Optik Ozellikler

8/17/2019 Optik Ozellikler

1/36

Elektrik-Elektronik Mühendisliği

için Malzeme BilgisiMalzemelerin Optik Özellikleri


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


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


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


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


6/36


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)


8/36

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)


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)


10/36

Elektromanyetik Dalgalar veMalzemelerin Etkileşmesi

#) $alzemeye çarpan %otonlar&n çe'reyekarakteristik rayasyon algalar&yaymas&:

enklenme* lüminesans* lazer ışınları $u tür etkileşmesonu(u oluşur)


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=/


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


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


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)


15/36


%ir malzemeye +arpan elektromanyetik&algalar

-gelen &alga5 ü+ ;arklı &uruma maruz kalır)

a5 ansıma $5 !ırılma

(5 Emme


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)


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)


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


19/36

B) Kırılma


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


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


22/36


Metallerin optik özellikleri / ;arklı gruptain(elene$ilir

15 Metallerin optik özellikleri J5 Seramiklerin optik özellikleri /5 !ovalent malzemelerin optik özellikleri


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)


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)


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)


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)


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)


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


29/36

Laser(Light Amplification by theStimulatedEmission ofRadiation)

yarılma sonu(u el&e e&ilen ra&yasyon&ankaynaklanan ışı'ın kuvvetlen&irilmesi anlamınıtaşımakta&ır)


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


31/36

Laser Işığının Oluşumu


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$orentlik+!elliğini gsterir$


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


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)


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


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$

Optik Ozellikler

Documents

Transcript of Optik Ozellikler