ ) = + e Dğal çiftırıcı malemeler, ışığı geliş açısıa bağlı lara farlı ırılma idisleri gösterdileride ışığı bileşeleri arasıda fa farı luşturara utuplama öellilerii değiştirebilirler. Bu öellileri ile pasif pteletri devre elemaları (öreği dalgaplaaları) üretimide ullaılır. Aca e ( e ) φ ( ) 1 φ = - Malemei çiftırıcı öelliğii apısal öellileri belirlediğide dğal çiftırıcı malemeler ese ullaıma sahip değillerdir. -İşlevleri belli bir amaç içidir (öreği λ/ plaası) ve bu işlevleri alılıları ile sıırlıdır. - Çiftırıcılar ışığı mdülasuda prati ullaıma sahip değildir. Dış eti ile de maddelerde çiftırıcılı öelliği luşturulabilir mi? Bu, ötem prati ullaım açısıda (öellile ışığı mdülasu) ç daha öemlidir. -, rmal ışı armal ışı pti ese (e), e φ -, e e 4,

5 Çiftırıcı Malemeleri Ugulaması-Dalga Plaaları rmal ışı armal ışı pti ese (e), e -, φ, e -, e Opti ese e Opti Yl Farı = π d λ bslu e θ v e =c/ e d φ = 90 θ = 45 ο dairesel utuplu θ 45 elipti utuplu v =c/ 5

6 letr-opti ti Baı malemeleri ırılma idisi ugulaa dış eletri ala ile değiştirilebilir, bu etie letr-opti (O) eti deir. V Dış eletri ala ile ırılma idisidei değişim: 1 ( ) = r + P V=d Pcel tisi Kerr tisi Burada r dğrusal eletr-pti sabit (Pcel Sabiti) P aresel eletr-pti sabit (Kerr Sabiti) Bu derste bu etiler sırası ile iceleecetir. 6

7 Pcel tisi-1 Dış eletri alada dlaı ırılma idisidei değişim Kırılma idisii mutla değeride iade eletri alada dlaı luşa değişim daha alamlı lduğu içi ırılma idiside luşa değişim: 1 1 = + r 1 ( ) = r letr-pti sabiti r e geel lara tesörel bir icelitir r r r r r r ( ) ij r ij = Kristal simetri öellileride (9) 7 matris elemaı (6) 18 elemaa idirgeebilir. r = r r r Pcel etisi, tersiir simetrie (iversi smmetr) sahip lmaa ristal sistemlerde (atı malemelerde) göleir. = r = r r = r = r r = r = r r = r = r 1 1 r1 r r ( ) l = rij = = 1 r41 r4 r 4 r51 r5 r 5 r r r Kırılma idiside alada dlaı luşa değişme (l=1,, 6) e geel lara idis elipsidide = aılabilir. 1 1 = + r 7

8 Pcel tisi- r r r r r r r1 r r ( ) l = rij = = 1 r41 r4 r 4 r51 r5 r 5 r r r ( ) l = ( = 0) ( ) 1 = + + ( = 0) ( = 0) ( = 0) ( = 0) Opteletri teljiside ullaıla baı malemeleri eletr-pti atsaıları: 4 m( übi) r r r41 4 m( tetragal) r r r6 m( trigal) 0 r r1 0 r r r 0 r51 0 r r mm( hegagal) 0 0 r1 0 0 r r 0 r51 0 r (GaAs, CdTe, IAs) (KDP, ADP) (LiNbO, LiTaO ) (CdS) 8

9 Pcel tisi- 1 ( ) = r Pcel etisi göstere baı malemeler ve Pcel atsaıları (r) Madde Sembl r(m/v -1 )10-1 Ptasum dihidrje Fsfat KH PO 4 (KDP) Ptasum didöterum Fsfat KD PO 4 (KD*P) (.) Ama dihidrje Fsfat NH 4 H PO 4 (ADP) Ptasum dihidrje Arsei KH AsO 4 (KDA) Litum Nabat LiNbO Galum Arsei GaAs Kadmium Tellür CdTe Çi Sülfat ZS.1.1 9

10 Trigal m simetri ristallerde eletr-pti eti: Opti esei dğrultusuda la te eseli ( = =, = e ) trigal m simetri ristale (öreği LiNbO ) eletri ala dğrultusuda (0,,0) ugulaırsa ırılma idis elipsidide luşa değişimi bulmaa çalışalım. =0 (e) LiNbO eletr-pti (r ij ) sabitler e + + = 1 e =0 m( trigal) 0 r r1 0 r r r 0 r51 0 r r r 0 r ( ) l = rij = = 1 0 r r r 0 0 r r r 10

11 Öce geel duruma, dış alaı herhagi bir dğrultuda uguladığı duruma ( 0, 0, 0 baalım r ( ) l = rij = = 1 0 r51 0 r r r r r r ( ) l = rij = 1 Maleme içi r eletr-pti tesör buluursa Geel durumda idis elipsidii çapra terimleri de sıfırda farlıdır 1 1 = r + r = + r + r1 1 1 = + r e 1 = + r = r = = + r 51 A B C D F = 1 11

12 Şimdi öel duruma baalım. Dış eletri ala lmadığı durumda malemei ırlma idisi asal eseler () ile e basit şeilde ifade edilir. =0 e + + = = 1 e Dış eletri ala -dğrultusuda uguladığıda malemei ırılma idisi eletrpti tesör elemalarıı değerie bağlı lara değişiliğe uğraacatır. 0 = =0 =0 = (e) + + = 1 e e =

13 1 0 r 0 r ( ) l = rij = = 1 0 r51 0 Alada dlaı luşa değişimi bulalım 0 r r 0 0 r r r 1 1 = 1 e = + r 1 1 = 1 = + r 1 = 0 1 = 0 r = A B C D = 1 D atsaısıı sıfırda farlı lması, idis elipsidi ugu rdiatlar ciside ifade edilmediğii (dömüş lduğuu) göstermetedir. D r + + r + r + 51 = 1 e 1

14 Kırılma idis elipsidi uada dömüş lduğuda dış eletri alada dlaı luşa değişimi görme la değildir. Buu içi ırılma idis elipsidii elipsidi eseleride geçe ei ese taımı (XYZ) ile ifade edilebilirse bu değişim daha ii görülebilir. X e Gereli rdiat döüşümü apılırsa (,, ) -> (X, Y, Z) ei ese taımı ciside ırılma idis elipsidi: Z Y ( r r51 ) X + + ( r r51 ) Y + Z 1 = e Asal eseleri atsaıları ese buca la ırılma idisii vereceğide *(1+) -1/ 1- r -r 51 <<1 lduğuda* 1 1 = ( r r51 ) ( ) 1 1 = + ( r r51 ) ( ) 1 1 = ( ) e 1 r r 1 r r ( ) = X ( ) + ( 51) Y ( ) ( 51) Z e 14

15 =0 (e) = (e) 45 ο X Z = r / e e Y Z Y =- r / ( = 0) = ( = 0) = ( = 0) = e 1 r r 1 r r ( ) = X ( ) + ( 51) Y ( ) ( 51) Alala birlite ırılma idisi bütü öler içi farlı ( ) lmuştur. Dış eletri ala ristali te eselili öelliğii değiştirere ristale çifteselili öelliği aadırmıştır. Z e 15

16 letr-opti Mdülatörler-1 letr-pti öelli göstere malemeler ugu şeilde düeleere ışığı mdülasuda ve pti aahtarlamada ullaılabilir. letr-pti eti ile ışığı mdülasu apılabilir. letr-pti mdülasa prati bir öre lara hılı ftğraf maieleri ve ameralar verilebilir. Hılı ftğraf maieleride örtücü perdei açılıp apaması rmal maielerde lduğu gibi meai lara değil dış eletri ala ile apıldığıda ç ısa ama aralılarıda ışığı film üerie düşmesi sağlaabilir. Perde ç ısa sürelerde açılıp apadığıda hılı cisimleri hareeti alı lara adedilebilir. 16

17 letr-opti Mdülatörler- letr-pti mdülatörleri asıl çalıştığıı alama içi KDP maddesii öre lara mdülasda ullaalım. KDP malemesie -esei buca eletri ala ugulaırsa idis elipsidi -esei etrafıda - ve - eseleri 45 li döme ile ei ve eseleri halii alır ve ırılma idisleri bu ei öler içi şelide verilir. ' r = + 6 ' = r6 d φ ' 45 V V 0, 0 17

18 letr-opti Mdülatörler- Dış eletri ala ie KDP malemesie ugu utuplama dğrultusuda gele ışı utuplama dğrultusuu değiştirmede malemede çıar. Dğrusal Kutuplamış ışı ' d = ' = ' Gele ışı Geçe ışı Dğrusal Kutuplamış ışı Gele ışı d φ ' V V=0, =0 Ugulaa dış alala birlite utuplama dğrultusu ve utuplulu öelliği değiştirilebilir. Geçe ışı ' = + r6 ' = r6 V V 0, 0 Bu durum ugu şeilde ullaılara ışığı geli mdülasu apılabilir. 18

19 letr-opti Mdülatörler-4 Bu mdülatör figurasuda ugu alılıtai eletr-pti maleme, birbirie 90 umladırılmış ii dğrusal utuplaıcı arasıa erleştirilir. Bu maleme ugu şeilde düeleere şiddet mdülasu apılabilir (mdülatörü geçe ışı (I) şiddetii mdülatöre gele ışı şiddetie (I ) raı bilgi sialie bağlı lara değişmetedir). d Gele ışı Dğrusal Kutuplamış ışı φ Dairesel Kutuplamış ışı Geçe ışı Dedetör V ϕ = ( ) d = r Dedetöre ulaşa ışı şiddeti I = T π π r I = I = I d = I d λ λ si ( ϕ) si (. ) si ( ( ). ) π r V π I = I si ( ) d = I si rv λ d λ * 19

20 letr-opti Mdülatörler-5 I I π I V = si ( rv ) = si ( ) λ I V V π λ r π π Yarım dalga gerilimi Yarım dalga gerilimi V π, geçe ışığı şiddetii gele ışığı şiddetie eşit lduğu (I=I ) lduğu masimum geçirme içi gereli gerilimdir. V π, π li bir fa farıa eşdeğerdir. letr-pti mdülatörlerde çalışma gerilimi dğrusal bölgede lmalıdır. Geçirme (%) 100 Mdülas deriliği V π / V π V π / V 0

21 letr-opti Mdülatörler-6 Dedetöre ulaşa ışı şiddeti mdülatöre ugulaa gerilim ile ratılıdır (dğrusal bölgede). ğer dedetöre ugulaa gerilim bilgi siali lur, bu bilgi siali de mdülatörde geçe ışı (taşııcı dalga) üstüe bidirilirse mdülas apılmış lur. Geçirme (%) 100 I I = π V ( t) si ( ) V π V π V Mdüle edile gerilim V(t) 1

22 letr-opti Ugulamalar: Opti Aahtarlama Opti Aahtarlama letr-pti bir malemee gerilim ugulamadığı durumda ala geliği sadece asal eselerde birie düşe ışığı utuplama dğrultusu değişmede çiftırıcı malemee gelir. Burada utuplama dğrultusua bağlı lara ırılma idisii görere belli bir açıda ırılır. Dğrusal Kutuplamış ışı çiftırıcı maleme Gele ışı Dğrusal Kutuplamış ışı V V = 0, = 0 letr-pti malemee ugu dğrultuda ugulaa dış eletri ala ile ışığı ristal içide farlı ii ese üeride idüşümü lması sağlaır, dlaısı ile çıışta utuplama dğrultusu değişir; dğal çiftırıcı malemede geçe ışı e ırılma idisii görere farlı bir açıda ırılır. çiftırıcı maleme Gele ışı V V 0, 0

23 Kerr tisi-1 Opti lara itrpi la bir madde güçlü bir eletri alaa duğu ama bu madde çiftırıcı öelli göstermee başlar. Bu eti 1985 ılıda J. Kerr tarafıda gölediği içi bu etie Kerr eletr-pti eti deir. Bu eti hem atılarda hem de sıvılarda göleir. Kerr etisi, eletri alaı varlığıda maddedei mleülleri öelimleride aalaır. Bu durumda madde sai pti esei eletri alaı öü ile belirlemiş te eseli ristal gibi davraır. Bu etii büülüğü ugulaa eletri alaı aresi ile ratılıdır. = s p = λk Burada K Kerr sabiti, s, ala öüdei ırılma idisi, p alaa di dğrultudai ırılma idisi ve λ da ışığı bşlutai dalgabudur. Kerr sabiti r e geel lara tesörel bir icelitir. Bu durumda ırılma idiside luşa değişme tesörel şeilde aşağıdai gibi aılır. 1 ( ) ij = s ijl l l

24 Kerr tisi- Baı maddeler ve Kerr (K) sabitleri Madde Su Beee Karbdisülfür Nitrbeee Sembl H O C 6 H 6 CS C 6 H 5 NO K(cm/V ) Kerr eletr-pti eti ç hılı lduğu içi bu türde malemeler üse hılı ışı mdülasuda üse freaslı sialler ile ullaılır, H tepi süresie sahiptir. Bu ullaımıa Kerr hücresi deir ve geellile Kerr atsaısı büü la malemeler ullaılır. 4

25 Öet Ugu simetri öelliği göstere malemeler eletr-pti eti gösterirler. Dış eletri alada dlaı ırılma idiside luşa değişim malemei temsil ede eletr-pti tesör elemaı ile ratılıdır. letr-pti eti ile itrpi la malemeler aitrpi apılabilir, aitrpi la malemeleri ırılma idis değerleri değiştirilebilir vea idis elipsidi dödürülebilir. letr-pti eti ile malemei pti öellileri ç hılı değiştirilebildiği içi bu malemeler ışığı mdülasuda ve pti aahtarlamada ullaılmatadır. 5

26 UADMK - Açı Lisas Bilgisi Bu ders malemesi öğreme ve öğretme apalar tarafıda açı lisas apsamıda ücretsi lara ullaılabilir. Açı lisas bilgisi bölümü ai bu bölümdei, bilgilerde değiştirme ve silme apılmada ullaım ve geliştirme gerçeleştirilmelidir. İçerite geliştirme değiştirme apıldığı tadirde atılar bölümüe sadece eleme apılabilir. Açı lisas apsamıdai malemeler dğruda a da türevleri ullaılara gelir getirici faalietlerde buluulama. Belirtile apsam dışıdai ullaım açı lisas taımıa aırı lduğuda ullaım asadışı lara abul edilir, ilgili açı lisas sahiplerii ve amuu tamiat haı dğması sö usudur. 6