Optikai kristályok előállítása, tulajdonságai, alkalmazása

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Optikai kristályok előállítása, tulajdonságai, alkalmazása"

Lídia Balog
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Optikai kristályok előállítása, tulajdonságai, alkalmazása Fotonikai eszközök Előadó: Jakab László BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY

2 Optikai kristályok Mit nevezünk kristálynak? (krüsztallosz megfagyott dolog) Pallas nagy lexikona szerint - szabályos, sík lapoktól határolt egynemű, vagyis homogén összetételű szervetlen test, melynek alakja és anyaga között benső, törvényszerű összefüggés van Testsúly harmonizáló kristály Kispesti Árkádia Spirituális Kör Kvarc zöld ásványzárványokkal, Hohe Tauern, Ausztria. A függőleges kristály hossza 3 cm. Az ELTE TTK Természetrajzi Múzeum gyűjteménye fotó: Pekker Péter Swarovski ólom kristály ékszerek (üveg) 2/23

összetételű szervetlen test, melynek alakja és anyaga között benső, törvényszerű összefüggés van Testsúly harmonizáló kristály

3 A gyémánt és az üveg összehasonlítása Gyémánt törésmutató Reflexió 17,2 % Határszög 24,4 fok Üveg törésmutató 1,5 Reflexió 4 % Határszög 41,8 fok 3/23

4 A gyémánt és az üveg összehasonlítása Gyémánt diszperzió 0,044 Üveg diszperzió 0,0087-0,0093 4/23

5 A legszebb példák Az angol királynői korona Mesterségesen előállított KDP kristály 5/23

6 Alakja és anyaga között benső, törvényszerű összefüggés van 7 db kristálytani osztály 4 db elemi cella típus 14 db Bravais rács egyszerű köbös tércentrált köbös lapcentrált köbös egyszerű tetragonális tércentrált tetragonális (rhombohedral) egyszerű ortrombos alaplapon centrált ortorombos tércentrált ortorombos lapcentrált ortorombos egyszerű egyhajlású alaplapon centrált egyhajlású háromhajlású romboéderes hexagonális 6/23

tércentrált tetragonális (rhombohedral) egyszerű ortrombos alaplapon centrált ortorombos tércentrált

7 Anizotrópia - Szabatos definíció szerint a kristály diszkontinuális térkitöltésű, anizotróp térrács, aminek külső megjelenési formája síklapokkal határolt mértani test - A kristályt alkotó atomok közt nagy távolság van, tehát a térkitöltés hézagos, megszakadó. A távolságra jellemző, hogy ha az atomot 1 cm átmérőjű gömbökkel jelképezzük, akkor méretarányos modellben e gömböknek minimum 50 méterre kell lenniük egymástól - A kristályok iránytól függő tulajdonságokat mutathatnak tulajdonságaikban 7/23

8 Törésmutató ellipszoid I. Az elektromágneses hullám energiája 8/23

9 Törésmutató ellipszoid II. Hullámterjedés iránya A hullámterjedésre merőleges sík és az ellipszoid metszete egy ellipszis lesz, amely kijelöli a terjedési irányhoz tartozó polarizáció irányokat és törésmutatókat 9/23

10 Egytengelyű optikai kristályok A hullám terjedésre, amely θ szöget zár be az optikai tengellyel az alábbi összefüggést kapjuk - A normál módusok n o és n e (θ) törésmutatóval rendelkeznek -n o az iránytól függetlenül állandó és E párhuzamos D-vel -n e függ az iránytól és E nem párhuzamos D-vel 10/23

és n e (θ) törésmutatóval rendelkeznek -n o az iránytól függetlenül

11 Hullám és energia terjedés iránya Síkhullámra igaz, hogy D merőleges k-ra és H-ra H merőleges k-ra és E-re Az energiaterjedés iránya (Pointing vektor) S merőleges E-re és H-ra 11/23

12 Diszperziós reláció Maxwell egyenletből (Ez egy sajátérték egyenlet) Az egyenletnek akkor van a triviálistól különböző megoldása, ha det M = 0 A csoportsebesség 12/23

13 Hullámszám felület A csoportsebesség 13/23

14 Egytengelyű kristály speciális esete Legyen n 1 = n 2 = n o és n 3 = n e Köszönet a szerzőnek! 14/23

15 Kettőstörés Ahol Θ a az optikai tengely és a felület normálisának szöge 15/23

16 Kristályok fizikai tulajdonságainak leírása Rövidítve Einstein jelöléssel Általánosítva 16/23

17 Tenzorok 17/23

18 Kristályok előállítása telített oldatból Vízben oldható kristályok előállítására, telített oldat szabályozott hűtésével (termosztátban), egykristály mag felhasználásával KDP kristály 18/23

19 Vegyület kristályok előállítása - Bridgman- Stockbarger módszerrel Az ampullában elpárolgó összetevők az ampulla hidegebb végében elhelyezett magra kristályosodnak. A gallium olvadáspontja 29 fok, az arzén 615 fokon szublimál. Ampulla mozgatása Egykristály mag 19/23

20 Összetevők telített gőznyomása a hőmérséklet függvényében Gallium Arzén 20/23

21 GaAs kristályok előállítása - olvadékból Bór trioxid adalék az olvadék vegyület komponensek párolgásának megakadályozása érdekében. GaAs olvadáspont 1238 C 21/23

22 Optikai kristályok alkalmazása (a következő órák anyaga) Modulátorok, deflektorok (fényeltérítők) Polarizátorok, szűrők Frekvenciaváltoztató elemek Optikai kapcsolók Magnetoptikai, akusztooptikai eszközök (egy kis egzotikum) 22/23

23 Ellenőrző kérdések Milyen anyagot nevezünk kristálynak? Miben különbözik a gyémánt az üvegtől? Milyen elemi cella típusokat ismerünk (rajzon mutassa be) és hány Bravais rácsot! Mit határozhatunk meg a törésmutató ellipszoid segítségével? Rajzon ismertesse! Mi az oka annak, hogy kristályokban a hullámterjedés és az energiaterjedés iránya nem mindig esik egybe? Milyen kristály előállítási eljárásokat ismer? Egyiket rajzon ismertesse! 23/23

Hasonló dokumentumok

Síkban polarizált hullámok síkban polarizált lineárisan polarizált Síkban polarizált hullámok szuperpozíciója cirkulárisan polarizált

Síkban polarizált hullámok síkban polarizált lineárisan polarizált Síkban polarizált hullámok szuperpozíciója cirkulárisan polarizált Síkban polarizált hullámok Tekintsünk egy z-tengely irányában haladó fénysugarat. Ha a tér egy adott pontjában az idő függvényeként figyeljük az elektromos (ill. mágneses) térerősség vektorokat, akkor