OPTYKA − INFORMATYKA STOSOWANA.

Celem ćwiczeń jest zapoznanie się z budową i zasadą działania układu optycznego odtwarzacza CD. Omawiane są podstawowe definicje, prawa oraz zjawiska optyczne (polaryzacja liniowa i kołowa, całkowite wewnętrzne odbicie, dyfrakcja, spójność światła, anizotropia optyczna ośrodków, podwójne załamanie, emisja spontaniczna i wymuszona), które były brane pod uwagę przy projektowaniu układu optycznego odtwarzacza CD. Omawiany jest także sposób śledzenia ścieżki na płycie oraz ogniskowania wiązki lasera na płycie z precyzją submikronową. Dyskutowane są ponadto podstawowe różnice między technologią CD, DVD a najnowszymi rozwiązaniami technologicznymi: HD DVD oraz Blu Ray z zastosowaniem niebieskiego lasera oraz zależność ilości zapisanej informacji na płycie o tych samych wymiarach od długości fali zastosowanego lasera (CD 780 nm, DVD 635, 650 nm, HD DVD oraz Blu Ray 405 nm).

Studenci zapoznają się także z technikami pomiarowymi podstawowych wielkości optycznych.

31. Ćwierćfalówka w układzie optycznym odtwarzacza CD.

Ćwiczenie to zapoznaje studentów z zasadą działania ćwierćfalówki (ośrodek anizotropowy optycznie) i elementu liniowo polaryzującego światło w układzie optycznym odtwarzacza CD. Studenci praktycznie uczą się uzyskiwania polaryzacji kołowej i eliptycznej przy zastosowaniu ćwierćfalówki oraz zapoznają się ze sposobem sprawdzania nieznanego stanu polaryzacji światła. Omawiany jest stan polaryzacji światła po dwukrotnym przejściu przez ćwierćfalówkę. Dyskutowany jest także potencjalny wpływ wiązki odbitej od płyty (o zmodulowanym natężeniu) na pracę lasera diodowego w układzie optycznym odtwarzacza CD.

32. Siatka dyfrakcyjna w układzie optycznym odtwarzacza CD.

Ćwiczenie to praktycznie zapoznaje studentów ze zjawiskiem dyfrakcji i interferencji światła oraz zasadą działania i rolą siatki dyfrakcyjnej w układzie optycznym odtwarzacza CD. Wyznaczane są parametry (stała siatki, liczba rys na milimetr) siatki dyfrakcyjnej stosowanej w układzie optycznym CD. Ponadto metodą optyczną wyznaczane są odległości między ścieżkami na płytach CD i DVD, co umożliwia także wyznaczenie całkowitej długości ścieżek dla obu płyt. Omawiany jest związek pomiędzy parametrami zastosowanej siatki a rozmiarami układu optycznego odtwarzacza CD. Omawiana jest rola wiązki zerowego rzędu i dwóch wiązek ugiętych pierwszego rzędu w procesie odczytu danych z płyty. Dyskutowana jest różnica pomiędzy układami trójwiązkowymi a siedmiowiązkowymi (TrueX) oferowanymi w końcu lat 90-tych.

33. Elementy techniki światłowodowej oraz laser diodowy w układzie optycznym odtwarzacza CD.

Ćwiczenie to zapoznaje z podstawowymi charakterystykami diody laserowej (prąd progowy, zależność mocy od prądu płynącego przez laser diodowy) oraz z elementami techniki światłowodowej. Dyskutowany jest wpływ zależności mocy lasera diodowego od prądu płynącego przez ten laser na proces zapisu danych w nagrywarkach oraz czas życia lasera diodowego od wartości prądu płynącego przez laser. Omawiana jest budowa oraz zasada działania światłowodów. Wyznaczana jest apertura numeryczna (rozbieżność wiązki światła wychodzącej ze światłowodu) zastosowanych światłowodów oraz wyznaczana jest tłumienność światłowodu dla długości fali zastosowanego lasera diodowego a ponadto dyskutowana jest zależność tłumienności od długości fali (tzw. okna telekomunikacyjne).

INFORMATYKA STOSOWANA.

31. Ćwierćfalówka w układzie optycznym odtwarzacza CD.

Ćwiczenie to zapoznaje studentów z zasadą działania ćwierćfalówki (ośrodek anizotropowy optycznie) i elementu liniowo polaryzującego światło w układzie optycznym odtwarzacza CD. Studenci praktycznie uczą się uzyskiwania polaryzacji kołowej i eliptycznej przy zastosowaniu ćwierćfalówki oraz zapoznają się ze sposobem sprawdzania nieznanego stanu polaryzacji światła. Omawiany jest stan polaryzacji światła po dwukrotnym przejściu przez ćwierćfalówkę. Dyskutowany jest także potencjalny wpływ wiązki odbitej od płyty (o zmodulowanym natężeniu) na pracę lasera diodowego w układzie optycznym odtwarzacza CD.

Polaryzacja światła:

• światło niespolaryzowane,

• polaryzacja liniowa, eliptyczna i kołowa.

Prawo Mallusa.

Własności optyczne ośrodków:

• ośrodki izotropowe i anizotropowe optycznie,

• podwójne załamanie,

• wiązka zwyczajna i nadzwyczajna,

• oś optyczna w ośrodkach anizotropowych.

Polaroid, polaryzator: budowa i zasada działania.

Ćwierćfalówka (retardery - optyczne elementy opóźniające, płytka ćwierćfalowa): budowa i zasada działania.

Układ optyczny odtwarzacza CD. [1. strony 256-261, 2 strony 507-510 oraz

http://www.cdrinfo.pl/cdr/artykuly/plyty/docs/plyty.php3; http://www.usbyte.com/common/dvd.htm; http://www.usbyte.com/common/compact_disk.htm; http://pl.wikipedia.org/wiki/Blu-ray

http://en.wikipedia.org/wiki/Blu-ray_Disc ]

Podstawowe wiadomości z optyki:

- przegląd fal elektromagnetycznych,

- współczynnika załamania (względny, bezwzględny),

- zasada Fermata.

Zjawiska falowe:

- prawo odbicia,

- prawo załamania,

- całkowite wewnętrzne odbicie w dielektrykach,

- dyfrakcja,

- interferencja,

- polaryzacja,

- efekt Dopplera.

Zjawiska korpuskularne: efekt fotoelektryczny zewnętrzny.

Literatura.

1. K. Booth, S. Hill, Optoelektronika, WKŁ, W-wa 2001.

2. B. Ziętek, Optoelektronika, W UMK Toruń 2004.

3. J.R.Meyer-Arendt, Wstęp do optyki, PWN W-wa 1979.

4. S.Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, tom IV, Optyka, PWN W-wa 1983.

5. F.Kaczmarek, Wstęp do fizyki laserów, PWN W-wa 1975.

6. J.Ginter, Fizyka fal, tom I, PWN W-wa 1993.

7. J.Ginter, Fizyka fal, tom II, PWN W-wa 1993.

8. J.Petykiewicz, Optyka falowa, PWN W-wa 1986.

9. T.Penkala, Optyka kryształów, PWN W-wa 1971.

10. W.Demtröder, Spektroskopia laserowa, PWN W-wa 1993.

11. F.Kaczmarek, Podstawy działania laserów, PWN W-wa 1980.

12. Ch.Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN W-wa 1960.

13. F.Kaczmarek, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki dla zaawansowanych, PWN W-wa 1984.

14. S.Pieńkowski, Fizyka doświadczalna, Tom III, Optyka, PWN W-wa 1955.

15. F.Ratajczyk, Optyka ośrodków anizotropowych, PWN W-wa 1994.

16. S. Brandt, Analiza danych. Metody statystyczne i obliczeniowe, PWN W-wa 1998.

Rys. 1. Układ optyczny odtwarzacza CD.

INFORMATYKA STOSOWANA.

32. Siatka dyfrakcyjna w układzie optycznym odtwarzacza CD.

Ćwiczenie to praktycznie zapoznaje studentów ze zjawiskiem dyfrakcji i interferencji światła oraz zasadą działania i rolą siatki dyfrakcyjnej w układzie optycznym odtwarzacza CD. Wyznaczane są parametry (stała siatki, liczba rys na milimetr) siatki dyfrakcyjnej stosowanej w układzie optycznym CD. Ponadto metodą optyczną wyznaczane są odległości między ścieżkami na płytach CD i DVD, co umożliwia także wyznaczenie całkowitej długości ścieżek dla obu płyt. Omawiany jest związek pomiędzy parametrami zastosowanej siatki a rozmiarami układu optycznego odtwarzacza CD. Omawiana jest rola wiązki zerowego rzędu i dwóch wiązek ugiętych pierwszego rzędu w procesie odczytu danych z płyty. Dyskutowana jest różnica pomiędzy układami trójwiązkowymi a siedmiowiązkowymi (TrueX) oferowanymi w końcu lat 90-tych.

Własności światła laserowego:

• spójność światła laserowego,

• monochromatyczność,

• rozbieżność (równoległość) wiązki światła laserowego,

Budowa i zasada działania lasera diodowego.

Fotopowielacz:(lampy elektronowe): [1. str.185] [7, str. 166], [10, str. 195]

• zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne,

• ruch elektronu w polu elektrycznym,

• budowa i zasad działania fotopowielacza: (fotokatoda, dynody, anoda, dzielnik napięcia, wzmocnienie a napięcie pracy fotopowielacza).

Dyfrakcja światła na pojedynczej szczelinie (na drucie).

Interferencja światła na dwóch (doświadczenie Younga), trzech, czterech (...) szczelinach.

Siatka dyfrakcyjna:

- typy siatek dyfrakcyjnych,

- stała siatki (liczba rys na 1 milimetr), równanie siatki.

Układ optyczny odtwarzacza CD. [1. strony 256-261, 2 strony 507-510 oraz

http://www.cdrinfo.pl/cdr/artykuly/plyty/docs/plyty.php3; http://www.usbyte.com/common/dvd.htm; http://www.usbyte.com/common/compact_disk.htm; http://pl.wikipedia.org/wiki/Blu-ray

http://en.wikipedia.org/wiki/Blu-ray_Disc ]

Podstawowe wiadomości z optyki:

- przegląd fal elektromagnetycznych,

- współczynnika załamania (względny, bezwzględny),

- zasada Fermata.

Zjawiska falowe:

- prawo odbicia,

- prawo załamania,

- całkowite wewnętrzne odbicie w dielektrykach,

- dyfrakcja,

- interferencja,

- polaryzacja,

- efekt Dopplera.

Zjawiska korpuskularne: efekt fotoelektryczny zewnętrzny.

Literatura.

1. K. Booth, S. Hill, Optoelektronika, WKŁ, W-wa 2001.

2. B. Ziętek, Optoelektronika, W UMK Toruń 2004.

3. S.Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, tom IV, Optyka.

4. J.R.Meyer-Arendt, Wstęp do optyki, PWN W-wa 1979.

5. J.Ginter, Fizyka fal, tom I, PWN W-wa 1993.

6. F.Kaczmarek, Wstęp do fizyki laserów, PWN W-wa 1975.

7. J.Ginter, Fizyka fal, tom II, PWN W-wa 1993.

8. J.Petykiewicz, Optyka falowa, PWN W-wa 1986.

9. T.Penkala, Optyka kryształów, PWN W-wa 1971.

10. W.Demtröder, Spektroskopia laserowa, PWN W-wa 1993.

11. F.Kaczmarek, Podstawy działania laserów, PWN W-wa 1980.

12. Ch.Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN W-wa 1960.

13. F.Kaczmarek, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki dla zaawansowanych, PWN W-wa 1984.

14. S.Pieńkowski, Fizyka doświadczalna, Tom III, Optyka, PWN W-wa 1955.

15. F.Ratajczyk, Optyka ośrodków anizotropowych, PWN W-wa 1994.

16. S. Brandt, Analiza danych. Metody statystyczne i obliczeniowe, PWN W-wa 1998.

Rys. 1. Układ optyczny odtwarzacza CD.

INFORMATYKA STOSOWANA.

33. Elementy techniki światłowodowej oraz laser diodowy w układzie optycznym odtwarzacza CD.

Ćwiczenie to zapoznaje z podstawowymi charakterystykami diody laserowej (prąd progowy, zależność mocy od prądu płynącego przez laser diodowy) oraz z elementami techniki światłowodowej. Dyskutowany jest wpływ zależności mocy lasera diodowego od prądu płynącego przez ten laser na proces zapisu danych w nagrywarkach oraz czas życia lasera diodowego od wartości prądu płynącego przez laser. Omawiana jest budowa oraz zasada działania światłowodów. Wyznaczana jest apertura numeryczna (rozbieżność wiązki światła wychodzącej ze światłowodu) zastosowanych światłowodów oraz wyznaczana jest tłumienność światłowodu dla długości fali zastosowanego lasera diodowego a ponadto dyskutowana jest zależność tłumienności od długości fali (tzw. okna telekomunikacyjne).

Światłowody:

• budowa;

• apertura numeryczna światłowodu;

• kąt akceptacji światłowodu;

• światłowody jedno i wielomodowe;

• tłumienność światłowodu.

Laser półprzewodnikowy (dioda laserowa):

• emisja światła w półprzewodnikach,

• budowa i zasada działania lasera diodowego,

• dioda elektroluminescencyjna (LED) a laser diodowy (emisja spontaniczna i emisja wymuszona),

• własności wiązki światła lasera półprzewodnikowego (monochromatyczność, rozbieżność, spójność).

Układ optyczny odtwarzacza CD. [1. strony 256-261, 2 strony 507-510 oraz

http://www.cdrinfo.pl/cdr/artykuly/plyty/docs/plyty.php3; http://www.usbyte.com/common/dvd.htm; http://www.usbyte.com/common/compact_disk.htm; http://pl.wikipedia.org/wiki/Blu-ray

http://en.wikipedia.org/wiki/Blu-ray_Disc ]

Podstawowe wiadomości z optyki:

- przegląd fal elektromagnetycznych,

- współczynnika załamania (względny, bezwzględny),

- zasada Fermata.

Zjawiska falowe:

- prawo odbicia,

- prawo załamania,

- całkowite wewnętrzne odbicie w dielektrykach,

- dyfrakcja,

- interferencja,

- polaryzacja,

- efekt Dopplera.

Zjawiska korpuskularne: efekt fotoelektryczny zewnętrzny.

Literatura.

1. K. Booth, S. Hill, Optoelektronika, WKŁ W-wa 2001.

2. S.Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, tom IV, Optyka.

3. F.Kaczmarek, Wstęp do fizyki laserów, PWN W-wa 1975.

4. J.R.Meyer-Arendt, Wstęp do optyki, PWN W-wa 1979.

5. J.Ginter, Fizyka fal, tom I, PWN W-wa 1993.

6. J.Ginter, Fizyka fal, tom II, PWN W-wa 1993.

7. J.Petykiewicz, Optyka falowa, PWN W-wa 1986.

8. T.Penkala, Optyka kryształów, PWN W-wa 1971.

9. W.Demtröder, Spektroskopia laserowa, PWN W-wa 1993.

10. F.Kaczmarek, Podstawy działania laserów, PWN W-wa 1980.

11. Ch.Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN W-wa 1960.

12. F.Kaczmarek, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki dla zaawansowanych, PWN W-wa 1984.

13. S.Pieńkowski, Fizyka doświadczalna, Tom III, Optyka, PWN W-wa 1955.

14. F.Ratajczyk, Optyka ośrodków anizotropowych, PWN W-wa 1994.

15. S. Brandt, Analiza danych. Metody statystyczne i obliczeniowe, PWN W-wa 1998.

Rys. 1. Układ optyczny odtwarzacza CD.

3

Spis_cwiczen_2005_ 11_15_Tabl_Infor_Stos.doc 2005-11-15 11:48

---