Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ PHOTONICS  PHOTONICS.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ PHOTONICS  PHOTONICS."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ PHOTONICS  PHOTONICS

2 Λέξεις που ακούτε συχνά και θα ακούτε ακόμη συχνότερα στο μέλλον…  ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ  ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ  ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ / ΝΑΝΟΕΠΙΣΤΗΜΗ  OPTRONICS  PHOTONICS  NANO-PHOTONICS NANO-ELECTRONICS  MOLECULAR ELECTRONCICS

3 Βιολογία - Ιατρική Διάγνωση παθολογίας ιστών Θεραπευτικές τεχνικές Επεξεργασία Υλικών κοπή, συγκόλληση κα. Λιθογραφία επιφανειακές επιστρώσεις μικρο/νανο δομές – * νανοτεχνολογία Τηλεπικοινωνίες οπτικές ίνες οπτική αποθήκευση οπτικοί διακόπτες Περιβάλλον Ανίχνευση ρύπων Τηλεπισκόπηση (Τεχνικές Lidar) Πολιτισμική Κληρονομιά Ανάλυση σύσταση Διάγνωση Αλλοιώσεις Καθαρισμός Φυσική - Χημεία * Αλληλεπίδραση ΗΜ ακτινοβολίας με ύλη * Γρήγορα φαινόμενα * femtochemistry Εφαρμογές Οπτοηλεκτρονικής

4 Διαγνωστικές Τεχνικές  Φωτεινές πηγές (LED, Lasers)  Ανιχνευτές (Sensors, Detectors)  Οθόνες (Displays) Τεχνικές Απεικόνισης (Imaging)  Περιβάλλον  Βιο-ιατρική  Πολιτισμική Κληρονομιά

5 Επεμβατικές Τεχνικές  Κατεργασία Υλικών με Λέιζερ  Ανάπτυξη νέων υλικών (Thin films growth, Σύνθετα Υλικά)  Ιατρικές εφαρμογές (Tissue growth, Cell engineering)

6

7

8 Στρατηγικές προτεραιότητες για το μέλλον: 1.Κοινωνία της Πληροφορίας – Επικοινωνίες Οπτικές επικοινωνίες: *Οπτικές Ίνες *Δίκτυα (Αποθήκευση Δεδομένων) *Επεξεργασία Οπτικών Δεδομένων (Κβαντική πληροφορία, Κβαντική κρυπτογραφία)

9

10

11 2.Βιομηχανική Παραγωγή – Ποιοτικός Έλεγχος Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με υλικά. Επεξεργασία υλικών με λέιζερ: Μακρο-μίκρο και νανο- επεξεργασία. Προηγμένες πηγές λέιζερ και ρομποτικά συστήματα. Συστήματα διάγνωσης, ποιοτικού ελέγχου και όρασης μηχανής.

12 3.Ιατρική και Βιολογία Κατανόηση μηχανισμών βιολογικών διεργασιών σε μοριακό και κυτταρικό επίπεδο (π.χ. μηχανισμός όρασης, δράσης φαρμάκων). Προηγμένες διαγνωστικές τεχνικές: In-vivo παθολογία ιστών και κυτταρική διάγνωση. Βιοαισθητήρες και biochips. Μικροσκοπική τομογραφία Μη-επεμβατικές θεραπείες Προηγμένα βιο-υλικά, ανάπτυξη ιστών (tissue engineering).

13 4.Φωτεινές Πηγές και Οθόνες Πηγές πλάσματος. LED (Light Emitting Diodes) και OLED (Organic LED). Πηγές Λέιζερ. Επίπεδες οθόνες (OLED, LCD, 3D). Εύκαμπτες οθόνες (e-paper)

14

15 Τα φώτα της Γης τη νύχτα

16 Laser Synchrotron THz

17 5.Αισθητήρες, Μετρολογία, Ασφάλεια Αισθητήρες υψηλής ευαισθησίας (νυχτερινή όραση). Αισθητήρες στις μεταφορές (laser scanner). Θερμικοί ανιχνευτές (Bionimics). Απεικόνιση THz.

18

19 6.Ευκαιρίες στον Ευρωπαϊκό χώρο Εκπαίδευση. Έρευνα. Παραγωγή.

20 1.ΦΩΤΕΙΝΕΣ ΠΗΓΕΣ 1.1 ΣΥΜΒΑΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ: Θερμικές, Πηγές πλάσματος, LED 1.2ΛΕΙΖΕΡ -Αρχές λειτουργίας, Οπτικές Κοιλότητες -Τεχνολογία και Τύποι λέιζερ (Λέιζερ Ημιαγωγών, CO 2, Nd:Yag, Excimer, Χρωστικών, Ti:Sap.) -Τεχνικές διαμόρφωσης ακτινοβολίας λέιζερ (Φασματική, Χρονική και Χωρική Διαμόρφωση) 2.ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ -Θερμικοί ανιχνευτές -Φωτοδίοδοι, Ανιχνευτές ημιαγωγών -Φωτοπολλαπλασιαστές -Πλακίδια διαύλων, Συστοιχίες διόδων, CCD (Χωρική απεικόνιση) - Ειδικά συστήματα απεικόνισης (π.χ. Συστήματα νυχτερινής όρασης (Ι 2 )) ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ

21 3.ΟΠΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ: -Στοιχεία Οπτικής -Οπτικά Συστήματα (π.χ. Μονοχρωμάτορας Συμβολλόμετρα) -Οπτικοί Κυματοδηγοί, Οπτικές ίνες, Αισθητήρες οπτικών ινών -Στοιχεία Οπτοηλεκτρονικών Διατάξεων 4.ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ -Φασματοσκοπικές διαγνωστικές τεχνικές (Ανίχνευση ρύπων, ιχνοστοιχείων κ.α.) -Βιομηχανικές εφαρμογές (Κατεργασία υλικών, Φωτολιθογραφία, Βιομηχανικός έλεγχος κ.α.) -Ιατρικές εφαρμογές (Διάγνωση παθολογίας ιστών, θεραπευτικές τεχνικές) -Ολογραφικές εφαρμογές – Καταγραφή και επεξεργασία οπτικών πληροφοριών - Τηλεπικοινωνίες (Διαμόρφωση και κωδικοποίηση οπτικών σημάτων).

22 361. Εισαγωγή στην Οπτοηλεκτρονική (ΟΗ) Βιβλιογραφία 1.«Ακτίνες Laser-Οπτοηλεκτρονικής», Σ. Κουρής, εκδ. ΕΑΠ (2005). 2.«Οπτοηλεκτρονική: μια εισαγωγή» J. Wilson and J.F.B. Hawkins, Μετάφραση: Α.Α. Σεραφετινίδης, Μ. Μακροπούλου, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Ε.Μ.Π. (2007). 3.«Photonics Essentials», J.P. Pearsall, publ. Mc Graw Hill (2003). 4.«Photonics», R. Menzel, publ. Springer (2001). 5.«Laser Fundamentals», W.J. Silfast, publ. Cambridge Univ. Press (1996).

23 23 Λέιζερ: Διατάξεις ενίσχυσης φωτός Η λειτουργία τους βασίζεται στις ίδιες γενικές αρχές Μεγάλη ποικιλία διατάξεων Λέιζερ

24 Το φως του Λέιζερ  Έντονο  Μονοχρωματικό  Κατευθυνόμενο Παλμικό ή Συνεχές

25 Λέιζερ και Συστήματα Λέιζερ ΛΕΙΖΕΡ ROBOTICS ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ ΔΕΣΜΗΣ (CAM) ΛΕΙΖΕΡ ΣΤΑΘΜΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ π.χ. με CCD ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ: ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ-ΥΛΗΣ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΕΡΕΥΝΑ: ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ: ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ, ΙΑΤΡΙΚΗ, ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Κ.Α. *ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ: ΜΕΓΑΛΗ ΠΡΟΣΤΙΘΕΜΕΝΗ ΑΞΙΑ!!!

26 FoFo F Διαπερ. F Απορ. F Σκεδ. Αλληλεπίδραση Ακτινοβολίας με Υλικά

27 Εκπομπή Φθορισμός Φωσφορισμός Αλληλεπίδραση Ακτινοβολίας - Ύλης Εάν F 0 η ένταση προσπίπτουσας ακτινοβολίας, F 0 = F Απορρόφηση + F Σκέδαση + F Διαπερατότητα F Απορρόφηση = F Θερμική + F Χημική + F Εκπομπή Σκέδαση: Raman, Rayleigh, Mie (εξαρτάται από το μέγεθος των σκεδαστών) Κρίσιμοι Παράμετροι: Μήκος κύματος λέιζερ Χρόνος Ζωής Διεγερμένης στάθμης Διάρκεια παλμού λέιζερ  

28 Φωτεινές Πηγές 1. Φάσμα Εκπομπής I = f (λ)I = Ένταση ακτινοβολίας (W/cm 2 ) λ = μήκος κύματος Συνεχής φασματική εκπομπή Γραμμικά φάσματα Σημαντικά χαρακτηριστικά: Ι λ (nm) Ι  FWHM Full Width Half Maximum (Διαπλάτυνση)

29 2. Χρονική Εξέλιξη Εκπομπής I = f (t)t = διάρκεια εκπομπής Συνεχής λειτουργία (cw) Παλμική λειτουργία s msμsnspsfs Ι t Ι t tdtd trtr  Βαθμός Συμφωνίας Φάσεων (Coherence) t r = χρόνος ανόδου t d = χρόνος απόσβεσης

30 lclc Διεύθυνση Διάδοσης Κύματος C A D B Μέτωπα φάσης Συμφωνία (Coherence) Φάσης

31 Σταθερή σχέση φάσης στα σημεία Α και Β l c ≡ μήκος συμφωνίας l c = cτ c Δ = 1/τ c : Φασματική Διαπλάτυνση Σύμφωνες συμβατικές πηγές : τ c ~10ns Lasers: τ c >1ms l c ≡ μέσο μήκος μετάδοσης κυμάτων χωρίς μεταβολή φάσης Μέτρο σχέσης φάσεων του μετώπου κύματος κάθετα προς τη διεύθυνση μετάδοσης: Σημεία C και D Πειραματικές Μετρήσεις Χρονική Συμφωνία: Συμβολόμετρο Michelson για κύματα προερχόμενα από Α και Β Χωρική Συμφωνία: Παρατήρηση κροσσών συμβολής εάν τοποθετηθούν οπές στα σημεία C και D. Χρονική και Χωρική Συμφωνία Δ Μετασχημ. Fourier FWHM

32 Φάσμα εκπομπής της πηγής Συνεχής: λειτουργία χρονικά Παλμική λειτουργία t Μήκος κύματος Ι Συμβατικές Φωτεινές Πηγές 1. Πηγές συνεχούς φασματικής κατανομής λ Ένταση Ι Ι t Χρόνος

33 1α. Θερμικές πηγές: π.χ. Λυχνίες πυρακτώσεως Λυχνίες Globar (IR-FIR) Συνεχής διάρκεια λειτουργίας Εκπομπή σε μεγάλα μήκη κύματος κυρίως * Σημασία υλικού νήματος: W, Tα 1β.Πηγές πλάσματος Πλάσμα ηλεκτρικής εκκένωσης (D.C. ή παλμικής) - D.C.: Εκκένωση τόξου ή Διατήρηση πλάσματος σε κοιλότητα μικροκυμάτων (εκκένωση RF) -Παλμική εκκένωση Λυχνίες flash

34 Φάσμα ΗΜ Ακτινοβολίας Table 1.3 Wavelength and frequency regimes of the electromagnetic spectrum Regimeλ (m or as indicated) (Hz) Radiowave Microwave Infrared Visible Ultraviolet X-ray  -Ray 3 x 10 9 to cm to 3 mm 3 mm to 780 nm nm nm 3 x to 3 x <3 x ~ to 4 x x to 8 x x to – >10 20

35 Κατανομή Boltzmann Εάν Ν 1 και Ν 2 οι πληθυσμοί (αριθμός ατόμων/m 3 ) ατόμων με ηλεκτρόνια σε ενεργειακές καταστάσεις Ε 1 και Ε 2 όπου Ε 2 >Ε 1 τότε σε κατάσταση ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ (Σε κλειστό σύστημα όλες οι μάζες έχουν ίδια θερμοκρασία). ΔΕ 21 = Ε 2 – Ε 1 k = σταθερά Boltzman T = Θερμοκρασία g 1, g 2 = στατιστικά βάρη Για πυκνά υλικά (π.χ. στερεά) χαρακτηριζόμενα από συνεχή κατανομή ενεργειακών σταθμών Κατανομή Boltzmann

36 θερμική εκπομπή Για στερεό με Ν 1 = 5 x άτομα/m 3 για να γίνει θερμική εκπομπή ακτινοβολίας στα 700 nm (1.7 eV) θα πρέπει η θερμοκρασία να αυξηθεί στους ~5000 k ώστε: Παράδειγμα ~ – δηλ. N 700nm = 9.5 x άτομα/cm 3 kΤ 300 ~ eVkT 5000 ~ 0.43 eV

37

38 Θερμικές Πηγές Χρονική Εξέλιξη Εκπομπής Φασματική Κατανομή 600 nm  IR (Υπέρυθρο) Συνεχής

39 Λυχνίες τύπου Globar Κατάλληλες: IR - FIR

40 Φωτεινές Πηγές Πλασμάτος

41 Μηχανισμοί Διέγερσης Ατόμων - Μορίων Απορρόφηση Κρούσεις με e π.χ. Ηλεκτρικές εκκενώσεις * Ιονισμός και Επανασύνδεση * Κρούσεις με ιόντα ΧΗΜΙΦΩΤΑΥΓΕΙΑ * ή

42

43 Λυχνίες flash – (παλμικές)

44 Διαπλάτυνση Φασματικών Γραμμών 3 κύριοι μηχανισμοί διαπλάτυνσης: ΜΟΡΦΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣ α) Φυσική Διαπλάτυνση (Δ Δt ~ 1) β) Διαπλάτυνση Doppler (Εξάρτηση από Τ½) γ) Διαπλάτυνση Lorenz (κρουστική) (Εξάρτηση από P δηλ. κρούσεις) Ι  Φυσική  Doppler  Lorenz Συνάρτηση σχήματος φασματικής γραμμής (line shape) Για Lorenz:

45 Για θερμοκρασία δωματίου Τ ~ 300k, kT~1/40 eV Φυσική Διαπλάτυνση Διαπλάτυνση Doppler Χρόνος ζωής Μάζα ατόμου Ατομική αριθμοί

46 Κρουστική Μάζα ατόμου Για μεγάλες ήβλ. πλάσμα μεγάλης πίεσης ΟΛΙΚΗ ΔΙΑΠΛΑΤΥΝΣΗ


Κατέβασμα ppt "ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ PHOTONICS  PHOTONICS."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google