Optoelektronika. Katedra fyzikální elektroniky FJFI ČVUT

Podobné dokumenty
Fotonické nanostruktury (nanofotonika)

Fotonické nanostruktury (alias nanofotonika)

Optika a nanostruktury na KFE FJFI

Optická vlákna a vláknové sensory. I. Kašík Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR, v.v.i.

Optoelektronika. elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD. Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Optoelektronika. Zdroje. Detektory. Systémy

Historie vláknové optiky

Optika. Nobelovy ceny za fyziku 2005 a Petr Malý Katedra chemické fyziky a optiky Matematicko fyzikální fakulta UK

PB169 Operační systémy a sítě

Ústav fotoniky a elektroniky AVČR

ednáška Ing. Bc. Ivan Pravda

Obnova signálu aktivní optické sítě na fyzické vrstvě pomocí erbiem dopovaného vláknového zesilovače EDFA a polovodičového zesilovače SOA

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Optická vlákna. Laboratoř optických vláken. Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR, v.v.i.

TECHNOLOGIE OPTICKÝCH VLÁKEN A KABELŮ

Světlo jako elektromagnetické záření

Využití fotonických služeb e-infrastruktury pro přenos ultrastabilních optických frekvencí

MODERNÍ METODY CHEMICKÉ FYZIKY I lasery a jejich použití v chemické fyzice Přednáška 5

Fyzika laserů. 4. dubna Katedra fyzikální elektroniky.

Fyzika pevných látek. doc. RNDr. Jan Voves, CSc. Fyzika pevných látek Virtual Labs OES 1 / 4

Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

Elektronické a optoelektronické součástky

Charakteristiky optoelektronických součástek

Úvod, optické záření. Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014

Optická vlákna srdce vláknových laserů. I. Kašík Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR, v.v.i.,

Integrovaná fotonika

Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou

1. Zdroje a detektory optického záření

OPTIKA Fotoelektrický jev TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Zdroje optického záření

λ hc Optoelektronické součástky Fotorezistor, Laserová dioda

Vlnění, optika a atomová fyzika (2. ročník)

FYZIKA Elektromagnetické vlnění

Studijní opora pro předmět Technologie elektrotechnické výroby

Společná laboratoř optiky. Skupina nelineární a kvantové optiky. Představení vypisovaných témat. bakalářských prací. prosinec 2011

ERBIEM DOPOVANÉ VLÁKNOVÉ ZESILOVAČE

Úloha č. 8 Vlastnosti optických vláken a optické senzory

Elektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření

Charakteristiky optického záření

Přenos dat v počítačových sítích

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Blue-light LED, modrá

Novinky pro výuku vláknové optiky a optoelektroniky

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.1. Fyzikální princip činnosti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Využití infrastruktury CESNET pro distribuci signálu optických atomových hodin

FTTX - pasivní infrastruktura. František Tejkl

Nabídkový list spolupráce 2014

Měření charakteristik pevnolátkového infračerveného Er:Yag laseru

Optoelektronické senzory. Optron Optický senzor Detektor spektrální koherence Senzory se CCD prvky Foveon systém

9. ČIDLA A PŘEVODNÍKY

CZ.1.07/2.2.00/ AČ (RCPTM) Spektroskopie 1 / 24

Automatizace výrobních procesů ve strojírenství a řemesel, CZ.1.07/1.1.30/ , Přednáška - KA 5

Něco o laserech. Ústav fyzikální elektroniky Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity 13. května 2010

Měření rozložení optické intenzity ve vzdálené zóně

R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika

Sylabus přednášky Kmity a vlny. Optika

Spektrální charakteristiky

ÈÁST VII - K V A N T O V Á F Y Z I K A

Glass temperature history

Měření hustoty plazmatu interferometrickou metodou na Tokamaku GOLEM

FYZIKA Světelné vlnění

OPTOELEKTRONIKA SNELLOVY ZÁKONY

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Přehled posledních experimentů skupiny kvantové a nelineární optiky v Olomouci

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

13. Spektroskopie základní pojmy

Spektrální charakterizace mřížkového spektrografu

FYZIKA 4. ROČNÍK. Kvantová fyzika. Fotoelektrický jev (FJ)

Mikrovlnná měření: výzkum a vzdělávání

CZ.1.07/1.1.30/

Detektory optického záření

Nekoherentní a koherentní zdroj záření. K. Sedláček : Laser v mnoha podobách, Naše vojsko 1982)

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Lasery základy optiky

Lasery optické rezonátory

Optické zesilovače. Michal Lucki

Polovodičové lasery pro spektroskopické účely

Testové otázky za 2 body

Lasery. Biofyzikální ústav LF MU. Projekt FRVŠ 911/2013

Základy fyziky laserového plazmatu. Lekce 1 -lasery

Název a číslo materiálu VY_32_INOVACE_ICT_FYZIKA_OPTIKA

PSK1-5. Frekvenční modulace. Úvod. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka. Název školy: Vzdělávací oblast:

2. kapitola: Přenosová cesta optická (rozšířená osnova)

Úvod do laserové techniky

08 - Optika a Akustika

Úloha č. 1: CD spektroskopie

České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská OKRUHY. ke státním zkouškám DOKTORSKÉ STUDIUM

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

L A S E R. Krize klasické fyziky na přelomu 19. a 20. století, vznik kvantových představ o interakci optického záření s látkami.

SOUČÁSTKY ELEKTRONIKY

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

Interakce laserového impulsu s plazmatem v souvislosti s inerciální fúzí zapálenou rázovou vlnou

11. Polovodičové diody

1 SENZORY V MECHATRONICKÝCH SOUSTAVÁCH

Úloha č. 7 - Disperze v optických vláknech

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

6. Elektromagnetické záření

Transkript:

Optoelektronika Katedra fyzikální elektroniky FJFI ČVUT Letní semestr 2017-2018, 26. února - 18. května 2018, 2 (z+zk), pro bakalářské obory FE, LASE a magisterský obor 2IT Pondělí 11.0 1.15 přednášky: Troja, učebna KFE 244 exkurze: podle rozvrhu na webu Přednášející: Prof. Ing. Jiří Čtyroký, DrSc., ÚFE AV ČR, v.v.i., ctyroky@ufe.cz Podklady k přednáškám: www.ufe.cz/cs/fjfi Anotace: Fyzika a technologie optických vlnovodů, vláknových zesilovačů a laserů; fotonická integrace; aplikace v optickém sdělování a senzorech. Osnova: Šíření optického záření v planárních a vláknových vlnovodech, základní vlastnosti vlnovodů. Příprava planárních a vláknových vlnovodů. Exkurze do Laboratoře optických vláken ÚFE. Základy teorie šíření optického záření v optických vláknech. Zesilování optického záření ve vlnovodech dopovaných ionty Er a Yb; vlnovodné zesilovače a lasery. Stimulovaný Ramanův rozptyl, ramanovské zesilovače a lasery. Exkurze do laboratoře vláknové optiky ÚFE. Zpracování optických signálů. Integrovaná fotonika, fotonické krystaly, plazmonika. Přenosové vlastnosti optických vláken, časový a vlnový (spektrální) multiplex. Základy optických senzorů. Vláknové optické senzory s braggovskými mřížkami a mřížkami s dlouhou periodou. Vláknový gyroskop. Interferometrické senzory. Senzory s povrchovými plazmony. Exkurze do laboratoře optických senzorů ÚFE. 1

Doporučená literatura: 1. Podklady k přednáškám www.ufe.cz/cs/fjfi 2. B. E. A. Saleh, M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons, 1991.. P. C. Becker, N. A. Olsson, J. R. Simpson, Erbium-Doped Fibre Amplifiers: Fundamentals and Technology, Academic Press, 1999. 4. S. Sudo, Optical Fibre Amplifiers, Artech House, 1997. 5. E. J. Murphy, Integrated Optical Circuits and Components: Design and Applications, Marcel Dekker Inc., 1999. 6. J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, J. N. Winn, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. Princeton University Press, Princeton, 1995. 7. G. T. Reed and A. P. Knights, Silicon Photonics, an introduction. John Wiley & Sons Ltd., Chichester, 2004. 8. L. Pavesi and D. J. Lockwood, Silicon Photonics. Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg - New York, 2004. Rozvrh přednášek a exkurzí Datum Téma Přednáška/ exkurze 26.2. Úvod do optoelektroniky. Základy vlnovodné optiky přednáška 5.. Základy teorie planárních vlnovodů přednáška 12.. Základy teorie vláknových vlnovodů přednáška 19.. Vláknové optické zesilovače a lasery přednáška 26.. Příprava optických vláknových vlnovodů. Laboratoř vláknové optiky ÚFE, Lysolaje exkurze 2.4. Velikonoční pondělí --- 9.4. Optické senzory; laboratoř vláknových laserů hlavní budova ÚFE, Kobylisy exkurze 16.4. Přenosové vlastnosti optických vláken přednáška 2.4. Optické senzory přednáška 0.4. Děkanské volno --- 7.5. Integrovaná fotonika, plazmonika přednáška 14.5. Periodické struktury, fotonické krystaly, metamateriály přednáška Jak se dostat na místo exkurze: http://www.ufe.cz/cs/kontakt 2

Úvod do optoelektroniky Elektronika Optoelektronika Fotonika: Postavení a úloha optoelektroniky Srovnání elektroniky a fotoniky na základě fyzikálních vlastností elektronu a fotonu Některé významné objevy a vynálezy Co v předmětu Optoelektronika nebude Optický vlnovod jako fotonický drát Elektronika Fotonika Optoelektronika Postavení a úloha optoelektroniky Uvažujme o generování, přenosu a zpracování signálů: Elektronika: prvky a systémy pro generování, přenos a zpracování signálů v elektrické formě (elektrony jako nosiče signálů) Fotonika: prvky a systémy pro generování, přenos a zpracování signálů v optické formě (fotony jako nosiče signálů) Optoelektronika: prvky a systémy pro generování, přenos a zpracování signálů v elektrické nebo optické formě (elektrony nebo fotony jako nosiče signálu) + konverze mezi těmito dvěma formami

Porovnání fyzikálních vlastností elektronu a fotonu; důsledky pro elektroniku and fotoniku fyzikální vlastnost elektron foton (~vidit. záření) klidová hmotnost m 0 = 9.1-1 kg 0 velikost (lokalizovatelnost) > 2.818-15 m -6 m elektrický náboj 1.602-19 C 0 Spin ½ (fermion) 1 (bozon) energie ½ mv 2 + eu hn = w = hc/l Hybnost mv k = k 0 h/l rychlost v (< c) c = 2.9979 8 m/s síla v elektromagnetickém poli F = e (E + v B) 0 Spektrum elektromagnetických vln Optoelektronika se zabývá převážně oblastí vlnových délek 0. µm, t. j. frekvenčním pásmem 14 15 Hz. radiové vlny LW MW SW FM µ-vlny Optické záření doména optoelektroniky infračervené viditelné záření ultrafialové 8 6 0 - -6 Vln. délka [m] 0 6 9 12 15 Frekvence [Hz] 4

Charakteristiky kontinuálního optického záření Střední frekvence n 0, střední vlnová délka l 0 = c/n 0 Spektrální výkonová hustota S(l) [W/(nm.m 2 )] Celkový výkon Spektrální (polo-)šířka P = ò S( l) dl - Dl [nm], Dn [Hz] Délka koherence l c = l 02 /Dl [m] Doba koherence t c = l c /c = 1/Dn Amplituda (E), intenzita I ~ E 2, fáze j, polarizace E Spektrální výkonová hustota některých (polovodičových) zdrojů Spektrální výkonová hustota S(n) Jednovidový (DBR) laser Dn = 1 MHz, l c = 00 m Mnohovidový laser Dn = 1 THz, Dl = nm, l c = 00 µm Elektroluminiscenční (LED) dioda Dn = 17 THz, Dl = 50 nm, l c = 20 µm Frekvence n 5

Některé objevy a vynálezy významné pro rozvoj optoelektroniky 1861 Maxwellovy rovnice 1900 Bezdrátový přenos (Hertzovy experimenty) Prvá polovina 20. století kvantová mechanika 1940 1950 Mikrovlnná technika 1960 Laser (rubínový; 1961 He-Ne, 1962 polovodičový) 1960+ integrované elektronické obvody, mikroelektronika 1966 Kao: sklo může mít útlum < 20 db/km!! (Nobelova cena 2009) 1969 Integrovaná optika 1970 Dvojitá polovodičová heterostruktura (Nobelova cena 2000) 1970 80 mnohovidová vlákna, útlum db/km 1980 jednovidová vlákna, útlum 0.2 db/km 1987 fotonické krystaly 1990 optické vláknové zesilovače a lasery 1995 modré diody a lasery 2000 nano- (plazmonika, optika, fotonika, )... Co v předmětu Optoelektronika nebude (ačkoli to tam patří) Zdroje záření, zejména polovodičové *) (výjimka: vláknové a vlnovodné lasery) Fotodetektory a obrazové snímací prvky (CCD, CMOS) **) Displeje klasické, plasmové, LCD, organické LCD Optické paměti, CD, DVD, magnetooptické Projektory (datové i jiné) Čtečky čárových kódů aj.......... *) přednášky prof. Huliciuse **) přednášky doc. Píny 6

Nejvýznamnější aplikační oblasti optoelektroniky 1. Optické komunikace (zdroje a detektory záření, modulátory, spektrální (vlnové) a časové de/multiplexory, vláknové zesilovače, regenerátory, konvertory vlnových délek, zařízení pro kompenzaci disperze, řízení polarizace, ) 2. Optické senzory (objemové, vláknové; vlastní, nevlastní; vláknový gyroskop, akcelerometr, senzory biologických a/nebo chemických látek, biosenzory pro medicinální aplikace, kontrolu jakosti potravin, monitorování životního prostředí, ). Osvětlovací technika, sluneční články ( bílé LED diody, signální světla, dopravní značky a signalizace, reflektory automobilů, reklamní průmysl; konverze sluneční energie na elektrickou...) 4.... 7