10. Ders Akusto- ve Magneto-Optik Etkiler

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "10. Ders Akusto- ve Magneto-Optik Etkiler"

Levent Gündoğdu
5 yıl önce
İzleme sayısı:

1 10. Ders Akust- ve Magnet-Optik Etkiler l ışık Ses Dalgası 1

2 Bu bölümü bitirdiğinizde, Akust-ptik etki, Akust-ptik mdülatörler, Magnete-ptik etki, Faraday dönmesi, Optik yalıtıcılar knularında bilgi sahibi lacaksınız.

3 Onuncu Ders: İçerik Akust-Optik Etki Akust-Optik Mdülatörler Raman-Nath Tipi Mdülatör Bragg Tipi Mdülatör Magnet-Optik Etki Faraday Dönmesi Optik Yalıtıcılar 3

4 Akust-Optik Etki Bir rtamın kırılma indisinin akustik (ses) dalgası ile değiştirilmesine Akust-Optik Etki denir. Kırılma indisi n lan bir rtamdan geçen ses dalgası rtamda mekanik zrlama (gerilme) luşturur. Bu gerilme snucu rtamın kırılma indisini de n kadar değişir. Bu değişmeyi ses dalgasının şiddeti ve diğer nicelikler cinsinden veren frmül: n = n 6 p 10 ρv Burada n, gerilmenin lmadığı durumdaki kırılma indisi, p maddenin ftelastik tensör elemanı, P a watt larak tplam akustik güç, ρ kütle yğunluğu, v a ise ses hızı, A dalganın geçtiği bölge için tesir kesit alanı a 7 A P a n l Piez-elektrik transducer A=l.a n n+ n Ortamın özelliğini karakterize eden parametre: M n p 6 ρv 3 a n = 7 M 10 P a A n P a 4

5 Akust-Optik Mdülatör-1 Ortamın kırılma indisini ses dalgaları ile değiştirerek yapılan iki tür akust-ptik mdülatör vardır. Bunlar: Raman-Nath tipi mdülatör (ışık yüzeye paralel) Bragg Tipi akust-ptik mdülatör (ışık yüzeye özel açıda geliyrsa) 5

6 Raman-Nath Türü Akust-Optik Mdülatörler-1 Bu tür mdülatörlerde ışık, ses dalga vektörüne dik knumda gönderilir. Ses dalgasından dlayı kırılma indisi periydu ile değiştirilmiş lan l uzunluğundaki maddeden geçen ışık, kırınıma uğrayarak değişik açılarda (gelen ışık dğrultusundan) sapar. Ortamdan etkilenerek geçen ışığın şiddeti (I), akustik dalganın luşturduğu indis farkı ile rantılıdır. İndis farkı, akustik mdüle edici dalganın genliği ile ilişkilidir. Akustik dalganın ykluğunda rtamdan geçen ışık şiddeti (I ), akustik dalganın genlik değişimleri ile rantılı larak değişir (mdüle lur). l y x z I 1. derece 0. derece I -1. derece Gelen ışık dalgası Piez-elektrik transducer 6

7 Raman-Nath Türü Akust-Optik Mdülatörler- y x z Gelen ışık dalgası l 6 7 nπl πx n p 10 P ϕ = sin( ) n = λ ρva A Burada n, ses dalgalarından dlayı kırılma indisindeki değişim, l etkileşme uzunluğu,, ses dalgasının dalgabyu, x ise ışığın geliş ekseninden lan uzaklıktır. Piez-elektrik transducer 1. derece 0. derece -1. derece a Ses dalgaları ile indisi n kadar değiştirilmiş bölgeden geçen ışığın geliş ekseninden x kadar uzak nktalarda ışık dalgasının maruz kalacağı faz kayması: ϕ = π λ M 10 P l π x sin( ) a 7 a M n p 6 3 ρva 7

8 Raman-Nath Türü Akust-Optik Mdülatörler-3 Birden çk kırınımın lmasını önlemek için etkileşme uzunluğunun (l) küçük lması gerekir. l << λ Burada, ses dalgasının dalgabyu, λ ise ışığın madde içindeki dalgabyu Kırınım şartı mλ = sin( θ m ) m = 0, ± 1, ±,.. ϕ = π λ M 10 P l π x sin( ) a 7 a Işık şiddetinin ranı I I ' J m( ϕ ), m > 0 = ' J ( ϕ ), m = 0 Burada 10 7 ' π / n M Pa l ϕ = λ a Mdülasyn derinliği η RN [ I I( m = 0) ] J ' = = 1 ( ϕ ) I 8

9 Bragg Türü Akust-Optik Mdülatörler-1 Bragg türü akust-ptik mdülatörlerde ışık mdülatöre dik değil de belli bir açı ile gelir. Ses dalgaları ile kırılma indisi mdüle lmuş lan rtam periydu ses dalgalarının periydu λ lan periydik düzlemler larak algılanabilir. Bu rtama giren ışık aynen kristale giren x-ışınları gibi Bragg kşulunu sağlayan durumda yapıcı girişim ile 1. dereceden yansımayı luşturur. Diğer durumlarda ışık yansımadan geliş dğrultusunda kristalden çıkar. l λ θ Β Bragg Kşulu sinθ Β =λ/ Gelen ışık Piez-elektrik transducer 0. derece 1. derece Bragg Türü mdülatörde, ışığın madde ile ses dalgaları ile etkileşip kırınıma uğraması için etkileşme uzunluğunun büyük lması gerekir: l >> /λ 9

10 Bragg Türü Akust-Optik Mdülatörler- l λ θ Β 0. derece Bragg Kşulu sinθ Β =λ/ Gelen ışık Piez-elektrik transducer θ B 1. derece Geliş açısı Bragg açısına eşit lmalıdır. λ = sin( θ B ) Bragg tipi akust-ptik mdülatörde kırınıma uğrayan ışığın (I) kırınıma uğramadan geçen ışığın (I ) şiddetine ranı: I I I = ϕ sin ( ) şeklindedir Mdülasyn derinliği: η B 7 ( I I) π 10 M P a = = sin ( ) I λ a 10

11 Magnet-Optik Etki Katılarda Faraday Dönmesi Bir iztrpik dielektrik madde manyetik alana yerleştirildiğinde dğrusal kutuplanmış ışık alan dğrultusunda gönderildiğinde ışığın kutuplanma dğrultusunun değiştiği gözlenir. Manyetik alan dielektrik malzemeyi ptik larak aktif duruma getirir. Kutuplanma dğrultusunun dönme açısı, manyetik alan (H) ve ışığın malzemede katettiği yl (l) ile dğrusal rantılıdır. θ=vhl Burada V rantı sabitidir. Bu sabite Verdet sabiti denir. Gelen ışık E Manyet-ptik madde θ Kutuplanmış ışık H I Manyetik Alan (H) 11

12 Verdet Sabiti Bazı maddelerin Verdet sabitleri (Verdet sabiti kullanılan ışığın frekansına ve sıcaklığa bağlıdır) Madde V(θ(dakika)Oe -1 cm -1 ) Elmas NaCl Cam Su Hava TGG (terbium gallium garnet) x rad/t-1/m (63.8 nm -40 rad/t-1/m (1064 nm) 1

13 Faraday Dönmesi Faraday etkisi, elektr-ptik etkiden veya dğal çiftkırıcı malzemelerde luşan ışığın kutuplanma dğrultusunu değiştiren döndürme layından ldukça farklıdır. Elektr-ptik etki ile sadece 90 lik dönme yapılabilmesine rağmen Faraday etkisi ile uygulanan manyetik alana bağlı larak kutuplanmanın özelliği değiştirilmeden kutuplanma dğrultusu istenilen açıda döndürülebilir. E x y k B θ z d Verdet sabitinin işareti, eğer Faraday etkisi, ışığın yayılma dğrultusu uygulanan dış manyetik alana paralel ise L-dönmesi (saat yönünün tersi yönünde), antiparalel ise R-dönmesi (saat yönünde) gösteren malzemeler için pzitif larak kabul edilir. Buna göre eğer ışık diğer uçtan yansıyarak geri dönerse dönme miktarı iki katına çıkar. 13

14 Optik Yalıtıcılar-1 Faraday dönmesinin en pratik uygulaması ışığın sadece tek yönlü geçişini lanaklı kılan ışık yalıtıcılarıdır. Işık yalıtıcıları elektrnikteki diyt gibi davranarak, ışığı sadece bir dğrultuda geçirip diğer dğrultuda geçirmez. Bazı ptelektrnik uygulamalarda ptik yalıtıma ihtiyaç duyulur. Örneğin lazerlerde, çk güçlü geri besleme lazere zarar verebileceği için ışığın lazere geri dönmesini önlemek için ptik yalıtıma ihtiyaç duyulur. Optik yalıtıcıda birbirine göre 45 lik açı ile knumlanmış iki dğrusal kutuplayıcı arasına yerleştirilen ve uygulanan manyetik alanla içinden geçen ışığın kutuplanma dğrultusunu 45 döndürebilen yüksek Verdet sabitine sahip Faraday döndürücüsünden luşmaktadır. y x I. kutuplayıcı II. kutuplayıcı A B C x E x D z x -z Dğrusal (x-yönlü) kutuplayıcı B Faraday döndürücü (45 ) Dğrusal (45 -yönlü) kutuplayıcı Bu düzenek, +z yönünde ilerleyen ışığı (kırmızı) geçirmesine rağmen z yönünde ilerleyen ışığı (mavi) geçirmez. Faraday döndürücüsünün içinden geçen ışığın kutuplanma dğrultusu yayılma dğrultusundan bağımsız larak hep aynı yönde döndürüldüğü için ışık I. kutuplayıcıya geldiğinde kutuplayıcının geçiş ekseni ile 90 lik açı yaptığı için A nktasına hiç ışık geçmez. 14 y

15 Optik Yalıtıcılar- Optik yalıtım, Faraday döndürücüsünün ön ve arkasındaki kutuplayıcıların yerine çiftkırıcı özellik gösteren malzemeler uygun şekilde kesilerek de yapılabilir. Çiftkırıcı kama Faraday döndürücü (45 ) Çiftkırıcı kama Çiftkırıcı kama Faraday döndürücü (45 ) Çiftkırıcı kama Bu düzenekte de ışığın kutuplanma dğrultusundan bağımsız larak da ptik yalıtım yapılabilir. 15

16 Özet Ses dalgası ve manyetik alan ile maddelerin kırılma indisleri değiştirilebilir. Bu, rtamdan geçen ışığın özelliklerini dış bir etki ile değiştirmemize, ışığı mdüle etmemize ve bazı faydalı ptelektrnik devre elemanları yapmamıza lanak sağlar. Manyetik alan ile dielektrik malzemeler ptik larak aktif hale getirilerek içinden geçen ışığın kutuplanma dğrultusu manyetik alan ile rantılı larak döndürülebilir. Bu etki sayesinde ptik yalıtıcılar yapmak mümkündür. 16

17 UADMK - Açık Lisans Bilgisi Bu ders malzemesi öğrenme ve öğretme yapanlar tarafından açık lisans kapsamında ücretsiz larak kullanılabilir. Açık lisans bilgisi bölümü yani bu bölümdeki, bilgilerde değiştirme ve silme yapılmadan kullanım ve geliştirme gerçekleştirilmelidir. İçerikte geliştirme değiştirme yapıldığı takdirde katkılar bölümüne sadece ekleme yapılabilir. Açık lisans kapsamındaki malzemeler dğrudan ya da türevleri kullanılarak gelir getirici faaliyetlerde bulunulamaz. Belirtilen kapsam dışındaki kullanım açık lisans tanımına aykırı lduğundan kullanım yasadışı larak kabul edilir, ilgili açık lisans sahiplerinin ve kamunun tazminat hakkı dğması söz knusudur. 17

Benzer belgeler

FZM450 Elektro-Optik. 9.Hafta

FZM450 Elektro-Optik. 9.Hafta FZM450 Elektr-Optik 9.Hafta şığın Mdülasynu 008 HSarı 1 9. Hafta Ders İçeriği Temel Mdülatör Kavramları LED ışık mdülatörler Elektr-ptik mdülatörler Akust-Optik mdülatörler Raman-Nath Tipi Mdülatörler