Upload
mehmet-turhan-oezbilen
View
238
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/17/2019 Optik Ozellikler
1/36
Elektrik-Elektronik Mühendisliği
için Malzeme BilgisiMalzemelerin Optik Özellikleri
8/17/2019 Optik Ozellikler
2/36
Bölüm VI:Malzemelerin Optik Özellikleri Elektromanyetik Dalgalar Elektromanyetik Spektrum Görünür Işık Dalgaları Elektromanyetik Dalgalar ve Malzemelerin Etkileşmesi
Foton Fonon
Malzemelerin Optik Özellikleri ansıma !ırılma Emme
Metallerin optik özellikleri Seramiklerin optik özellikleri !ovalent malzemelerin optik özellikleri "aserler Optik #$erler
8/17/2019 Optik Ozellikler
3/36
Malzemelerin Optik Özellikleri
Optik özellik: %ir malzemenin özellikle
görünür $ölge&eki elektromanyetik &algayakarşı ver&i'i (evaptır)
%u ne&enle ön(elikle ilk olarak
elektromanyetik &alganın tanımlanması
8/17/2019 Optik Ozellikler
4/36
Elektromanyetik Dalgalar
Elektromanyetik &algalar* $ir$irine &ik elektrik vemanyetik alan $ileşeni $ulunan ve $u iki alanınoluştur&u'u &üzleme &ik &o'rultu&a yayılan*yayılmaları i+in ortam gerekmeyen* $oşlukta ( ışık ,ızıile yayılan &algalar&ır) -c . /0123 m4sn5
!ozmik* gama* 6* morötesi* görünür $ölge* kızılötesi*mikro&alga* 78* ra&yo &algaları elektromanyetik&algalar&ır) E: Elektrik alan (V/m)
H: Manyetik alan (A/m)λ : Dalga boyu
8/17/2019 Optik Ozellikler
5/36
Dalgaboyu ( ): :ki tepe noktası arasın&aki mesa;e&ir) Frekans (v): %ir saniye&e $elirli $ir nokta&an ge+en &alga sayısı&ır
Dalgaboyu artar
λ1 > λ2 > λ3
birim: uzunluk (m)
Frekans azalır
v1 < v2 < v3
Birim: 1/s
Elektromanyetik Dalgalar
8/17/2019 Optik Ozellikler
6/36
8/17/2019 Optik Ozellikler
7/36
Görünür Işık Dalgaları
Görünen ışık &algaları* ;rekansları 121 ?z arasın&a olan elektromanyetik&algalar&ır)
%u &urum&a görünen ışık &algalarının*&alga $oyu 2)< @m A 2)B @m arasın&a&e'işmekte&ir)
an&aki şekil&e görül&ü'ü gi$i en uzun&alga $oylu kızıl ışık -C .2)B @m5 $iru+ta* en kısa &alga $oylu mor ışık -C.2)< @m 5 &i'er u+ta&ır)
8/17/2019 Optik Ozellikler
8/36
Görünür Işık Dalgaları
Görünür $ölge&eki renk &algalarınıntümü $ir ara&a $ulunursa görünenışı'ın rengi $eyaz olur)
!ızıl ışı'ın altın&a gözle görülemeyen&üşük enerili kızıl altı -in;rare&5 ışınları*
Mor ışı'ın ötesin&e gözle görülemeyen
yüksek enerili morötesi -ultraviolet5ışınları $ulunur)
8/17/2019 Optik Ozellikler
9/36
Elektromanyetik Dalgalar veMalzemelerin Etkileşmesi
İki tür etkileşme gerçekleşir: 1) Gelen alga ile etkileşme sonu!u
oluşan e"işmeler: %unlar yansıma* kırılma ve emilme şeklin&e ola$ilir)
Opak malzemeler ışık &algalarını ge+irmez kısmenyansıtır ve kısmen emer) Say&am malzemeler ışı'ıönemli öl+ü&e ge+irirler ve kısmen emerler)
8/17/2019 Optik Ozellikler
10/36
Elektromanyetik Dalgalar veMalzemelerin Etkileşmesi
#) $alzemeye çarpan %otonlar&n çe'reyekarakteristik rayasyon algalar&yaymas&:
enklenme* lüminesans* lazer ışınları $u tür etkileşmesonu(u oluşur)
8/17/2019 Optik Ozellikler
11/36
Fotonlar
Elektromanyetik &algaların $elirli enerilerivar&ır) %u eneriler foton &enilen kü+ükpar+a(ıklar tara;ın&an yayılır)
Fotonların enerileri &alga $oyuna veya;rekansa $a'lı olarak aşa'ı&aki gi$i &e'işir
%ura&a h: Planc sabitidir . (h=6.62* 12=/
8/17/2019 Optik Ozellikler
12/36
Fotonlar %ir elektrona +arpan ;otonun
enerisi* atomun +evresin&ekikarakteristik eneri &üzeyleri;arkına eşitse -h∙v=E 2- E 05 elektron aktive
e&ilerek $ir üst eneriseviyesine yükseltilir)
üksek eneri &üzeyin&ekararsız konum&a olanelektron tekrar temel &üzeyegeri &öner ve &önerken $elirli$ir eneri yayar) -h ∙ v=E 2- E 0 5
8/17/2019 Optik Ozellikler
13/36
Fotonlar üksek eneri &üzeyin&e kararsız konum&a olan
elektron tekrar temel &üzeye geri &öner ve &önerken$elirli $ir eneri yayar)
%u &önüş koşullara $a'lı olarak bir aşamaa ya&abirkaç aşamaa ola$ilir)
- h ∙ v1=E 2- E 1 5 ve - h ∙ v2=E 1- E 0 5
8/17/2019 Optik Ozellikler
14/36
Fonon Oluşumu
Elektronların ka&emeli&önüşlerin&e $azıka&emeler ra&rasyon*
yani ;oton yayma&anatlana$ilir)
%u &urum&a eneri
;oton yerine %ononoluşumu yolu ile ısıleneri ,alin&e yayılır)
8/17/2019 Optik Ozellikler
15/36
Malzemelerin Optik Özellikleri
%ir malzemeye +arpan elektromanyetik&algalar
-gelen &alga5 ü+ ;arklı &uruma maruz kalır)
a5 ansıma $5 !ırılma
(5 Emme
8/17/2019 Optik Ozellikler
16/36
A) Yansıma ans&ma: Malzemelerin yüzeyine
+arpan ışık &algalarının geriye &o'ruyayılması&ır)
ans&ma oran& : ansıyan ışı'ın
şi&&etinin malzemenin yüzeyinegelen ışı'ın şi&&etine oranı&ır)
üzeyleri &üzgün olan metaller&eyansıma oranı +ok yüksek olup122He yakın&ır)
8/17/2019 Optik Ozellikler
17/36
A) Yansıma yansıma oranı n k&r&lma inisine $a'lı&ır)
!ırılma in&isi arttık+a yansıma oranı &aartmakta&ır)
amın kırılma in&isi 1)>1* yansıma oranı . >
ElmasHın kırılma in&isi J)
8/17/2019 Optik Ozellikler
18/36
B) Kırılma !ırılma Say&am $ir malzemenin üzerine gelen &alganın
$ir kısmı yansır* $ir kısmı &a kırılarak kütle i+in&e ilerler)Gelen ve kırılan &algaların ,ızları ;arklı ;arklı olur)
!ırılma in&isi -n5 Işı'ın $oşlukta yayılma ,ızı cHninmalzeme i+in&e yayılma ,ızına oranı&ır)
%ura&an1 $irin(i ortamın kırılma in&isi
nJ ikin(i ortamın kırılma in&isi
v1 $irin(i ortam&a ışı'ın ,ızı
vJ ikin(i ortam&a ışı'ın ,ızıɵ1 gelen &alganın ortamın normali ile yaptı'ı a+ı
ɵJ kırılan &alganın ortamın normali ile yaptı'ı a+ı
8/17/2019 Optik Ozellikler
19/36
B) Kırılma
8/17/2019 Optik Ozellikler
20/36
C) Emme
Işık &algaları malzeme i+in&en ge+erken kısmen enerileri emilir vekütle i+in&e ilerle&ik+e şi&&eti azalır)
Işı'ın şi&&eti mesa;eye ve malzemenin zayıKama katsayısına $a'lıolarak azalır)
L ışığı emme katsayısı, zayıama sabiti
8/17/2019 Optik Ozellikler
21/36
C) Yansıma+Kırılma+Emme
ismin yüzeyine I0 şi&&etin&e gelen ışı'ın I0R ka&arı geriyansır ve i+eriye I=(1-R)I0 ka&arı girer)
Ortam&an +ıkma&an ön(e yine IR ka&arı &a,a yansır vegeri (1-R)I ka&arı kalır) Sonun&a (isim&en +ıkan ışı'ınşi&&eti
8/17/2019 Optik Ozellikler
22/36
Malzemelerin Optik Özellikleri
Metallerin optik özellikleri / ;arklı gruptain(elene$ilir
15 Metallerin optik özellikleri J5 Seramiklerin optik özellikleri /5 !ovalent malzemelerin optik özellikleri
8/17/2019 Optik Ozellikler
23/36
1) Metallerin Optik Özellikleri Metaller&e yansıma katsayısı -5 ve emme
katsayısı -α5 $üyüktür)
%u ne&enle metaller ışı'ı kuvvetle emipyansıtırlar)
!uvvetli emme ve yansıtma özelli'ine sa,ipmetallerin tümü opaktır ve ışı'ı ge+irmezler)
Güneş ışı'ı metallere +arpın(a ;onon ,alin&eyayılmalar olur) Metallerin güneş ra&rasyonuetkisin&e aşırı ısınmalarının ne&eni $u&ur)
8/17/2019 Optik Ozellikler
24/36
1) Metallerin Optik Özellikleri Metaller&e görülen renklenme
görünen ışık &algalarıspektrumunun se+imliemilmesin&en kaynaklanır)
ltın -u5 yeşilin üstün&eki
;otonları emer* onun altın&akiışık &algalarını yansıtır*&olayısıyla sarı=kırmızı görünür)
Gümüş -g5 ise görünen$ölge&eki tüm ;otonlarıyansıtır* an(ak morötesiışınları emer* $u ne&enle rengi$eyaz&ır)
8/17/2019 Optik Ozellikler
25/36
2) Seramiklerin Optik Özellikleri :yonik $a'lı seramik türü malzemeler&e
elektronlar ana atomlara kuvvetle $a'lı&ır)Dolu valans $an&ı ile $oş iletim $an&ıarasın&a N=3 e8Hluk eneri aralı'ı var&ır)
Sa; seramikler görünen ışık &algalarınakarşı say&am&ırlar)
8/17/2019 Optik Ozellikler
26/36
3) Kovalent Malzemelerin OptikÖzellikleri !ovalent $a'lı malzemeler ile iyonik
$a'lıların optik özellikleri $enzer&ir) %an&yapısına $a'lı olarak say&am veya opakola$ilirler)
Elmas ve SiOJ görünen ışık ;otonlarınıge+irirler)
arı iletkenlerin $üyük $ir +o'unlu'u görünenışık &algalarını emerler)
8/17/2019 Optik Ozellikler
27/36
Malzemelerin Optik Özellikleri Fotoiletim -Fotoiletkenlik5 Elektrik
&evresine $a'lı $ir yarıiletken ışıketkisin&e iletkenlik sa'laya$ilir) Işık;otonların&an eneri alarak iletim$an&ına yükselen elektronlar ser$est
,ale gelir ve uygulanan gerilim&o'rultusun&a ,areket e&erekelektriksel yük taşılar) %una !"t"iletim &enir)
Fotoiletim&e uyarı(ı görünen ışık;otonları ol&u'u gi$i* kızılaltı vemorötesi ışınları &a ola$ilir)
8/17/2019 Optik Ozellikler
28/36
Lüminesans
üksek eneri &üzeyine aktive e&ilen elektrontemel &üzeye geri &önerken yay&ı'ı ra&rasyongörünen ışık $ölgesin&e olursa $una l#minesans"layı &enir) Fotolüminesans yarı(ı eneri kayna'ı ışık
;otonları&ır) -Örnek7ra#k lev,aları5 Elektrolüminesans yarı(ı eneri kayna'ı elektron
&emeti veya elektriksel alan&ır) !emolüminesans yarı(ı eneri kayna'ı kimyasal
reaksiyon&ur)
Ö&ev Floresans ve ;os;oresans ne&irP
8/17/2019 Optik Ozellikler
29/36
Laser(Light Amplification by theStimulatedEmission ofRadiation)
yarılma sonu(u el&e e&ilen ra&yasyon&ankaynaklanan ışı'ın kuvvetlen&irilmesi anlamınıtaşımakta&ır)
8/17/2019 Optik Ozellikler
30/36
E'er verilen $ir eneri sayesin&e ortam&aki atomların
+o'unun &ış elektronlarının yüksek yörüngeler&e olmasısa'lana$iliyorsa* $u ortam "SE ışı'ını üretmeye uygun&ur&enir)
Qünkü $ir+ok laser +eşi&in&e katı=sıvı=gaz ortamlar&akiatomların &ış elektronları &ışarı&an verilen $ir eneri ile -ışık*
elektrik &eşarı veya ra&yo &algaları gi$i5 üst yörüngeye+ıkarılır)
Sonra elektronun ken&ili'in&en alt yörüngeye inmesin&enkaynaklanan $ir ;oton* komşu atom&aki elektronu uyararakonun &ış yörünge&en inmesini ve ken&isiyle aynı ;rekansta ve
aynı ;az&a ikin(i $ir ;oton yayınlamasını sa'lar)%u iki ;oton &a,a sonra yine komşu iki atoma gi&erek onların&a aynı yöntemle $enzer ;otonların oluşmasına ne&en olurlar)-Rin(ir reaksiyonu5
Zincirleme reaksiyon ile laser ışığının güçlendirilmesi.
Laser
8/17/2019 Optik Ozellikler
31/36
Laser Işığının Oluşumu
8/17/2019 Optik Ozellikler
32/36
Laser Işığının Özellikleria) LASER ışıkları monokromatiktir , yani tek renkli ve tek dalga boyldr.
b) Laser ışığı dağılmadan dü! gider" Laserin tek bir çizgi gibi yaylma!angitmesi y"z"n!en ba#ka aletlerle, uzaktan eri#ilmesi g"ç olan yerlere
eri#ilmesi m"mk"n olur$c ) #o$erent olması% Laser genli%i, &rekans &'E# (RE#AS*'E# RE#) 'e
zamansal !a%lm ayn olan bir #k !algas!r$ u !a Laserin ko$orentlik+!elliğini gsterir$
8/17/2019 Optik Ozellikler
33/36
*+,- .İ/İ:*+,- .İ/İ: D+*G+ 0OD+*G+ 0O
(nm(nm))::
-2Gİ:-2Gİ:
+rgon+rgon 11 Mavi=yeşilMavi=yeşil
3elyum42eon3elyum42eon N/J*>N/J*> !ırmızı!ırmızı
5rypton5rypton N
8/17/2019 Optik Ozellikler
34/36
Optik Fiberler Fi$er* ışık kayna'ın&an gelen sinyallerin -ışık5 ,e&e;teki
kayna'a iletilmesi&ir) %u ışık sinyaliyle mo&üle e&ilmiş$ilgiler (am yüzey üzerin&e taşınırlar) Fi$erHi kaplayanka$lolar ise ışı'ı taşıyan (amın kırılmasına ve sinyalkay$ına karşı $ir koruma görevi üstlenirler) Fi$erHler
ortalama insan sa+ı $oyutların&a&ır) !ırılma ve Sinyalkayıplarına karşı +ok iyi korunmuş veyapılan&ırılmıştırlar)
8/17/2019 Optik Ozellikler
35/36
Optik Fiber’in İç Yapısı
*+tik &iber en az iki blge!en olu#ur$ "n"m"z!e kullanlan &iber-ler en az "çblge!en olu#makta!r$ unlar.
0 1ore (2ekir!ek) : 1ore merkez blge!ir 'e #%n yol3uluk etti%i blgeburas!r$40 1la! (5abuk): 1la! ise #%n yalnz 6areket etmesini 'e !# ortama
szmamasn sa%lar$ 5sa3as yol3uluk e!en #% çe'resel etkenler!en korur'eya yaltmn sa%lar$ 7kin3i gre'i ise &iber-n boyutunu arttrr 'e bylelikle&iber-n !ayankll%n 'e kullanm kolayl%n arttrr$80 1oating( 5a+lama) : 1oating 'eya bir !i%er a!yla bu&&er 3oating en !#y"zey!ir 'e kimyasal 'e mekanik zararlar!an koruyan en !# tabaka!r$
4 8
4
8
8/17/2019 Optik Ozellikler
36/36
Optik Fiber Teknolojileri
"n"m"z!e #%n 6zn kullanarak bilgileri 6zl bir #ekil!e gn!eri+alma i#lemleri sayesin!e kablolu ileti#im!e çok b"y"k ilerlemelerkay!e!ilmi#tir$ 9zellikle nternet-te 'e eni# alan a%lar!a kullanlan buteknolo;i sayesin!e bilgiler !a6a 6zl 'e kay+sz olarak kaynaktan6e!e&e gn!erilebilmekte!ir$ 5ablo ko+malar 'e !i%er arzalar!a tamiriçok zor olan bu teknolo;i!e zel lç"m aletleri 'e m"6en!islik
kullanlmakta!r$