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Resumo da aula passada Complementação de outros acopladores ópticos, tipos de lentes de acoplamento com fibras. Amplificadores ópticos, motivação pelo.

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1 Resumo da aula passada Complementação de outros acopladores ópticos, tipos de lentes de acoplamento com fibras. Amplificadores ópticos, motivação pelo seu desenvolvimento e diferentes tipos, Processo de amplificação óptica na fibra dopada com Er, diagrama de energia do Er 3+. Problemas com a emissão espontânea amplificada (ASE). Diversas configurações de montagem com amplificador óptico de fibra dopada com Er Amplificador óptico de estado sólido (SOA) dispoptic 2013

2 Antes de entrar sobre redes de Bragg, um pequeno parêntese sobre os materiais e o índice de refração. 2dispoptic 2013

3 Índice de refração negativo 3dispoptic 2013

4 4 Índice de refração: Valor positivo – Valor negativo? Positivo Conforme nos ensinaram (regra da mão direita) Negativo Nos dias de hoje (regra da mão esquerda) dispoptic 2013

5 5 Lembrando conforme nos ensinaram Lei de refração Para n 1 = 1 dispoptic 2013

6 6 Outras relações Lei de Snell dispoptic 2013

7 7 Índice de refração negativo Termos usados Meio Veselago Meio Veselago Material duplamente negativo Material duplamente negativo Metamaterial (Meta = Além) Metamaterial (Meta = Além) Meio de mão esquerda Meio de mão esquerda Meio reverso Meio reverso dispoptic 2013

8 8 O que é? Em geral todo material possui dois parâmetros físicos que o caracterizam: Em geral todo material possui dois parâmetros físicos que o caracterizam: - permitividade - permitividade - permeabilidade - permeabilidade Esses dois parâmetros determinam como o material irá interagir com a radiação eletromagnética.Esses dois parâmetros determinam como o material irá interagir com a radiação eletromagnética. Normalmente ambos são positivos, no entanto no caso de índice de refração negativo, ambos são negativos (por isso material duplamente negativo).Normalmente ambos são positivos, no entanto no caso de índice de refração negativo, ambos são negativos (por isso material duplamente negativo). dispoptic 2013

9 9 Amfoterismo? - Amfotérico? Feito de/ou que possui dois componentes Óxidos amfotéricos de Zn, Sn, Al, Be entre outros. E.g. O ZnO reage conforme o pH da solução: ZnO + 2H + --> Zn 2+ + H 2 O em solução ácida ZnO + H 2 O + 2OH - --> [Zn(OH) 4 ] 2- em solução básica dispoptic 2013

10 10 n material > 1 n material = 1 1 > n material > 0 n material < 0 Refração do ar para o material dispoptic 2013

11 11 Metamaterial dispoptic 2013

12 12 Physics in Action May 1, 2003 Negative-index materials are now a reality, as a recent experiment at MIT has shown. (a) Light travelling upwards is refracted in the positive direction (right) when it leaves a Teflon wedge. (b) A metamaterial consisting of wires and rings causes light to be refracted in the opposite direction (left) when it exits, thereby demonstrating that it has a negative index of refraction. dispoptic 2013

13 13 Propagação no meio Mão direita Mão direita Mão esquerda Mão esquerda Outros modelos: A) Pendrys_P_L_xy.wmvPendrys_P_L_xy.wmv B) Pendrys_Perfect_Lens_3D.wmvPendrys_Perfect_Lens_3D.wmv dispoptic 2013

14 14 Metamaterial para microondas dispoptic 2013

15 15 Outros sistemas ressonantes na geração de metamateriais para microondas dispoptic 2013

16 16 Principio de Fermat Principio de Fermat: A trajetória da luz, ao passar de um ponto para outro, é tal que o tempo do percurso é estacionário em relação a variações na trajetória.Principio de Fermat: A trajetória da luz, ao passar de um ponto para outro, é tal que o tempo do percurso é estacionário em relação a variações na trajetória. Como abordar o principio de Fermat para o caso de índice de refração negativo?Como abordar o principio de Fermat para o caso de índice de refração negativo? dispoptic 2013

17 17dispoptic 2013

18 18 Aplicação Forma clássica, n>0 Forma não-convencional, n<0 dispoptic 2013

19 19 Refração negativa - imagem dispoptic 2013

20 20 Aplicações Normal n1n1 n2n2 Metamaterial n1n1 n2n2 dispoptic 2013

21 21 Lentes? Limites de observação com luz visível Superlentes Hiperlentes dispoptic 2013

22 22 Superlente - Hiperlente dispoptic 2013

23 23 Defeitos em sólidos, centros de cor e Redes de Bragg dispoptic 2013

24 24 Redes de Bragg - Introdução dispoptic 2013

25 25 Rede de Bragg em fibras ópticas dispoptic 2013 Materiais fotosensitivos Fundamentos. Ref.: Fiber Bragg grating technology fundamentals and overview, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 15, NO. 8, AUGUST 1997JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 15, NO. 8, AUGUST 1997 Características e propriedades fundamentais Fabricação de redes Aplicações Fiber Bragg Gratings, Raman Kashyap, Academic Press 1999

26 26 Materiais fotosensitivos dispoptic 2013 São materiais que mudam suas características físicas induzidas pela luz: –Mudam de cor, podem ficar dicroicos ou não –Mudam seu índice de refração, podem ficar birrefringentes ou não –Podem expandir –Podem contrair –Podem ter características reversíveis ou irreversíveis –Dependência com campos externos –Dependência com temperatura –Dependência com tempo de exposição –Dependência com concentração de impurezas ou centros de defeitos –Dependência com a intensidade da fonte causadora do efeito –Diferentes tipos de materiais: xstalinos e amorfos –Associação com efeitos não-lineares

27 27 Principais usos do material fotosensitivo dispoptic 2013

28 28 Variação de índice de refração fotoinduzida: refratividade fotoinduzida n1n1 n2n2 n 1 > ou < n 2 dispoptic 2013 Efeito da luz sobre o material: memória óptica, holografia

29 29 O que pode ocorrer com o meio ao ser iluminado? dispoptic 2013 Além daqueles fenômenos vistos na interação da radiação com a matéria (ef. Compton, fotoelétrico, etc): Criação de defeitos pontuais Criação de centros de cor Mudanças estruturais fotoinduzidas: reversíveis e permanentes Fotoexpansão Fotocontração Materiais fotorefrativos Materiais fotocrômicos

30 30 Defeitos pontuais, centros A presença de impurezas ou desarranjo estrutural local, constituem defeitos pontuais ou centros que no conjunto da matriz alteram propriedades físicas (ópticas, mecânicas, elétricas, magnéticas, etc) do material considerado puro. A dopagem de impurezas são consideradas como formadoras de defeitos pontuais ou centros Formação de centros ou defeitos também ocorrem da forma fotoinduzida dispoptic 2013

31 31 Alguns exemplos de defeitos pontuais Naturais: existem nas pedras preciosas e semi-preciosas. Os defeitos pontuais são as impurezas dispoptic 2013 GemaCorCristal HospedeiroImpurezaCor s/impureza Rubivermelho oxido de alumínio (Corundum) (Alumina) cromotransparente Esmeraldaverdealuminosilicato de beríliocromotransparente Granadavermelhoaluminosilicato de cálcioferrotransparente Topázioamarelofluorosilicato de alumínioferrotransparente Turmalinarosa-vermelho boroaluminosilicato de cálcio e lítio manganêstransparente Turquesaazul-verdefosfoaluminato de cobrecobretransparente

32 32 Algumas pedras preciosas (gemas) Yellow beryl (Heliodor) is colored by the presence of F 3+ ions. Beryl includes emerald, aquamarine, and lesser known varieties: goshenite (colorless), morganite (pink), Heliodor (yellow), and bixbite (red). Red ruby. The name ruby comes from the Latin "Rubrum" meaning red (Al 2 O 3 :Cr 3+ ). The ruby is in the Corundum group, along with the sapphire. The brightest red and thus most valuable rubies are usually from Burma. Violet Green emerald. The mineral is transparent emerald, the green variety of Beryl on calcite matrix (CaCO 3 ). 2.5 x 2.5 cm. Coscuez, Boyacá, Colombia The formula usually given for the beryl group is Be 3 Al 2 Si 6 O 18 ; however, the general formula may be expressed as A 2 -3B 2 Si 5 (Si,Al)O 18, where A _ beryllium, magnesium or iron and B _ Aluminium scandium or iron. dispoptic 2013

33 33 Rubi e esmeralda Al 2 O 3 :Cr 3+ 2[Be 3 (Al,Cr) 2 Si 6 O 18 ]:Cr 3+ /V 3+ Cr 3+ dispoptic 2013

34 1% de Al é substituído por Cr 34 Corundum() Corundum(Al 2 O 3 ), from Eheliyagoda, near Ratnapura, Sri Lanka (3.9 x 2.5 x 1.4 cm). ©Rob Lavinsky (irocks.com), used by permission.irocks.com Ruby Ruby on white marble, from Jegdalik, Sorobi District, Afghanistan (2.1 x 1.4 x 1.3 cm), ©Rob Lavinsky (irocks.com), used by permission.irocks.com Beryl() Beryl(Be 3 Al 2 Si 6 O 18 ) on albite, from Shigar Valley, Pakistan (4.9 x 3.7 x 3.2 cm). ©Rob Lavinsky (irocks.com), used by permission.irocks.com Emerald on white marble, from Panjshir Valley, Afghanistan (2.1 x 1.7 x 1.1 cm). ©Rob Lavinsky (irocks.com), used by permission.irocks.com dispoptic 2013

35 Espectro de absorção – pq vermelho – pq verde? 35 Spectra of a ruby from Chanthaburi, Thailand (red) and an emerald from Malyshevo, Ural, Russia (green). Data obtained from the Caltech Mineral Spectroscopy Server.Caltech Mineral Spectroscopy Server dispoptic 2013

36 36 Alguns artifícios para melhorar a cor das gemas dispoptic 2013

37 37 Como os defeitos se localizam ? dispoptic 2013

38 38 Outra versão sobre defeitos pontuais dispoptic 2013

39 39 Centros de Cor – elétrons em vacâncias negativas dispoptic 2013 Xstais hospedeiros de halogeneto alcalinos são transparentes, e.g. NaCl Existem vários processos através do qual podem-se obter centros de cor: Excesso de vapor alcalino, conforme figura acima Radiação eletromagnética, UV, raios-X, gama Injeção de elétrons Fonte de neutrons

40 40 Espectros de absorção de centros F dispoptic 2013

41 41 Complexos de centros F M ou F 2 R ou F 3 Memória óptica? dispoptic 2013

42 42 Centros de Cor Fluoreto de litio LiF dispoptic 2013

43 43 Estrutura da fluorita (CaF 2 ) e quartzo – centros F A.- Normal B.- Com centros F. Íon de flúor substituído por um elétron A.- Normal B.- Com centros F. Íon de Si 4+ substituído por um Al 3+. dispoptic 2013

44 44 Centro de cor associada a impureza FAFA dispoptic 2013

45 45dispoptic 2013 Próxima aula continuação


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