ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ 1 Ο ΟΠΤΙΚΗ. Δρ. M.Χανιάς Αν.Καθηγητής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ, ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης

Transcript

1 ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ 1 Ο ΟΠΤΙΚΗ Δρ. M.Χανιάς Αν.Καθηγητής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ, ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης ΚΑΒΑΛΑ

2 Το φως σαν σωμάτιο Σωματιδιακή φύση του φωτός Γεωμετρική Οπτική 2

3 Το φως σαν Κύμα Κυματική φύση του φωτός Κυματική Οπτική 3

4 4

5 n>1 u<c 5

6 6

7 Διασκεδασμός 7

8 8

9 9

10 10

11 11

12 12

13 13

14 14

15 15

16 Κενό (αέρας) σε υλικό μέσο Από υλικό μέσο στο κενό (αέρα) 16

17 Επειδή η μέγιστη τιμή του sin είναι 1 η θ b = 90 για κάποια τιμή της θ a Αυτή η γωνία θ a ονομάζεται ορική ή κρίσιμη γωνία θ cr Για θ a > θ cr? Ολική εσωτερική ανάκλαση ΜΟΝΟ από Οπτικά Πυκνότερο σε Οπτικά αραιότερο 17

18 18

19 Μήκος κύματος λ. Αλλάζει από μέσο σε μέσο Συχνότητα. Δεν αλλάζει από μέσο σε μέσο 19

20 20

21 I o I Αν I o είναι η ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και I της εξερχόμενης ακτινοβολίας,, l το πάχος του δείγματος Ι = Ι 0 e a λ l όπου α ο συντελεστής απορρόφησης που εξαρτάται από το υλικό και τη συχνότητα ή το μήκος κύματος του φωτός. Ι = P A W m 2

22 Διαπερατότητα Τ = Ι Ι 0 Ανακλαστικότητα R = Ι Τ+R=1 Ι r 22

23 Για Ι = Ι 0 e έχουμε e 1 = e al l p = 1 a Το μήκος l p λέγεται μήκος διείσδυσης ή βάθος απορρόφησης της ακτινοβολίας Διαφανή υλικά l p > l Αδιαφανή υλικά l p < l π.χ Μέταλλα Cu, l p = 0.6nm στο UV και 6nm στο ΙR. 23

24 24

25 sinθ cr = οπτικα αραιότερο οπτικφ πυκνότερο Γωνία εισόδου θ i Ανακλάται υπό γωνια φ = π 2 θ t Εάν φ > θ cr sinθ cr = n 2 n1 Εχουμε πολλαπλές ανακλασεις n 0 sinθ i = n 1 sinθ t = n 1 sin π 2 φ = n 1cosφ = n 1 1 sin 2 φ = n 1 1 n 2 n 1 2 = n 1 2 n

26 Ν. Α = n 1 2 n 2 2 = sinθ~θ σε rad 2 2 Ν. Α = n core n clad N. A = n clad tanθ cr 26

27 27

28 Το αριθμητικό άνοιγμα μας δίνει 1. Το μέτρο της γωνίας αποδοχής και την ικανότητα συλλογής της οπτικής ίνας 2. Την συμπεριφορά της ίνας όταν γίνεται ζεύξη της με πηγές και ανιχνευτές φωτός στις συνδέσεις της συγκολλήσεις Γωνία αποδοχής (acceptance angle) Οποιαδήποτε γωνία μετρημένη από τον άξονα της ίνας έως την πιο ακραία ακτίνα πρόσπωσης που είναι μέσα στο N.A Κώνος αποδοχής (acceptance angle) Είναι κώνος του οποίου η γωνία είναι ίση με το διπλάσιο της γωνίας αποδοχής Ν ο αριθμός των ανακλάσεων που υφίσταται η ακτίνα μεσα στην ίνα Ν= άρτιος Παράλληλη έξοδος Ν= περιττός εξοδος με γωνία 2θ 28

29 Διαδρομή της ακτίνας μέσα στην ίνας l l θ = Lη core η2 core sin 2 θ Αριθμός ανακλάσεων μέσα στην ίνα Ν Ν θ = d Lη 1 η 1 2 sin 2 θ L μήκος της ίνας d διάμετρος του πυρήνα 29

30 30

31 Διαπερατότητα Τ Τ = e αlη core η2 core sin 2 θ Οσο αυξάνει η θ αυξάνει η εξασθένιση Οσο αυξάνει η θ αυξάνει το Ν Τυπική τιμή του α=2.5x10-4 Μικρές τιμές στην περιοχή 400nm~1.7μm (ορατό εγγύς υπέρυθρο) για μεγάλους η Για μικρό η ~ 350nm για ASS 3 ~12μm 31

32 θ m E(θ) out = 2π න F θ sin θ Α t dθ 0 A t = 1 R θ 2 1 Α θ Ν θ Τ(α, θ) Αέρας- Γυαλί Πολλαπλές- Ανακλάσεις! Απορρόφηση Ο όρος Α(θ) εκφράζει τις απώλειες λόγω ανακλάσεων στη διαχωριστική επιφάνεια Πυρήνα - Περίβλημα 32

33 33

34 Απορρόφησή από προσμίξεις (Ge) στο υλικό του Πυρήνα SiO 2 34

35 35

36 Απορρόφηση OH - λόγω θερμικής διάχυσης από τον αρχικό σωλήν Απορρόφηση UV Αφορά το SiO 2 που είναι εμποτισμένο με GeO 2 Απορρόφηση IR από δόνηση ατόμων Si και Ο 36

37 Οι ίνες που δέχονται περισσότερο φως είναι εκείνες που έχουν και τις περισσότερες απώλειες 37

38 Μακροκάμψεις Κακο τύλιγμα ή εφελκυσμός Επηρεάζονται οι ίνες με μικρό N.A. 38

39 39

40 Μικροκάμψεις Δημιουργία τραχύτητας (roughness) στην επιφάνεια του πυρήνα Διατμητικές ή συμπιεστικές τάσεις Κακή εγκατάσταση Κακή καλωδίωση Χαμηλή θερμοκρασία Υψηλή πίεση 40

41 41