Zagadnienia specjalnościowe od 11 do 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.
Oto uproszczona wersja tekstu:
Podział ze względu na strukturę:
- Włókniste: kształt walca
- Planarne: kształt prostopadłościanu
Liczba modów światłowodu:
- Jednomodowy: rdzeń 10 μm, płaszcz 125 μm
- Wielomodowy: rdzeń 50 lub 62,5 μm, płaszcz 125 μm
- Skokowe
- Gradientowe: zmienny współczynnik załamania w płaszczu; rdzeń ma największy współczynnik załamania
Światłowody specjalne dla czujników optycznych:
- Światłowody podtrzymujące polaryzację: zachowują polaryzację światła
- Światłowody polaryzujące: prowadzą światło o jednej polaryzacji, działają jak polaryzator liniowy
- Światłowody ze specjalnym płaszczem lub pokryciem: aktywnie reagują z otoczeniem
- Światłowody domieszkowane: np. używane we wzmacniaczach optycznych
- Światłowody z odkrytym rdzeniem: brak płaszcza, wrażliwe na warunki otoczenia
- Klasyfikacja źródeł promieniowania, właściwości, podstawowe parametry.
Oto skrócona i uproszczona wersja tekstu:
Parametry źródeł światła:
- Temperatura barwowa: Miara barwy światła, odpowiadająca temperaturze ciała doskonale czarnego, wyrażana w kelwinach (K).
- Strumień świetlny (Φ): Całkowita moc promieniowania świetlnego, oceniana według wrażenia wzrokowego, wyrażana w lumenach (lm).
- Światłość (I): Gęstość promieniowania w określonym kierunku, wyrażana w kandela (cd) lub lumenach na steradian (lm/sr).
- Luminancja (L): Stosunek światłości źródła do powierzchni rzutu ciała świecącego na płaszczyznę, charakteryzująca wrażenia wzrokowe, wyrażana w nitach (cd/m²).
- Natężenie oświetlenia (E): Strumień świetlny padający na powierzchnię prostopadle, wyrażany w luksach (lx) lub lumenach na metr kwadratowy (lm/m²).
- Wydajność świetlna: Stosunek strumienia świetlnego do mocy elektrycznej, wyrażany w lumenach na wat (lm/W).
- Barwa światła: Opisuje kolor światła.
- Napięcie i moc znamionowa: Określają wymagania zasilania źródła światła.
- Wskaźnik oddania barw (CRI): Ocena zdolności źródła światła do wiernego oddawania kolorów. Wyższy CRI oznacza lepsze odwzorowanie barw.
- Trwałość użyteczna: Okres, w którym źródło światła zachowuje swoje właściwości.
- LIGA: procesy i procedury, wykorzystanie w mikroinżynierii, w technice mikrosystemów i w mikrooptyce.
Oto skrócona i uproszczona wersja opisu procesu LIGA:
Proces LIGA (Litografia, Galwanizacja, Formowanie):
LIGA to metoda wytwarzania mikrostruktur za pomocą rentgenolitografii. Umożliwia tworzenie precyzyjnych mikrostruktur o wysokim współczynniku kształtu, które można odtwarzać w metalach, takich jak złoto, nikiel, stopy niklowo-żelazowe i miedź.
Zastosowania: miniaturowe metalowe elementy, takie jak kołka zębate, walce i mikroigły.
Etapy procesu:
1. Nałożenie materiału formy (PMMA) na metalowe podłoże.
2. Nałożenie maski litograficznej.
3. Naświetlanie formy promieniowaniem rentgenowskim.
4. Galwanizacja: nałożenie metalu (np. niklu) na podłoże za pomocą formy PMMA.
5. Usunięcie formy i uzyskanie trójwymiarowego kształtu metalowego mikroelementu.
- Mechanizmy destrukcyjne w warstwach cienkich.
Oto skrócona i uproszczona wersja tekstu:
Słabe punkty:
Miejsca, gdzie może dojść do przerwania połączenia elektrycznego z powodu koncentracji mocy lub temperatury.
Efekt Kirkendalla:
Zjawisko występujące między cienkimi warstwami metali, gdy jeden z materiałów ma wyższą szybkość dyfuzji niż drugi. W materiale o wyższej dyfuzji tworzą się luki (ang. voids).
Naprężenia:
Wynikają z niedopasowania warstw lub z używania materiału (np. wyginania płytki). Mogą być mechaniczne i związane z budową materiału.
Przebicie dielektryka:
Dzieje się, gdy pole elektryczne w dielektryku przekroczy wartość odporności na przebicie. Powstaje kanał przewodzący prąd, co prowadzi do utraty właściwości izolacyjnych dielektryka.
- Metody nanoszenia warstw cienkich. Ocena możliwość kontroli parametrów technologicznych w poszczególnych metodach.
Oto uproszczona wersja tekstu:
Osadzanie fizyczne z fazy gazowej (PVD):
Materiał osadzany jest na podłożu z ciała stałego przy użyciu energii, np. przepływu prądu, grzania oporowego, odparowania laserem lub bombardowania wiązką elektronów/ionów. Proces może być reaktywny lub niereaktywny.
Osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD):
Materiał osadzany na podłożu powstaje w wyniku reakcji chemicznych w reaktorze. Technika CVD zależy od warunków reakcji.
Epitaksja:
Proces wzrostu monokrystalicznych warstw na monokrystalicznym podłożu. Obejmuje zorientowany krystalograficznie wzrost warstwy na powierzchni podłoża o podobnej orientacji.
Ocena parametrów technologicznych i właściwości warstw:
- Ocena wizualna
- Metody optyczne: pomiar przepuszczalności optycznej, elipsometria, interferencja
- Pomiar grubości warstwy: rezonator kwarcowy (QCM), profilometr, mikroskop
- Pomiar przewodności elektrycznej
- Metody rentgenograficzne
- Mikromechaniczna obróbka wykorzystująca procesy jonowe; proces typu BOSCH, proces typu DRIE, konstrukcje, aplikacje mikrosystemowe z uwzględnieniem mikromaszyn i optyki zintegrowanej.
Oto skrócona i uproszczona wersja opisu procesu BOSCH i DRIE:
Proces BOSCH:
Proces BOSCH to plazmowe trawienie krzemu, które wykorzystuje dwa mechanizmy:
- Chemiczny: Izotropowa reakcja jonów z materiałem podłoża.
- Mechaniczny: Rozpylanie podłoża przez przyspieszone jony w polu elektrycznym plazmy.
Charakterystyka:
- Wysoka selektywność
- Brak utraty wymiaru krytycznego
- Brak podcinania maski
- Składa się z cykli trawienia i pasywacji (osadzania), przenoszących wzór z maski na podłoże krzemowe.
DRIE (Deep Reactive Ion Etching):
DRIE to metoda głębokiego trawienia krzemu, stosująca cykle trawienia i pasywacji, bazująca na opatentowanym procesie BOSCH. Umożliwia uzyskanie głębokich wzorów z prawie pionowymi ścianami i dużą rozdzielczością.
Zastosowania:
- Obwody pamięci DRAM: rowki kondensatorów o głębokości 10–20 µm
- Technika MEMS: tworzenie struktur o wysokości od kilku mikrometrów do 0,5 mm
- Elastyczna elektronika: zmniejszanie grubości podłoży krzemowych do kilku-kilkudziesięciu mikrometrów
- Światłowody paskowe i mikrosoczewek
- Najczęściej stosowane rodzaje ekranów wizyjnych i ich właściwości. Jakie znaczenie praktyczne ma wydajność świetlna (pokazać na charakterystykach)?
Oto skrócona i uproszczona wersja opisu różnych rodzajów ekranów wizyjnych:
Ekrany CRT (Cathode Ray Tube):
- Właściwości: Używają strumienia elektronów do pobudzania luminoforów na ekranie. Oferują dobre odwzorowanie kolorów i szerokie kąty widzenia, ale są duże, ciężkie i energochłonne.
- Wydajność świetlna: Wysoka, ale zależna od luminoforu i napięcia sterującego.
Ekrany LCD (Liquid Crystal Display):
- Właściwości: Ciekłe kryształy modulują światło z podświetlenia. Ekrany 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:
Oznacza ilość światła emitowanego przez ekran w stosunku do zużywanej energii. Wyższa wydajność świetlna oznacza jaśniejsze ekrany przy mniejszym zużyciu energii, co jest kluczowe dla urządzeń przenośnych i ma znaczenie ekologiczne.
- Optoelektronika: definicja, dziedziny optoelektroniki, podstawowe właściwości optoelektroniki.
Oto skrócona i uproszczona wersja opisu optoelektroniki:
Optoelektronika:
Optoelektronika to dział elektroniki zajmujący się interakcją między energią promieniowania a energią elektryczną oraz wykorzystaniem tych interakcji w systemach informacyjno-elektronicznych. Dotyczy badań i zastosowań związanych z promieniowaniem optycznym, jego emisją, detekcją oraz obróbką.
Dziedziny optoelektroniki:
- Światłowodowa: technika światłowodowa, optotelekomunikacja
- Obrazowa: wyświetlacze, grafika komputerowa
- Fotowoltaiczna: przetwarzanie światła na energię elektryczną
- Laserowa: lasery półprzewodnikowe, dielektryczne, medyczne i przemysłowe
- Oświetleniowa: źródła światła i systemy oświetleniowe
Podstawowe właściwości:
- Wytwarzanie emiterów i detektorów
- Wysoka pojemność informacyjna kanału
- Niska tłumienność
- Duża dobroć układu
- Wysoka obciążalność
- Niedrogość i dostępność surowca (np. światłowody)
- Izolacja kanałów komunikacyjnych (fotony jako nośniki informacji)
- Parametry światłowodów – klasyfikacja i przykłady.
Oto uproszczona wersja opisu parametrów optycznych i geometrycznych światłowodów:
Parametry Optyczne:
- Tłumienie: Straty mocy optycznej w światłowodzie, porównując moc na wejściu i wyjściu, wynikające z niedoskonałości falowodu.
- Dyspersja: Zjawisko, w którym prędkość fali elektromagnetycznej zależy od jej częstotliwości. W telekomunikacji dyspersja prowadzi do degradacji sygnału.
- Długość fali odcięcia: Najmniejsza długość fali, przy której w światłowodzie propaguje się tylko jeden mod.
- Apertura numeryczna: Sinus kąta stożka akceptacji, maksymalny kąt względem osi rdzenia, przy którym światło nie ucieka ze światłowodu.
Parametry Geometryczne:
- Wymiary poprzeczne: Średnica rdzenia i płaszcza, z uwzględnieniem grubości pokrycia ochronnego.
-
Geometria:
- Planarne: Trzy warstwy, środkowa z wyższym współczynnikiem załamania niż warstwy zewnętrzne.
- Paskowe: Propagacja wiązki ograniczona w dwóch kierunkach.
- Włókniste: Przekrój kołowy, rdzeń otoczony płaszczem dielektrycznym o mniejszym współczynniku załamania.
Parametry Mechaniczne:
- Wytrzymałość na zerwanie: Odporność materiału na rozerwanie.
- Promień gięcia: Minimalny promień, przy którym światłowód może być zgięty bez uszkodzenia.
