Final için sorular. Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY

Transkript

1 Final için sorular SORU1) A düzleminde düşey x ekseni ile φ=45 derecelik açı yapan ve doğrusal olarak kutuplanmış ışık, tam dalga plakasından geçerek B düzlemine gelmektedir.b noktasında ışığın kutupluluk durumu nedir? CEVAP1) SORU 2) Dalga plakası nedir?tanımlayıp çeşitlerini yazınız. Dalga plakaları kullanılarak nasıl dairesel ve eliptik kutuplanmış ışık elde edilebileceğini anlatınız. CEVAP 2) Dalga plakaları o- ve e-ışık demetleri arasında çeşitli dalga boylarında faz farkı oluşturmaya yarayan optik elemanlardır. Çift kırıcı maddeler uygun şekillerde kullanılarak (optik eksen ve kalınlıkları ayarlanarak) dalga plakaları oluşturulabilir.çeyrek dalga plakası,yarım dalga plakası ve tam dalga plakası olmak üzere 3 çeşit dalga plakası vardır. Çift kırıcı malzemeden yapılmış çeyrek dalga plakası kullanılarak dairesel kutuplu ışık elde edilebilir. Doğrusal kutuplanmış ışıktan çift kırıcı malzemeden yapılmış çeyrek dalga plakası kullanılarak eliptik kutuplu ışık elde edilebilir.

2 SORU:Polarimetre nedir? Polarimetrenin başlıca kullanım alanları nelerdir? YANIT:Polarimetre,bir bileşiğin çevirme açısını ve maddelerin optikçe aktifliklerini ölçen cihazdır. Polarimetre molekül boyutlarının tayininde, konsantrasyon miktarının (derişikliğin) tayininde ve gıda maddelerinin kontrollerinde kullanılır. SORU: 1) FARADAY OLAYI NEDİR? KISACA AÇIKLAYINIZ. Faraday olayı manyetik gücün ışık üzerindeki etkisini araştırır. Polarize edilmiş ışık kuvvetli bir manyetik alan içine yerleştirilmiş şeffaf bir maddeden geçirilirse polarma alanının dönmesidir.bu manyeto optik bilim dalında faraday etkisi olarak bilinir. SORU:2) ZEEMAN VE ANORMAL ZEEMAN OLAYLARI NEDİR? KISACA AÇIKLAYINIZ Kuantum teorisine göre atomdaki elektronlar daha düşük enerji düzeylerine geçerken ışık yayınlayarak tayfta görülen çizgileri oluşturur. Manyetik alanın çizgilerde bölünmeye yol açmasının nedeni, daha önce tümünün enerjileri aynı olan elektronların, manyetik alanın etkisiyle yönlerine göre farklı enerjiler kazanmalarıdır. SORU: Lüminesans nedir? Lüminesans, bazı maddelerin, ısısı değişmeksizin elektromanyetik ışınım yaymasıdır Işıldama olarak da bilinir. Başka elektromanyetik ışınım kaynaklarından temel farkı, kaynağın ısısında bir değişme olmamasıdır. Bu yönüyle Liminesans, Karanlık cisim ışımasından farklıdır, "soğuk ışık" olarak da adlandırılır

3 SORU: Floresans ve fosforesans nedir? Toplam elektronik spin değişmemek üzere uyraılmış bir atom yada molekülün temel haline dönerken yaptığı ışımaya floresans denir.floresans maddelere örnek olarak adını aldığı fluoriti verebiliriz.floresanas ve fosforesans uyarılmanın fotonların absorpsiyonu ile olması bakımından benzer özellikler gösterir.bunun bir sonucu olarak bu iki olay,sıklıkla daha genel bir terim olan fotolüminesans ile ifade edilir.aradaki fark ise şudur,floresans uyarılmış singlet sistemden temel haldeki singlet sisteme geçiş sırasında yayılan enerjidir.fosforesans ise uyarılmış triplet halden temel haldeki singlet sisteme geçiş sırasında yayılan ışıktır

4 Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY

5 SORU:1) Lazerin kaç çeşit çalışma prensibi vardır? Bunları açıklayınız. Cevap: Lazerin 3 çeşit çalışma prensibi vardır. Kendiliğinden geçiş, soğurma, uyarılmış yayılma. Kendiliğinden Geçiş: Atomun kararlılığının korunması için çekirdek elektronu merkeze çeker. Bu durum Coulomb Kuvvetiyle ifade edilir. Soğurma: Dışarıdan gelen hv enerjili foton elektronu üst seviyeye çıkarır. Bu durum elektronun fotonu soğurmasıyla olur. Uyarılmış yayılma: dışarıdan gelen hv enerjili foton uyarılmış seviyedeki elektrona çarparak aynı enerjili bir foton daha yayılmasını sağlar. Sonuçta hv enerjisine sahip iki foton yayılır.

6 Soru-2) Lazer çeşitlerini yaznız ve bunlardan biri olan Yarı İletken Diyot Lazerleri kısaca açıklayınız? Cevap: Gaz Lazerleri: Atom lazerleri, molekül lazerleri, iyon lazerleri, metal buharı lazerleri. Sıvı Lazerler: Boya lazerleri. Katı-hal Lazerleri: Yakut lazerleri, Nd-YAG lazerler, Ti-Safir lazerler. Yarı İletken Lazerler: Diyot lazerleri. Diğer Lazerler: X-ışını lazerler, serbest elektron lazerleri, fiber lazerler. Yarı İletken Diyot Lazerler: Yarı iletken lazerlerdir ve p-n ekleminden elektrik akımı geçirilmesi ile elde edilen bir aktif ortama sahiptir. Yarı iletken diyotlar önemli elektronik parçalardır. Yaklaşık 0.5 W gücündeki yarı iletken diyotlar, telekomünikasyonda kolay monte edilebilir olması ve fiber optik iletişim ile kolaylıkla etkileşebilen ışık kaynakları olduğundan dolayı tercih edilir. Barkot okuyucularda kullanılır. Görülebilir lazerler özellikle kırmızı ve yeşil pointer olarak kullanılır. CD çalıcı, CD-ROMS ve DVD teknolojilerinde kızıl-altı ve kırmızı lazer diyotlar kullanılır. SORU:1.Manyeto-Optik ince filmlerin kullanım alanları nelerdir? -Bilgisayar sabit diskleri,manyetik kayıt cihazları, manyetik sensörler, okuma-yazma kafaları SORU:2.Manyeto-Optik Kerr Etkisi ve Faraday Etkisi arasındaki farkları kısaca açıklayınız. -Faraday manyetik alan uygulanmış cam malzemenin içinden geçen ışığın polarizasyonunun değiştiğini gözlemlemiştir. John Kerr ise parlatılmış elektromıknatıs kutbundan yansıyan ışığın polarizasyonunu incelemiştir. SORU: 3.Manyeto Optik etkiler, kullanım alanlarına ne gibi bir fayda sağlar. -Kerr etkisi sayesinde malzemenin histeriz eğrilerini gözlemlereyek işe yarayıp yaramayacağınız anlayabiliriz. Histeriz eğriler eğer genişse sert mıknatıslık özelliği gözlenir, dar ise yumuşak mıknatıslık eğrisi gözlenir. Yumuşak mıknatıslık özelliği gösterenler ince filmlerde kullanılır.

7 (Histeriz eğriler, dış manyetik alanın değişimine göre malzemenin mıknatıslanmasını gözlemlemek için yapılan tam bir çevrimdir.) Faraday etkisinde de büyük beslemenin lazerin üretim mekanizmasına geri dönmesi engelleyerek bir yıkım önlenir. SORU: ÇİFT KIRICILIK İLE İLGİLİ SORULAR (Hilal Karaahmetoğlu ) 1)Kutuplanmamış ışıktan, kutuplanmış ışık elde etmek için kullanılan kaç tane fiziksel yöntem vardır, bunlar nelerdir, kısaca açıklayınız. Kutuplanmamış ışıktan kutuplanmış ışık elde etmek için dört fiziksel yöntem vardır. Bunlar; a)seçici Soğurma, b)yansıma, c)saçılma, d)çift Kırılma dır. a)seçici Soğurma; Kutuplanmış (polarize) ışık elde etmede en yaygın teknik, bir düzlemde, elektrik alanları belirli bir doğrultuya paralel olarak titreşim yapan dalgaları geçiren, elektrik alanları başka yönlerde titreşim yapan dalgaları soğuran bir malzeme kullanmaktır. Yani moleküller, elektrik alan vektörleri molekül uzunluğuna paralel olan ışığı kolayca soğurur; bu uzunluklara dik olan elektrik alan vektörlü ışığı geçirirler. b)yansıma; Kutuplanmamış bir ışık demeti bir yüzeyden yansıdığında, yansıyan ışık, geliş açısına bağlı olarak, ya tamamen kutuplanır, ya kısmen kutuplanır veya kutuplanmaz. Eğer gelme açısı 0 ise, yansıyan demet kutuplanmaz. Diğer geliş açıları için, yansımış ışık bir ölçüde kutuplanır. Geliş açısı, yansıyan demetin açısına eşit olduğunda ise ışık tamamen kutuplanır. c)saçılma; Işık, herhangi bir maddeye geldiğinde, ortamdaki elektronlar ışığın bir kısmını soğurup sonra tekrar yayarlar. Işığın, havayı oluşturan gaz moleküllerindeki elektronlar tarafından böyle soğurulması ve yeniden yayımlanması, yeryüzündeki bir gözlemciye ulaşan güneş ışığının kısmen kutuplanmasına sebep olur. İşte bu olay saçılma olarak adlandırılır. d)çift Kırılma; Işık, cam gibi amorf bir maddeden geçerken bütün yönlerde aynı hızda hareket eder. Yani, camın tek bir kırılma indis vardır. Fakat bazı kristalik maddelerde (kalsit ve quartz gibi) ışık hızı bütün yönlerde aynı değildir. Bu tür maddeler iki tane kırılma indisi ile karakterize edilir. Bundan dolayı da çoğu zaman çift-kırıcı veya çiftkıran maddeler olarak bilinirler. Kutuplanmamış ışık kalsit kristaline girdiğinde, iki kırılma açısı olan, farklı hızlarda hareket eden iki düzlemsel kutuplanmış ışına ayrılır. İki ışın, birbirlerine dik yönlerde kutuplanırlar. Bunlardan bir tanesi olağan ışın, diğeri ise olağandışı ışın adını alır. İşte bu iki ışın çift görüntü meydana getirir. 2) Çift kırılma doğal olarak rahatça bulunabileceği gibi (özelikle kristallerde), optik olarak izotropik maddelerde de oluşması için çeşitli yöntemler vardır. Bunlar nelerdir? Esnetme, eğriltme gibi yöntemlerle madde izotropisi bozularak elde edilebilir.

8 Elektrik alan uygulanarak izotropi bozulabilir (Pockels effect). Manyetik alan uygulamak maddeyi çembersel olarak çift-kırılır hale getirebilir (Faraday effect). Polar moleküller kullanılarak üretilen ince filmler, iyi birer çift kırılır maddedir. Soru.) Optik aktif olmayan maddeler herhangi dış etkiyle optik aktif olabilir mi? olursa neden nasıl? Cevap.) Optik aktif olmayan maddeler manyetik alana maruz bırakıldığında optik aktif hale gelebilir bu olay Faraday etkisi diye bilinir. Bu olayın temel nedeni zeeman olayıdır manyetik alan etkisi altında tayf çizgilerinin yarılanmasıdır. Eğer optik aktif olmayan cam içinden zeeman etkisiyle farklı frekanslı iki ışık geçiyorsa hiç şüphe yok ki birbirlerine göre farklı zamanlarda camdan çıkarlar buda kutuplanma düzleminin dönmesi ile sonuçlanır. Buda bizim camımızın optik aktif gibi gösterir Soru.) Mazerin özelliklerini yazınız. Mikrodalga osilatörü ya da yükselticisi olarak kullanılan aygıt. Adını uyarılmış ışınım yayımının mikrodalgayla (moleküler) güçlendirilmesi anlamına gelen İngilizce microwave (molecular) amplification by stimulated emission of radiation sözcüklerinin baş harflerinden alır. Osilatör olarak atom saatlerinin temelini oluşturur. Yükseltici özelliğiyle de her türden zayıf sinyali algıladığından uzaydan gelen sinyalleri almakta mazerlerden yararlanılır. Atomlar ve moleküller, değişik enerji seviyelerinde bulunabilirler. Bir enerji seviyesinden ötekine geçiş ancak elektromanyetik ışınım yayarak ya da soğurarak gerçekleşir. Bu geçişin meydana geldiği frekansla dışarıdan beslenen bir maddenin ışınım yayımı uyarılmış olur ve mazer bu etkiye dayanır. Eğer atomların çoğu yüksek (uyarılmış) enerji düzeyinde bulunuyorsa, maddeye gönderilen enerji dalgaları daha fazla ışınım yayımına neden olur ve gönderilen dalga güçlendirilmiş olur. Mazerde karşılaşılan başlıca güçlük, bu enerji seviyelerinin ayarlanmasıdır. Çünkü denge durumunda, atomların çoğu düşük enerji düzeyinde bulunurlar. Amonyak gazı mazerinde, düşük seviyedeki moleküller, elektrik alanına değişik biçimde tepki gösterdiklerinden, bir elektrik alanı etkisiyle ortamdan uzaklaştırılır.

9 Katı hâl mazerleriyse genellikle düşük sıcaklıklarda çalıştırılırlar ve mazer etkisine katılmayan enerji seviyeli atomlar, yüksek frekanslı pompalama tekniğiyle uyarılmış seviyeye getirilirler. Soru.) Elektro-Optik etkilerin kullanım alanlaı nelerdir? Elektro-optik özellik gösteren malzemeler uygun şekilde düzenlenerek ışığın modülasyonunda ve optik anahtarlamada kullanılabilir. Elektro-optik etki ile ışığın modülasyonu yapılabilir. Elektro-optik modülasyona pratik bir örnek olarak hızlı fotoğraf makineleri ve kameralar verilebilir. Hızlı fotoğraf makinelerinde örtücü perdenin açılıp kapanması normal makinelerde olduğu gibi mekanik olarak değil dış elektrik alan ile yapıldığından çok kısa zaman aralıklarında ışığın film üzerine düşmesi sağlanabilir. Perde çok kısa sürelerde açılıp kapandığından hızlı cisimlerin hareketi anlık olarak kaydedilebilir. Elektro-optik etki ile izotropik olan malzemeler anizotropik yapılabilir, anizotropik olan malzemelerin kırılma indis değerleri değiştirilebilir veya indis elipsoidi döndürülebilir.elektrooptik etki ile malzemenin optik özellikleri çok hızlı değistirilebildiği için bu malzemeler ışığın modülasyonunda ve optik anahtarlamada kullanılmaktadır.

10

11 1. Jones matris gösterimini kullanarak a) Birbirine ters yönde kutuplanmış genlikleri aynı iki dairesel ışığın toplamının doğrusal kutuplanmış ışık dalgasını verdiğini gösteriniz. KONU:MAGNETO OPTİK SORU 1: MANYETO OPTİK ETKİ NEDİR? FARADAY VE KERR ETKİSİNDEN K BHİS EDİNİZ. Cevap=.Manyeto optik etki,ışığın manyetik malzeme ile etkileşmesinden kaynaklanır.bir izotropik dielektrik madde manyetik alana yerleştirildiğinde doğrusal kutuplanmış ışık, alan doğrultusunda gönderildiğinde ışığın kutuplanma doğrultusunun değiştiği gözlenir( 1845 yılında ilk manyeto-optik etkiyi bulan Michael Faraday, manyetik alan uygulanmış cam malzemenin içinden geçen ışığın polarizasyonunun değiştiğini gözlemiştir.. Manyetik alan dielektik malzemeyi optik olarak aktif duruma getirir. FARADAY ETKİSİ manyetik malzemenin içinden geçen ışığın polarizasyonunun değişmesine Faraday etkisi denir.1845'de Micheal Faraday tarafından bulunan Faraday etkisi, ışığın ve

12 elektromanyetizmanın birbiriyle ilişkili olduğunu gösteren ilk deneysel bulgudur. Faraday etkisi, manyetik alanlar tarafından etkilenen çoğu transparan dielektrik materyalde (sıvılar dahil) gözlenir Faraday etkisi, dairesel çiftkırılım olarak da adlandırılan, sol ve sağ dairesel polarize olmuş dalgaların çok az bir hız farkıyla yayınımlarına neden olur. Lineer polarize olmuş bir dalga, dairesel polarize iki dalgaya ayrışabileceğinden, aralarında Faraday etkisi tarafından meydan gelen faz farkı dalganın polarizasyon eksenini döndürür. Faraday etkisi ile uygulanan manyetik alana bağlı olarak kutuplanmanın özelliği değiştirilmeden kutuplanma doğrultusu istenilen açıda döndürülebilir. KERR ETKİSİ Manyetik malzemeden yansıyan ışığın polarizasyonunun değişmesi ise Kerr etkisi olarak bilinir. Örnek ve saçılma düzlemine göre mıknatıslanma vektörünün yönüne bağlı olarak üç temel Kerr etkisi vardır. Kutupsal, boyuna ve enine kerr etkileri. Kutupsal etkide mıknatıslanma yansıma yüzeyine diktir. Boyuna durumda mıknatıslanma yansıma yüzeyine ve geliş düzlemine paraleldir. Boyuna durumda ışık yüzey normali doğrultusunda gelirse Kerr dönmesi gözlenmez. Enine durumda mıknatıslanma geliş düzlemine dik ve yüzeye paralel olarak yönelmiştir. SORU2 Kutupsal,boyuna ve enine (Surface Magneto Optic Kerr Effect) SMOKE etkilerini şematik olarak gösteriniz.

13 Neslişah ONAÇ,Sedanur ALTINKAYA,İlknur SEVİNDİK ELEKTRO-OPTİK OLAY (Kerr etkisi,pockel etkisi) Soru 1: (a) KDP maddesinden yapılmış bir dalga plakasına giren doğrusal olarak kutuplanmış λ=550 nm dalgaboylu bir dalganın plakanın çıkışında λ/3 kadarlık bir yol farkı oluşturabilmek için plakaya ne kadarlık bir gerilim uygulamak gerekir? (KDP için no=1,51 ; ne=1,47, doğrusal elektro-optik sabiti r=10,6 pmv-1)

14 (b) Öyle bir optik kutuplayıcı bulun ki, bir yöndeki dairesel kutuplu ışığı tümü ile geçirirken, diğer yöndeki dairesel kutuplu ışığı bloke etsin. Çözüm: a) λ/3 o-ışını ile e-ışını arasındaki yol farkının oluşabilmesi için faz farkının 2π/3 olması gerekmektedir. b)

15 Soru 2: KDP maddesi kullanılarak oluşturulmuş bir Pockel elektro-optik modülatörü aşağıda gösterilmiştir. Bu modülatör, λ=550 nm dalgaboylu bir ışığın modülasyonunda kullanılırsa dedektöre ulaşan ışığın (a) Bu modülatörün yarım dalga gerilimi (Vπ) nedir? (b) Modülatöre giren ışık şiddetinin %10 nu olabilmesi için modülatöre ne kadarlık bir gerilim uygulamak gerekir? 1. SORU : Lazerin kullanım alanları nelerdir? Birkaç tanesini açıklayınız. CEVAP : Endüstride kullanımı, Tıpta kullanımı, Askeri kullanımı, Eğlence ve animasyon - Herhangi bir malzeme üzerine hassas delik açmak. - Lastik, plastik, kağıt vb. maddelere delik açılması. - Çelik parçaların girintili kısımlarının işlenmesi ve ölçme cihazlarının üzerine harf veya rakam

16 yazılması. - Kesme işlemleri; lazer ışınları ile kesme işleminde testere ile kesme işlemindeki gibi pürüzlü yüzey bulunmaz. - Diğer yöntemlerle mümkün olmayan parçaların kaynak edilmesi.