Wykład I Laser przestrajalny OPO Benthampopko/w11/Wykład NLTK/Wykład 1a-OPO... · 2020. 11. 11. · Mieszanie 3 fal -OPO OPO –Optical Parametric Oscillator –jeśli układ OPA

Wykład ILaser przestrajalny OPO

Bentham

Plan wykładu

1 Laser przestrajalny OPO

Bentham

3

2 AFM

Sztuczne słońce

3

3 KPFM + PL 3

4 DLTS 3

5 Raman 2

6 Test 1

Razem 15

Efekty nieliniowe

Pole elektryczne wiążące elektrony w atomie jest rzędu 𝟏𝟎𝟏𝟎𝑽/𝒎.Efekty nieliniowe będą widoczne gdy pole elektryczne 𝜺 fali elektromagnetycznejbędzie tego samego rzędu a natężenie światła:

𝑰 =𝟏

𝟐𝒄𝝐𝟎𝒏𝜺

𝟐~𝟏𝟎𝟏𝟗𝑾/𝒎𝟐

Laser dużej mocy? W rzeczywistości, natężenie wywołujące efekty nieliniowe może

być dużo mniejsze, jeśli niewielkie efekty nieliniowe od wielu atomów dodadzą się, w

przypadku gdy spełniony zostanie warunek dopasowania fazy.

Efekty nieliniowe dla fali em. z dala od rezonansu można wyjaśnić w oparciu o

mechanikę klasyczną. W pobliżu rezonansu – konieczne jest podejście kwantowe.

Polaryzacja nieliniowa- nieliniowość nie-rezonansowa

Efekty nieliniowe dla fali em. z dala od rezonansu

można wyjaśnić w oparciu o mechanikę klasyczną.

Jeśli wychylenia z położenia równowagi elektronów pod wpływem pola elektr. fali

em. są niewielkie, możemy stosować model oscylatora harmonicznego. Jeśli nie –

trzeba zastosować model oscylatora anharmonicznego:

Ograniczamy się do efektów II rzędu

Relacja P- ℇ

Ośrodek nieliniowy – mała amplituda

pola ℇ

Ośrodek nieliniowy – duża amplituda ℇ

Przemieszczenie w kierunku x jest

mniejsze od przemieszczenia w

kierunku –x. To oznacza, że w

rozwiązaniu należy uwzględnić

wyższe harmoniczne.

Przemieszczenie w kierunku x

jest takie samo jak

przemieszczenie w kierunku –x.

M.Fox, Optical properties of solids, ed. Oxford Univ. Press 2011

Relacja P- ℇ

Wektor polaryzacji w ośrodku liniowym:

W ośrodku nieliniowym

Z porównania wzorów

• Natężenie światła zależy od 𝜺𝟐, więc 𝜺𝒓 zależy od natężenia światła. Zatem w ośrodkach nieliniowych współczynnik załamania i współczynnik absorpcji zależą

również od natężenia światła.

• Składowe nieliniowej podatności są odpowiedzialne za szereg efektów

nieliniowych.Najbardziej popularne efekty nieliniowe drugiego i trzeciego rzędu

są związane z podatnością χ(𝟐) i χ(𝟑).

𝑷 = 𝜖 0χℇ𝑫 = 𝜖 0ℇ + 𝐏 = 𝜖 0𝜀𝑟ℇ𝜀𝑟 = 1 + χ

Polaryzacja nieliniowa II rzędu

Polaryzacja nieliniowa drugiego rzędu:

Tensor podatności ma 27 składowych, ale ze względu na symetrię kryształu,

niektóre składowe znikają.

Np. w kryształach centro-symetrycznych, które posiadają środek inwersji, tensor

drugiego rzędu jest równy zero i można obserwować tylko nieliniowość trzeciego

rzędu.

Nieliniowość n-tego rzędu prowadzi do mieszania (n+1).

Np. nieliniowość II rzędu prowadzi do mieszania 3 fal.

Polaryzacja nieliniowa II rzedu

c.c. – complex conjugate – sprzężona zespolona

Aplikacja efektu mieszania częstości

• Frequency doubling 𝝎 = 𝝎𝟏 +𝝎𝟐 = 𝟐𝝎 gdy 𝝎𝟏 = 𝝎𝟐; SHG – generacja drugiej harmonicznej

• Optical rectification 𝝎 = 𝝎𝟏 −𝝎𝟐 = 𝟎 gdy 𝝎𝟏 = 𝝎𝟐. Prostowanie optyczne, pole elektrostatyczne jest generowane przez pola elektromagnet.

• Down conversion 𝝎 = 𝝎𝟏 +𝝎𝟐; nie każdy rozkład jest możliwy, warunkiem jest dopasowanie fazy.

• Liniowy efekt Pockelsa - tj. też efekt nieliniowy (w KDP, LiNbO3). Proces odwrotny do

optycznego prostowania.


Fosforan dwupotasowy – KDP

Efekty nieliniowe drugiego rzędu i mieszanie częstości

Diagramy Feynmanna

Fotony o częstościach 𝝎𝟏𝒊 𝝎𝟐anihilują, a kreowany jest foton

o częstości 𝝎𝒔𝒖𝒎

Foton o częstości 𝝎𝟏 anihiluje, a kreowane są: foton o częstości

𝝎𝟐 i foton o częstości 𝝎𝒅𝒊𝒇𝒇.

Kreacja fotonu o częstości 𝝎𝟐, jest stymulowana dużą ilością

fotonów w wiązce światła

padającego na ośrodek.

Ponieważ , to na diagramach Feynmanna można każdą

falę przedstawiać jako +𝝎 oraz −𝝎 .

Aplikacja efektu mieszania częstości

Generacja nowych częstości z lasera o ustalonej

długości fali


SHG

SHG

𝝎 = 𝝎𝟏 +𝝎𝟐

Generacja drugiej harmonicznejSecond Harmonic Generation

B.E.A.Saleh, M.C.Teich, Fundamentals of Photonics, ed. John Wiley and Sons (2007)

Fosforan dwupotasowy – KDP

Fosforan potasowo-tytanylowy - KTP

Nd:YVO4 Ortowanadan itru z domieszką neodymu

Jony neodymu są wzbudzane promieniowaniem podczerwonym 808nm

i emitują światło spójne o niższej częstości (najczęściej wybierane jest

1064nm).

Mieszanie 3 fal -OFC

Mieszanie dwóch fal w ośrodku odbywa się w rzeczywistości przy udziale trzeciej

fali, np. przy sumowaniu się dwóch fal o częstościach 𝝎𝟏, 𝝎𝟐, gdy się dodają i powstaje trzecia fala o częstości 𝝎𝟑 = 𝝎𝟏 +𝝎𝟐. Proces mieszania się trzech fal nazywa się procesem oddziaływania parametrycznego.

OFC – Optical Frequency Conversion – Dwie fale 1 (sygnał) i 2 (pompa) są mieszane ,

ich suma daje foton o częstości 𝝎𝟑 = 𝝎𝟏 +𝝎𝟐, wyższej od częstości fal wejściowych – up conversion. W przypadku gdy następuje interakcja fali 3 i 1 i generowana jest

fala 2, o częstości mniejszej od wejściowej 𝝎𝟐 = 𝝎𝟑−𝝎𝟏 , to jest to proces down conversion.


OPA – Optical Parametric Amplifier – fale 1 i 3 oddziałują tak, że na wyjściu jest

generowana oprócz tych fal, dodatkowa fala 2. Układ działa jak spójny wzmacniacz

dla słabego sygnału o częstości 𝝎𝟏. Fala o częstości 𝝎𝟑 jest zwana pompą, fala 2 –„idler” (ang. luzak) a wzmacniana fala – sygnałem. Fotony „idlera” mieszają się z

fotonami pompy generując fotony sygnału. Proces powtarza się. Jeśli spełniony jest

warunek dopasowania fazy, możliwy jest transfer mocy z pompy na idler i sygnał.

Wzmocnienie sygnału zależy od mocy pompy. Układy OPA są stosowane do detekcji

słabego światła w zakresie spektralnym niedostępnym dla innych detektorów.

Mieszanie 3 fal -OPA


𝝎𝒊 = 𝝎−𝝎𝒔 𝝎𝟐 = 𝝎𝟑 −𝝎𝟏

Mieszanie 3 fal -OPO

OPO – Optical Parametric Oscillator – jeśli układ OPA zostanie wyposażony w

dodatnie sprzężenie zwrotne, to na wyjściu mogą zostać wzbudzone oscylacje

sygnału 𝝎𝟏. Układ stosuje się do generacji ciągu impulsów, które są sterowane techniką „mode-locked”.


SPDC – Spontaneus Parametric Downconversion – na wejściu jest tylko pompa 𝝎𝟑 akonwersja w stronę niższych częstości 𝝎𝟏, 𝝎𝟐 jest spontaniczna. Światło na wyjściu formuje stożek o szerokim widmie.

Mieszanie 3 fal -SPDC


Dopasowanie fazowe

Nieliniowe efekty są słabe. Aby były znaczne, konieczna jest duża długość ośrodka

nieliniowego. To z kolei prowadzi do warunku, aby fazy nieliniowych fal

generowanych w ośrodku były takie same. Aby to było możliwe, kryształ nieliniowy

musi być zorientowany w określonym kierunku.

Przykład:

Chcemy użyć kryształu nieliniowego aby podwoić częstość lasera Nd:YAG z 1064nm

do 532nm. Współczynniki załamania dla tych dwóch fal różnią się, więc druga

harmoniczna 532nm będzie propagowała się z inną prędkością fazową niż 1064nm.

To oznacza, że fala 532nm generowana w części przedniej kryształu dotrze do części

tylnej kryształu w innym czasie aniżeli fala 1064nm. Wówczas kolejna fala 532,

która jest drugą harmoniczną generowaną w tylnej części kryształu będzie miała

inną fazę niż fala generowana w części przedniej.

Dopasowanie fazowe

Niech na ośrodek pada fala o częstości 𝝎. Powstająca w wyniku podwojenia częstości

fala ma fazę 𝐞𝐱𝐩 𝒊𝒌 𝟐𝝎 𝒛 . Tymczasem fala o częstości podstawowej 𝝎 propaguje się

jak 𝒆𝒙𝒑(𝒊𝒌 𝝎 𝒛) . Ponieważ 𝑷(𝟐)~ℇ𝟐, to nieliniowa polaryzacja będzie kreowana z

fazą [𝒆𝒙𝒑(𝒊𝒌 𝝎 𝒛)] 𝟐= 𝒆𝒙𝒑(𝒊𝟐𝒌 𝝎 𝒛).. Przesunięcie fazowe pomiędzy tymi falami poich przejściu przez ośrodek o długości z, spowodowane dyspersją ośrodka wynosi:

Niech długość koherencji wynosi 𝑙𝑐

Dla 𝝀 = 𝟏𝝁𝒎 oraz 𝒏𝟐𝝎 − 𝒏𝝎~𝟏𝟎−𝟐, 𝑙𝑐~𝟓𝟎𝝁𝒎. Zatem droga spójności jest b. krótka!

Niedopasowanie fazowe

P.Fita , UW, Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej Optyka, wykład 9

Zwykle 𝒏𝟐𝝎 > 𝒏𝝎 (dyspersja normalna) czyli 𝝀𝟐𝝎 <𝟏

𝟐𝝀

Dopasowanie fazowe


Taki warunek można spełnić w kryształach dwójłomnych, dla których 𝒏𝟐𝝎 > 𝒏𝝎 i 𝒏𝒆 >𝒏𝒐 . Np. fala o częstości 2𝝎 może się propagować jako promień nadzwyczajny a fala o częstości 𝝎 – jako promień zwyczajny. Wtedy przy pewnej orientacji kryształu może zostać spełniona równość:

Jeśli 𝒏𝟐𝝎 = 𝒏𝝎,

to 𝝀𝟐𝝎 =𝟏

𝟐𝝀

Dopasowanie fazowe


Dopasowanie fazowe jest formą ZZP, która musi być spełniona oprócz ZZE

Kryształy dwójłomne

Wybierając składowe układu Kartezjańskiego wzdłuż kierunków osi głównych kryształu:

• Kryształ kubiczny, właściwości optyczne izotropowe

• Kryształy o symetrii tetragonalnej, heksagonalnej lub trygonalnej – jedna oś

optyczna (zwykle oś z).

• Kryształy o symetrii ortorombowej, jedno – i trójskośnej – kryształy dwuosiowe

(np. mika). Wszystkie 3 składowe różne.

Kryształy dwójłomne


Kalcyt

Kryształy jednoosiowe

Promień zwyczajny, 𝒏𝒐 Promień nadzwyczajny 𝒏(𝜽)

W kryształach dwójłomnych współczynnik załamania dla jednej polaryzacji może być

przestrajany poprzez zmianę kąta pomiędzy kierunkiem propagacji fali i kierunkiem

osi optycznej kryształu jednoosiowego 𝜽. To pozwala na wybór długości fali, dla której jest spełniony warunek dopasowania faz.

Laser impulsowy

Pracę impulsową można uzyskać:

a) poprzez pobudzanie impulsowe (impulsy dłuższe od czasu życia poziomu

wzbudzonego):

b) Poprzez włącznik Q (Q-switch) (impulsy ns)

R - szybkość pobudzania (1/s), I – natężenie wiązki laserowej

c) Poprzez mode-locking

Teoria Q-switch’a

Współczynnik dobroci wnęki rezonatora Q

• Q może być rozumiany jako liczba oscylacji pola elektrycznego fali

elektromagnetycznej 𝝂 , w czasie równym czasowi życia wnęki,𝝉𝒄 ,pomnożonej przez 2𝝅.

• Druga równość pokazuje, że graniczny współczynnik wzmocnienia 𝜸𝒕𝒉jest odwrotnie proporcjonalny do dobroci, a więc wnęka o wysokiej

dobroci wymaga niższego progu wystąpienia akcji laserowej.

• Zgodnie z ostatnią równością progowa wartość obsadzenia poziomu

wzbudzonego 𝑵𝒕𝒉 jest też tym niższa im wyższa dobroć wnęki.

Zasada działania Q-switch’a

R - szybkość pobudzania (1/s)

Q – dobroć wnęki

𝑵𝟐 - stan obsadzenia poziomu wzbudzonego lasera

𝑵𝒕𝒉- progowy stan obsadzenia, niezbędny do rozpoczęcia akcji

laserowej

I – natężenie wiązki laserowej

1. Pompowanie lasera

W tym czasie obsadzenie poziomu wzbudzonego

lasera jest poniżej progu 𝑵𝒕𝒉 , który jestustawiony wysoko.

2. Zwiększamy skokowo Q (szybka migawka

akustooptyczna lub elektrooptyczna),

jednocześnie próg 𝑵𝒕𝒉 się obniża i natężenie światła rośnie wykładniczo. Zwykle między

momentem włączenia dobroci na wyższy poziom

a rozpoczęciem akcji laserowej jest pewne

opóźnienie czasowe (delay).

3. Impuls osiąga maksimum, gdy𝒅𝑰

𝒅𝒕= 𝟎 .

Jednocześnie na skutek emisji wymuszonej

populacja stanu wzbudzonego spada i𝒅𝑰

𝒅𝒕< 𝟎 –

natężenie światła laserowego spada.

Ten sposób powoduje powstanie pojedynczego

impulsu.

Laser impulsowy generujący ciąg impulsów

Optymalny czas pomiędzy impulsami

𝑻𝒑~𝝉𝟐, gdzie 𝝉𝟐-czas życia na poziomie

wzbudzonym.

Jeśli 𝑻𝒑 ≪ 𝝉𝟐, to 𝑵𝟐 nie zdąży zapełnić się

ponownie do poziomu progowego zanim

nastąpi włączenie Q.

Jeśli 𝑻𝒑 ≫ 𝝉𝟐, elektrony pozostaną za długo na

poziomie wzbudzonym, będą przechodzić do

stanu podstawowego w drodze emisji

spontanicznej, co równa się spadkowi

wydajności lasera.

Np. dla lasera Nd:YAG 𝝉𝟐 ≅ 𝟏𝟎−𝟑𝒔 , co

odpowiada optymalnej wartości szybkości

włączania Q ~𝟏𝟎𝟑impulsów /sek.

Sposoby realizacji włączania Q

1) Aktywne

• Wirujące lustro.

Q jest włączane, gdy lustra są ustawione

równolegle

• Komórka Pockelsa

• Włącznik akustooptyczny

Fale dźwiękowe tworzą siatkę

dyfrakcyjną, która powoduje ugięcie

części wiązki i obniżenie

intensywności

światła lasera

Sposoby realizacji włączania Q

2) Pasywne

Zastosowanie absorbera, dla którego

współczynnik absorpcji maleje ze

wzrostem natężenia światła. Wtedy Q

rośnie i 𝜸𝒕𝒉 maleje. Tymczasemwspółczynnik wzmocnienia lasera 𝜸jest ustawiany tak, aby był nieco

wyższy od 𝜸𝒕𝒉. Ze wzrostem natężeniaświatła różnica 𝜸 − 𝜸𝒕𝒉 rośnie iświatło rośnie jeszcze intensywniej –

jak w pętli dodatniego sprzężenia

zwrotnego, w efekcie następuje akcja

laserowa.

Surelite Continuum -pompa

• Laser Nd:YAG to kryształ, w którym akcja laserowa jest realizowana przy pomocy

pompowania optycznego lampą błyskową. Laser emituje linię 1064nm (impuls 5ns,

częstość repetycji 10Hz). Ta linia jest wzmacniana przez kryształ BBO (boran

baru), w którym następuje up-konwersja do długości fali 355nm i 532nm

Generacja II i III harmonicznej

Q-switch w laserze Surelite Continuum

𝟒𝟓° + 𝟒𝟓°

𝟒𝟓° + 𝟒𝟓°

𝟒𝟓° + 𝟒𝟓°

Panther EX OPO

• Pompa – linia 355nm lasera Nd:YAG (granat itrowo-glinowy domieszkowany

neodymem).

• Następnie światło pada na OPO, w którym następuje down-conversion 𝝎 = 𝝎𝒊 +𝝎𝒔

OPOGeneracja III harmonicznej

OPO – proces odwrotny do procesu generacji III harmonicznej

Laser przestrajalny OPO w zakresie 305nm-2550nm

• Po przejściu przez dwa kryształy BBO , kompensujący i podwajający

częstość, wiązka światła wejściowego jest transformowana następująco:

Przestrajanie OPO

Pompa – wiązka światła spolaryzowana

w płaszczyźnie promienia nadzwyczajnego;

Dopasowane fazowo wiązki światła sygnału

i idlera – spolaryzowane w płaszczyźnie

promienia zwyczajnego.

Sygnał może być przestrajany w zakresie

650nm-1040nm, idler od 1040 do

podczerwieni poprzez zmianę kąta

azymutalnego od 𝟐𝟑, 𝟐° do 𝟐𝟏°.

Ćwierć- i pół-falówka

Transformują falę o składowych (𝑨𝟏𝒙, 𝑨𝟏𝒚) w falę o składowych 𝑨𝟏𝒙, 𝒆−𝒋𝜞

𝑨𝟏𝒚 .

W efekcie składowa y ulega opóźnieniu fazowemu o 𝜞 a składowa x nie ulega zmianie. Osie x i y są zwane szybką i wolną osią „opóźniacza”.

Reprezentacja macierzowa polaryzatorów:

Układ optyczny, który modyfikuje

polaryzację fali płaskiej.

Fala wejściowa 𝑨𝟏𝒙, 𝑨𝟏𝒚 ;

Fala wyjściowa (𝑨𝟐𝒙, 𝑨𝟐𝒚)

Wektory Jonesa fal wyjściowej 𝑱𝟐 =𝑨𝟐𝒙𝑨𝟐𝒚

i wejściowej 𝑱𝟏 =𝑨𝟏𝒙𝑨𝟏𝒚

i macierz Jonesa T:

Opóźniacze (ang. retardery):

Ćwierćfalówka

Ćwierćfalówka: 𝜞 = 𝝅/𝟐 transformuje falę liniowo spolaryzowaną 𝟏𝟏

w falę

spolaryzowaną kołowo – lewoskrętnie 𝟏−𝒋

oraz falę spolaryzowaną prawoskrętnie

kołowo 𝟏𝒋

w falę liniowo spolaryzowaną 𝟏𝟏

.

Półfalówka

Półfalówka: 𝜞 = 𝝅 transformuje falę liniowo spolaryzowaną 𝟏𝟏

w falę

liniowo spolaryzowaną 𝟏−𝟏

, zatem obraca płaszczyznę polaryzacji o 𝟗𝟎° oraz falę

spolaryzowaną kołowo prawoskrętnie 𝟏𝒋

w falę spolaryzowaną kołowo lewoskrętnie

𝟏−𝒋

.

Kryształy jednoosiowe

Jeśli retarder ma grubość 𝒅, to przesunięcie fazowe 𝜞:

𝜞 = 𝒏𝒆 − 𝒏𝒐 𝒌𝟎𝒅 = 𝟐𝝅 𝒏𝒆 − 𝒏𝒐 𝒅/𝝀𝒐

Zatem przesunięcie fazowe jest proporcjonalne do grubości płytki retardera i odwrotnie

proporcjonalne do długości fali światła (uwaga: wsp. załamania zależą od długości fali !)

Bentham

Pomiar charakterystyk widmowych źródeł promieniowania i fotodetektorów przy pomocy

detektora fazoczułego lock-in(nanowoltomierz homodynowy)

Tarcza modulatora.

Wiązka światła jest w

czasie T/4 odsłaniana i w

takim samym czasie

przysłaniana. Częstość

modulacji zależy od

częstości obrotów silnika i

liczby skrzydełek

wiatraczka.

Dla 2 skrzydełek, 𝐟 =𝟐𝒇𝒔𝒊𝒍𝒏𝒊𝒌𝒂.

Nanowoltomierz lock-in

Nanowoltomierz typu lock-in służy do pomiarów słabych sygnałów

periodycznych.

Dlaczego nie wystarczy wzmacniacz AC?

Przykład.

Niech 𝑽𝒔𝒊𝒈= 𝟏𝟎𝒏𝑽 𝒊 𝒇 = 𝟏𝟎𝒌𝑯𝒛. Szum dobrego wzmacniacza tj. 𝟓𝒏𝑽/ 𝑯𝒛.

Jeśli pasmo przenoszenia wzmacniacza jest 100kHz a wzmocnienie 1000 to

sygnał wyjściowy będzie równy 𝟏𝟎𝝁𝑽. Tymczasem szum będzie równy:

𝟓𝒏𝑽/ 𝑯𝒛 ∙ 𝟏𝟎𝟎𝒌𝑯𝒛 ∙ 𝟏𝟎𝟎𝟎 = 𝟏. 𝟔𝒎𝑽!

Wzmacniacz z detektorem fazoczułym (PSD) może wzmacniać sygnał

przy 10kHz przy szerokości pasma przenoszenia 0,01Hz. Stąd szum

będzie równy jedynie 𝟎, 𝟓𝝁𝑽.

PSD –phase sensitive detector

Lock-inSygnał mierzony:

Sygnał referencyjny:

Filtr dolnoprzepustowy eliminuje sygnał przemienny. Wtedy 𝑽𝒑𝒔𝒅 = 𝟎.

Dla 𝝎𝒓 = 𝝎𝑳 sygnał na wyjściu jest stały i największy dla różnicy faz równej zero. Ustalamy położenie pokrętła PHASE SHIFT (przesunięcie fazowe), aby

sygnał był jak największy.

Ustalamy położenie pokrętła PHASE SHIFT (przesunięcie fazowe), aby sygnał był

jak największy.

Sygnał na wyjściu lock-in’a: sinαsinβ=1/2[cos(α−β)−cos(α+β)]

Nanowoltomierz lock-in

47

Transformator

Wzmacniaczprądowy

Wzmacniacz lock-in

Monochromatory i spektrometry

Najlepiej, jeśli 𝒇/# soczewki jest równy 𝒇/# monochromatora, albo kąt bryłowy monochromatora był równy kątowi bryłowemu soczewki lub

zwierciadła.

Bieg promieni w spektrometrze

siatkowym

Światło ulega dyspersji na siatce

dyfrakcyjnej. Ze szczeliny wyjściowej

wychodzi wąski zakres długości fali

Spektrograf

Linijka CCD

Porównanie widm siatek dyfrakcyjnych

Parametry siatek:

• Liczba rowków/mm (N)

• Długość fali, λ𝒃𝒍𝒂𝒛, na którą siatka jest blazowana

Rozdzielczość siatki zależy od N:

𝑹 = 𝒎𝑵

gdzie m – rząd ugięcia.

λ𝒃𝒍𝒂𝒛 jest długością fali, dla której siatkama najwyższą wydajność dyfrakcji.

Obliczamy ją na podstawie kąta między

rowkami i powierzchnią siatki:

Porównanie widm siatek dyfrakcyjnych

𝝀 = 𝟐𝒎𝒎

𝟏𝟐𝟎𝟎𝒔𝒊𝒏𝟏𝟕°𝟐𝟕′=500nm

Bentham PVE300

Responsivity

External Quantum Efficiency (EQE),

Reflectance: total and diffuse

Internal Quantum Efficiency (IQE),

Transmittance, Reflectance, Responsivity, EQE, IQE

Generacja par elektron-dziura

Generacja par el-dziura jest związana z absorpcją światła ponieważ każdy

zaabsorbowany foton generuje jedna parę. Szybkość generacji optycznej:

𝒈𝒐𝒑 = −𝟏

𝑨

𝒅𝑷𝒐𝒑𝒕

𝒅𝒙∙𝟏

𝒉𝝂=𝜶𝑷𝒐𝒑𝒕

𝑨𝒉𝝂

Moc optyczna jest zależna od miejsca, w którym analizujemy generację par:

𝒅𝑷𝒐𝒑𝒕

𝒅𝒙= −𝜶𝑷𝒐𝒑𝒕

Fotoprąd:

𝑰𝒇 = −𝒒𝑨න−𝒙𝒑

𝒙𝒏+𝒅

𝒈𝒐𝒑𝒅𝒙

𝑰𝒇 = −𝒒 𝟏 − 𝑹 𝑷𝟎

𝒉ν(𝟏 − 𝒆−𝜶𝒅)

Zadanie 2

Obliczyć gęstość fotoprądu generowanego w próbce c-Si o grubości 𝒛 = 𝟑𝟎𝟎𝝁𝒎, która jest oświetlana światłem o natężeniu 𝟏𝟎𝟎𝟎𝐖/𝒎𝟐 i długości fali równej 𝟓𝟎𝟎𝒏𝒎. Stałe optyczne dla c-Si przy tej długości fali są następujące: współczynnik załamania 𝒏 = 𝟒, 𝟐𝟗𝟑, współczynnik ekstynkcji 𝜿 = 𝟎, 𝟎𝟒𝟓 i współczynnik absorpcji 𝜶 = 𝟏, 𝟏𝟏 ∙ 𝟏𝟎𝟒𝒄𝒎−𝟏.

56

Port detektora

Port

odbicia

Port

transmisji/wejście

Port

SPIN/SPEX

Odbicie

lustrzane

Odbicie

dyfuzyjne

Port SPIN/SPEX

specular included – całkowite odbicie, lustrzane i dyfuzyjne. Do portu mocowana

jest biała płytka.

specular excluded – odbicie dyfuzyjne. Do portu mocowana jest płytka

pochłaniająca światło.

Kula całkująca

Odbicie dyfuzyjne

𝒏 = 𝟐 – dozwolone przejścia skośne𝒏 = 𝟏/𝟐 – dozwolone przejścia proste

𝑭 𝑹∞ ~𝜶

Wykres Tauca

Funkcja Kubelka-Munk

Documents

Wykład I Laser przestrajalny OPO Benthampopko/w11/Wykład NLTK/Wykład 1a-OPO... · 2020. 11. 11. · Mieszanie 3 fal -OPO OPO –Optical Parametric Oscillator –jeśli układ OPA