Osoba odpowiedzialna za przedmiot: prof. dr hab. inż. Michał Malinowski

Streszczenie

Wykład dotyczy całokształtu zjawisk fizycznych leżących u podstaw działania urządzeń optoelektronicznych związanych z wytwarzaniem (generacją), propagacją, przetwarzaniem i detekcją promieniowania elektromagnetycznego z zakresu optycznego. Omawiane zjawiska ilustrowane są konkretnymi zastosowaniami i rozwiązaniami technicznymi.

Wykład ma charakter podstawowy, stanowi również wstęp do przedmiotów z obszaru optoelektroniki laserowej, techniki światłowodowej, przetwarzania obrazu i układów optoelektronicznych rozwijanych w ramach specjalności.

Jednym z zasadniczych celów jest zwrócenie uwagi na właściwości i specyfikę światła jako nośnika informacji (szczególnie dla potrzeb telekomunikacji i techniki cyfrowej) oraz na aplikacje wynikające z oddziaływania promieniowania z materii.


Treść wykładu

Wstęp; relacje pomiędzy optyką geometryczną, falową, elektromagnetyczną i kwantową. (2h)

Generacja i otrzymywanie promieniowania; wychodząc z założeń techniki kwantowej (kwantowanie pól we wnęce, oddziaływanie promieniowania z materią, statystyka fotonów i szumu), przedstawienie źródeł promieniowania niespójnego (ciała doskonale czarnego) i promieniowania spójnego (emisji wymuszonej). Porównanie właściwości promieniowania spójnego i niespójnego. Porównanie i omówienie zasady działania i właściwości wybranych źródeł promieniowania; źródła żarowego, luminescencyjnego, lasera półprzewodnikowego i lasera jonowego (6h).

Propagacja światła; omówienie propagacji promieniowania w wolnej przestrzeni i w strukturach ograniczonych (równania pola elektromagnetycznego, podkreślenie odmiennych warunków brzegowych dla różnych zakresów częstotliwości).Propagacja wiązki gaussowskiej powstającej w rezonatorze laserowym oraz jej transformacja w układach optycznych. Światłowody planarne i włókniste jako linie przemysłowe sygnałów optycznych i optoelektroniczne elementy czynne (wzmacniacze i generatory promieniowania). Urządzenia półprzewodnikowe w zintegrowanych układach otoelektronicznych. Parametry torów światłowodowych, zastosowania, przykłady (6h).

Przetwarzanie i modulacja; specyfikacja zakresu optycznego. Omówienie modulacji amplitudy, fazy, częstotliwości i polaryzacji promieniowania. Przedstawienie w opisie falowym i fotonowym zjawisk nieliniowych (efekt Pockelsa i Kerra, mieszanie częstotliwości i efekty wielofotonowe) i ich wykorzystania w optycznych układach telekomunikacyjnych i informatycznych. Elementy bistabilne, tranzystory optyczne, nieliniowe bramki optyczne, sprzęgacze świetlne i inne. Podstawy holografii i optyki fourierowskiej. Przedstawienie możliwości miniaturyzacji, sprawności, szybkości działania i żywotności tych urządzeń (6h).

Detekcja promieniowania oraz detekcja i przetwarzanie obrazu; zjawiska fotoelektryczne, fotowoltaiczne, fototermiczne. Podstawy fotometrii. Podstawowe parametry detektorów; pasmo, szumy, detekcyjność, czułośc spektralna. Techniki pomiarowe; korelacyjne i zliczania fotonów. Przetwarzanie obrazu. Omówienie wybranych detektorów promieniowania: fotorezystor, fotodioda, fotopowielacz. Liczniki kwantowe (scyntylacyjne) jako przykłady optoelektronicznych detektorów promieniowania podczerwonego i przenikliwego (6h).

Wykład traktuje osobno zagadnienia związane z współczesnymi aplikacjami i perspektywami rozwoju systemów optoelektronicznych w telekomunikacji i informatyce. Inna grupa zagadnień związanych z wykorzystaniem oddziaływania promieniowania z materią zostanie przedstawiona na przykładzie zastosowań laserów w procesie produkcji półprzewodnikowych układów scalonych oraz zastosowań laserów w medycynie (4h).