W l

Report
‫מבוא לאלקטרו‪-‬אופטיקה‬
‫פרק ‪ - 8‬ניחות‬
‫‪Infrared System Engineering, Richard D. Hudson‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪3‬‬
‫‪4‬‬
‫סיבות לניחות‬
‫חוק בר‪-‬למברט‬
‫הסקלה ההנדסית )‪(dB‬‬
‫ניחות באטמוספרה‬
‫‪ 4.1‬בליעה‬
‫‪ 4.2‬פיזור‬
‫‪5‬‬
‫ניחות בסיבים אופטיים‬
‫בליעה‬
‫שיעורי בית‬
‫פיזור‬
‫‪6‬‬
‫‪1‬‬
‫אופטיקה אטמוספרית‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫‪ 1‬סיבות לניחות‬
‫הקשר בין בליעה והעברה‬
‫‪It‬‬
‫נתייחס ל‪:‬‬
‫‪I0‬‬
‫= ‪T‬‬
‫‪Ia‬‬
‫‪I0‬‬
‫= ‪A‬‬
‫‪Ir‬‬
‫‪I0‬‬
‫= ‪R‬‬
‫• קרינה היוצאת מהמקור ‪,‬או‪A(l) + T(l) = 1‬‬
‫• נתעלם מהקרינה המוחזרת‬
‫)‪A(l) = 1 - T(l‬‬
‫‪ I0‬מדומה‪ .‬בהזנחת החזרה‬
‫‪2‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫בפקטרוסקופיה זיהינו את החומרים‪ .‬ניתן גם לכמת‬
‫‪ - 1‬בליעה‬
‫גורמים לניחות‪:‬‬
‫‪+Z‬‬
‫‪ - 2‬פיזור‪ :‬הסטה מהכיוון המקורי‬
‫‪3‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫גורמים לניחות‪:‬‬
‫בליעה פיזור‬
‫קרינה נפלטת‬
‫ומפוזרת‬
‫נשאר‬
‫בתווך‬
‫‪IT,L‬‬
‫‪IT,L = 80 W/ cm2‬‬
‫‪I0‬‬
‫‪c1‬‬
‫‪I0 = 100 W/cm2‬‬
‫קרינה נפלטת‬
‫ומפוזרת‬
‫לקרינה מפוזרת נפלטת כיוון אקראי השונה מהכיוון של הקרינה הפוגעת‬
‫‪4‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫חוק בר‪-‬למברט‬
‫‪2‬‬
‫תלות הניחות בדרך‬
‫‪IT,L‬‬
‫‪I0‬‬
‫‪c1‬‬
‫‪IT,L = 80 W/ cm2‬‬
‫‪I0 = 100 W/cm2‬‬
‫‪L‬‬
‫‪IT,2L‬‬
‫? = ‪IT,2L‬‬
‫‪c1‬‬
‫‪c1‬‬
‫‪100 W/cm2‬‬
‫‪L‬‬
‫‪5‬‬
‫‪I0‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫‪L‬‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
dI =
- aLI
dL
‫ לדרך‬Beer-Lambert ‫חוק‬
dI =
- aLdL
I
L = 1 cm -‫נניח ש‬
IL = I0 e-aLL
80 = 100 e-aL1 0.8 = e-aL1
lan(0.8) = -aL = - 0.2231 cm-1
x = 100
‫(שכנר‬c)
e-aL2
‫עבירות‬
= 100 e-(0.2231)2 = 64
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
6
‫תלות הבליעה בריכוז‬
‫‪IT,c‬‬
‫‪IT,c = 80 W/ cm2‬‬
‫‪I0‬‬
‫‪c1‬‬
‫‪W/cm2‬‬
‫‪I0 = 100‬‬
‫‪L‬‬
‫‪IT,2c‬‬
‫‪c2 = 2 c1‬‬
‫? = ‪IT,2c‬‬
‫‪I0‬‬
‫‪100 W/cm2‬‬
‫‪L‬‬
‫‪7‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
Beer-Lambert ‫חוק לריכוז‬
dI =
a
I
c
dc
dI
= - acdc
I
Ic = I0 e-acc
c1 = 1 g/cm3 -‫נניח ש‬
80 = 100 e-acc 0.8 = e-ac1
lan(0.8) = -ac1 = - 0.2231 cm3/g
‫(שכנר‬c)
‫עבירות‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
8
‫תרגיל‪ :‬בספקטרומטר‪ ,‬עבור אורך גל שבו‬
‫חומר מסוים בולע‪ ,‬מודדים‪:‬‬
‫מטרת‬
‫המדידה‬
‫‪ ,c‬ריכוז בתא‬
‫המדידה‬
‫]‪[g/liter‬‬
‫אות‬
‫[‪]V‬‬
‫כיול‬
‫המערכת‬
‫‪0‬‬
‫‪6‬‬
‫מדידת ‪ac‬‬
‫‪1‬‬
‫‪5‬‬
‫מדידת ריכוז‬
‫הנעלם‬
‫‪x‬‬
‫‪4‬‬
‫‪9‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫‪Ic = I0 e-acc‬‬
‫המשך לתרגיל‬
‫מתוך השורה הראשונה של הטבלה מקבלים את ‪I0‬‬
‫‪6V = I0 e-ac0‬‬
‫‪6V = I0‬‬
‫מתוך השורה השניה של הטבלה מקבלים את ‪-ac‬‬
‫‪-a‬‬
‫‪e c‬‬
‫‪-a‬‬
‫‪1‬‬
‫‪c‬‬
‫‪e‬‬
‫= ‪5/6‬‬
‫‪5V = 6‬‬
‫‪ln (0.833) = -0.1823 = -ac‬‬
‫‪ac = 0.1823 liter/g‬‬
‫‪10‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫‪Ic = I0 e-acc‬‬
‫המשך לתרגיל‬
‫‪ac = 0.182 liter/g‬‬
‫‪4 = 6 e-0.182 x‬‬
‫‪x‬‬
‫‪ln(0.667) = - 0.182‬‬
‫‪x = 2.2 g/l‬‬
‫‪6V = I0‬‬
‫‪ ,c‬ריכוז בתא‬
‫המדידה‬
‫]‪[g/liter‬‬
‫אות‬
‫[‪]V‬‬
‫‪0‬‬
‫‪1‬‬
‫‪x‬‬
‫‪6‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫האם זה הגיוני ?‬
‫אות הנעלם קטן מאות הכיול‬
‫ריכוז הנעלם גבוה מהכיול‬
‫‪11‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
(dB) ‫הסקלה ההנדסית‬
T=
It
Ii
=
Attenuation =
Pout
Pin
1
T
Pin
Pout
(Attenuation)dB = 10 x log
(Attenuation) dB/Km =
‫(שכנר‬c)
‫הסקלה‬
‫ההנדסית‬
dB-‫ ה‬,‫לניחות‬
= e-aLL
=
‫עבירות‬
3
Pin
= 10 log (eaLL)
Pout
10 x log (eaLL)
L [Km]
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
! ‫יחידות‬
12
‫‪ - 4‬ניחות באטמוספרה‬
‫עמוד ‪ 115‬מ‪Hudson-‬‬
‫‪http://www.coseti.org/atmosphe.htm‬‬
‫‪ 4.1‬בליעה‬
‫‪ ‬האטמוספרה‪:‬‬
‫תערובת דינמית של של גזים‬
‫‪ ‬הרכב היחסי והצפיפות משתנים עם‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪13‬‬
‫הגובה מעל פני הים‬
‫הטמפרטורה‬
‫מזהמים‬
‫קירבה לים‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫הרכב האטמוספרה יבשה‬
Constituent
% by Volume IR
absorption
Nitrogen, N2
78.084
No
?
Oxygen, O2
20.946
No
?
Argon, Ar
0.934
No
Carbon Dioxide, CO2
0.032
Yes
Neon, Ne
1,82 x 10-3
No
Helium, He
5.24 x 10-4
No
Methane, CH4
2.0 x 10-4
Yes
IR-‫סימטריות בולעות ב‬-‫רק מולקולות א‬
‫(שכנר‬c)
‫עבירות‬
?‫מדוע אין בליעה של חנקן וחמצן‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
14
‫התפלגות האוזון לפי הגובה‬
‫‪http://www-imk.fzk.de/asf/boden/‬‬
‫שכבת‬
‫האוזון‬
‫‪15‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫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,V‬‬
‫‪1 Km‬‬
‫‪It,L>>It,V‬‬
‫התרחבות פסי בליעה‬
‫‪16‬‬
‫‪It,L‬‬
‫‪5mm‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫שלושה מושגים בלחות אטמוספרית‬
[H2O]s [g/m3] saturated air ‫ אוויר רווי‬- 1
Maximum Mass of water that a cubic meter of
air can hold. Temperature dependent
Mass of water in a
cubic meter of air
[g/m3] ‫לחות מוחלטת‬- 2
[H2O]m
R.H. = ([H2O]m/[H2O]s) x 100 [%] ‫ לחות יחסית‬- 3
‫(שכנר‬c)
‫עבירות‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
17
‫בליעה באטמוספרה‬
‫אדום‬-‫אינפרה‬
CO2-‫הריכוז של ה‬
10 ‫יורד בגורם‬
‫ ק"מ‬16 ‫כל פעם שעולים‬
CO2
Symmetrical strech: no IR absoption
Antisymmetrical strech:
O C O
O
C
O
O
C
O
l = 4.256 mm
Bending, degenerate
O
C
O
l = 14.986 mm
‫(שכנר‬c)
‫עבירות‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
18
‫בליעה באטמוספרה‬
‫‪Symmetrical strech,‬‬
‫‪l = 2.738 mm‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪O‬‬
‫‪Antisymmetrical strech‬‬
‫‪l = 2.663 mm‬‬
‫ריכוז המים יורד‬
‫בגורם עשר כל‬
‫פעם שעולים ‪5 Km‬‬
‫‪19‬‬
‫אינפרה‪-‬אדום‬
‫‪H‬‬
‫‪O‬‬
‫‪H2 O‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪O‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫‪Bending,‬‬
‫‪degenerate‬‬
‫‪l = 6.270 mm‬‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫בליעה באטמוספרה‬
‫אולטרה סגול‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫‪20‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O3‬‬
‫‪N N‬‬
‫‪N2‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫‪O O‬‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫‪O2‬‬
Wl
‫העבירות האטמוספרית וקרינת השמש‬
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_radiation
Solar Energy Renewable Energy
Course Schechner
21
‫ ק"מ מעל פני הים‬2 ‫עבירות אטמוספרית עבור טווח של‬
17 mm precipitable water
3-5 ‫חלון‬
"‫ה"חלונות‬
8-13 ‫חלון‬
V
i
s
Wavelength, mm
UV
O2
N2
O3
Infrared System Engineering, Richard D. Hudson, p.115
‫(שכנר‬c)
‫עבירות‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
22
‫שיעור בית חובה‪ :‬תרגיל ‪12‬‬
‫הכן טבלה במכילה כל פסי הבליעה של האטמוספרה‪,‬‬
‫מ‪ 0-‬עד ‪ 15‬מיקרון‪ .‬דאג לציין ‪:‬‬
‫• מולקולת הגז הבולעת‬
‫• מספר הגל‬
‫• סוג הוויברציה (?‪)stretch or bend‬‬
‫• הרמוניה‬
‫‪Harmony‬‬
‫‪Absorbing Stretch/‬‬
‫‪Molecule/ bend‬‬
‫‪atom‬‬
‫‪n‬‬
‫]‪[cm-1‬‬
‫‪Band‬‬
‫]‪l [mm‬‬
‫‪#‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪N.R.‬‬
‫השווה עם מספרי הגל של הפרק "אוסילטור הרמוני‬
‫‪23‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫ ק"מ מעל פני הים‬2 ‫עבירות אטמוספרית עבור טווח של‬
Bending,
degenerate
H
O
H
H
O
l = 6.270 mm
Symmetrical
strech,
l = 2.738 mm
‫אחראיות של‬
‫פסי הבליעה‬
H
Wavelength, mm
H
Antisymmetrical strech
O
l = 2.663 mm
H
Infrared System Engineering, Richard D. Hudson, p.115
‫(שכנר‬c)
‫עבירות‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
24
‫ ק"מ מעל פני הים‬2 ‫עבירות אטמוספרית עבור טווח של‬
Antisymmetrical strech:
O
C
O
l = 4.256 mm
Bending, degenerate
O
C
O
l = 14.986 mm
Wavelength, mm
Infrared System Engineering, Richard D. Hudson, p.115
‫(שכנר‬c)
‫עבירות‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
25
‫‪ 4.2‬פיזור‬
‫פיזורים באטמוספרה ‪Rayleigh -‬‬
‫חלקיק מפזר‬
‫אלומת פוטונים‬
‫בעל פולריזביליות ‪a‬‬
‫‪‬‬
‫‪R‬‬
‫‪I0‬‬
‫בעלי אורך גל ‪l‬‬
‫‪d/10 ~l‬‬
‫)‪‬‬
‫‪2‬‬
‫מקור‬
‫קרינה‬
‫‪d<l‬‬
‫‪(1  cos‬‬
‫‪2‬‬
‫‪Na‬‬
‫‪2‬‬
‫‪4‬‬
‫‪lR‬‬
‫‪4‬‬
‫‪I  I0 8‬‬
‫הפוטונים הכחולים מפוזרים יותר מהאדומים‬
‫‪I‬‬
‫‪26‬‬
‫הספק הפיזור בכיוון האלומה הוא‬
‫פי שתיים מההספק בניצב‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫פיזורים באטמוספרה ‪Rayleigh -‬‬
‫‪d<l‬‬
‫הפוטונים הכחולים מפוזרים יותר מהאדומים‬
‫שמש‬
‫‪http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/atmos/blusky.html#c4‬‬
‫‪27‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫פיזור אטמוספרי של ‪Mie‬‬
‫‪d>l‬‬
‫לא תלוי ב‪l-‬‬
‫עננים‪ ,‬ערפל‬
‫‪28‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫חלב‬
‫עבירות‬
‫שלג‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫השוואה בין פיזורי ‪ Rayleigh‬לבין פיזורי ‪Mie‬‬
‫שמש‬
‫‪29‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫ניחות בסיבים אופטיים‬
‫‪5‬‬
‫גורמים לניחות פנימית בסיבים אופטיים‬
‫‪( O – Si‬הרמוניה)‬
‫‪ - 1‬וויברציה של הקשר‬
‫‪l = (9.0/3) mm‬‬
‫‪ - 2‬וויברציה של הקשר ‪( OH‬הרמוניה)‬
‫‪l = (2.738/2) mm‬‬
‫‪ – 3‬פיזור ‪Rayleigh‬‬
‫‪30‬‬
‫שינויים קטנים‬
‫בצפיפות של הזכוכית‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫ניחות טיפוסית של סיב אופטי (סיליקה)‬
‫‪Wilson p. 396‬‬
‫‪- 2‬וויברציה של הקשר ‪OH‬‬
‫‪ - 1‬וויברציה‬
‫של הקשר‬
‫‪O – Si‬‬
‫‪l = (2.738/2) mm‬‬
‫‪lfundamental/3 = 3 mm‬‬
‫‪ – 3‬פיזור‬
‫‪Rayleigh‬‬
‫‪I‬‬
‫‪III‬‬
‫‪1530-1620 nm‬‬
‫‪31‬‬
‫‪II‬‬
‫– ‪1200‬‬
‫‪1320 nm‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫– ‪820‬‬
‫‪880 nm‬‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫משותף לעבירות בסיב ובאטמוספרה‬
‫בליעה של הקשר‬
‫‪O-H‬‬
‫‪Strech‬‬
‫‪l = 2.738 mm‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪3640‬‬
‫‪3610‬‬
‫בסיב‪ ,‬מוסתרת ע"י ההרמוניה השניה‬
‫של הקשר ‪Si-O‬‬
‫ההרמוניה הראשונה‬
‫של הקשר ‪OH‬‬
‫‪32‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫‪l = 1.369 mm‬‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫פיזורי ‪Raileigh‬‬
‫תופעה אוניברסלית‪ :‬בכל תווך יש פיזורי רליי‬
‫בכל תווך‬
‫‪CR‬‬
‫]‪-1‬‬
‫‪[m‬‬
‫‪l4‬‬
‫= ‪aR‬‬
‫בסיב אופטי‬
‫]‪CR =1.895 x 10-28 [m3‬‬
‫מקדם ‪Raileigh‬‬
‫הבלתי‪-‬תלוי במקדם השבירה‬
‫‪CR = C ’R n 8‬‬
‫‪33‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫‪CR‬‬
‫]‪-1‬‬
‫‪[m‬‬
‫‪l4‬‬
‫תרגיל‬
‫= ‪aR‬‬
‫]‪CR =1.895 x 10-28 [m3‬‬
‫חשב את הניחות בגלל פיזורי ‪ Rayleigh‬באורך גל‬
‫‪l = 0.63 mm‬‬
‫והשווה עם התוצאות של הגרף המופיע ב‪-‬‬
‫‪Wilson and Hawkes‬‬
‫)‪10 x log (eaRL‬‬
‫]‪L [Km‬‬
‫‪34‬‬
‫= ‪(Attenuation)R dB/Km‬‬
‫‪4 = (0.63 x 10-6)4 = 1575 x 10-28‬‬
‫‪l‬‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫עבירות‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
aR =
aR,m=
CR
l4
‫המשך תרגיל‬
[m-1]
l4 = (0.63 x 10-6)4 = 0.1575 x 10-24
1.895 x 10-28
0.1575 x 10-24
=1.2 x 10-3 [m-1]
aR,Km= 1.2 [Km-1]
(Attenuation)R dB/Km =
eaR = e1.2 = 3.32
‫(שכנר‬c)
10 x log (eaRL)
L [Km]
= 5.2
10 log(3.32) = 5.2
‫עבירות‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
35
‫תרגיל ‪5‬‬
‫בקו תקשורת של סיב אופטי מורכב סיב מסוג כלשהו‪.‬‬
‫בדוגמה של הסיב שאורכה ‪ 1‬מטר מורכב משדר‪.‬‬
‫בקצה השני נמדדו בעזרת גלאי ‪ .5 V‬בדוגמה נוספת‬
‫של הסיב‪ ,‬שאורכה ‪ 1‬ק"מ‪ ,‬נמדד אות של ‪.4V‬‬
‫הרעש הפנימי של מערכת הגלאי (כשהוא נמדד‬
‫בוולטים) הוא ‪ . 5 mV‬בקו 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
‫‪36‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫פתרון לתרגיל ‪5‬‬
‫שלב ראשון‪ :‬מציאת ‪a‬‬
‫‪lan 0.8 = - a‬‬
‫‪a = 0.223 Km-1‬‬
‫‪e-a‬‬
‫‪IL = I0 e-aLL 4 = 5 e-a1‬‬
‫= ‪4/5‬‬
‫שלב שני‪ :‬מציאת האות בטווח המרבי‬
‫‪SLmax = 40 mV‬‬
‫‪S/N = 8‬‬
‫‪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
‫‪37‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫חשב את מספר הפוטונים העשויים להיות בתוך ‪ bit‬של 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
‫תרגיל‬
‫‪9‬‬
‫חשב את מספר הפוטונים ברגע השידור וכאשר הפולס עבר ‪.12 Km‬‬
‫‪P‬‬
‫‪t‬‬
‫שלב א'‪ :‬חישוב האנרגיה של הפולס ב‪eV-‬‬
‫‪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
‫‪38‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫המשך תרגיל ‪9‬‬
‫שלב ג'‪ :‬חישוב מספר הפוטונים בפולס התחלתי‬
‫‪nphoton,0 = Epulse/Ephoton = 1.25x107 / 0.79 = 1.58 x 107 photons‬‬
‫שלב ד'‪:‬‬
‫חישוב‬
‫‪aL‬‬
‫)‪10 x log10 (eaLL‬‬
‫]‪L [Km‬‬
‫עבור ‪1 Km‬‬
‫= ‪(Attenuation) dB/Km‬‬
‫)‪15 dB/Km = 10 x log10 (eaL‬‬
‫‪aL = 3.45 Km-1‬‬
‫)‪15/10 = log10 (eaL‬‬
‫שלב ה'‪ :‬חישוב מספר הפוטונים אחרי ‪ 12‬ק"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 ‪ 12‬ק"מ‬
‫‪39‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫אפקט החממה‬
‫אופטיקה אטמוספרית‬
‫קרינת השמש‬
‫‪T = 5900 0K‬‬
‫קרינת השמש‬
‫קרינת כדור‬
‫הארץ‬
‫‪l, mm‬‬
‫קרינת כה"א‬
‫)‪T = 300 0K (Albedo‬‬
‫‪Wl‬‬
‫‪14.99‬‬
‫‪9.66‬‬
‫‪4.25‬‬
‫‪0.5‬‬
‫פסי בליעה של ה‪CO2-‬‬
‫חלק מהחום הנצבר על פני כדור הארץ לא משודר לחלל‬
‫‪40‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫אופטיקה אטמוספרית‬
‫בעיית האוזון‬
‫‪UV light + O2 --> O + O‬‬
‫‪290-320 nanometers‬‬
‫‪2O + 2O2 --> 2O3‬‬
‫‪radicals‬‬
‫·‪CCl2F · + Cl‬‬
‫)‪CCl3F + hn(UV‬‬
‫‪ClO + O2‬‬
‫‪Cl· + O3‬‬
‫·‪ClO  Cl·+ O‬‬
‫הרדיקל ממשיך להרוס‬
‫מולקולות של אוזון‬
‫‪41‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫תופעת‬
‫‪Raman‬‬
‫אבל‪,‬‬
‫הקרינה המפוזרת לפי ‪ Rayleigh‬היא תוצאה‬
‫של התנגשות אלסטית‪ .‬לקרינה המפוזרת יש‬
‫אותו תדירות כמו לקרינה הפוגעת‪.‬‬
‫‪nIncident = nRayleigh‬‬
‫פוטון אחד מתוך ‪ 107‬נפלט עם אורך גל שונה מזה‬
‫של הפוטון הפוגע‪ .‬מתוכם‪ ,‬לפוטונים אחדים יש יותר‬
‫אנרגיה ולאחרים יש פחות אנרגיה‬
‫‪nRaman = nRayleigh ± Dn‬‬
‫‪I‬‬
‫פיזור ‪Rayleigh‬‬
‫‪DE‬‬
‫‪n, hn, cm-142‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫קווי ‪Stokes‬‬
‫פיזור ‪Rayleigh‬‬
‫קווי ‪Anti-Stokes‬‬
‫‪I‬‬
‫‪DE‬‬
‫‪DE‬‬
‫‪n, hn, cm-1‬‬
‫יש התנגשות בין הפוטון והחומר‪ .‬ב‪ 107 -‬מההתנגשויות יש‬
‫הסטה של הפוטון בלבד‪ ,‬הוא ממשיך עם אותה האנרגיה‪.‬‬
‫ב‪ 1-‬מתוך ‪ 10‬מיליון התנגשויות‪ ,‬הפוטון והחלקיק‬
‫מעבירים אנרגיה‪DE ,‬‬
‫‪ DE‬תלוי בחומר המפזר‪ DE .‬שווה בשני הכיוונים‬
‫היחס הוא פונקציה של‬
‫הטמפרטורה לפי בולצמן‬
‫‪43‬‬
‫)‪= a exp(  ΔE/kT‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫‪I Stokes‬‬
‫‪I A nti  Stokes‬‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫ההסבר‬
‫במקורות מציינים שבעקבות ההתנגשות‬
‫התיאורתי‬
‫האלקטרון עולה לרמה "ווירטואלית"‬
‫לדעתי אין צורך בהגדרות חדשות‪.‬‬
‫משוואת ‪ Schrödinger‬מתיר 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
‫‪44‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
Ev>> i
≈
Ev= i + 1
Ev=i
Ev=i - 1
Raileigh
Stokes
Anti-stokes
time
‫(שכנר‬c)
‫עבירות‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
45
‫תיאור המערכת‬
‫קרן לייזר‬
‫‪l1‬‬
‫דוגמה‬
‫‪l1 = lRayleigh‬‬
‫‪lRaman‬‬
‫מסנן לסלק ‪l1‬‬
‫מכלולל נפיצה – ‪dispersive‬‬
‫‪46‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫‪ - 1‬התופעה חלשה מאוד ביחס לפיזורי ריילאי‬
‫חייבים במקור קרינה חזק מאוד‬
‫‪ – 2‬חייבים להשתמש במקור אור עם ‪ Dl‬מאוד 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 ב‪Raman -‬‬
‫‪47‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫החזרה‪ ,‬בליעה ומקדם שבירה של מים ב‪IR-‬‬
‫מתוך‬
‫‪Wolfe and Zissis, The Infra-Red Handbook, pp. 3‬‬‫‪105‬‬
‫לאיזה אורך הגל יש‬
‫מהירות מרבית בתחום ?‬
‫איזה עבירות יש לקרינה‬
‫בעלת אורך הגל האיטי ביותר?‬
‫‪48‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫מדידות‬
‫מחושב לפי החזרי פרנל‬
‫למים פסי בליעה‬
‫‪49‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬
‫)‪n(l‬‬
‫‪http://www.coseti.org/atmosphe.htm‬‬
‫איזה מולקולה בולעת?‬
‫סוג התנודה?‬
‫מולקולה ?‬
‫התנודה?‬
‫‪50‬‬
‫מבוא לאלקטרואופטיקה‬
‫עבירות‬
‫)‪(c‬שכנר‬

similar documents