WYKŁAD VIIIA. Materiały optyczne: okienka i soczewki, filtry, materiały

półprzepuszczalne Powłoki anty- i wysokoodbiciowe. Światłowody (fiber optics).

B. Rodzaje laserów. Krystaliczne, gazowe i jonowe, molekularne, półprzewodnikowe (DPSS), barwnikowe, ekscimerowe.

C. Nowe materiały do wymuszonej emisji w laserach. Generowanie drugiej harmonicznej (SHG). Kryształy nieliniowe i ich funkcje. Materiały do wytwarzania promieniowania EM różnych częstości.

D. Związki fotochromowe, termochromowe i elektrochromowe. Przestrajalne zwierciadła wodorkowe.

1. Okienka optyczne, soczewki, obiektywy

beamsplittery, półfalówki etc.

- SiO2, 185-2500 nm, cena

- Szafir, 180-4500 nm, duża twardość

- CaF2, 170-7800 nm, mała higroskopijność

2. Pokrycia: antyodbiciowe (MgF2), średnioodbiciowe, wysokoodbiciowe (lasery), antykondensacyjne (fotografia)

zakres przepuszczalnościCsI

Material Refractive Index Transmission Range (m)

Thermal Expansion Coefficient (10–6/K)

BK7 1.5164 (588 nm) 0.330 - 2.1 7.5 SF11 1.78472 (588nm) 0.370 - 2.5 6.8 SF14 1.76182 (588 nm) 0.420 - 2.0 8.1

Fused Silica SiO2 1.4858 (308 nm) 0.185 - 2.5 0.54 CaF2 1.399 (5.0 mm) 0.170 - 7.8 18.85

Sapphire 1.755 (1.0mm) 0.180 - 4.5 8.4 Silicon 3.4179 (10 mm) 1.200 - 7.0 4.15

Ge 4.003 (10 mm) 1.900 - 16 6.1 ZnSe 2.40 (10 mm) 0.630 - 18 7.8 ZnS 2.2 (10 mm) 0.380 - 14 6.5 LiF 1.39 (500 nm) 0.150 - 5.2 37 KBr 1.526 (10 mm) 0.280 - 22 43 CsI 1.76 (1 m) 0.30 - 70

MgF2 no=1.3836 ne=1.3957 (405nm)

0.130 - 7.0 a:13.7 b: 8.48

YVO4 no=1.9500 ne=2.1554 (1.3mm)

0.400 - 5.0 a:4.46 b:11.37

CaCO3 (Calcite) no=1.6557 ne=1.4852 (633nm)

0.210 - 2.3 a:24.39 b:5.68

Quartz no=1.5427 ne=1.5518 (633nm)

0.200 - 2.3 7.07

a-BBO (Barium Borate)

no=1.6749 ne=15555 (532nm)

0.190 - 3.5 a:4.0 c: 36

LiNbO3 no=2.2863 ne=2.2027 (633nm)

0.370 - 4.5

a:16.7 c: 2.0

UV

FIR

3. Filtry.

(a) przepuszczające & wycinające (b) szerokopasmowe & wąskopasmowe, oraz brzegowe (edge) (c) UV, VIS, NIR, MIR, FIR (d) zwykłe i polaryzacyjne (e) klasyczne & interferencyjne (f) półprzepuszczalne (g) notch

Szerokopasmowy (quadruple bandpass) filtr wzmocnienia kolorystyki w fotografii cyfrowej

Broad, quadruple bandpass

Filtry wąskopasmowe (gł. interferencyjne): przepuszczanie wyłącznie głównej linii laserowej, polepszanie monochromatyzacji linii laserow diodowych

Lampy: Hg (254-577 nm), Zn (214 nm) & Cr (228 nm) – filtry linii emisyjnych.

edge

ultrasmall bandpass (interference filter)

Filtry: edge, rejection band & notch (ten ostatni składa się z odpowiednio ustawionych 4 filtrów interferenc.)

Wycinanie: linii emisyjnych lub absorpcyjnych danego pierwiastka (minimalizacja interferencji pierwiastków w ASA), linii laserowej (spektroskopia Ramana)

632 nm rejection band 514.5 nm notch

Zwierciadła i filtry półprzepuszczalne, beamsplitter (czasami wykorzystany jest dichroizm)

Filtry polaryzacyjne (tendencyjna polaryzacja przez odbicie, zniekształcenie kolorystyki i jasności obrazu)

Rodzaje laserów:

- gazowe (HeNe, HeXe) i jonowe (Ar, Kr)

- molekularne (N2, CO2)

- diodowe (półprzewodnikowe) tzn. Diode Pump Solid State (GaAs, itp. GaN)

- krystaliczne (YAG, szafirowy, lasery pompowane)

- ekscimerowe (KrF)

- barwnikowe (lasery wtórne, rozmaite barwniki). Podział praktyczny:

- ciągłe (Ar) i impulsowe (Nd:YAG)

- długo- (ns), średnio (ps), i krótkoimpulsowe (fs)

- o wysokiej i niskiej częstości repetycji

- o niskiej (MW), średniej (GW) i wysokiej mocy pojedyńczego impulsu (TW do PW)

- przestrajalne (Ti:sapph) i nie (Kr)

2026 HeXe, 10591.5 nm CO2 (994 cm–1)

200 nm

300 nm

400 nm

248 KrF, 266 4thH, YAG

325 HeCd, 337.1 N2

500 nm

442 HeCd, 457 & 488 Ar 600 nm

514.5 Ar, 532 2nd H, YAG

700 nm

632.8 HeNe, 647.1 & 676 Kr, 694 Ruby

1000 nm

775-875 AlGaAs, 785 Ti:sapph

2000 nm1064 YAG, 1152.3 HeNe, 1310 InGaAsP

GaN

1167-1345 Cr:Mg2SiO4

Barwniki chemiczne wykorzystywane w laserach o strojeniu ciągłym

Kryształy nieliniowe (for frequency conversion): - KTP (KH2PO4), ADP (NH4H2PO4) i pochodna Cs, oraz ich deuterowane odpowiedniki: 2nd & 4th harmonic generation, NIR VIS UV- CsLiB6O10 & Li2B4O7, 4th & 5th harmonic - BaB2O4 & KBO2, KB5O8 x 4 H2O- LiNbO3 & MgO:LiNbO3, KTiOAsO4 & KTiOPO4, - AgGaS2 & ZnGeP2 (dublowanie lasera CO2)

Kryształy laserowe:Nd3+:Y3+V5+O4 | Nd:YAG | Cr:Mg2SiO4 | Cr4+:YAG | Ti4+:sapphire (Al2O3) | Nd4+:YLF (YLaF6) YAG = Yttrium Aluminium Garnet (granat) Y3Al5O12 także Tm i Er jako domieszki

Pumping laser (diode)

Laser crystal

Frequency multiplying

crystal

CW, 800 nm pulse, 1064 nm pulse, 532 nm,355 nm, 266 nm

Swiatłowody (fibre optics). -Przenoszą więcej danych od zwykłych kabli metalowych-Są mniej podatne na zakłócenia-Są cieńsze i lżejsze, lecz łamliwe-Umożliwiają transfer danych cyfrowych, oprócz analogowych-Duże bezpieczeństwo przekazu danych-Instalacja nie wywołuje iskier-Niska konsumowana moc-Lecz dość wysoka cena…

Detektory scyntylacyjne dla promieni X lub gamma & “imaging arrays”:

- aktywowane talem jodki NaI(Tl) & CsI(Tl)

- ZnWO4

- Bi4Ge3O12

- aktywowane europem fluorki CaF2(Eu)

Funkcje kryształów nieliniowych: - Mieszanie i zwielokratnianie częstości emisji laserowych (j.w.)- Elektro-optyczne (zmiana wsp. załamania z przyłożeniem pola elektrycznego,

Bi12SiO20, LiInS2)- Akustyczno-optyczne (w tym piezoelektryki np. TeO2 & PbMoO4)- Fotorefracyjne Fe: LiNbO3, LiIO3, Ce:BaTiO3 (memory, optical storage,

information processing and holography)- Dichroiczne YVO4

http://www.harricksci.com/infoserver/optical%20materials.cfm

http://www.omegafilters.com/index.php?page=omegatext/prod_ftypes_pro

http://www.mkt-intl.com/crystals/alphadir.htm

http://www.casix.com/

http://www.mt-berlin.com/charts/chart_01.htm#IND6

http://www.laserscience.com/

http://www.rainbowphotonics.ethz.ch/

http://www.cpocc.com/

Termochromia

- Atramenty- Okulary- Indykatory temperatury urządzeń-Butelki (hot-cold), kubki- Znaczniki autentyczności produktu- Koszulki T-shirt i bielizna…

X

Fotochromia

“smart windows, inks & glasses”, najczęściej czułość na UV ze światła słonecznego

Dość słaba odwracalność układów fotochromowych (nieodwracalność reakcji chemicznej)

http://beloptix.com/

Fotoelektrochromia

Okna w budynkach, zmieniajace wystrój kolorystyczny pokoju, wyświetlniki (kompetycja z LCD)

Przestrajalne Zwierciadła Wodorkowe Nature 380 (1996) 231

Przejrzyste elektrody Indium Tin Oxide (ITO) & Aluminium Zinc Oxide (AZO)

- pomiary spektroelektrochemiczne- duże Plasma Display Panels

- dość oczywisty chromizm związany ze zmianą stopnia utlenienia lub/i składu- stosunkowo łatwa i odwracalna absorpcja/desorpcja wodoru z próbki- wyjątkowa gwałtowność zmian cech optycznych materiału w pobliżu przejścia izolator/metal (Insulator-to-Metal-Transition)- także La i inne (RE)Hx

YH2 YH3

Metaliczny, błyszczący żółty, przezroczysty izolator

http://www.europhysicsnews.com/full/08/article1/article1.html