spec 11-20 Flashcards
- Klasyfikacja laserów, właściwości, podstawowe parametry, zastosowanie.
Ze względu na budowę ośrodka aktywnego
- lasery na ciele stałym
- gazowe – ośrodek czynny w formie gazowej
- półprzewodnikowe
- cieczowe (barwnikowe
- światłowodowe
- na swobodnych elektronach (FEL),
Ze względu na emitowaną długość fali:
- zakres światła widzialnego,
- ultrafiolet,
- podczerwień,
Ze względu na rodzaj pracy:
- praca impulsowa: rubinowy, neodymowy, półprzewodnikowy, barwnikowy, argonowy jonowy, azotowy, CO2
- praca ciągła: neodymowy, półprzewodnikowy, barwnikowy, He-Ne, argonowy jonowy, CO2,
Ze względu na strukturę energetyczną ośrodka:
- dwupaskowe, np. półprzewodnikowy,
- trójpasmowe, np. rubinowy,
- czteropasmowe, np. He-Ne.
Parametry laserów:
- prąd progowy
- odstęp międzymodowy;
- dobroć rezonatora
- moc wejściowa
- moc optyczna
- sprawność kwantowa
- długość emitowanej fali.
Zastosowanie laserów:
komunikacja, drukowanie, poligrafia, obróbka materiałów, układy pomiarowe, gromadzenie i przechowywanie danych (CD-ROM) medycyna, wskaźniki, czytniki kodów paskowych, poziomowanie
- Klasyfikacja światłowodów – omówić i podać przykłady.
Podział ze względu na strukturę:
-włókniste – kształt walca
-planarne – kształt prostopadłościanu.
Liczba modów światłowodu zależy od współczynników załamania, wymiarów struktury i długości fali prowadzonego światła:
- Jednomodowy; rdzeń/płaszcz - 10μm / 125 μm
- Wielomodowy; 50 lub 62,5 μm / 125 μm
- Skokowe
- Gradientowe; współczynnik załamania w obszarze płaszcza może się zmieniać, współczynnik załamania rdzenia musi być największy; największy współczynnik załamania w osi
Światłowody specjalne dla czujników optycznych:
- Światłowody podtrzymujące polaryzację (światłowód zachowuje polaryzację wprowadzonego światła).
- Światłowody polaryzujące (prowadzące światło o jednej polaryzacji, działające jak polaryzator liniowy).
- Światłowody ze specjalnym płaszczem lub pokryciem (światłowody z pokryciem odziaływującym aktywnie z otoczeniem).
- Światłowody domieszkowane (np. światłowody wykorzystywane we wzmacniaczach optycznych).
- Światłowody z odkrytym rdzeniem (pozbawione płaszcza, tak że fale zanikające poza rdzeniem są bardzo wrażliwe na warunki otoczenia)
- Klasyfikacja źródeł promieniowania, właściwości, podstawowe parametry.
Parametry źródeł światła:
-Temperatura barwowa – temperatura ciała doskonale czarnego wysyłającego światło o danej barwie, obiektywna miara wrażenia barwy danego źródła światła, [K].
- Strumień́ świetlny Φ – moc promieniowania świetlnego wysyłanego przez źródło światła, oceniana według wrażenia wzrokowego, [lumen]=[lm].
- Światłość (natężenie światła) I – gęstość przestrzenna promieniowania świetlnego w danym kierunku, stosunek strumienia świetlnego wypromieniowanego w danym kierunku do kata przestrzennego obejmującego ten kierunek, wielkość wektorowa, [kandela/świeca]=[cd]=[lm/sr]
- Luminancja L – stosunek światłości źródła światła w kierunku patrzenia do powierzchni rzutu ciała świecącego na płaszczyznę̨ prostopadłą do tego kierunku, charakteryzuje subiektywne odczuwanie wrażeń́ świetlnych przez oko ludzkie, [nit]=[cd/m2].
- Natężenie oświetlenia E – stosunek strumienia świetlnego padającego prostopadle na oświetlaną̨ powierzchnię do pola tej powierzchni, [lux]=[lx]=[lm/m2].
- Wydajność́ świetlna (sprawność́) – stosunek strumienia świetlnego źródła światła sztucznego do mocy elektrycznej, wyraża jaki strumień́ świetlny otrzymamy z jednego wata mocy, [lm/W],
- Barwa światła,
- Napięcie i moc znamionowa,
- Wskaźnik oddania barw CRI, (Color Rendering Index) – wskaźnik podsumowujący zdolność́ źródła światła do takiego oświetlenia przedmiotów i osób aby w sposób najbardziej neutralny oddawały swoje barwy. Im wyższy tym lepiej odwzorowane kolory,
- Trwałość́ użyteczna.
- LIGA: procesy i procedury, wykorzystanie w mikroinżynierii, w technice mikrosystemów i w mikrooptyce.
LIGA (litografia, galwanizacja i formowanie) służy do wytwarzania mikrostruktur metodą rentgenolitografii. Zapewnia mikrostruktury o wysokim współczynniku kształtu. Poprzez galwanizację struktury można odtworzyć w metalach takich jak złoto, nikiel, magnetyczne stopy niklowo-żelazowe lub miedź.
wytwarza się w niej miniaturowe metalowe kołka zębate, walce, mikroigły itd
Etapy procesu:
- Nałożeniu materiału formy (PMMA) na metalowe podłoże,
- Nałożenie maski litograficznej
- Naświetlanie formy promieniowaniem rentgenowskim,
- Wykorzystanie formy PMMA do galwanicznego nałożenia materiału np. Niklu na podłoże
- Usunięcie formy oraz otrzymanie trójwymiarowego kształtu metalowego mikroelementu.
- Mechanizmy destrukcyjne w warstwach cienkich.
Słabe punkty – miejsca, w których może nastąpić przerwanie połączenia elektrycznego pod wpływem koncentracji mocy (również temperatury).
Efekt Kirkendalla – zjawisko występujące między cienkimi warstwami metalicznymi, w sytuacji gdy jeden z materiałów charakteryzuje się wyższą szybkością dyfuzji, niż drugi. W materiale o wyższej szybkości dyfuzji powstają luki/puste przestrzenie (ang. voids).
Naprężenia – np. wynikające z niedopasowania sieciowego dwóch lub więcej warstw. Naprężenia mechaniczne mogą wynikać nie tylko z budowy materiału, ale także i ze sposobu użytkowania go (wyginanie płytki).
Przebicie dielektryka – następuje ono, gdy pole elektryczne w dielektryku przekroczy wartość zwaną odpornością na przebicie. Droga przebicia (kanał przewodzący prąd elektryczny) ma bardzo małą rezystancję, co oznacza utratę przez dielektryk właściwości elektroizolacyjnych.
- Metody nanoszenia warstw cienkich. Ocena możliwość kontroli parametrów technologicznych w poszczególnych metodach.
Osadzanie fizyczne z fazy gazowej PVD (Physical Vapor Deposition) - materiał osadzany jest ze źródła (ciała stałego) na podłoże za pomocą energii dostarczonej przez: przepływ prądu, grzanie oporowe, odparowanie laserem, bombardowanie wiązką elektronów lub jonów. Materiał może zmieniać swoją postać, może to być proces reaktywny lub niereaktywny.
Osadzanie chemiczne z fazy gazowej CVD (Chemical Vapor Deposition) - materiał osadzany powstaje na podłożu w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w reaktorze. Warunki przebiegu reakcji definiują technikę CVD.
Epitaksja - proces wzrostu warstw monokrystalicznych na podłożu monokrystalicznym. Epitaksję często opisuje się jako zorientowany krystalograficzny wzrost warstwy monokrystalicznej, zachodzący na powierzchni zorientowanego krystalograficznie monokryształu podłożowego.
Ocena możliwości do kontroli parametrów technologicznych i właściwości fizycznych wytwarzanych warstw:
ocena wizualna,
metody optyczne (pomiar przepuszczalności optycznej, elipsometria, interferencja),
pomiar grubości warstwy z wykorzystaniem rezonatora kwarcowego QCM, profilometru lub mikroskopu,
pomiar przewodności elektrycznej warstwy, metody rentgenograficzne.
- Mikromechaniczna obróbka wykorzystująca procesy jonowe; proces typu BOSCH, proces typu DRIE, konstrukcje, aplikacje mikrosystemowe z uwzględnieniem mikromaszyn i optyki zintegrowanej.
Proces BOSCH– jest plazmowym procesem głębokiego trawienia krzemu.
Wykorzystuje on dwa mechanizmy:
-Chemiczny – polegający na izotropowej reakcji jonów z materiałem podłoża,
-Mechaniczny – polegający na rozpylaniu podłoża jonami przyśpieszonymi w polu elektrycznym plazmy.
Charakteryzuje się on też wysoką selektywnością, brakiem utraty wymiaru krytycznego, nie występuje też w nim podcinanie maski.
Proces Boscha jest złożeniem powtarzanych kilku-, kilkunasto-sekundowych kroków trawienia i pasywacji (osadzania), w wyniku czego wzór z fotorezystowej lub tlenkowej maski jest przenoszony na podłoże krzemowe.
DRIE (Deep Reactive Ion Etching) – to inna nazwa procesu i urządzeń, wykorzystujących opatentowany proces Boscha, proces głębokiego trawienia krzemu z wykorzystaniem naprzemiennych cykli trawienia i pasywacji.
Stosując je osiągamy wysoką anizotropię i dużą szybkość trawienia, dzięki czemu uzyskujemy głębokie wzory o prawie pionowych ścianach i dużej rozdzielczości.
Zastosowania:
- w obwodach pamięci DRAM rowki kondensatorów mogą mieć głębokość 10–20 µm,
- w technice MEMS DRIE jest używany do formowania przestrzennych struktur o wysokości od kilku mikrometrów do 0,5 mm,
- W elastycznej elektronice DRIE jest używany do uelastycznienia tradycyjnych monolitycznych urządzeń CMOS poprzez zmniejszenie grubości podłoży krzemowych do kilku do kilkudziesięciu mikrometrów.
- Wytwarzanie światłowodów paskowych i mikrosoczewek.
- Najczęściej stosowane rodzaje ekranów wizyjnych i ich właściwości. Jakie znaczenie praktyczne ma wydajność świetlna (pokazać na charakterystykach)?
Najczęściej stosowane rodzaje ekranów wizyjnych:
Ekrany CRT (Cathode Ray Tube):
- Właściwości: Wykorzystują strumień elektronów do pobudzania luminoforów na ekranie. Oferują dobre odwzorowanie kolorów i kąty widzenia, ale są duże, ciężkie i zużywają dużo energii.
- Wydajność świetlna: Wysoka, ale zależna od luminoforu i napięcia sterującego.
Ekrany LCD (Liquid Crystal Display):
- Właściwości: Składają się z ciekłych kryształów sterowanych napięciem, które modulują światło z podświetlenia. Są cienkie, lekkie i energooszczędne, ale mają ograniczone kąty widzenia i kontrast.
- Wydajność świetlna: Średnia, zależna od rodzaju podświetlenia (CCFL lub LED).
Ekrany OLED (Organic Light Emitting Diode):
- Właściwości: Emitują światło samodzielnie bez potrzeby podświetlenia. Zapewniają doskonały kontrast, głęboką czerń i szerokie kąty widzenia.
- Wydajność świetlna: Bardzo wysoka, ponieważ każdy piksel emituje światło niezależnie.
Wydajność świetlna (ang. luminous efficacy) oznacza ilość światła emitowanego przez ekran w stosunku do zużywnej energii.
Wydajność świetlna jest ważna, ponieważ wyższa wydajność oznacza jaśniejsze ekrany przy mniejszym zużyciu energii, co jest kluczowe dla urządzeń przenośnych i ma znaczenie ekologiczne.
- Optoelektronika: definicja, dziedziny optoelektroniki, podstawowe właściwości optoelektroniki.
Optoelektronika jest działem elektroniki zajmującym się oddziaływaniem energii promieniowania i energii elektrycznej oraz wykorzystaniem tego oddziaływania w systemach informacyjno–elektronicznych.
Optoelektronika zajmuje się: badaniem i wykorzystywaniem zjawisk rozchodzenia się promieniowania optycznego, jego oddziaływaniem i obróbką, a także badaniem i wykorzystywaniem zjawisk emisji oraz detekcji promieniowania optycznego do budowy układów optoelektronicznych – czyli takich, które pracują z dwoma rodzajami sygnałów: optycznym i/lub elektrycznym, a także z akustycznym czy magnetycznym.
Dziedziny optoelektroniki:
światłowodowa a w tym dziedziny techniki światłowodowej, optotelekomunikacyjna
obrazowa (wyświetlacze, grafika komputerowa)
fotowoltaiczna
laserowa (lasery: półprzewodnikowe i dielektryczne dla OZ, TŚ i optotel., lasery do zastosowań medycznych i przemysłowych
oświetleniowa
Podstawowe właściwości optoelektroniki:
możliwość wytworzenia emiterów i detektorów;
wysoka pojemność informatyczna kanału;
mała tłumienność;
duża dobroć układu,
duża obciążalność
taniość i dostępność surowca (światłowody)
izolacja kanałów komunikacyjnych – fotony są nośnikami informacji;
- Parametry światłowodów – klasyfikacja i przykłady.
Parametry Optyczne:
- Tłumienie (Straty mocy optycznej na wyjściu światłowodu, w porównaniu z mocą optyczną wprowadzaną do światłowodu, wynikająca z niedoskonałości falowodu
- Dyspersja (Dowolne zjawisko, w którym prędkość rozchodzenia się fali EM zależy od jej częstotliwości.
W telekomunikacji dyspersja polega na degradacji sygnału niesionego przez falę EM rozchodzącą się w danym ośrodku - Długość fali odcięcia (Najmniejsza długość fali, przy której w światłowodzie rozchodzi się tylko jeden mod),
- Apertura numeryczna (Definiowana jako sinus kąta stożka akceptacji, czyli maksymalny kąt w stosunku do osi symetrii rdzenia, dla którego światło wprowadzone do światłowodu nie będzie z niego wyciekać
Parametry geometryczne:
-wymiary poprzeczne (Średnica rdzenia i płaszcza), z uwzględnieniem grubości pokrycia, będącego powłoką ochronną.)
- Geometria (planarne – złożone z trzech warstw, z których środkowa ma większy współczynnik załamania, niż warstwy zewnętrzne;
paskowe – powstaje, kiedy propagacja wiązki w warstwie zostaje ograniczona w dwóch kierunkach;
włókniste – o przekroju kołowym, rdzeń otoczony przez płaszcz z materiału dielektrycznego o mniejszym współczynniku załamania).
Parametry mechaniczne:
- wytrzymałość na zerwanie
- promień gięcia
