FZM450 Elektro-Optik. 9.Hafta

Benzer belgeler
Işığın Modülasyonu HSarı 1

10. Ders Akusto- ve Magneto-Optik Etkiler

FM561 Optoelektronik. Işığın Modülasyonu

Işık İleticiler: Optik Fiberler Yarıiletken Dalga Kılavuzları

FZM450 Elektro-Optik. 8.Hafta

2. Işık Dalgalarında Kutuplanma:

Bölüm 11: Doğrusal Olmayan Optik Alıştırmalar

ALTERNATİF AKIMIN TEMEL ESASLARI

Elektromanyetik Dalga Teorisi

KUTUPLANMA (Polarizasyon) Düzlem elektromanyetik dalgaların kutuplanması

FİZ209A OPTİK LABORATUVARI DENEY KILAVUZU

FOTOELEKTRİK OLAY. n.h.c FOTOELEKTRİK OLAY. Işık Şiddeti. Işık Yayan Kaynağın Gücü. Foton Enerjisi

DENEY 3. IŞIĞIN POLARİZASYONU. Amaç: - Analizörün pozisyonunun bir fonksiyonu olarak düzlem polarize ışığın yoğunluğunu ölçmek.

FOTOELEKTRİK OLAY. n.h.c FOTOELEKTRİK OLAY. Işık Şiddeti. Işık Yayan Kaynağın Gücü. Foton Enerjisi

Elektromanyetik Dalga Teorisi Ders-3

X-Işınları. 5. Ders: X-ışını kırınımı. Numan Akdoğan.

DENEY 2. IŞIK TAYFI VE PRİZMANIN ÇÖZÜNÜRLÜK GÜCÜ

Sığa ve Dielektrik. Bölüm 25

MALZEME BİLGİSİ DERS 6 DR. FATİH AY.

Şekil-1. Doğru ve Alternatif Akım dalga şekilleri

Işıma Şiddeti (Radiation Intensity)

DALGALAR. Su Dalgaları

Şekil 1: Direnç-bobin seri devresi. gerilim düşümü ile akımdan 90 o ileri fazlı olan bobin uçlarındaki U L gerilim düşümüdür.

14. SİNÜSOİDAL AKIMDA DİRENÇ, KAPASİTE, İNDÜKTANS VE ORTAK İNDÜKTANSIN ÖLÇÜLMESİ

KOMPLEKS SAYILARIN ALTERNATİF AKIM DEVRELERİNE UYGULANMASI

Girişim; iki veya daha fazla dalganın üst üste binerek, yeni bir dalga şeklinde sonuç

Şekil 5-1 Frekans modülasyonunun gösterimi

Bir antenin birim katı açıdan yaydığı güçtür. U=Işıma şiddeti [W/sr] P or =Işıma yoğunluğu [ W/m 2 ]

EMAT ÇALIŞMA SORULARI

Kayma Doğrultusu. Kayma Sistemi Sayısı YMK Cu, Al, Ni, Ag, Au (1 1 1) 12 Fe, W, Mo (1 1 0) HMK Fe, W (2 1 1) Fe, K (3 2 1)

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği

Cihazın Bulunduğu Yer: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü B-Blok, Enerji Verimliliği Laboratuvarı

DENEYİN AMACI Akım uygulanan dairesel iletken bir telin manyetik alanı ölçülerek Biot-Savart kanunu

Temel Elektronik-I. İçerik. 5. Bölüm. Kararlı Durum A. A. Devreleri. FZM207 Teknik Elektrik-I 1. Bu derste FZM207. Prof. Dr. Hüseyin Sarı.

Alternatif Akım; Zaman içerisinde yönü ve şiddeti belli bir düzen içerisinde değişen akıma alternatif akım denir.

Malzemelerin Deformasyonu

ELK-301 ELEKTRİK MAKİNALARI-1

Ahenk (Koherans, uyum)

KANAT PROFİLİ ETRAFINDAKİ SIKIŞTIRILAMAZ AKIŞ

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BÖLÜM I GİRİŞ (1.1) y(t) veya y(x) T veya λ. a t veya x. Şekil 1.1 Dalga. a genlik, T peryod (veya λ dalga boyu)

BLM 426 YAZILIM MÜHENDİSLİĞİ BAHAR Yrd. Doç. Dr. Nesrin AYDIN ATASOY

Cebir Notları. Karmaşık sayılar TEST I. Gökhan DEMĐR, 2006

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Deney 2: FET in DC ve AC Analizi

Su Dalgaları Testlerinin Çözümleri. Test 1 in Çözümleri

ELASTİK DALGA YAYINIMI

Soru-1) IŞIK TAYFI NEDİR?

Optoelektronik Tümleşik Devreler HSarı 1

- 1 - ŞUBAT KAMPI SINAVI-2000-I. Grup. 1. İçi dolu homojen R yarıçaplı bir top yatay bir eksen etrafında 0 açısal hızı R

MATEMATÝK GEOMETRÝ DENEMELERÝ

FİZİK LAB. 3 (OPTİK) ÇALIŞMA NOTLARI

5. Elektriksel Büyüklüklerin Ölçülebilen Değerleri

TİTREŞİM VE DALGALAR BÖLÜM PERİYODİK HAREKET

Fiz Ders 10 Katı Cismin Sabit Bir Eksen Etrafında Dönmesi

Katılar & Kristal Yapı

Işığın Elektromanyetik Tanımlanması: Boşlukta Elektromanyetik Dalga

Statik Manyetik Alan

Light Amplification by Stimulated Emission of

Tek Boyutlu Potansiyeller: Potansiyel eşiği

Malzeme Bilimi. Fiziksel Özellikler. Fiziksel Özellikler. Kompasite-Porozite Birim Ağırlık Özgül Ağırlık Su Emme Kılcal Su Emme

EEM 202 DENEY 11. Tablo 11.1 Deney 11 de kullanılan devre elemanları ve malzeme listesi. Devre Elemanları Ω Direnç (2 W)

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 11 Çözümler

BÖLÜM 3 ALTERNATİF AKIMDA SERİ DEVRELER

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MANYETİK ALAN KAYNAKLARI Biot Savart Yasası

ENİNE DEMET DİNAMİĞİ. Prof. Dr. Abbas Kenan Çiftçi. Ankara Üniversitesi

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Bölüm 7 FM Modülatörleri

Ödev 1. Ödev1: 600N luk kuvveti u ve v eksenlerinde bileşenlerine ayırınız. 600 N

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

KABLOSUZ İLETİŞİM

Jeodezi

Fiz 1012 Ders 6 Manyetik Alanlar.

Fatih Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü EEM 316 Haberleşme I DENEY 6 FM DEMODÜLATÖRÜ

YAY VE SU DALGALARI BÖLÜM 30

Alternatif Akım Devre Analizi

Gerçekte yükler yayılı olup, tekil yük problemlerin çözümünü kolaylaştıran bir idealleştirmedir.

TEST 1 ÇÖZÜMLER ÖZEL GÖRELİLİK

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

SÜLEYMAN DEMİ REL ÜNİ VERSİ TESİ MÜHENDİ SLİ K-Mİ MARLIK FAKÜLTESİ MAKİ NA MÜHENDİ SLİĞİ BÖLÜMÜ MEKANİK LABORATUARI DENEY RAPORU

BÖLÜM X OSİLATÖRLER. e b Yükselteç. Be o Geri Besleme. Şekil 10.1 Yükselteçlerde geri besleme

DENEY FÖYÜ 7: Seri ve Paralel Rezonans Devreleri

YÜZÜNCÜ YIL ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ANALOG ELEKTRONİK DENEY RAPORU

BÖLÜM 4 EĞİK ŞOKLAR VE GENİŞLEME DALGALARI

H a t ı r l a t m a : Şimdiye dek bilmeniz gerekenler: 1. Maxwell denklemleri, elektromanyetik dalgalar ve ışık

Potansiyel Engeli: Tünelleme

12-A. Fizik Bilimine Giriş TEST. 4. Aşağıda verilen büyüklüklerden hangisi fizik bilimindeki. 1. Aşağıdaki büyüklüklerden hangisi türetilmiş bir

Düzlem Elektromanyetik Dalgalar

İMÖ 206 VİZE SINAVI - 18 NİSAN 2003

BÖLÜM VIII SERİ VE PARALEL REZONANS

ELEKTROMANYETİK DALGALAR

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

X-IŞINI OLUŞUMU (HATIRLATMA)

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

SBS MATEMATİK DENEME SINAVI

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

Transkript:

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 Bragg Tipi Mdülatörler Mağnet-Optik Mdülatörler 008 HSarı

Elektr-Optik Etki Elektr-Optik etki: Pckel ve Kerr Etkisi Uygulanan dış elektrik alanın bir fnksiynu larak kırılma indisindeki değişme 1 Δ( ) = re + PE n V Pckel Etkisi Pckel Etkisi Burada r dğrusal elektr-ptik sabit (Pckel Sabiti) P karesel elektr-ptik sabittir (Kerr Sabiti) Katılarda re ile ilgili kırılma indisindeki (dğrusal) değişim Pckel Etkisi PE ile ilgili değişime (karesel terimden) ise Kerr Etkisi larak isimlendirilir 008 HSarı 3

Elektr-Optik Etki-Pckel Etkisi 1 Δ Δ ( ) = n = r 3 63E n n Eğer KDP ye elektrik alan z-ekseni byunca uygulanırsa x- ve y- eksenleri 45 lik dönme ile yeni x ve y eksenleri halini alır ve kırılma indisleri bu yeni yönler için n n ' n r E x 3 = + 63 z ' y 3 n n = n r63e z d Dğrusal Kutuplanmış ışık E y φ x' z Gelen ışık Geçen ışık V 0, E 0 008 HSarı V 4

şık Mdülatörleri şık mdülatörlerini mdülasyn şekline göre, örneğin mdülasyn için kullanılan maddelerin kullanılan özelliklerine göre elektr-ptik, manyet-ptik, akust-ptik mdülatörler larak sınıflandurabilir Elektr-ptik etki Gerilim uygulayarak malzemenin ptik parametrelerini değiştireme Akust-ptik etki Ses dalgaları ile malzemenin kırılma indisini değiştirme Bragg Tipi akust-ptik mdülatörler Raman Nath tipi mdülatörler Manyet-ptik etki Manyetik alan uygulayarak malzemenin ptik özelliklerini değiştirme Faraday Dönmesi 008 HSarı 5

Temel Mdülasyn Kavramları şık Mdülatörleri Mdülasyn Derinliği η = Bant Aralığı =Mdülasyn gerilimi uygulanmadan önceki geçirgenlik =Mdülasyn gerilimi uygulandığı durumda geçirgenlik Mdülasyn yapılacak sinyalin frekans aralığı Kayıplar L i t = 10lg( ) Güç Tüketimi Yalıtım 008 HSarı 6

şık Mdülatörleri şık Mdülasyn Türü Faz Mdülasynu Kutuplanma Mdülasynu Şiddet Mdülasynu 008 HSarı 7

Optelektrnik Mdülatörler-LED Uygun bir p-n eklemi -V eğrisinin. bölgesinde çalıştırılırsa eklemin tüketim bölgesinde elektrn ve deşikler belli bir eşik gerilimin üstünde eklem bölgesinde birleşerek dalgabyu bant aralığına eşit ışık yayabilir V>0, >0 ışık - n p + A -V +V V E C hν=e C -E V - E V 008 HSarı 8

Optelektrnik Mdülatörler (a) Ayrık p ve n tipi yarıiletkenler ve enerji seviyeleri (b) Sıfır gerilim altında p-n eklemi n p n p E c E F E C E f E v E V E F (c) İleri besleme durumu V n p hv = E g E c E v 008 HSarı 9

Optelektrnik Mdülatörler-LED Diytlar -V eğrisinin dğrusal lduğu aralıkta ışık mdülatörü larak kullanılabilir Bu aralıkta gerilimin (V) değişimi ile LED ışık şiddeti dğrusal larak değişebilir R Bilgi Sinyali V(t) n p (V) V p (t) Mdüle edilmiş ışık V(t) Bilgi Sinyali 008 HSarı 10

Optelektrnik Mdülatörler-LED Mdülasyn Türü Genlik Mdülasynu (şığın frekansı ve kutupluluğu değiştirilmiyr) pt - n p + A -V V 1 V +V V Mdülasyn derinliği - η LED = Bant Aralığı Bilgi sinyalinin değişim sıklığı 008 HSarı 11

Pckels Elektr-Optik Mdülatör-1 Katılardaki elektr-ptik etkiyi kullanarak geliştirilen ışık mdülatörlerdir (Pckels electrptik mdülatörü ) Pckel etki ile çift kırınım haline getirilen malzemeler kullanılır Uygun kalınlıktaki çiftkırıcı mdülatör, birbirine 90 knumlandırılmış iki dğrusal kutuplayıcı arasına yerleştirilir Bu knfigurasyna sahip mdülatörlerde şiddet mdülasynu yapılabilmektedir (mdülatörü geçen ışık () şiddetinin mdülatöre gelen ışık şidetine ( ) ranı bilgi sinyaline bağlı larak değişmektedir) d Gelen ışık Dğrusal Kutuplanmış ışık E y φ Dairesel Kutuplanmış ışık Geçen ışık x Dedektör 008 HSarı 1 V

Pckels Elektr-Optik Mdülatör-1 E d x z Gelen ışık Dğrusal Kutuplanmış ışık E y φ x Dairesel Kutuplanmış ışık => Geçen ışık y Dedektör 0 V Dedektöre ulaşan ışık şiddeti * ϕ = k( Δn) d Δ n= 3 rn E π π rn = = Δ nd = E d λ λ 3 sin ( ϕ) sin (. ) sin ( ( ). ) 3 π rn V π 3 = sin ( ) d = sin rnv λ d λ 008 HSarı 13 T E E y y

Pckels Elektr-Optik Mdülatör- E Dğrusal Kutuplanmış ışık E y φ x => Dairesel Kutuplanmış ışık Geçen ışık Gelen ışık Dedektör 0 V = π 3 sin ( rnv ) π V λ = sin ( V ) V π λ rn 3 π V π, Geçen ışığın şiddetinin gelen ışığın şiddetine eşit lduğu (= ) lduğu maksimum geçirme için gerekli gerilimdir. V π, π lik bir faz farkına eşdeğerdir. Bu gerilime aynı zamanda yarım dalga gerilimi de denir. 008 HSarı 14

Pckels Elektr-Optik Mdülatör-3 Tipik bir elektr-ptik mdülatörde çalışma gerilimi yaklaşık dğrusal lacak bölgede Geçirme (%) 100 V π / V π 3V π / V π V = sin ( V Örnek: Yarım Dalga Gerilimi: 1,06 μ m dalga byunda KDP için yarım dalga gerilimini π ) λ 1,06x10 6 Vπ = = = 14,5kV 3 1 3 rn.(10,6).(10 ).(1,51) 008 HSarı 15

Pckels Elektr-Optik Mdülatör-4 Tipik bir elektr-ptik mdülatörde çalışma gerilimi yaklaşık larak dğrusal lacak Bölgede yapılmalıdır Geçirme (%) 100 V π V() t = sin ( ) V π V π Mdüle edici gerilim V(t) 008 HSarı 16

Akust-Optik Mdülatörler-1 Bir rtamın kırılma indisi akustik (ses) dalgası ile değiştirilerek yapılan etkiye akust-ptik etki denir Kırılma indisi n lan bir rtamdan geçen ses dalgası rtamda mekanik zrlama (gerilme) luşturur Bu gerilme snucu rtamın kırılma indisini de Δn kadar değişir. Bu değişmeyi ses dalgasının şiddeti ve diğer nicelikler cinsinden veren frmül l Δn = n 6 p 10 ρv a 7 A P a n Δn Burada n, gerilmenin lmadığı durumdaki kırılma indisi, p uygun 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 Piezelektrik transducer 008 HSarı 17 l A=l.a a

Akust-Optik Mdülatör- Elektrptikte maddenin kırılma indisini ses dalgaları ile değiştirerek yapılan iki tür akust-ptik mdülatör vardır. Bunlar Raman-Nath tipi mdülatörlerdir (ışık yüzeye paralel) Bragg Tipi akust-ptik mdülatörler (ışık yüzeye özel açıda geliyrsa) Böyle bir rtamın kırılma indisi akustik dalganın dalga byu lan Λ ya eşit ve perydik larak değişir 008 HSarı 18

Raman-Nath Türü Akust-Optik Mdülatörler-1 Bu tür mdülatörlerde ışık, ses dalga vektörüne dik knumda gönderilir. Ses dalgasından dlayı kırılma indisi Λ perydu ile değiştirilmiş lan l uzunluğundaki maddeden geçen ışık kırınıma uğrayarak değişik açılarda gelen ışık dğrultusundan sapar. Ortamdan etkilenerek geçen ışığın şiddeti, akustik dalganın luşturduğu indis farkı ile rantılıdır Bu, akustik mdüle edici dalganın genliği ilişkilidir. Sıfırıncı mertebeden yk edilen ışığın ranı Burada akustik dalganın ykluğundaki geçen ışık şiddetini. Böylece akustik dalganın genlik değişimleri ptik demetin ışıma şiddeti değişimlerine dönüşür l x z Λ 1. derece 0. derece y Gelen ışık dalgası Piezelektrik transducer -1. derece 008 HSarı 19

Raman-Nath Türü Akust-Optik Mdülatörler- l x z Λ 1. derece 0. derece y -1. derece Gelen ışık dalgası Piezelektrik transducer Δnπl πx Δϕ = sin( ) λ Λ Burada Δn, ses dalgalarından dlayı kırılma indisindeki değişim, l etkileşme uzunluğu, Λ, ses dalgasının dalgabyu, x ise ışığın geliş ekseninden lan uzaklıktır. Δ ϕ = π λ M 10 Pl π x sin( ) a Λ 7 a M n p 6 3 ρva Ses dalgaları ile indisi Dn kadar değiştirilmiş bölgeden geçen ışıgın geliş ekseninden x kadar uzak nktalarda ışık dalgasının maruz kalacağı faz kayması 008 HSarı 0

Raman-Nath Türü Akust-Optik Mdülatörler-3 Birden çk kırınımın lmasını önlemek için etkileşme uzunluğunun (l) küçük lması gerekir l << Λ λ Burada Λ, ses dalgasının dalgabyu, λ ise ışığın madde içindeki dalgabyu Kırınım şartı mλ = Λ sin( θ m ) m = 0, ± 1, ±,.. Δ ϕ = π λ M 10 Pl π x sin( ) a Λ 7 a şık şiddetinin ranı ' J m( Δ ϕ ), m > 0 = ' J ( ϕ ) Δ, m = 0 Burada 10 7 ' π / Δn M Pl a Δ ϕ = λ a Mdülasyn derinliği η RN [ ( m= 0) ] ' = = 1 J( ϕ ) Δ 008 HSarı 1

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 perydu ses dalgalarının perydu λ lan perydik 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 Λ 0. derece Λ Gelen ışık dalgası 1. derece Bragg Kşulu sinθ Β =λ/λ Piezelektrik transducer Bragg Türü mdülatörde, ışığın madde ile ses dalgaları ile etkileşip kırınıma uğraması için etkileşme uzunluğunun büyük lması gerekir 008 HSarı l >>Λ /λ

Bragg Türü Akust-Optik Mdülatörler- l λ θ Β Gelen ışık dalgası Λ 0. derece θ B Λ Bragg Kşulu sinθ Β =λ/λ Piez-elektrik transducer 1. derece Geliş açısı Bragg açısına eşit lmalıdır λ = Λ sin( θ B ) Bragg tipi akust-ptik mdülatörde kırınıma uğrayan ışığın () kırınıma uğramadan geçen ışığın ( ) şiddetine ranı = Δϕ sin ( ) şeklindedir Mdülasyn derinliği 7 ( ) π 10 MP a ηb = = sin ( ) λ a 008 HSarı 3

Magnet-Optik Etki Katılarda Faraday Dönmesi Bir iztrpik dielektrik madde manyetik alana yerleştirildiğinde dğrusal larak kutuplanmış ışık alan dğrultusunda gönderildiğinde ışığın kutuplanma dğrultusunun değiştiği gözlenir. Burada manyetik alan dielektrik malzemeyi ptik larak aktif duruma getirmiştir. Kutuplanma dğrultusunun dönme açısı manyetik alan (H) ve rtamın uzunluğu ile rantılıdır. θ=vhl Burada V rantı sabitidir. Bu sabite Verdet sabiti denir Bazı maddeler Verdet sabitleri Madde Elmas NaCl Cam V(q(dakika)Oe -1 cm -1 ) 0,01 0,036 0,015-0,050 008 HSarı 4

Manyet-Optik Mdülatörler-1 Bu tür ışık mdülatörleri Faraday manyet-ptik ilkeye göre çalışmaktadırlar Manyet-ptik etkide anlatıldığı üzere manyetik alanın etkisi ile ışığın dğrultusu değiştirilebilir θ=vhl Burada θ: ışığın kutuplanma dğrultusundaki dönme miktarı V:Verdet (manyet-ptik) sabiti, H: manyetik alan, l: ise ışığın rtamda katettiği yldur y x z x- yönünde dğrusal kutuplanmış ışık E Kutuplanmış ışık H θ φ Geçen ışık Dedektör Gelen ışık Manyet-ptik madde Manyetik Alan (H) 008 HSarı 5

Manyet-Optik Mdülatörler- y x z x- yönünde dğrusal kutuplanmış ışık E Kutuplanmış ışık H θ φ Geçen ışık Dedektör Gelen ışık Manyet-ptik madde Manyetik Alan (H) Δ θ = VHl Dedektörde algılanan ışık şiddeti θ açısı ile rantılı lacaktır Görüldüğü gibi dedektöre gelen ışığın genliği H alanı ile dğru rantılı lduğu için H alanını dışardan uygulanan akım veya gerilim ile değiştirerek ışığın genligini mdüle edebiliriz 008 HSarı 6