FZM450 Elektro-Optik

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "FZM450 Elektro-Optik"

Duygu Baydar
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Ankara Üniversiesi Mühendislik Fakülesi Fizik Mühendisliği Bölümü Bahar Dönemi FZM450 Elekro-Opik Yrd. Doç. Dr. Hüseyin Sarı 11 Şuba-24 Mayıs 2008 Tandoğan, Ankara 2008 HSarı 1

2 2. Hafa Ders İçeriği Opoelekronik Teknolojisi-Moivasyon Tanımlar Elekro-Opik Opoelekronik Foonik Elekromanyeik Spekrum İleişim Teknolojisi Modülasyon Neden ışık (Opoelekronik)? 2008 HSarı 2 Ban Genişliği

3 Opoelekronik Teknolojisi-Moivasyon Opoelekronik, ileişim sekörü başa olmak üzere hızla büyüyen ve her geçen gün hayaımızda önemi aran bir eknoloji Günlük Hayaa» Bar kod okuyucular Eğlence Sekörü» Manyeik CD, VCD, DVD Savunma Sanayi» Takip sisemleri, gece görüş cihazları İleişim Sekörü» Bakır el Opik fiberler» Modülaörler Sağlık Sekörü» Neşer lazer Bilimsel Araşırmalar» Soğuma.Ve Türk Külüründe Opoelekronik 2008 HSarı 3

VCD, DVD Savunma Sanayi» Takip sisemleri, gece görüş cihazları İleişim Sekörü» Bakır el Opik fiberler»

4 Tanımlar Elekro-Opik (Magneo-Opik, Akuso-Opik) Opoelekronik Foonik 2008 HSarı 4

5 Tanımlar-2 Elekro-Opik Elekromanyeik (opik) ve elekrik (elekronik) durumlar arasındaki ekileşmeye dayanarak asarlanmış bileşen, ale ve sisemleri birleşiren eknoloji (DOD, NATO) Örneğin sıvı krisaller (gerilim alında polarizasyon ekisini değişiren krisalleri içermekedir) elekro-opik ilkeye göre çalışan bileşenlerdir Ancak bir yarıileken lazeri bu kaegoriye koyamayız! n n+δn 2008 HSarı 5 V=0 V 0

krisaller (gerilim alında polarizasyon ekisini değişiren krisalleri içermekedir) elekro-opik

6 Opoelekronik Tanımlar-3 Opoelekronik (OE), ışıkla ekileşen elekronik alelerin incelenmesi ve bu alelerin praiğe uygulamasıdır. Burada kasedilen ışık, elekromanyeik spekrumun görünür bölge de dahil olmak üzere, kızıl öesi ve mor öesi bölgesidir. Alernaif bir anım ise: elekriği ışığa (elekronu foona) veya ışığı elekriğe (foonu elekrona) dönüşürme işlevini gerçekleşiren herhangi bir ale. Opoelekronik, ışığın yarıileken malzeme içersinde ve çoğunlukla da elekrik alanın varlığında kuanum mekaniksel özelliği emeline dayanır. Örneğin, opoelekronik dediğimizde opik mikroskop veya dürbünü kasemiyoruz! Yarıileken lazerler, LED, CCD, foon dedekörleri opoelekronik özellik göseren alelerdir. ışık ışık 2008 HSarı 6 V V

Alernaif bir anım ise: elekriği ışığa (elekronu foona) veya ışığı elekriğe (foonu elekrona) dönüşürme işlevini gerçekleşiren herhangi bir ale.

7 Tanımlar-4 Foonik (Phoonics) Mor ve kızıl öesi bölgeler arasındaki dalgaboylarındaki ışık ve foonu kapsayan elekronik eknolojisine verilen isimdir. Opoelekronik ile eş anlamlı olarak kullanılmakadır HSarı 7

kapsayan elekronik eknolojisine verilen isimdir.

8 Frekans ν Frekans (Hz) Elekromanyeik Spekrum λ Dalgaboyu (m) γ-ışını Işınımsı 1 Α nm 10-9 x-ışını μ 10-6 Mor öesi Işıksı Opoelekronik / Foonik 1 THz Kırmızı alı 1 cm 10-2 Mikrodalga 1 GHz 1 MHz m UHF VHF TV Radar FM Radyo Dalgamsı Elekronik 1 km 10 3 Radyo Frekansı 1 KHz Elekrik Haı 2008 HSarı 8

10 12 Kırmızı alı 1 cm 10-2 Mikrodalga 1 GHz 1 MHz 10 9 10 6 1 m 10 0 10 2 UHF VHF TV Radar

9 İleişim Teknolojisi İleişim, bir A nokasındaki bilginin başka bir B nokasına aşınmasıdır. Taşıma işleminde mesafeler cm (elekronik yongalar) merebesinden binlerce km ye kadar (kıalar arası ileişim) uzanabilir. Bilgi A Bilgi B Bilgi aşınırken yapılması gereken bilgiyi oram koşullarından ekilenmeden en doğru bir şekilde (kayıpsız) ilemekir. Bunun için bilgi, farklı işlemlerden geçirilerek değişik sinyal formuna dönüşürülür (Modülasyon) 2008 HSarı 9

10 İleişim Teknolojisi-2 Bilgi Kodlayıcı Modülaör Taşıyıcı Oram DeModülaör Kod Çözücü Bilgi Gönderici Alıcı İleilecek bilgi (ki bu sayısal veya analog olabilir) öncelikle bir kodlama işlemine abi uulur Kodlanan bilgi daha sonra bu bilgiyi uzak mesafelere kadar aşıyacak olan peryodik bir sinyalin (aşıyıcı sinyal) üzerine bindirilerek (modülasyon) aşıyıcı oram boyunca ileimi sağlanır (örneğin anen) Taşıyıcı oram boyunca ilerleyen bilgiyi içeren sinyal uygun alıcı arafından algılanır. Algılanan sinyal bindirme işleminin ersi bir işlemle (demodülasyon) bilgi ve aşıyıcı sinyali ayrışırılarak bilginin kodu çözülür HSarı 10

sinyal) üzerine bindirilerek (modülasyon) aşıyıcı oram boyunca ileimi sağlanır (örneğin anen) Taşıyıcı oram boyunca ilerleyen bilgiyi içeren sinyal uygun

11 Modülasyon Modülasyon, bir dalganın değişik paramerelerini (örneğin genlik, frekans, faz gibi) konrollü olarak değişirerek bilgi yükleme işlemine denir. aşıyıcı dalga modülaör modüle edilmiş dalga ν=sb ν(v()) bilgi V() 2008 HSarı 11

konrollü olarak değişirerek bilgi yükleme işlemine denir.

12 Modulasyon Teknikleri-1 Modülasyon, bir dalganın değişik paramerelerini (örneğin genlik, frekans, faz gibi) konrollü olarak değişirerek bilgi yükleme işlemine denir. Bu işlem eğer dalganın; Genliği değişirilerek yapılıyor ise Genlik Modülasyonu (Ampliude Modulaion-AM), Frekansı değişirilerek yapılıyor ise Frekans Modülasyonu (Frequency Modulaion-FM), Faz açısı değişirilerek yapılıyor ise Faz Modülasyonu (Phase Modulaion-PM) denir HSarı 12

Bu işlem eğer dalganın; Genliği değişirilerek yapılıyor ise Genlik Modülasyonu (Ampliude Modulaion-AM),

13 Modulasyon Teknikleri-2 Genlik modülasyonu(am) Taşıyıcı dalganın genliği bilgi sinyali ile oranılı olarak değişirilerek oluşurulan modülasyon ekniğidir e() Taşıyıcı sinyal v() Bilgi sinyali e().v() Ban aralığı daha az Sinyal/gürülü oranı FM modülasyonuna göre daha küçükür 2008 HSarı 13

modülasyon ekniğidir e() Taşıyıcı sinyal v() Bilgi sinyali e().

14 Modulasyon Teknikleri-3 Frekans Modülasyonu(FM) Taşıyıcı dalganın frekansı bilgi sinyali ile oranılı olarak modüle edilerek oluşurulan modülasyon ekniğine denir. e() Taşıyıcı sinyal v() Bilgi sinyali e().v() Ban aralığı daha fazla Sinyal/Gürülü oranı AM modülasyonuna göre daha büyükür 2008 HSarı 14

ekniğine denir. e() Taşıyıcı sinyal v() Bilgi sinyali e().

15 Modulasyon Teknikleri-4 Faz Modülasyonu (PM) Taşıyıcı dalganın fazı bilgi sinyali ile oranılı olarak modüle edilerek oluşurulan modülasyon ekniğine denir. e() Taşıyıcı sinyal v() Bilgi sinyali e().v() E() 2008 HSarı 15

edilerek oluşurulan modülasyon ekniğine denir.

16 Neden ışık (Opoelekronik)? Sinyal Kaliesi Lazerlerle birlike (ek renkli ışık) opik sinyalin bozunmadan opik fiberler içersinde uzun mesafeler boyunca gimesi mümkündür Yüksek ban genişliği Opik fiberler içinden ışık dalgası (10 14 Hz) ile meal ellere göre daha fazla bilgi aşıma yapılabilir. Opik fiberler yaklaşık GHz merebesinde (yüksek band aralığı) bilgi aşıma kapasiesine sahipirler ve mealik elefon halarına göre 100 milyon kez daha fazla bilgi aşıyabilmekedirler. (Tipik bir elevizyon kanalının frekansının 4 MHz olduğunu düşünürsek, opik dalgalarla yaklaşık 75 milyon TV kanalı ileilebilir) 2008 HSarı 16

genişliği Opik fiberler içinden ışık dalgası (10 14 Hz) ile meal ellere göre daha fazla bilgi aşıma yapılabilir.

17 Yandaki aşıyıcı dalgalardan her biri farklı frekanslara sahipir. Bu aşıyıcı dalgaları kullanarak verilen bir bilgi sinyalini en iyi hangisi ile modüle edilip aşınabilir? Frekansı en küçük olan birinci sinyal (a) verilen zaman aralığında bilgi sinyalini aşımaya yeecek kadar ireşim yapamamakadır! Frekansı en yüksek olan sinyal (c) ise birim zamanda çok sayıda bilgiyi aşıyabilecekir çünkü bilgi sinyalinin salınımından daha fazla salınım yapmakadır Bu özelliğe aşıyıcı dalganın ban genişliği denir Ban Genişliği Bilgi sinyali d 1 d 2 d 5 d Modüle edilmiş sinyal Örneğin TV yayınlarını radyo frekansı (KHz) ile göndermek sıkını yaraır. Çünkü TV τ τ b yayınında radyo yayınına(ses) ek olarak (c) görünü bilgisi de ileileceğinden birim zamanda ileilecek bilgi sayısı radyoya göre çok daha 2008 fazladır. HSarı 17 τ b Farklı frekansaki (1/τ ) aşıyıcı sinyaller (a) (b) τ τ = = = d 1 d 1 d 1 d 2 d 3 d 4 τ b d 2 d 3 d 4 τ b d 2 d 3 d 4 τ τ τ

Frekansı en yüksek olan sinyal (c) ise birim zamanda çok sayıda bilgiyi aşıyabilecekir çünkü bilgi sinyalinin salınımından daha fazla salınım yapmakadır Bu özelliğe aşıyıcı dalganın ban genişliği

18 Opik İleişim ışık kaynağı (lazer) opik modülaör (elekro-opik krisal) aşıyıcı oram (fiber, dalga klavuzu) ν(v) opik dedekör (p-i-n diyo) DeModülaör aşıyıcı dalga (ışık) modüle edilmiş dalga (ışık) elekronik sinyal (akım) V() V() bilgi (elekronik) bilgi (elekronik) 2008 HSarı 18

DeModülaör aşıyıcı dalga (ışık) modüle edilmiş dalga (ışık) elekronik

19 Veri Saklama Geniş ban genişliğinin yanısıra bilgi depolamada da ışığın sunduğu birçok üsünlükler vardır lazer λ okuma manyeik kafa lazer lazer manyeik oram opik oram opik oram (a) manyeik kayı (2B) (b) opik kayı (2B) (c) holografik kayı (3B) 2008 HSarı 19

manyeik kafa lazer lazer manyeik oram opik oram opik oram (a)

20 Opoelekronik Tümleşik Devreler farklı frekans bileşenleri içeren RF sinyal λ 2 λ 1 radar ransducer (ses dalga dönüşürücü) mercek mercek fooalgılayıcı dizisi I lazer λ 1 λ 2 λ ses dalgası 2008 HSarı 20

21 Elekromanyeik Dalganın Özellikleri 1) Frekans ν 2) Dalgaboyu λ 3) Hız a) faz hızı c=v p b) grup hızı vg 4) Şidde, I 5) Polarizasyon (s veya p) I, E λ, T v x, Bir EM dalga olan ışığın hangi özelliklerini konrol edebiliriz? Frekans, dalgaboyu ve hız arasındaki bağını v=ν.λ Frekans, sadece ışık kaynağına bağlıdır ve değişiremeyiz (oramın doğrusal olduğunu kabül ediyoruz) Hız, ışığın yayıldığı orama bağlıdır Dalgaboyu, hıza bağlı paramere olup dalganın yayıldığı orama bağlıdır Şidde, değişirilebilir Polarizasyon, değişirilebilir 2008 HSarı 21

22 FZM450 Elekro-Opik Dersinin İçeriği Bu ders sonunda ışığın modülasyon işleminin nasıl yapıldığını, bunu opik sisemin hangi paramerelerinin değişirerek yapılabileceği öğrenilmiş olacak Elekromanyeik dalganın (ışık) genel özellikleri Boşluka Madde Oramında Anizoropik Oramda Deme Özelliği Kuupluluk Frekansa Bağlılık E() V() ν(v) Elekro-opik krisal Dış ekiler: Elekro-Opik ( Kerr ve Pockel eki) Akuso-Opik 2008 HSarı Magneo-Opik Eki 22

23 FZM450 Elekro-Opik Ders Planı Elekromanyeik (Işık) Dalganın Özellikleri (3 hafa) Boşluka EM Dalga Madde içinde EM dalga İzoropik Oram Anizoropik (Krisal) Oram Anizoropik Oram (2 hafa) Deme Opiği (1 Hafa) Işığın Kuuplanması(1 hafa) Fresnel Eşilikleri (1 hafa) Opik Sabilerin Frekansa Bağlılığı (1 hafa) Elekro-Opik (1 hafa) Elekro-Opik Eki Akuso-Opik Eki Magneo-Opik Eki Işığın Modülasyonu (1 hafa) Elekro-Opik Modülasyon Akuso-Opik Modülasyon Magneo-Opik Modülasyon Opoelekronik(1 hafa) 2008 HSarı Öğrenci Sunumları (2 hafa) 23

Benzer belgeler

Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü FZM450. Elektro-Optik. Doç. Dr. Hüseyin Sarı

Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü FZM450. Elektro-Optik. Doç. Dr. Hüseyin Sarı Ankara Üniversiesi Mühendislik Fakülesi Fizik Mühendisliği Bölümü FZM450 Elekro-Opik Doç. Dr. Hüseyin Sarı İçerik Opoelekronik Teknolojisi-Moivasyon Tanımlar Elekro-Opik Opoelekronik Foonik Elekromanyeik