Holografinin Uygulama Alanları. HOLOGRAPHIC IMAGING Stephen A. Benton, V. Michael Bove, Jr.

Transkript

1 Holografinin Uygulama Alanları HOLOGRAPHIC IMAGING Stephen A. Benton, V. Michael Bove, Jr.

2 KULLANIM ALANLARI Çek karneleri Pasaport ve hisse senetleri et e Kredi ve ATM kartları Kimlik kartları Araç ruhsatları Konser ve gösteri biletleri i CD ve kasetler Posta pulu İlaç ç Kozmetik Tekstil Gıda Ak Arkeoloji Kitap Holografik TV Kıymetli evraklar Güvenlik Paket Kağıdı Etiketler e Promosyon Olarak Basılan İşler Resim Kırtasiye Güvenlik Dokümanları Kart/ID Belgeleri Ürün veya Marka Belgeleri Kuyumculuk Giyim Teknoloji ürünleri Hediyelik eşya Oyuncak Promosyon Teknik analiz Veri depolama Hologram yüksek güvenlikli marka prestijine olumlu katkılar sağlayan kullanımı kolay bir çok madde üzerine uygulanabilen ucuz bir üründür. Holografik TV Güvenlik

3 KULLANIM ALANLARI

4

5 1. Bragg Ağı ve Lazerler: Optik sinyal işleme ve ölçüm yöntemleri A) Kendiliğinden aynalı yarı iletken lazerleri: Distributed Feedback Laser : DFB Laser Distributedib dbragg Reflector Laser : DBR Laser Yarı iletken lazerlerinde ışık, bir p-n ekleminde elektronların deşikler (hole) ile rekombinasyon yapmaları sonucu elde edillir Optik olarak sınırlama: Orta katmanın kırılma indisi i daha yüksek k dalga kılavuzları Elektriksel sınırlama: Band yapısı öyle ki e - ve h + ara yüzeyde yoğunlaşırlar. p + p n n + Ga 0,094 L 0,06 As Ga 0,98 Bl 0,02 As Ga 0,094 Se 0,06 As GaAs Altlık İşin hilesi: Aktif bölgenin içine ağ yapmak : DFB Aktif bölgenin kıyısınaısına ağ yapmak : DBR Işığın yansıtılması rezonatör

6 DFB DBR Periyodik uzunluk: Genelde l=3 alınır. Bu durm için yapı daha rahat yapılmaktadır. Ağındalgakılavuzuna iyice yanaştırılması yetiyor.

7 Fabry - Parot Lazer diotlarına göre DFB ve DBR lazerlerin önemli avantajları: Küçük spektral band genişliği ~10-6 nm (1550 nm için) bunun nedeni Bragg şartının sağlanması gereğidir. Emisyon dalga boyunun sıcaklığa bağımlığının zayıf olması, Normalde ~0,3 nm/ºc; E g (T) DFB,DBR ~0,06 nm/ºc, çünkü Λ (T) ve n(t) Ana kullanım alanı: iletişim (telekominikasyon)

8 B) Mükemmel Geri Bağlaşımlı Yarı İletken Lazeri: Optik sinyal işleme ve ölçüm yöntemleri Hacimsel Faz Hologramı Lazer Diyodu Işık Ayna Mercek Geri bağlaşım mod ayrımına götürür Önemli yararları Daraltılmış spektral band genişliği; 1 2nm 0,1 0,2 nm Düşürülmüş İyileştirilmiş ışın profili; özellikle 1W 100W gibi yüksek güçlü lazer diyodları için önemlidir. Katıhal hllazerlerin l veya Fiber Lazerlerin pompalanmasının verimini i i arttırır.

9 Geri bağlaşımağı için Holografik kayıt Malzemesi: Termofotokırıcı camlar ; 325 nm ışığaş ğ duyarlı Kullanımı: 800 nm 1000 nm Problemi: kayıt geometrisini bulmak (yakalamak) Kayıt malzemesi, iki dalga arasında gerekli olan küçük kayıt açısının sağlanması için aynı kırılma indisine sahip iki cam blok arasına yerleştirerek kayıt yapılır.

10 2. Dalga boyu Filtreleri Yansıma geometrisi, Bragg şartı keskinliği d d 1cm 1, 5 m 0 n 22 2,2 0 0,34nm 2n 0,05nm 7GHz Bu durum zayıf ağ desenleri için geçerlidir. Güçlü ağlar için ışık baştan ilk bir iki desenden sonra geri yansır. d d olasıdır. etk Kullanım alanları: Tele iletişim ve dalgaboyu çoğaltılması için filtre olarak kullanılır.

11 Problem: Sıkı desenlerden dolayı puls genişlemesidir. Yukarıdaki örnek kullanılmıştır 2 dn 0 c 100 ps 1 10GHz n Yardım: Apodizasyon x Prblem: Lazerin girişimi (sınırları aşması). Sinyal modulasyonu ile bant genişlemesinin ş artması Pratikte: Apodisasyon + Chirping ile optime etmektir.

12 3. Holografik İnterferometri A) Standart Durum: Bir objenin (nesnenin) hologramı kaydedilir. Optik sinyal işleme ve ölçüm yöntemleri Bu hologramdan elde edilen sinyal dalgası, aktüel sinyal dalgası ile üst üste bindirilir. ili Çok küçük konum değişimleri yada biçim değişimleri (girişim şeritleri yardımıyla) fark edilebilir. λ başına ( bir dalga boyu kadarlık bir değişim ) başına bir şerit çözünürlüğü /10 Kalite kontrolleri için standart yöntem kullanılmaktadır. Örneğin uçağın tekerleğinin basınç altında gösterdiği form değişikliğinin kontrolü yada lambaların yanmadan önce ve sonrasında (ısınması ile) gösterdiği form değişikliği gibi.

13 B) Holografik çift ışınlama l interferometrisi: t i i Birbirinden az ayırt edilebilir iki objenin peş peşe holografik kaydının aynı referans dalgası ile kaydı. Kaydedilmiş hologramdan her iki sinyal dalganın aynı anda elde edilmesi Oluşan iki sinyal dalgasının girişimi Aydınlık saçaklar için: Karanlık saçaklar için: 1 ve 2 açıları sıfır olacak şekilde ayarlanırsa yer değiştirme bir saçak aralığına (d= /2 )

14 B) Holografik çift ışınlama l interferometrisi: t i i Bir köprünün holografik çift ışınlama interferometresi görüntüsü. Üst resim ölçüm alanını göstermektedir. Alt resimdeki her bir interferans şeridi incelenen nesnenin yarım dalga boyu ( /2) kadar bir deformaysonuna denk gelir. Her iki kayıd arasındaki zaman yaklaşık olarak 400 s dir. Bu tür araştırma ile bu köprünün, bir trenin geçmesi esnasında yaydığı sesin azaltması düşünülmüştür. Buna göre ses şiddetinin azaltılması için göbek olarak görünen noktalara mekanik destek yerleştirilmesi ş gerekiyor. Steinbichler Optotechnnik GmbH, Neubeuern

15 B) Holografik çift ışınlama l interferometrisi: t i i İncelenen Girişim Faz farkı 3B sanal bölge deseni görüntüleme Biyolojik nesnelerin in-vivo araştırılmaları için Holografik çift ışınlama interferometrisi

16 C) Zamansal olarak ortalaması alınmış interferometri t i Eldeki hologramdan elde edilen görüntü dalgası titreşmekte olan nesneden gelen dalga ile üst üste bindirilir. Düğüm noktaları girişim deseni net görünür. Göbekleşme girişim deseni bulanık görünür. Titreşim kiplerinin analizinde kullanılır. Sinyal dalgasının karmaşık genliğinin belirli bir T süresi (titreşimin ortalama periyodu) üstünden integrali alınması sonucu bir Bessel fonksiyonu elde edilir. Bu fonksiyonun çözümü ile genliğin ortalama değişimi elde edilir.

17 C) Zamansal olarak ortalaması alınmış interferometri t i sıfırıncı düzey Bessel lfonksiyonudur. Sanal görüntü şiddet dağlımı ise, ile belirlenir. Burada K Bütün sabitlerin tplandığı ana sabit değerdir.

18 D) Elektronik Speckle İnterferometrisi Optik sinyal işleme ve ölçüm yöntemleri Düzgün olmayan nesneler için uygundur. Çok sayıda saçılan dalgalar 3B girişim deseni Işık noktasal aydınlık karanlık (speckle pattern) şeklinde görülür. Doğrudan gözle gözlemlenebilir. Çünkü ışık ışınları arasındaki açı çok küçük olabilmektedir. Adımları: 1. Spekle deseni bir CCD kamerası ile kayıt edilir. 2. Objede değişiklik olup olmadığı için yeni bir desen kaydı yapılır. 3. Elde edilen yeni desen ile birinci desenin farkı alınır. 4. Siyah ise örnekler birbirinin aynıdır birdeğişiklik yoktur. Açık (aydınlık nokta) var ise ilgili yerde objede değişiklik olmuş demektir.

19 D) Elektronik Speckle İnterferometrisi Optik sinyal işleme ve ölçüm yöntemleri Belli bir nokta etrafında leke deseninin (Speckle Pattern) karmaşık genliği: Bu desenin olasılık yoğunluk ğ fonksiyonu:

20 D) Elektronik Speckle İnterferometrisi (ESPI) Optik sinyal işleme ve ölçüm yöntemleri Endoskopik ESPI kamera sisteminin şematik yapısı. (Karl Storz GmbH&Co. Şirketi ile birlikte Münster Üniversitesi Biyofizik laboratuvarında geliştirilmiştir.)

21 D) Elektronik Speckle İnterferometrisi (ESPI) Optik sinyal işleme ve ölçüm yöntemleri Teknik bir nümunenin (metal plaka) incelenmesi: ( a ) noktasal bir baskı altında, ( b ) bir kenarına eğiltme altında gözlemlenen deformasyonlar

22 4. Yenilik filtreleri Işın bağlaşımı söz konusudur. N K K N =N e d ( < 0) Böyle düzeneklerde Nesne e (sinyal) dalgasının 100 kattan a daha a fazla a zayıflaması a as mümkündür. ü N N (nesne dalgası değişir. Bragg şartı sağlanmaz. N ilk başta hemen gözlenir. Dinamik ik hologram malzemesi olduğu ğ için i N d de bir süre sonra zayıflar. Dinamik hologram Yenilik filtresi, bir ardışık görüntüleme veya algılama (dedeksiyon) sürecinde sürekli görünen nesneleri (elemanları) yok ederken (engellerken) değişiklik gösteren nesneleri gösteren (geçiren) holografik bir filtredir. Kullanım alanları: Optik radar, optik resim işleme vb.

23 5. Korelatörler Korelasyon: İki sinyalin eş (aynı) olmasının ölçüsüdür. hologram hologram Kayıt Tanıma: Nesne (sinyal) dalgası karşılaştırma ş ş dalgasını oluşturur. ş Nesne aynı ise algılayıcı yüksek yeğinlik okur. Nesne farklı ise algılayıcı düşük yeğinlik okur Holografik saklayıcı ile kombine edilirse çok sayıda resmin karşılaştırması yapılabilir. Kullanım alanları: Güvenlik, seyrü sefer (navigsyon), ayrıştırma işleri

24 5. Korelatörler Optik sinyal işleme ve ölçüm yöntemleri