CATEGORII DOCUMENTE
Afaceri Calculatoare Casa masina Didactica pedagogie Diverse Educatie Finante Geografie Istorie & politica Legislatie Limba Management Sanatate Tehnologie

Bulgara	Ceha slovaca	Croata	Engleza	Estona	Finlandeza	Franceza
Germana	Italiana	Letona	Lituaniana	Maghiara	Olandeza	Poloneza
Sarba	Slovena	Spaniola	Suedeza	Turca	Ucraineana

įstatymai	įvairių	Apskaitos	Architektūra	Biografija	Biologija	Botanika	Chemija
Ekologija	Ekonomika	Elektra	Finansai	Fizinis	Geografija	Istorija	Karjeros
Kompiuteriai	Kultūra	Literatūra	Matematika	Medicina	Politika	Prekyba	Psichologija
Receptus	Sociologija	Technika	Teisė	Turizmas	Valdymas	vietimas

Fotoninių kristalų opalų u˛pildytu numatomu skystuoju kristalu,optinės savybės ir taikymas

fizinis

+ Font mai mare | - Font mai mic


DOCUMENTE SIMILARE

Fizikos ir technologijos fakultetas

Teorinės fizikos ir informacinių technologijų katedra

Fotoninių kristalų opalų u˛pildytu numatomu skystuoju kristalu,optinės savybės ir taikymas

T.Buzaitis. Fotoninių kristalų opalų u˛pildytu numatomu skystuoju kristalu,optinės savybės ir taikymas : Fizikos ir kompiuterijos bakalauro studijų programos baigiamasis darbas / vad. prof. R Vainoras, - Vilnius: Vilniaus Pedagoginis Universitetas, Fizikos ir technologijos fakultetas, teorinės fizikos ir informacinių technologijų katedra 2008m. - 29 psl.

Anotacija

iame darbe buvo nagrinėta fotoninių kristalų u˛pildymas nematomu kristalu. Taip pat fotoninių kristalų optinės savybės bei taikymas

Turinys

1. Įvadas4

1.1.Problema.5

1.2. Darbotikslai..5

2. Kristalografija..6

2.1. Kristalo simetrija6

2.2.Transliacijų grupė7

3. Fotoniniai kristalai.8

3.1. 1D ir 2D fotoniniai kristalai.9

3.2. 3D fotoniniai kristalai………………………………………………………………………10

4. Fotoninės draustinės juostos..12

5. Fotoninė galia14

6. Eksperimentas..15

6.1. Fotoninės draustinės juosto susidarymas.Brego difrakcija15

7. Defektai17

7.1. Defektų poveikis stop juostai.18

8. Stop juostos valdymas……………………………………………………..…19

8.1 Stop juostos padėties priklausomybė nuo kritimo kampo į pavyzdėlį19

8.2. Stop juostos padėties priklausomybė nuo lū˛io rodiklio..22

8.2.1. Pildant skirtingu vandens kiekiu………………………….………….…….………….23

8.2.2. Pildant skirtingu skystojo kristalo kiekiu 5CB…………………….…………..….……….26

. Demonstracija.……………………………………… ……………………..………………..….29

10.Ivados.35

11.Summary.36

12.Literatūra37

Įvadas

Optinių technologijų srityje, fotoninių kristalų sukūrimas yra vienas svarbiausių laimėjimų. i sritis iomis dienomis ypač stipriai plėtojama pasaulį. Kuriasi naujos mokslinių tyrimų laboratorijos, kuriose tyrinėjami fotoniniai kristalai, atsiranda ir naujos jų taikymo sritys. Todėl manoma, kad fotoninių kristalų technologijos bus XXI a. prover˛is informacinėse technologijose, ir mikroelektronika pama˛u bus pakeista mikrofotonika ir nanofotonika. Netolimoje ateityje bus reikmingas progresas telekomunikacijoje ir optinių kompiuterių pramonėje.

1.1 Problema:

1.2 Darbo tikslai:

Supa˛indinti su fotoniniais kristalais.

2. Kristalografija

Prie pradedant plačiau gilintis į fotoninius kristalus, pirmiausia reikia prisiminti pagrindines kristalografijos s¹vokas, kristalo simetrijos elementus ir defektus. Nagrinėjant kristalinius kūnus, kurių struktūrinės dalelės yra atomai, jonai ar molekulės, turime omenyje kristalus, kurių gardelės matmenys yra vos didesni u˛ atomų ar molekulių diametr¹ ir sudaro apie 0,5 – 1nm. Kaip gi yra su fotoniniais kristalais, kurių gardelės mazguose turime kelių imtų nanometrų diametro sferas? I esmės skirtumas tarp fotoninių kristalų ir kietojo kūno kristalinių med˛iagų yra tik matmenyse. T.y. fotoniniams kristalams galioja visos kietųjų kūnų fizikinės savybės, kurias iame darbe trumpai apraysiu.

Pirmiausia priminsiu kas yra kristalografija. Tai mokslas tiriantis kristalų ir kristalinės būsenos med˛iagų sandar¹, vidinź struktūr¹. Kristalografija dar isiskiria į dvi atskiras dalis: geometrinź ir struktūrinź kristalografijas. Geometrinė – tiria kristalų iorinės formos simetrij¹, kristalus grupuoja į klases, o pastar¹sias į kristalų sistemas. Struktūrinė – tiria kristalų vidinź struktūr¹, nustato struktūrinių dalelių isidėstymo geometrij¹ ir kt.[4]

Visi kūnai ilaikantys pastovi¹ form¹ yra vadinami kietaisiais. Tačiau fizikoje, kietaisiais kūnais vadinami kristaliniai kūnai. Jų struktūrinės dalelės erdvėje pasiskirsčiusios tvarkingai, pagal tam tikr¹ geometrinį dėsningum¹, kurį vadiname erdvine gardele. Atitinkamu dėsningumu erdvėje nubrė˛tų tiesių sankirtos takai yra vadinami erdvinės gardelės mazgais. Taigi, gardelė yra begalinis trimatis darinys. Kuomet gardelės mazguose arba arti jų yra kūno struktūrinės dalelės, turime kristal¹. Paprastų kristalinių struktūrų gardelės mazguose arba arti jų yra tik vienas atomas, tačiau sudėtingesnėse struktūrose su gardelės mazgu būna susieta atomų grupė. Toks atomas arba jų grupė yra vadinama kristalo gardelės baze. Vienoda kristaline gardele pasi˛ymintis kristalinis kūnas vadinamas monokristalu. Jo iorinė forma priklauso nuo vidinės struktūros ir kristalizacijos s¹lygų.[5]

2.1 Kristalo simetrija

Monokristalo iorinės formos taisyklingumas susijźs su jo atominės sandaros erdviniu taisyklingumu. Vienodas geometrinių ir fizikinių savybių kristalo dalių tvarkingas kartojimasis erdvėje vadinamas kristalo simetrija. Taip būna tuomet, kai tam tikru būdu kristal¹ perkeliant erdvėje kiekvienas kristalo takas pakeičiamas jam ekvivalenčiu taku. Tokie kristalo perkėlimo erdvėje būdai, vadinami jo simetrijos operacijomis. Kiekvien¹ toki¹ operacij¹ atitinka tam tikras kristalo simetrijos elementas. Jie būna paprastieji ir sudėtingieji. Pirmieji yra: simetrijos ais, simetrijos ploktuma ir inversijos (simetrijos) centras. Sudėtingesnieji simetrijos elementai: veidrodinės simetrijos ais ir inversijos centras. Dabar trumpai kiekvien¹ i simetrijos elementų ir panagrinėsiu.[4][5]

Simetrijos ais – tai tokia ais, apie kuri¹ pasuktas kampu kristalas pereina į ekvivalenči¹ padėtį. Čia n – kristalo simetrijos aies eilė, ne didesnė kaip 6.

Simetrijos ploktuma – kristal¹ dalija į dvi dalis, kurių viena yra antrosios veidrodinis atspindys.

Inversijos, arba simetrijos centras – kristalo viraus takas O, kurio at˛vilgiu kiekvien¹ kristalo tak¹ atitinka tiek pat nuo O prieinga kryptimi nutolźs ekvivalentus takas.

Veidrodinės simetrijos ais – kristalo simetrijos elementas, atitinkantis posūkio apie a įir po to jai statmenoje ploktumoje atspind˛io operacijas.

Inversijos ais – j¹ atitinka simetrijos ais ir joje esantis inversijos (simetrijos) centras.[4]

2.2 Transliacijų grupė

Jeigu kristalas yra begalinis, tai be jau inagrinėtų simetrijos elementų, jo struktūros periodikum¹ apibūdina dar nauji simetrijos elementai. Tokį kristal¹ atitinkama kryptimi paslinkus tam tikru nuotoliu, kristalo savybės bet kuria linkme nesikeičia. Toki¹ begalinio kristalo simetrijos operacij¹ vadiname transliacija arba slinkimu, o vektorių a, kuriuo kristal¹ paslenkame – vadiname transliacijų simetrijos elementu. Transliacijų simetrijos elementai sudaro transliacijų grupź, kuri kartu su kristalo takine simetrijos grupe sudaro kristalo erdvinės simetrijos grupź. Gamtoje tokių grupių yra 230.

3. Fotoniniai kristalai

Fotoniniai kristalai – tai med˛iagos su periodikai kintančiu lū˛io rodikliu kristalinėje gardelėje, kurioje atstumai tarp mazgų yra ma˛daug regimos viesos bangos ilgio. Jei palyginti toki¹ gardelź su metalų ar kitų kietų kūnų kristalinėmis gardelėmis kuriose atstumai tarp mazgų vos didesni u˛ atomų diametrus, tai skirtumas kaip matyti yra gan akivaizdus. Tokioje srityje, bangos i dalies yra atspindimos i dalies praleid˛iamos. Kadangi gardelės periodikumas yra panaus į viesos bangos ilgį, tai bangų fazź labai lemia optinės struktūros savybės. Jeigu atspindėtų bangų fazė iauga superpozicijos principu, tai tam tikroje kryptyje fotoninė struktūra taps visikai atspindinčia vies¹. Tokiose vienmatėse struktūrose yra labai nesunku tai pavaizduoti grafikai, o kartu ir praktikai jas padaryti i daugybės kaitaliojamų sluoksnių med˛iagų su skirtingu lū˛io rodikliu u˛dedant juos vien¹ ant kito. Da˛nai 1D fotoninių kristalų terminas yra siejamas su difrakcinėmis gardelėmis, kadangi spinduliavimo plitimas tokiose gardelėse nustatomas interferencijos maksimumo s¹lyga, isklaidytojo mazguose ir priklauso nuo kampo tarp krypties banginio vektoriaus ir fotoninio kristalo difrakcinės gardelės aių.

Susidomėjimas tokiu daugiasluoksniu paviriumi kaip fotoninis kristalas atsiranda dėl to, jog jis sukuria praktikai idealų viesos atspindėjim¹. i savybė buvo atrasta prie daugelį metų, kai dar ˛monės tik m¹stė apie fotoninius kristalus. iomis dienomis beveik idealiai vies¹ atspindintys paviriai, yra naudojami daugelyje optinių sričių, kurios reikalauja gero viesos atspind˛io, ypatingai lazerių technikoje. Parenkant geras med˛iagas, galima lengvai pagaminti veidrod˛ius, geresnius u˛ metalo (da˛nai naudojamas sidabras), konkrečioje bangos ilgių srityje.

Fotoniniai kristalai arba kitaip tariant PBG kaip buvo minėta yra dielektrinės, periodikai kintančios kristalinės gardelės med˛iagos galinčios turėti vienmatź, dvimatź ir trimatź struktūr¹, da˛nai jos ˛ymimos 1D, 2D ir 3D.(pav. 2)

Pav.2. Kristalo fotoninė struktūra.

Kiekvienoje i jų, leid˛iant per jas viesos sraut¹, mes galime aptikti daugybź įdomių ir kartu skirtingų efektų. Fotoninių kristalų atradėjas Ely Yablonovičius Bell Communications Research darbuotojas, iekojo būdų, kaip pagerinti telekomunikacinių lazerių naum¹. Kadangi didelė lazeriu tekančios srovės dalis buvo sueikvojama savaiminei spinduliuotei su˛adinti, o fotoninė draustinė juosta galėjo padėti tuos nuostolius suma˛inti: atomai negali savaime spinduliuoti viesos, jei jie priklauso med˛iagai, kurioje tos bangos ilgio viesos sklidimas yra u˛draustas.

I esmės vartodami termin¹ „fotonas“ mes i dalies klaidiname ir save, ir kitus, kadangi tiriamoji sritis yra makroskopiniai dariniai, o ne pavienio fotono dyd˛io mikroskopinės skaidulos. Visgi, is terminas taip pat gali būti pateisintas, kaip ir nuo seniau nusistovėjźs terminas elektronika – vartojamas ne pavienių elektronų rinkiniui, o platesnei visumai apibūdinti.

Fotoniniuose kristaluose, da˛niausiai tyrimams naudojamas bangos ilgių diapazonas yra ma˛daug nuo 200 nm iki 1600 nm, kas sudaro vis¹ regimos viesos diapazon¹ ir dalį infraredo bei ultravioleto. Infraraudonosios srities nuo 800 nm iki 1600 nm, arba j¹ atitinkančio da˛nių intervalo sritis nuo ma˛daug yra plačiai taikoma telekomunikacijoje, todėl susilaukia nema˛o susidomėjimo. Ma˛i prietaisai, kurie galėtų kontroliuoti vies¹ iame didelių da˛nių intervale, galėtų turėti did˛iulź reikmź optikai ir telekomunikacijoms, todėl būtent fotoniniai kristalai dėl savo praktinių galimybių susilaukė did˛iulio susidomėjimo jų savybėmis.

Tad kuo gi jie tokie ypatingi? Da˛niausiai fotoniniai kristalai yra sudaromi i dviejų dielektrinių med˛iagų su skirtingais lū˛io rodikliais, pavyzd˛iui silicio sferų ir oro. Svarbiausias parametras tokio darinio yra jų skirtingi lū˛ių rodikliai. Mus labiausiai domina tų lū˛io rodiklių skirtumas (apie tai iek tiek vėliau). Dielektrinės med˛iagos lū˛io rodiklį galima rasti pasinaudojus dielektrinių skvarbų santykiu:

1D, 2D ir 3D fotoniniai kristalai

Nors vienmačiai 1D fotoniniai kristalai buvo atrasti palyginus anksti (1987m.), prireikė daug laiko, kol ˛monės įsis¹monino, jog pratźsus, tuos pačius tyrimus su 2D ir 3D fotoniniais kristalais galima sulaukti dar didesnių pasiekimų.

Elektroninių integrinių schemų gamybos technologija, iomis dienomis yra stipriai ivystyta ir i esmės ji yra dvimatė technologija. Todėl dabar, sukūrus dvimates fotoninių kristalų struktūras bus galima panaudoti jau ir ne tik elektroninź, bet ir optinź gamybos technologij¹ (pav.3.2, 4.2).

iomis dienomis mokslininkai yra labiau susidomėjź fotoninėmis med˛iagomis su periodikai kintančiu lū˛io rodikliu dvimačiuose ir trimačiuose (2D ir 3D) fotoniniuose kristaluose. Dvimačiai 2D fotoniniai kristalai yra gaunami i dėsningai idėstyto kolonų rinkinio arba igrź˛us cilindro formos tučiavidures ertmes dielektrinėje med˛iagoje.

Pav.3. 2D fotoninio kristalo sandara Pav.4. 2D fotoninio kristalo sandara: stulpai

Turėdami 3D struktūr¹, mes galėsime valdyti vies¹ visoje kristalo erdvėje, todėl mūsų darbui neivengiamai reikalingi trimačiai fotoniniai kristalai, kurie „gaudo“ fotonus ir u˛daro juos fotoninėje gardelėje (3 pav.).

4.Fotoninės draustinės juostos

Norėdami suprasti kaip elgiasi viesa fotoniniuose kristaluose, turėtumėme j¹ palyginti su elektronais ir puslaidininkiniais prietaisais. Silicyje ir kituose puslaidininkiuose gretimi atomai vienas nuo kito būna nutolź ma˛daug per ketvirtį nanometro, panaiai kaip deimanto kristalinėje gardelėje, t.y. atstumai tarp gretimų atomų yra daug kartų ma˛esni u˛ regimųjų elektromagnetinių bangų ilgį. Pagal Kulono dėsnį elektronai, judėdami ioje gardelėje, patiria periodinį potencialinį lauk¹ jiems s¹veikaujant su silicio branduoliais. ios s¹veikos rezultate atsiranda galimos leistinos ir draustinės energijos būsenos. Idealiuose silicio kristaluose, draustinėse energijos būsenose, elektronų niekada nerasime. Tačiau mes nagrinėjame ne idealius atvejus, bet susiduriame su realiais kristalais, kurie gali įgauti tam tikras energijos vertes ir draud˛iamos energijos būsenose, jeigu kristalinė gardelė nėra visikai ideali, dėl atsiradusių tutumų, priemaių ar tam tikrų defektų.[7, 9]

Fotoninź draustinź juost¹ turinčios med˛iagos yra panaios savo sandara į puslaidininkines, tik atstumai tarp jų yra daug didesni. Paprasčiausias fotoninio kristalo pavyzdys būtų stiklinis blokas, kuriame sugrź˛iota daugybė netoli viena kitos esančių cilindrinių skylių, kurių skersmuo ma˛daug viesos bangos ilgio. Igrź˛tos skylės yra analogikos puslaidininkinį kristal¹ sudarantiems atomams. Apskritai paėmus, ne visada atstumas tarp skylių turi būti lyginamas su viesos bangos ilgiu, kurios savybes norima valdyti, kadangi matomosios viesos bangos ilgiai yra ma˛daug nuo 400 nm iki 700 nm, o daugumos korinio ryio telefonų vartojamos apie 35 cm ilgio bangos.[6]

Į skylėt¹ med˛iag¹ patenkanti viesa lū ir dalinai atsispindės daugybėje vidinių ribų tarp stiklo ir oro. Sudėtingas persiklojančių atspindėtų pluotelių ratas sustiprės arba nuslops priklausomai nuo viesos bangos ilgio, jos sklidimo kristale krypties, stiklo lū˛io rodiklio ir visų skylių dyd˛io bei jų padėties. Idealus, tam tikro - siauro bangos ilgių ruo˛o spinduliuotės nuslopinimas visomis kryptimis bus ekvivalentikas draustinei elektronų energijų juostai puslaidininkyje: t¹ juost¹ atitinkanti viesa negalės sklisti kristalu. Keičiant draustinės juostos darinį, pavyzd˛iui, u˛pildant tam tikras skyles, galima sulaukti kitų efektų, panaių į tuos, kurie vyksta elektroninį puslaidininkį legiruojant. Da˛nai fotoniniai kristalai gaminami i elektroninių puslaidininkių med˛iagų, todėl kristale vienu metu gali būti ir elektroninė, ir fotoninė draustinė juosta.

5. Demonstracija

viesos sklidimo priklausomybės nuo temperatūros fotonininiame kristale demonstracija: viesos sklidim¹ fotoniniu kristalu (1a pav.). U˛pild˛ius opal¹ skystuoju kristalu, prie pavyzd˛io buvo pritvirtinti elektrodai (1b pav.). viesa sklinda bangolaidyje, sukurus elektrinį lauk¹ (1c pav.).

1 pav. Fotoninio kristalo bangolaidis su defektine moda.

1a. pav. 1b. pav. 1c.pav.

viesos sklidimo priklausomybės nuo temperatūros fotonininiame kristale demonstracija:

Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Vizualizari: 1389
Importanta:

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Distribuie URL
https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/257/Fotonini-kristal-opal-upildytu52131.php

Adauga cod HTML in site
<a href="https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/257/Fotonini-kristal-opal-upildytu52131.php" target="_blank" title=" - https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/257/Fotonini-kristal-opal-upildytu52131.php">Fotoninių kristalų opalų u˛pildytu numatomu skystuoju kristalu,optinės savybės ir taikymas</a>