تبلیغات
ارم الکترونیک - فوتونیک
 
ارم الکترونیک
آنچه که ازیک الکترونیکی انتظار می رود...
درباره وبلاگ


این وبلاگ توسط یک عاشق علم الکترونیک اداره می شود امید دارم که بانظراتتون مارا یاری کنید


مدیر وبلاگ : اسماعیل ارم
نویسندگان
نظرسنجی
موضوعات این وبلاگ در چه حدی هستند؟







آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

فوتونیک

 
یک تکنسین در حال آزمایش لیزر، لیزرها نقش مهمی در فوتونیک دارند.

با اختراع لیزر، و پس از آن، با ساخت فیبر نوری شاخهٔ اپتیک در علم فیزیک آنقدر گسترده گردید و کاربردهای آن آنقدر زیاد شد، که زمینه‌ای جدید موسوم به فوتونیک در علم متولد گردید.

این شاخهٔ جدید در سه گرایش الکترونیک، مخابرات، و فیزیک کار خود را شروع نمود.

محتویات

 
  • ۱ فوتونیک- الکترونیک
  • ۲ فوتونیک- فیزیک
  • ۳ فوتونیک مخابرات
    • ۳.۱ مشکلات فوتونیک در حوزه مخابرات
  • ۴ الکترو اپتیک
    • ۴.۱ وابستگی ضریب شکست به میدان الکتریکی اعمالی
    • ۴.۲ کاربرد‌ها
  • ۵ مدولاسیون خود به خودی فاز یا self phase modulation
  • ۶ پاشنگی سرعت گروه یا Group Velocity Dispersion
  • ۷ تقویت پارامتریک غیرهم خط یا nOPA
  • ۸ چرپ شدن پالس یا chirp
  • ۹ تقویت پالس chirp شده یا CPA

فوتونیک- الکترونیکپیشرفت روز افزون تکنولوژی و ساخت قطعات الکترونیکی کوچک و کوچک‌تر تا به آنجا ادامه یافته است که امروزه پیش‌بینی می‌شود که در چند سال آینده دیگر نتوان قطعاتی از این کوچک‌تر ساخت که قادر به عبور جریان الکتریسیته باشند به گونه‌ای که در آنها عبور یک الکترون برابر خواهد بود با برقراری جریان و عدم عبور آن یعنی قطع جریان الکتریکی. این مساله باعث شده تحلیل مدارات دیگر از حوزه الکترونیک کلاسیک خارج شده و بررسی چنین سیستمی بر عهدهٔ مکانیک کوانتمی نهاده شود که دارای مشکلات خود می‌باشد. این امر باعث شده است تا دانشمندان به فکر جایگزینی برای الکترون بیافتند تا مشکلات الکترون را نداشته باشد و در اولین گزینه‌ها فوتون یعنی کوانتای نور را جایگزینی مناسب یافتند. پس، از این پس باید به دنبال ساخت ادواتی بود که جای ادوات الکترونیکی را در مدارات بگیرد و در آنها فوتون نقش اساسی را بازی کند. تحقیقاتی که این هدف را دنبال می‌کنند در حوزهٔ فوتونیک شاخه الکترونیک آن بررسی می‌شود و بر عهده این بخش است.

 فوتونیک- فیزیکشاخهٔ دیگری از علم فوتونیک، فوتونیک- فیزیک است. در این شاخه نیز به مباحث بسیار زیادی از جمله روابط حاکم بر برهمکنش نور با ماده، میکروسکوپ‌های روبشی میدان نزدیک نوری و ... پرداخته می‌شود.

 فوتونیک مخابراتساخت فیبر نوری و اختراع لیزر بشر را به این سو هدایت کرد تا مخابراتی پیشرفته بر مبنای این دو تکنولوژی بسازد. این مخابرات اکنون به ظهور رسیده است و روز به روز بر قدرت و سرعت آن افزوده می‌شود.

مشکلات فوتونیک در حوزه مخابراتسیستم‌های مخابرات نوری یا همان مخابرات بر پایه لیزر و فیبر نوری هنوز در کار با سیگنال‌های مخابراتی از سیستم‌های الکترونیکی استفاده می‌کند که سرعت کار آنها را به شدت پایین می‌آورد. این مشکل با تمام نوری کردن تمامی ادوات به کار رفته در این مدارات ممکن است. به همین دلیل یکی از جبهه‌های پر رونق در علم فوتونیک امروز ساخت جایگزین‌های این اداوات الکترونیکی به صورت نوری می‌باشد.

الکترو اپتیکاثر الکترو اپتیک (به انگلیسی: ELECTRO-OPTICS) تغییریست در ضریب شکست که از اعمال یک میدان الکتریکی فرکانس پایین و پایا حاصل می‌شود. میدان الکتریکی اعمالی به یک ماده اپتیکی غیر همسانگرد، ضریب شکست آنرا تغییر می‌دهد و بنابراین بر نور قطبیده‌ای که از آن گذر می‌کند تأثیر می‌گذارد.

برخی از مواد شفاف زمانی که در معرض میدان الکتریکی قرار می‌گیرند، خواص اپتیکی‌شان را تغییر می‌دهند. این نتیجه‌ایست از نیروهایی که مکان، جهتگیری یا شکل مولکولهای سازنده ماده را تغییر می‌دهند.میدان الکتریکی پایای اعمالی به یک ماده الکترواپتیک، ضریب شکست آنرا تغییر می‌دهد. در نتیجه، اثر ماده بر نور گذرنده از آنرا تغییر می‌دهد. بنابراین میدان الکتریکی نور را کنترل می‌کند.

 وابستگی ضریب شکست به میدان الکتریکی اعمالیوابستگی ضریب شکست به میدان الکتریکی اعمالی معمولاً به صورت یکی از دو حالت زیر می‌باشد:

ضریب شکست متناسب با میدان الکتریکی اعمالی تغییر می‌کند و این اثر با نام اثر الکترواپتیک خطی یا اثر پاکلز (به انگلیسی: Pockels effect) شناخته می‌شود.
ضریب شکست متناسب با توان دوم میدان الکتریکی اعمالی تغییر می‌کند و این اثر با نام اثر الکترواپتیک درجه دوم یا اثر کر (به انگلیسی: Kerr effect) شناخته می‌شود.
تغییر در ضریب شکست به صورت نوعی کوچک است. با اینحال اگر طول انتشار به طور قابل توجهی از طول موج نور بیشتر شود، فاز یک موج اپتیکی در حال انتشار در یک محیط الکترواپتیکی می‌تواند تغییر کند. به عنوان مثال، اگر ضریب شکست در حضور میدان الکتریکی با ضریب  افزایش یابد، موج اپتیکی که طول انتشارش  برابر طول موج باشد، انتقال فازی برابر  را تجربه خواهد کرد.

 کاربرد‌هاموادی که بوسیله یک میدان الکتریکی اعمالی، ضریب شکست آنها را می‌توان تغییر داد، برای تولید دستگاه‌های نوری که با میدان الکتریکی کنترل می‌شوند سودمند خواهند بود. به مثال‌هایی از این دستگاه‌ها در زیر اشاره می‌شود:

لنزی که از ماده‌ای که ضریب شکست آن می‌تواند تغییر کند ساخته شده‌است، لنزی با فاصله کانونی قابل کنترل می‌باشد.
منشوری که قابلیت شکست پرتو آن قابل کنترل می‌باشد، می‌تواند به عنوان یک دستگاه پویشگر نوری استفاده شود.
نور گذرنده از یک ورقه شفاف نازک با ضریب شکست قابل کنترل، متحمل انتقال فاز قابل کنترلی می‌شود. بنابراین ورقه می‌تواند به عنوان مدوله‌گر فاز نوری به کار برده شود.
یک کریستال غیر همسانگرد که ضریب شکست آن می‌تواند تغییر کند، به عنوان تأخیرانداز موج با زمان تأخیر قابل کنترل، استفاده می‌شود. از آن ممکن است برای تغییر خواص قطبشی نور بهره برد.
یک تأخیرانداز که بین دو قطبشگر هم محور قرار گرفته باشد، سبب می‌گردد شدت نور عبوری به تأخیر فاز بستگی داشته باشد. بنابراین گذردهی چنین دستگاهی به طور الکتریکی قابل کنترل خواهد بود و در نتیجه از آن می توان به عنوان مدوله‌گر شدت نور یا کلید نوری استفاده کرد.
اجزای قابل کنترل مانند اینها، کاربردهای چشمگیری در ارتباطات نوری و پردازش پالس نوری پیدا کرده‌اند. یک میدان الکتریکی از طریق جذب می‌تواند خواص نوری ماده را تغییر دهد. یک ماده نیمه رسانا از نظر اپتیکی برای نوری که طول موج آن از طول موج شکاف نواری بزرگتر است به صورت طبیعی شفاف می‌باشد. به هر حال یک میدان الکتریکی اعمالی می‌تواند شکاف نواری ماده را کاهش دهد و بنابراین فرآیند جذب و تبدیل ماده از شفاف به کدر را تسهیل کند. این اثر، که به عنوان جذب الکتریکی (به انگلیسی: electroabsorption) شناخته شده‌است برای ساخت مدوله‌گرها و کلیدهای اپتیکی سودمند می‌باشد.

 مدولاسیون خود به خودی فاز یا self phase modulationاین پدیده در اثر برهمکنش پالس تند تغییر و وابسته به زمان با ضریب شکست وابسته به شدت ماده ی اپتیکی غیر خطی روی می دهد . با این روش پهنای باند فرکانسی اضافی به پالس در حال انتشار درون محیط غیر خطی اضافه شده و با افزایش پهنای فرکانسی ، طبق اصل عدم قطعیت پهنای زمانی پالس کم می شود . اگر شدت عبوری از محیط I باشد ، در این صورت ضریب شکست وابسته به شدت محیط غیر خطی خواهد بود:

                                           n = n(0) + n(2)I
که در آن (0)n ضریب شکست عادی محیط بوده که با فرکانس تغییر می کند و (2)n هم ضریب شکست وابسته به شدت است . توجه کنید که (2)n کمیتی بی بعد مانند ضریب شکست عادی نیست ، بلکه آن با شدت پالس ضرب شده تا یک کمیت بی بعد به وجود آورد . وقتی پالس از یک چنین محیطی عبور می کند ، شدت در قسمت جلویی پالس که رو به افزایش است ، در صورتی که (2)n مثبت باشد ، ضریب شکست رو به افزایشی خواهد دید و بدین ترتیب سرعت آن رو به کاهش خواهد رفت و تعداد مولفه های فرکانسی کمتری در یک زمان معین می توانند فاصله ی معینی را طی کنند و به این ترتیب قسمت جلویی پالس دچار یک شیفت فرکانسی به فرکانس های پایین تر شده و اصطلاحا جلوی پالس قرمز می شود . مطابق با تحلیل فوق قسمت پشتی پالس که شدت آن رو به کاهش است ، ضریب شکست رو به افتی را خواهد دید و بدین ترتیب سرعت آن رو به فزونی می گذارد و تعداد مولفه های فرکانسی بیشتری در یک زمان معین فاصله ی معینی را طی می کنند و به این صورت قسمت پشتی پالس دچار یک شیفت فرکانسی به فرکانس های بیشتر شده و به اصطلاح آبی می شود . به این پدیده frequency chirping می گویند .

 

 پاشنگی سرعت گروه یا Group Velocity Dispersionپاشندگی سرعت گروه یا GVD هم می تواند موجب کوتاه شدن پالس شود و هم موجب پهن تر شدن آن گردد . می دانیم که سرعت گروه یک دسته موج الکترومغناطیسی به صورت Vg تعریف می شود . حال اگر در یک محیط پاشنده که در آن ضریب شکست مولفه های فرکانسی مختلف متفاوت هستند ، پوش دسته ی موج با سرعتی متفاوت از هر یک از مولفه های فرکانسی اش حرکت خواهد کرد . حال دو پالس نوری جدا از هم را در نطر بگیرید که هر یک دارای فرکانس مرکزی و پهنای فرکانسی خاص خود باشد ، بدین ترتیب پاشندگی برای دو پالس متفاوت خواهد بود . به عبارت دیگر هر یک از این دو پالس با سرعت گروه متمایزی حرکت خواهد کرد . حال اگر فرض کنیم دو پالس مذکور قسمت هایی از یک پالس تنها هستند ، بنابراین سرعت های هر یک از قسمت های پالس متفاوت خواهند بود . پس اگر یک پالس کوتاه نوری به درون محیطی با GVD مشخص فرستاده شود ، پهنای پالس به عنوان نتیجه ای از تغییر پاشندگی محیط با فرکانس ، کوتاه یا بلند خواهد شد . حال اگر ضریب شکست ماده برای فرکانس های پایین تر ، کمتر باشد ، GVD ماده برای پالس مثبت بوده و پالس پهن می شود و برای جبران آن GVD منفی باید ایجاد کرد و برعکس .

 

 تقویت پارامتریک غیرهم خط یا nOPAدر این نوع تقویت دو پرتو با فرکانس های w1 و w2 به یک بلور غیر خطی وارد شده و پرتو سوم را با فرکانس w3 به وجود آورده و تقویت می کنند که اگر زاویه ی بین پرتوهای پمپ و سیگنال صفر نباشد ، هندسه را غیر هم خط می گویند . البته لازم به ذکر است در برخی فرآیندها فقط یک پرتو پمپ وارد محیط می شود و پرتوهای دیگر را به وجود می آورد و تقویت می کند . در هر حال دو عامل در فرآیند تقویت پارامتریک اهمیت دارد ، اولی phase matching ناشی از پایستگی تکانه ی خطی در فرآیند و دیگری frequency matching ناشی از پایستگی انرژی در فرآیند می باشد . به عنوان مثال اگر پرتو پمپ با فرکانس W1 و بردار انتشار K1 و با زاویه نسبت به محور اپتیکی کریستال وارد آن شود و پرتوهای سیگنال و idler با فرکانس های W2 و W3 و بردارهای انتشار K1 و K2 و هر یک با زاویه نسبت به محور اپتیکی وارد کریستال شوند ، خواهیم داشت :

K1 = K2 + K3 phase matching

W1 = W2 + W3 frequency matching

 چرپ شدن پالس یا chirpوقتی فاز پالس به صورت غیر خطی با زمان تغییر کند ، فرکانس لحظه ای پالس یا همان مشتق اول فاز نسبت به زمان دیگر ثابت نبوده و با زمان تغییر می کند که در این حالت گفته می شود پالس دچار chirp شده است .

 

 تقویت پالس chirp شده یا CPAروشی است برای تولید پالس های پر انرژی در همان طول پالس اولیه . در این روش انرژی پالس را با عبور آن از انواع مختلف تقویت کننده ها افزایش می دهند در حالی که در عین حال از توان پیک آن اجتناب می نمایند . برای این منظور ابتدا پالس را پهن کرده تا توان پیک پالس کاهش یافته و پالس بدون آسیب زدن به تقویت کننده ، تقویت شود ، سپس دوباره پس از این که انرژی پالس در اثر تقویت افزایش یافت ، با استفاده از compressor ها که به طور معمول با استفاده از توری ها و منشور ها ساخته می شوند ، پالس را به پهنای اولیه می رسانند . [۱] [۲] [۳] [۴]

1.↑ Nonlinear optics - Robert W.Boyd
2.↑ Ultrashort Laser,Pulse Phenomena - Wolfgang Rudolph,Jean-Claude Diels
3.↑ Laser Fundamentals - William T.Silfvast
4.↑ Photonics - Saleh





نوع مطلب :
برچسب ها : فوتونیک، اسماعیل ارم،
لینک های مرتبط :

       نظرات
سه شنبه 30 آبان 1391
اسماعیل ارم
جمعه 25 فروردین 1396 08:54 ق.ظ
I was recommended this web site by my cousin. I'm not sure whether this post is written by him as nobody else know such detailed about my trouble.
You're wonderful! Thanks!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر