1 / 50

מבוא לאלקטרו-אופטיקה

Infrared System Engineering, Richard D. Hudson. מבוא לאלקטרו-אופטיקה. להדפיס עד שקף 42. פרק 8 - ניחות. שיעורי בית. I a. I t. I r. A =. T =. R =. I 0. I 0. I 0. A( l) + T( l) = 1. A( l) = 1 - T( l). הקשר בין בליעה והעברה. נתייחס ל: קרינה היוצאת מהמקור ,או

duy
Télécharger la présentation

מבוא לאלקטרו-אופטיקה

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Infrared System Engineering, Richard D. Hudson מבוא לאלקטרו-אופטיקה להדפיס עד שקף 42 פרק 8- ניחות שיעורי בית מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  2. Ia It Ir A= T= R= I0 I0 I0 A(l) + T(l)= 1 A(l) = 1 - T(l) הקשר בין בליעה והעברה נתייחס ל: • קרינה היוצאת מהמקור ,או • נתעלם מהקרינה המוחזרת I0 מדומה. בהזנחת החזרה מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  3. 1 - בליעה +Z בפקטרוסקופיה זיהינו את החומרים. ניתן גם לכמת גורמים לניחות: 2 - פיזור: הסטה מהכיוון המקורי מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  4. פיזור בליעה I0 IT,L קרינה נפלטת ומפוזרת c1 IT,L = 80 W/ cm2 I0 = 100 W/cm2 קרינה נפלטת ומפוזרת גורמים לניחות: נשאר בתווך לקרינה מפוזרת נפלטת כיוון אקראי השונה מהכיוון של הקרינה הפוגעת מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  5. I0 IT,L c1 IT,L = 80 W/ cm2 I0 = 100 W/cm2 L IT,2L I0 c1 c1 IT,2L = ? 100 W/cm2 L L תלות הניחות בדרך מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  6. dI = - aLI dL dI = - aLdL I חוקBeer-Lambert לדרך IL = I0 e-aLL נניח ש- L = 1 cm 80 = 100 e-aL1 0.8 = e-aL1 lan(0.8) = -aL = - 0.2231cm-1 x = 100 e-aL2 = 100 e-(0.2231)2 = 64 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  7. I0 IT,c c1 L IT,c= 80 W/ cm2 I0 = 100 W/cm2 IT,2c I0 c2 = 2 c1 L תלות הבליעה בריכוז IT,2c = ? 100 W/cm2 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  8. dI = - acI dc dI = - acdc I חוק לריכוז Beer-Lambert Ic = I0 e-acc נניח ש- c1 = 1 g/cm3 80 = 100 e-acc 0.8 = e-ac1 lan(0.8) = -ac1 = - 0.2231cm3/g מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  9. אות [V] c, ריכוז בתא המדידה [g/liter] מטרת המדידה 6 0 כיול המערכת 5 1 מדידתac 4 x מדידת ריכוז הנעלם תרגיל: בספקטרומטר, עבור אורך גל שבו חומר מסוים בולע, מודדים: מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  10. 6V= I0 e-ac0 6V= I0 5V= 6e-ac1 5/6= e-ac Ic = I0 e-acc המשך לתרגיל מתוך השורה הראשונה של הטבלה מקבלים את I0 מתוך השורה השניה של הטבלה מקבלים את -ac ln (0.833) = -0.1823 = -ac ac = 0.1823 liter/g מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  11. Ic = I0 e-acc ac = 0.182 liter/g 6V= I0 אות [V] c, ריכוז בתא המדידה [g/liter] 6 0 5 1 4 x המשך לתרגיל 4= 6e-0.182 x ln(0.667) = - 0.182 x x = 2.2 g/l האם זה הגיוני ? אות הנעלם קטן מאות הכיול ריכוז הנעלם גבוה מהכיול מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  12. Pout It e-aLL = T= = Pin Ii Pin 1 Pin Attenuation = = T Pout Pout (Attenuation)dB = 10 x log 10 x log (eaLL) (Attenuation) dB/Km = L [Km] הסקלה ההנדסית לניחות, ה- dB = 10 log (eaLL) יחידות ! מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  13. עמוד 115 מ-Hudson 4 - ניחות באטמוספרה http://www.coseti.org/atmosphe.htm • האטמוספרה: תערובת דינמית של של גזים • הרכב היחסי והצפיפות משתנים עם: • הגובה מעל פני הים • הטמפרטורה • מזהמים • קירבה לים מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  14. הרכב האטמוספרה יבשה מדוע אין בליעה של חנקן וחמצן? רק מולקולות א-סימטריות בולעות ב-IR מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  15. התפלגות האוזון לפי הגובה http://www-imk.fzk.de/asf/boden/ שכבת האוזון מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  16. It,V 1 Km It,L 5mm מים באטמוספרה מופעים באטמוספרה בשלושת מצבי הצבירה – גז, נוזל, מוצק מבחינת העבירות קובע הגודל “Precipitable Water” גובה המים הנוצר מאיסוף אדי המים שממסלול האופטי [mm Km-1] הבליעה של שכבת מים השווה לגובה של Precipitable water גדולה בהרבה. מדוע? It,L>>It,V התרחבות פסי בליעה מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  17. שלושה מושגים בלחות אטמוספרית [H2O]s 1 - אוויר רווי[g/m3] saturated air Maximum Mass of water that a cubic meter of air can hold. Temperature dependent Mass of water in a cubic meter of air 2 -לחות מוחלטת[g/m3] [H2O]m R.H. = ([H2O]m/[H2O]s) x 100 3 - לחות יחסית[%] מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  18. O C O O C O Symmetrical strech: no IR absoption Antisymmetrical strech: O C O • = 4.256 mm Bending, degenerate O C O • = 14.986 mm בליעה באטמוספרה אינפרה-אדום CO2 הריכוז של ה-CO2 יורד בגורם 10 כל פעם שעולים 16 ק"מ מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  19. Symmetrical strech, l = 2.738 mm Antisymmetrical strech • = 2.663 mm H H H Bending, degenerate O O O H H H • = 6.270 mm אינפרה-אדום בליעה באטמוספרה H2O ריכוז המים יורד בגורם עשר כל פעם שעולים 5 Km מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  20. O O O3 O O N N O2 N2 O בליעה באטמוספרה אולטרה סגול מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  21. העבירות האטמוספרית וקרינת השמש Wl http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_radiation Solar Energy Renewable Energy Course Schechner

  22. חלון 3-5 UV O2 N2 O3 עבירות אטמוספרית עבור טווח של 2 ק"מ מעל פני הים 17 mm precipitable water ה"חלונות" חלון 8-13 Vis Wavelength, mm Infrared System Engineering, Richard D. Hudson, p.115 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  23. שיעור בית חובה: תרגיל 12 • הכן טבלה במכילה כל פסי הבליעה של האטמוספרה, • מ-0 עד 15 מיקרון. דאג לציין : • מולקולת הגז הבולעת • מספר הגל • סוג הוויברציה (stretch or bend?) • הרמוניה השווה עם מספרי הגל של הפרק "אוסילטור הרמוני מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  24. Symmetrical strech, l = 2.738 mm H Antisymmetrical strech O • = 2.663 mm H H H Bending, degenerate O O H H • = 6.270 mm עבירות אטמוספרית עבור טווח של 2 ק"מ מעל פני הים אחראיות של פסי הבליעה Wavelength, mm Infrared System Engineering, Richard D. Hudson, p.115 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  25. Antisymmetrical strech: O C O • = 4.256 mm Bending, degenerate O C O • = 14.986 mm עבירות אטמוספרית עבור טווח של 2 ק"מ מעל פני הים Wavelength, mm Infrared System Engineering, Richard D. Hudson, p.115 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  26. חלקיק מפזר בעל פולריזביליותa מקור קרינה q d<l d/10 ~l R I פיזורים באטמוספרה - Rayleigh אלומת פוטונים בעלי אורך גל l I0 הפוטונים הכחולים מפוזרים יותר מהאדומים הספק הפיזור בכיוון האלומה הוא פי שתיים מההספק בניצב מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  27. d<l פיזורים באטמוספרה - Rayleigh הפוטונים הכחולים מפוזרים יותר מהאדומים שמש http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/atmos/blusky.html#c4 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  28. d>l פיזור אטמוספרי של Mie לא תלוי ב-l שלג חלב עננים, ערפל מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  29. השוואה בין פיזורי Rayleigh לבין פיזורי Mie שמש מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  30. גורמים לניחות פנימית בסיבים אופטיים 1 - וויברציה של הקשר Si – O(הרמוניה) l = (9.0/3) mm 2 - וויברציה של הקשר OH(הרמוניה) l = (2.738/2) mm שינויים קטנים בצפיפות של הזכוכית 3 – פיזור Rayleigh מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  31. Wilson p. 396 ניחות טיפוסית של סיב אופטי (סיליקה) 2 -וויברציה של הקשר OH 1 - וויברציה של הקשר Si – O l = (2.738/2) mm I lfundamental/3= 3mm II 3 – פיזור Rayleigh III • 820 – • 880 nm • 1200 – 1320 nm 1530-1620 nm מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  32. משותף לעבירות בסיב ובאטמוספרה בליעה של הקשר OH l = 2.738 mm בסיב, מוסתרת ע"י ההרמוניה השניה של הקשר Si-O ההרמוניה הראשונה של הקשר OH l = 1.369 mm מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  33. CR [m-1] aR = l4 בכל תווך פיזורי Raileigh תופעה אוניברסלית: בכל תווך יש פיזורי רליי בסיב אופטי CR =1.895 x 10-28 [m3] מקדם Raileigh הבלתי-תלוי במקדם השבירה CR = C’R n8 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  34. CR [m-1] aR = l4 10 x log (eaRL) (Attenuation)R dB/Km = L [Km] תרגיל CR =1.895 x 10-28 [m3] חשב את הניחות בגלל פיזורי Rayleigh באורך גל l = 0.63 mm והשווה עם התוצאות של הגרף המופיע ב- Wilson and Hawkes l4= (0.63 x 10-6)4 = 1575 x 10-28 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  35. CR [m-1] aR = l4 1.895 x 10-28 .2x 10-31= aR,m= [m-1] [m-1] 0.1575 x 10-24 aR,Km= .21 [Km-1] 10 x log (eaRL) (Attenuation)R dB/Km = L [Km] המשך תרגיל l4= (0.63 x 10-6)4 = 0.1575 x 10-24 = 5.2 eaR= e1.2 = 3.32 10 log(3.32) = 5.2 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  36. תרגיל 5 בקו תקשורת של סיב אופטי מורכב סיב מסוג כלשהו. בדוגמה של הסיב שאורכה 1 מטר מורכב משדר. בקצה השני נמדדו בעזרת גלאי 5 V. בדוגמה נוספת של הסיב, שאורכה 1 ק"מ, נמדד אות של 4V.הרעש הפנימי של מערכת הגלאי (כשהוא נמדד בוולטים) הוא mV 5 . בקו השתמשו באותו הגלאי ובאותו המשדר. הנח ש-: • ההרכב הכימי של הסיב אינו משתנה עם הטווח • תופעות הנפיצה (פיזור קרומטי) זניחות חשב את הטווח המרבי שניתן להגיע בעזרת הסיב עם רוצים לעבוד ביחס אות\רעש • S/N = 8 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  37. IL = I0 e-aLL 4= 5e-a1 4/5 = e-a lan 0.8 = - a a = 0.223Km-1 שלב שני: מציאת האות בטווח המרבי S/N = 8 SLmax= 40 mV N = 5 mV שלב שלישי: מציאת הטווח המרבי 40x10-3 = 5 e-0.223(Lmax) ln 0.008 = -0.233 (Lmax) Lmax = 21.6 Km שלב ראשון: מציאת a פתרון לתרגיל 5 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  38. P t שלב א': חישוב האנרגיה של הפולסב-eV Epulse = P Dt = 1 mW x 2 ns = 2 x 10-12 J = 1.25 x 107 eV שלב ב': חישוב האנרגיה של הפוטון הבודד Ephoton = hn = hc/l =1.227x10-6/1.55x 10-6 = 0.79 eV • חשב את מספר הפוטונים העשויים להיות בתוך bit של מידע המועבר • בסיב אופטי. הנח ש: • השידור של ה-bit נמשך 2 ns • ההספק של הלייזר הוא 1 mW • לכל הפוטונים אותו אורך גל 1.55 mm • הניחות של הסיב היא 15 dB/Km • חשב את מספר הפוטונים ברגע השידור וכאשר הפולס עבר 12 Km. תרגיל 9 מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  39. 10 x log10(eaLL) (Attenuation) dB/Km = L [Km] המשך תרגיל 9 שלב ג': חישוב מספר הפוטונים בפולסהתחלתי nphoton,0 = Epulse/Ephoton = 1.25x107 / 0.79 = 1.58 x 107 photons שלב ד': חישוב aL 15 dB/Km = 10 x log10(eaL) עבור 1 Km 15/10 = log10(eaL) aL = 3.45 Km-1 שלב ה':חישובמספר הפוטונים אחרי 12 ק"מ nphoton,12 Km = nphoton,0 exp(-aLL)= 1.58x107 exp(-3.45x12) =1.58x107 x 1.5x10-18 = 2.43 x10-11 photons לא מגיעים פוטונים לטווח של 12 ק"מ מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  40. קרינת השמש T =5900 0K קרינת השמש Wl 14.99 l, mm 4.25 9.66 0.5 פסי בליעה של ה-CO2 אפקט החממה אופטיקה אטמוספרית קרינת כדור הארץ קרינת כה"א (Albedo)T =300 0K חלק מהחום הנצבר על פני כדור הארץ לא משודר לחלל מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  41. radicals CCl2F ·+ Cl· CCl3F + hn(UV) ClO + O2 Cl· + O3 אופטיקה אטמוספרית בעיית האוזון UV light + O2 --> O + O 2O + 2O2 --> 2O3 290-320 nanometers ClO  Cl·+ O· הרדיקל ממשיך להרוס מולקולות של אוזון מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  42. תופעת Raman I פיזור Rayleigh DE n, hn, cm-1 הקרינה המפוזרת לפי Rayleigh היא תוצאה של התנגשות אלסטית. לקרינה המפוזרת יש אותו תדירות כמו לקרינה הפוגעת. לנ"ס nIncident = nRayleigh אבל, פוטון אחד מתוך 107 נפלט עם אורך גל שונה מזה של הפוטון הפוגע. מתוכם, לפוטונים אחדים יש יותר אנרגיה ולאחרים יש פחות אנרגיה nRaman = nRayleigh ± Dn מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  43. קווי Stokes קווי Anti-Stokes I פיזור Rayleigh יש התנגשות בין הפוטון והחומר. ב- 107 מההתנגשויות יש הסטה של הפוטון בלבד, הוא ממשיך עם אותה האנרגיה. n, hn, cm-1 DE DE ב-1 מתוך 10 מיליון התנגשויות, הפוטון והחלקיק מעבירים אנרגיה, DE DE תלוי בחומר המפזר. DEשווה בשני הכיוונים היחס הוא פונקציה של הטמפרטורה לפי בולצמן מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  44. ההסבר התיאורתי במקורות מציינים שבעקבות ההתנגשות האלקטרון עולה לרמה "ווירטואלית" לדעתי אין צורך בהגדרות חדשות. משוואת Schrödinger מתיר קיום של "אורביטלה" (הסתברות גבוהה להמצאות אלקטרון) במרחקים מוגדרים מהגרעין/נים. הפוטון נבלע תוך העלאת האלקטרון לרמה מאוד גובה, אבל נשאר תחת ההשפעה של שדה הגרעין. האלקטרון נשאר זמן קצר ביותר באחת מהרמות המוגדרות ע"י המכניקה הקוונטית כמעט עקירה ברוב המקרים האלקטרון חוזר לרמה המקורית. פליטה באותה תדירות לכל כיוון. זה הפיזור של Rayleigh מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  45. Ev>> i ≈ Ev= i + 1 Ev=i Ev=i - 1 Raileigh Stokes Anti-stokes time מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  46. l1 קרן לייזר דוגמה lRaman l1 = lRayleigh מסנן לסלק l1 מכלולל נפיצה –dispersive תיאור המערכת גלאי מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  47. 1 - התופעה חלשה מאוד ביחס לפיזורי ריילאי חייבים במקור קרינה חזק מאוד 2 – חייבים להשתמש במקור אור עם Dl מאוד צר לכן, כמקור אור משתמשים בלייזר מפעילים גלאי לקרינה הניצבת לכיוון הקרן, על מנת לקלוט קרינה מפוזרת חשוב: קשרים מולקולריים שלא בולעים באינפרא-אדום, כי אין בהן דיפול מובנה, פעילים ב- Raman מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  48. החזרה, בליעה ומקדם שבירה של מים ב-IR לנ"ס מתוך Wolfe and Zissis, The Infra-Red Handbook, pp. 3-105 לאיזה אורך הגל יש מהירות מרבית בתחום ? איזה עבירות יש לקרינה בעלת אורך הגל האיטי ביותר? מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  49. מדידות מחושב לפי החזרי פרנל למים פסי בליעה n(l) מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

  50. http://www.coseti.org/atmosphe.htm איזה מולקולה בולעת? סוג התנודה? מולקולה ? התנודה? מבוא לאלקטרואופטיקה עבירות

More Related