Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
Final için sorular
SORU1) A düzleminde düşey x ekseni ile φ=45 derecelik açı yapan ve doğrusal olarak
kutuplanmış ışık, tam dalga plakasından geçerek B düzlemine gelmektedir.B noktasında ışığın
kutupluluk durumu nedir?
CEVAP1)
SORU 2) Dalga plakası nedir?Tanımlayıp çeşitlerini yazınız. Dalga plakaları kullanılarak nasıl dairesel
ve eliptik kutuplanmış ışık elde edilebileceğini anlatınız.
Dalga plakaları o- ve e-ışık demetleri arasında çeşitli dalga boylarında faz farkı
CEVAP 2)
oluşturmaya yarayan optik elemanlardır. Çift kırıcı maddeler uygun şekillerde kullanılarak (optik
eksen ve kalınlıkları ayarlanarak) dalga plakaları oluşturulabilir.Çeyrek dalga plakası,yarım dalga
plakası ve tam dalga plakası olmak üzere 3 çeşit dalga plakası vardır. Çift kırıcı malzemeden yapılmış
çeyrek dalga plakası kullanılarak dairesel kutuplu ışık elde edilebilir. Doğrusal kutuplanmış ışıktan çift
kırıcı malzemeden yapılmış çeyrek dalga plakası kullanılarak eliptik kutuplu ışık elde edilebilir.
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
SORU:Polarimetre nedir ? Polarimetrenin başlıca kullanım alanları
nelerdir?
YANIT:Polarimetre ,bir bileşiğin çevirme açısını ve maddelerin optikçe aktifliklerini ölçen cihazdır.
Polarimetre molekül boyutlarının tayininde, konsantrasyon miktarının (derişikliğin) tayininde ve gıda
maddelerinin kontrollerinde kullanılır.
SORU: 1) FARADAY OLAYI NEDİR ? KISACA AÇIKLAYINIZ .
Faraday olayı manyetik gücün ışık üzerindeki etkisini araştırır. Polarize edilmiş ışık kuvvetli bir
manyetik alan içine yerleştirilmiş şeffaf bir maddeden geçirilirse polarma alanının dönmesidir .Bu
manyeto optik bilim dalında faraday etkisi olarak bilinir.
SORU:2) ZEEMAN VE ANORMAL ZEEMAN OLAYLARI NEDİR? KISACA AÇIKLAYINIZ
Kuantum teorisine göre atomdaki elektronlar daha düşük enerji düzeylerine geçerken ışık
yayınlayarak tayfta görülen çizgileri oluşturur. Manyetik alanın çizgilerde bölünmeye yol açmasının
nedeni, daha önce tümünün enerjileri aynı olan elektronların, manyetik alanın etkisiyle yönlerine
göre farklı enerjiler kazanmalarıdır.
SORU:
•
Lüminesans nedir?
•
Lüminesans, bazı maddelerin, ısısı değişmeksizin
•
elektromanyetik ışınım yaymasıdır Işıldama olarak da
•
bilinir. Başka elektromanyetik ışınım kaynaklarından temel farkı, kaynağın ısısında bir
değişme olmamasıdır. Bu yönüyle Liminesans, Karanlık cisim ışımasından farklıdır, "soğuk
ışık" olarak da adlandırılır
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
•
SORU: Floresans ve fosforesans nedir?
•
Toplam elektronik spin değişmemek üzere uyraılmış bir atom yada molekülün temel haline
dönerken yaptığı ışımaya floresans denir.floresans maddelere örnek olarak adını aldığı fluoriti
verebiliriz.Floresanas ve fosforesans uyarılmanın fotonların absorpsiyonu ile olması
bakımından benzer özellikler gösterir.bunun bir sonucu olarak bu iki olay,sıklıkla daha genel
bir terim olan fotolüminesans ile ifade edilir.Aradaki fark ise şudur,floresans uyarılmış singlet
sistemden temel haldeki singlet sisteme geçiş sırasında yayılan enerjidir.Fosforesans ise
uyarılmış triplet halden temel haldeki singlet sisteme geçiş sırasında yayılan ışıktır
•
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
•
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
SORU:1) Lazerin kaç çeşit çalışma prensibi vardır? Bunları açıklayınız.
Cevap: Lazerin 3 çeşit çalışma prensibi vardır. Kendiliğinden geçiş, soğurma, uyarılmış yayılma.
Kendiliğinden Geçiş: Atomun kararlılığının korunması için çekirdek elektronu merkeze çeker. Bu
durum Coulomb Kuvvetiyle ifade edilir.
Soğurma: Dışarıdan gelen hv enerjili foton elektronu üst seviyeye çıkarır. Bu durum elektronun
fotonu soğurmasıyla olur.
Uyarılmış yayılma: dışarıdan gelen hv enerjili foton uyarılmış seviyedeki elektrona çarparak aynı
enerjili bir foton daha yayılmasını sağlar. Sonuçta hv enerjisine sahip iki foton yayılır.
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
Soru-2) Lazer çeşitlerini yaznız ve bunlardan biri olan Yarı İletken Diyot Lazerleri kısaca açıklayınız?
► Cevap: Gaz Lazerleri: Atom lazerleri, molekül lazerleri, iyon lazerleri, metal buharı lazerleri.
Sıvı Lazerler: Boya lazerleri.
Katı-hal Lazerleri: Yakut lazerleri, Nd-YAG lazerler, Ti-Safir lazerler.
Yarı İletken Lazerler: Diyot lazerleri.
Diğer Lazerler: X-ışını lazerler, serbest elektron lazerleri, fiber lazerler.
Yarı İletken Diyot Lazerler: Yarı iletken lazerlerdir ve p-n ekleminden elektrik akımı geçirilmesi ile elde
edilen bir aktif ortama sahiptir.
Yarı iletken diyotlar önemli elektronik parçalardır. Yaklaşık 0.5 W gücündeki yarı iletken diyotlar,
telekomünikasyonda kolay monte edilebilir olması ve fiber optik iletişim ile kolaylıkla etkileşebilen ışık
kaynakları olduğundan dolayı tercih edilir.
Barkot okuyucularda kullanılır.
Görülebilir lazerler özellikle kırmızı ve yeşil pointer olarak kullanılır.
CD çalıcı, CD-ROMS ve DVD teknolojilerinde kızıl-altı ve kırmızı lazer diyotlar kullanılır.
SORU:1.Manyeto-Optik ince filmlerin kullanım alanları nelerdir?
-Bilgisayar sabit diskleri,manyetik kayıt cihazları, manyetik sensörler, okuma-yazma kafaları
SORU:2.Manyeto-Optik Kerr Etkisi ve Faraday Etkisi arasındaki farkları kısaca açıklayınız.
-Faraday manyetik alan uygulanmış cam malzemenin içinden geçen ışığın
polarizasyonunun değiştiğini gözlemlemiştir.
John Kerr ise parlatılmış elektromıknatıs kutbundan yansıyan ışığın polarizasyonunu
incelemiştir.
SORU: 3.Manyeto Optik etkiler, kullanım alanlarına ne gibi bir fayda sağlar.
-Kerr etkisi sayesinde malzemenin histeriz eğrilerini gözlemlereyek işe yarayıp
yaramayacağınız anlayabiliriz. Histeriz eğriler eğer genişse sert mıknatıslık özelliği gözlenir,
dar ise yumuşak mıknatıslık eğrisi gözlenir. Yumuşak mıknatıslık özelliği gösterenler ince
filmlerde kullanılır.
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
(Histeriz eğriler, dış manyetik alanın değişimine göre malzemenin mıknatıslanmasını
gözlemlemek için yapılan tam bir çevrimdir.)
Faraday etkisinde de büyük beslemenin lazerin üretim mekanizmasına geri dönmesi
engelleyerek bir yıkım önlenir.
SORU:
ÇİFT KIRICILIK İLE İLGİLİ SORULAR
(Hilal Karaahmetoğlu 120509052)
1)Kutuplanmamış ışıktan, kutuplanmış ışık elde etmek için kullanılan kaç tane fiziksel yöntem
vardır, bunlar nelerdir, kısaca açıklayınız.
Kutuplanmamış ışıktan kutuplanmış ışık elde etmek için dört fiziksel yöntem vardır. Bunlar;
a)Seçici Soğurma, b)Yansıma, c)Saçılma, d)Çift Kırılma ‘dır.
a)Seçici Soğurma; Kutuplanmış (polarize) ışık elde etmede en yaygın teknik, bir düzlemde,
elektrik alanları belirli bir doğrultuya paralel olarak titreşim yapan dalgaları geçiren, elektrik
alanları başka yönlerde titreşim yapan dalgaları soğuran bir malzeme kullanmaktır. Yani
moleküller, elektrik alan vektörleri molekül uzunluğuna paralel olan ışığı kolayca soğurur; bu
uzunluklara dik olan elektrik alan vektörlü ışığı geçirirler.
b)Yansıma; Kutuplanmamış bir ışık demeti bir yüzeyden yansıdığında, yansıyan ışık, geliş açısına
bağlı olarak, ya tamamen kutuplanır, ya kısmen kutuplanır veya kutuplanmaz. Eğer gelme açısı 0°
ise, yansıyan demet kutuplanmaz. Diğer geliş açıları için, yansımış ışık bir ölçüde kutuplanır. Geliş
açısı, yansıyan demetin açısına eşit olduğunda ise ışık tamamen kutuplanır.
c)Saçılma; Işık, herhangi bir maddeye geldiğinde, ortamdaki elektronlar ışığın bir kısmını
soğurup sonra tekrar yayarlar. Işığın, havayı oluşturan gaz moleküllerindeki elektronlar
tarafından böyle soğurulması ve yeniden yayımlanması, yeryüzündeki bir gözlemciye ulaşan güneş
ışığının kısmen kutuplanmasına sebep olur. İşte bu olay saçılma olarak adlandırılır.
d)Çift Kırılma; Işık, cam gibi amorf bir maddeden geçerken bütün yönlerde aynı hızda hareket
eder. Yani, camın tek bir kırılma indis vardır. Fakat bazı kristalik maddelerde (kalsit ve quartz
gibi) ışık hızı bütün yönlerde aynı değildir. Bu tür maddeler iki tane kırılma indisi ile karakterize
edilir. Bundan dolayı da çoğu zaman çift-kırıcı veya çiftkıran maddeler olarak bilinirler.
Kutuplanmamış ışık kalsit kristaline girdiğinde, iki kırılma açısı olan, farklı hızlarda hareket
eden iki düzlemsel kutuplanmış ışına ayrılır. İki ışın, birbirlerine dik yönlerde kutuplanırlar.
Bunlardan bir tanesi olağan ışın, diğeri ise olağandışı ışın adını alır. İşte bu iki ışın çift görüntü
meydana getirir.
2) Çift kırılma doğal olarak rahatça bulunabileceği gibi (özelikle kristallerde), optik olarak
izotropik maddelerde de oluşması için çeşitli yöntemler vardır. Bunlar nelerdir?
•
Esnetme, eğriltme gibi yöntemlerle madde izotropisi bozularak elde edilebilir.
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
•
Elektrik alan uygulanarak izotropi bozulabilir (Pockels effect).
•
Manyetik alan uygulamak maddeyi çembersel olarak çift-kırılır hale getirebilir (Faraday
effect).
•
Polar moleküller kullanılarak üretilen ince filmler, iyi birer çift kırılır maddedir.
Soru.) Optik aktif olmayan maddeler herhangi dış etkiyle optik aktif olabilir mi? olursa neden nasıl?
Cevap.) Optik aktif olmayan maddeler manyetik alana maruz bırakıldığında optik aktif hale gelebilir
bu olay Faraday etkisi diye bilinir. Bu olayın temel nedeni zeeman olayıdır manyetik alan etkisi altında
tayf çizgilerinin yarılanmasıdır. Eğer optik aktif olmayan cam içinden zeeman etkisiyle farklı frekanslı
iki ışık geçiyorsa hiç şüphe yok ki birbirlerine göre farklı zamanlarda camdan çıkarlar buda
kutuplanma düzleminin dönmesi ile sonuçlanır. Buda bizim camımızın optik aktif gibi gösterir
Soru.) Mazerin özelliklerini yazınız.
•
Mikrodalga osilatörü ya da yükselticisi olarak kullanılan aygıt.
•
Adını “uyarılmış ışınım yayımının mikrodalgayla (moleküler) güçlendirilmesi” anlamına
gelen İngilizce “microwave (molecular) amplification by stimulated emission of radiation”
sözcüklerinin baş harflerinden alır.
•
Osilatör olarak atom saatlerinin temelini oluşturur. Yükseltici özelliğiyle de her türden zayıf
sinyali algıladığından uzaydan gelen sinyalleri almakta mazerlerden yararlanılır.
•
Atomlar ve moleküller, değişik enerji seviyelerinde bulunabilirler. Bir enerji seviyesinden
ötekine geçiş ancak elektromanyetik ışınım yayarak ya da soğurarak gerçekleşir.
•
Bu geçişin meydana geldiği frekansla dışarıdan beslenen bir maddenin ışınım yayımı
uyarılmış olur ve mazer bu etkiye dayanır.
•
Eğer atomların çoğu yüksek (uyarılmış) enerji düzeyinde bulunuyorsa, maddeye gönderilen
enerji dalgaları daha fazla ışınım yayımına neden olur ve gönderilen dalga güçlendirilmiş
olur.
•
Mazerde karşılaşılan başlıca güçlük, bu enerji seviyelerinin ayarlanmasıdır. Çünkü denge
durumunda, atomların çoğu düşük enerji düzeyinde bulunurlar. Amonyak gazı mazerinde,
düşük seviyedeki moleküller, elektrik alanına değişik biçimde tepki gösterdiklerinden, bir
elektrik alanı etkisiyle ortamdan uzaklaştırılır.
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
•
Katı hâl mazerleriyse genellikle düşük sıcaklıklarda çalıştırılırlar ve mazer etkisine
katılmayan enerji seviyeli atomlar, yüksek frekanslı “pompalama” tekniğiyle uyarılmış
seviyeye getirilirler.
Soru.) Elektro-Optik etkilerin kullanım alanlaı nelerdir?
Elektro-optik özellik gösteren malzemeler uygun şekilde düzenlenerek ışığın
modülasyonunda ve optik anahtarlamada kullanılabilir. Elektro-optik etki ile ışığın
modülasyonu yapılabilir.
Elektro-optik modülasyona pratik bir örnek olarak hızlı fotoğraf makineleri ve kameralar
verilebilir. Hızlı fotoğraf makinelerinde örtücü perdenin açılıp kapanması normal makinelerde
olduğu gibi mekanik olarak değil dış elektrik alan ile yapıldığından çok kısa zaman
aralıklarında ışığın film üzerine düşmesi sağlanabilir. Perde çok kısa sürelerde açılıp
kapandığından hızlı cisimlerin hareketi anlık olarak kaydedilebilir.
Elektro-optik etki ile izotropik olan malzemeler anizotropik yapılabilir, anizotropik olan
malzemelerin kırılma indis değerleri değiştirilebilir veya indis elipsoidi döndürülebilir.Elektrooptik etki ile malzemenin optik özellikleri çok hızlı değistirilebildiği için bu malzemeler ışığın
modülasyonunda ve optik anahtarlamada kullanılmaktadır.
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
1. Jones matris gösterimini kullanarak
a) Birbirine ters yönde kutuplanmış genlikleri aynı iki dairesel ışığın
toplamının doğrusal kutuplanmış ışık dalgasını verdiğini gösteriniz.
KONU:MAGNETO OPTİK
SORU 1: MANYETO OPTİK ETKİ NEDİR? FARADAY VE KERR ETKİSİNDEN K
BHİS EDİNİZ.
Cevap= .Manyeto optik etki,ışığın manyetik malzeme ile etkileşmesinden
kaynaklanır.bir izotropik dielektrik madde manyetik alana yerleştirildiğinde doğrusal
kutuplanmış ışık, alan doğrultusunda gönderildiğinde ışığın kutuplanma doğrultusunun
değiştiği gözlenir( 1845 yılında ilk manyeto-optik etkiyi bulan Michael Faraday, manyetik alan
uygulanmış cam malzemenin içinden geçen ışığın polarizasyonunun değiştiğini gözlemiştir.
. Manyetik alan dielektik malzemeyi optik olarak aktif duruma getirir.
FARADAY ETKİSİ
manyetik malzemenin içinden geçen ışığın polarizasyonunun değişmesine Faraday etkisi
denir.1845'de Micheal Faraday tarafından bulunan Faraday etkisi, ışığın ve
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
elektromanyetizmanın birbiriyle ilişkili olduğunu gösteren ilk deneysel bulgudur. Faraday
etkisi, manyetik alanlar tarafından etkilenen çoğu transparan dielektrik materyalde (sıvılar
dahil) gözlenir Faraday etkisi, dairesel çiftkırılım olarak da adlandırılan, sol ve sağ dairesel
polarize olmuş dalgaların çok az bir hız farkıyla yayınımlarına neden olur. Lineer polarize olmuş bir
dalga, dairesel polarize iki dalgaya ayrışabileceğinden, aralarında Faraday etkisi tarafından
meydan gelen faz farkı dalganın polarizasyon eksenini döndürür. Faraday etkisi ile uygulanan
manyetik alana bağlı olarak kutuplanmanın özelliği değiştirilmeden kutuplanma doğrultusu
istenilen açıda döndürülebilir.
KERR ETKİSİ
Manyetik malzemeden yansıyan ışığın polarizasyonunun değişmesi ise Kerr etkisi olarak
bilinir. Örnek ve saçılma düzlemine göre mıknatıslanma vektörünün yönüne bağlı olarak üç
temel Kerr etkisi vardır.
Kutupsal, boyuna ve enine kerr etkileri. Kutupsal etkide mıknatıslanma yansıma yüzeyine
diktir.
Boyuna durumda mıknatıslanma yansıma yüzeyine ve geliş düzlemine paraleldir. Boyuna
durumda ışık yüzey normali doğrultusunda gelirse Kerr dönmesi gözlenmez.
Enine durumda mıknatıslanma geliş düzlemine dik ve yüzeye paralel olarak yönelmiştir.
SORU2
Kutupsal,boyuna ve enine (Surface Magneto Optic Kerr Effect) SMOKE etkilerini şematik
olarak gösteriniz.
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
Neslişah ONAÇ,Sedanur ALTINKAYA,İlknur SEVİNDİK
ELEKTRO-OPTİK OLAY (Kerr etkisi,Pockel etkisi)
Soru 1: (a) KDP maddesinden yapılmış bir dalga plakasına
giren doğrusal olarak kutuplanmış
λ=550 nm dalgaboylu bir dalganın plakanın çıkışında λ/3
kadarlık bir yol farkı oluşturabilmek için plakaya ne kadarlık
bir gerilim uygulamak gerekir? (KDP için no=1,51 ; ne=1,47,
doğrusal elektro-optik sabiti r=10,6 pmV-1)
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
(b) Öyle bir optik kutuplayıcı bulun ki, bir yöndeki dairesel kutuplu ışığı tümü ile
geçirirken, diğer yöndeki dairesel kutuplu ışığı bloke etsin.
Çözüm: a)
λ/3
o-ışını ile e-ışını arasındaki
yol farkının oluşabilmesi için faz farkının 2π/3 olması
gerekmektedir.
b)
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
Soru 2: KDP maddesi kullanılarak oluşturulmuş bir Pockel
elektro-optik modülatörü aşağıda
gösterilmiştir. Bu modülatör, λ=550 nm dalgaboylu bir ışığın
modülasyonunda kullanılırsa
dedektöre ulaşan ışığın
(a) Bu modülatörün yarım dalga gerilimi (Vπ) nedir?
(b) Modülatöre giren ışık şiddetinin %10’nu olabilmesi için
modülatöre ne kadarlık bir gerilim uygulamak gerekir?
1. SORU : Lazerin kullanım alanları nelerdir? Birkaç tanesini açıklayınız.
CEVAP : Endüstride kullanımı, Tıpta kullanımı, Askeri kullanımı, Eğlence ve animasyon
- Herhangi bir malzeme üzerine hassas delik açmak.
- Lastik, plastik, kağıt vb. maddelere delik açılması.
- Çelik parçaların girintili kısımlarının işlenmesi ve ölçme cihazlarının üzerine harf veya rakam
Yrd.Doç.Dr.Cengiz OKAY
yazılması.
- Kesme işlemleri; lazer ışınları ile kesme işleminde testere ile kesme işlemindeki gibi pürüzlü yüzey
bulunmaz.
- Diğer yöntemlerle mümkün olmayan parçaların kaynak edilmesi.
Download

Final için sorular