Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronice

Transcriere

1 Curs 08/09

2 C/L Optoelectronică OPTO Minim 7 prezente curs + laborator Curs - conf. Radu Damian an IV μe Vineri 8-, P5 E 70% din nota 0% test la curs, saptamana 4-5? probleme + (? subiect teorie) + (p prez. curs) toate materialele permise Laborator sl. Daniel Matasaru an IV μe Marti 4-6 Joi 8- par/impar L 30% din nota (+Caiet de laborator)

3 Curs Vineri 8-, P5 C 3C 4*/ C

4 Sinapse inginerești

5 Irinel Casian-Botez, "Structuri Optoelectronice", Ed. "CANOVA", Iasi 00, ISBN Behzad Razavi Design of Integrated Circuits for Optical Communications, Mc Graw Hill IBM - Understanding Optical Communications: on-line Radu Damian, I Casian, D Matăsaru - Comunicatii Optice, Indrumar de laborator, 005

6

7

8 Personalizat

9 subiecte individuale

10 db = 0 log 0 (P / P ) dbm = 0 log 0 (P / mw) 0 db = + 0. db =.03 (+.3%) + 3 db = + 5 db = db = 0-3 db = db = db = db = dbm = mw 3 dbm = mw 5 dbm = 3 mw 0 dbm = 0 mw 0 dbm = 00 mw -3 dbm = 0.5 mw -0 dbm = 00 W -30 dbm = W -60 dbm = nw [dbm] + [db] = [dbm] [dbm/hz] + [db] = [dbm/hz] [x] + [db] = [x]

11 Pierderi Pierderi Pierderi P out P in out db 0log 0 Pin db P dbm P dbm out P in Atenuare db/km Pierderi[dB] lungime[km ]

12

13 Capitolul

14 Comunicatii Infrarosu (InGaAsP) Vizibil Spectru vizibil (GaAlAs) Iluminare Putere ridicata, lumina alba (GaInN)

15

16 Frecvenţă Lungime de undă.6 (vid) Longhaul Telecom Regional Telecom Local Area Networks Infrarosu Apropiat nm. 30 nm UV THz µm 850 nm Laseri HeNe 633 nm CD Player 780 nm

17 850nm, 30nm, 550nm

18 Comunicatii Infrarosu (InGaAsP) Vizibil Spectru vizibil (GaAlAs) Iluminare Putere ridicata, lumina alba (GaInN)

19

20 Comunicatii Infrarosu (InGaAsP) Vizibil Spectru vizibil (GaAlAs) Iluminare Putere ridicata, lumina alba (GaInN)

21 (tot) Capitolul

22 Undă electromagnetică Ecuaţiile lui Maxwell λ, ε, ω, f Teoria cuantică Benzi energetice E = h ν fotoni, emisie stimulată, LASER Optică geometrică n, θ raze de lumină intuitivă Banda de conductie n 0 n Banda interzisa n Banda 0 de valenta

23 d Through the Wormhole S0E07 How Does the Universe Work

24

25 Capitolul

26 B E t H D B J D t 0 t J Ecuatii constitutive D B J E H E In vid H m 0 8,8540 F m c0, m s

27 X cazuri particulare in care exista rezolvare analitica semnale cu variaţie armonică în timp, transformata Fourier, spectru jt X jt X 0e j X g f t e dt j f t g e t t d

28 g f t e jt dt

29 F jt f t e dt G F gt G e j t d

30 Simplificarea ecuatiilor lui Maxwell J j E E J H H X j t X e X X t j 0 E 0 H 0 E E 0 H H Ecuaţiile Helmoltz sau ecuaţiile de propagare j γ Constanta de propagare Mediu lipsit de sarcini electrice

31 Camp electric dupa directia Oy, prin alegerea judicioasa propagare dupa directia Oz a sistemului de referinta z z y e E e E E j j Exista numai unda progresiva E + => A z j y e A E Camp armonic z t j z y e A e E Amplitudine Atenuare Propagare (variatie in timp si spatiu) Propagare Polarizare circulara

32 cazuri particulare in care exista rezolvare analitica unda incidenta reflectata unda directa inversa z z IN e E e E E z t j z z t j z y e e E e e E E z z OUT e E e E E E IN z e E z e E z e E z e E E OUT

33

34 z t j z y e e Ct z E ~, E P W z t j z y e e Ct z E z z z z e e Ct e Ct P P A 0 0 log 0 0log ] [ z z e P P A db log 0 ] [ z z e z z db A ] / [ / km db L A Atenuarea se exprima de obicei in db/km de obicei valori pozitive semnul = implicit

35 E y A e H x E j H j E y Mediu fara pierderi, σ = 0 E H y x j Impedanta intrinseca a mediului z j t z punctele de faza constanta: t z const e Viteza de faza Viteza de grup v v g dz dt dz dt d d in medii dispersive unde β = β(ω)

36 In vid c 0 f v v g c 0 T c0, f m s Periodicitate in spatiu Periodicitate in timp In mediu nedispersiv ε r c n r 0 0 r 0 Indice de refractie al mediului T c 0 r f c0 c n c f c 0 0 n f n

37 n T 0 f c0, c 0 f 8 m s n r 0 n T n f f indep. c0 c n c 0 0 n f ITU G.69 "the allowed channel frequencies are based on a 50 GHz grid with the reference frequency at 93.0 THz" SI "a source that emits monochromatic radiation of frequency Hz" n

38 n, S C l h S, S 0 n, a) b) h, n n E E 0 H H J S n n D D S B B 0

39 Câmpuri electromagnetice cu variaţie armonică în timp simplificarea ecuatiilor lui Maxwell X jt X X 0e j X g t f t e jt dt f t g In medii delimitate solutiile ecuatiilor lui Maxwell trebuie sa verifice conditiile la limita solutiile trebuie sa respecte anumite conditii suplimentare e j t d

40 Câmpul electric trebuie sa fie perpendicular pe un perete metalic sau nul Câmpul magnetic trebuie sa fie tangent la un perete metalic sau nul, h C S S n l,, h, a) b) S 0 n

41 Similar cu transformata Fourier E, E A i Modi g jt f t e dt f t g A E, Mod i i e j t d

42 cazuri particulare in care exista rezolvare analitica moduri in medii delimitate E A i Mod i A E, Mod i i EIN EOUT A E, Mod i IN i A B A N E OUT B N N B Mod i i

43 Ecuațiile lui Maxwell in coordonate cilindrice a - raza miezului U - E(r) sau H(r)

44 soluții proporționale cu funcții Bessel

45 Moduri in ghid rectangular Moduri linear polarizate in fibra Sparkle pattern

46 Viteza de faza viteza virtuala cu care circula punctul cu o anumita faza Viteza de grup viteza cu care circula informatia (energia) in medii cu dispersie normala

47 In medii dispersive β = β(ω), n = n(ω) d dn n c c n d d d d ) / ( m s d dn n c d d d d ) / ( m s d n d c d dn d n d d dn c d d D Dispersia se exprima de obicei in ps/nm/km si permite aflarea intarzierilor aparute intre "moduri" (latirea impulsurilor) pentru o anumita latime spectrala si o anumita distanta parcursa L D

48

49 SiO n gr n dn d D d d c dn gr d

50 incidenta normala reflexia in amplitudine densitatea de putere proportionala cu patratul amplitudinii câmpului interfata aer-sticla (n =, n =.5) n Z Z 0 n n n n Z Z Z Z n n n n r 4%.04 0 r n n n t

51 .5 0.;.5 r % 0. 0.; apare interferenta intre diversele unde reflectate se aduna câmpurile nu puterile max r max max 0.6 6% lamele antireflexive

52 (tot) Capitolul

53 Lumina este constituita din raze care se propaga in linie dreapta in medii omogene Sursa omnidirecționala: emite similar in toate direcțiile Densitatea de energie luminoasa descrește invers proporțional cu pătratul distantei fata de sursa (energia se împarte uniform pe suprafața întregii sfere) P P r 0

54 la suprafata de separatie dintre doua medii, (o parte din) lumina se intoarce in mediul de incidenta unghiul dintre raza incidenta si normala (φ i ) este egal cu unghiul dintre raza reflectata si normala (φ r ) Legea reflexiei i r

55 la suprafața de separație dintre doua medii, (o parte din) lumina se (poate) propaga in mediul de transmisie sub un unghi diferit de unghiul incident la trecerea in medii mai dense (optic) lumina se apropie de normala la trecerea in medii mai puțin dense (optic) lumina se depărtează de normala Legea lui Snell (a refracției) n sini n sin φ i unghi incident (in n ) φ R unghi de refracție (in n ) R

56 Apare numai când lumina se propaga dintr-un mediu mai dens optic intr-un mediu mai puțin dens La intersecția luminii cu suprafața de separație a doua medii se întâlnesc in general raze reflectate si raze refractate Pentru un unghi de incidenta numit unghi critic, raza refractata se obține in lungul suprafeței de separație Pentru orice unghi mai mare decât unghiul critic exista numai raza reflectata n n; R 90 n sin n C n arcsin n C n n n >n

57 Razele de lumina paralele sunt concentrate intr-un punct numit focar, aflat la distanta focala de planul lentilei O sursa omnidirectionala pozitionata in focar va permite obtinerea unui fascicul paralel a b f x y f

58 Capitolul

59

60

61

62 incidenta oblica reflexiile in amplitudine a campului: r s r p t s t p sin sin tan tan sin cos sin sin cos sin cos

63

64

65 r p n B n arctan n 34 B 0 tan sin n sin n cos B 56

66 transmisia totala a polarizarii p lumina reflectata este total polarizata (s) B n arctan n 34 B B 56

67

68 Laboratorul de microunde si optoelectronica