دانلود تحقیق خواص اپتیکی مواد (رسانا و غیر رسانا)

اختصاصی از یارا فایل دانلود تحقیق خواص اپتیکی مواد (رسانا و غیر رسانا) دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : word(قابل ویرایش)

تعداد صفحات:45

مقدمه:
بمنظور آشنائی با خواص اپتیکی مواد (رسانا و غیر رسانا) میبایست میدان الکتریکی E و میدان مغناطیسی B را در مواد بررسی نمود یا در واقع به عنوان محیط موجبری که انرژی یا موجی را انتقال میدهد مورد کنکاش قرار داد. لذا می بایستی که بحث الکترومغناطیسی را بعنوان زیربنا و ساختار لایه های اپتیکی مورد استفاده قرار داد از آنجاییکه عنوان پروژه طراحی فیلترهای نوری میباشد لذا ما فرض میگیریم که خواننده آشنا به مطائل الکترومغناطیسی است ما صرفاً به اعمال شرایط مرزی در یک مرز یا مرز دو محیط بسنده می نمائیم. طراحی فیلترهای منوری بمنظور بازتاب و یا عبور طول موج های خاص و یا باند خاص از طول موجها طراحی میگردد که میزان بازتاب و عبور آن برای طراح بعنوان کیک پارامتر قابل تغییر مطرح می باشد و در واقع میزان بازتاب و عبور را در محدوده خاصی که مورد مظر است اتفزایش و یا کاهش میدهد و یا پالایش طول موجها را با بالا بردن میزان عبور یک طول موج و یا یک محدوده طول موجها و کاهش عبور دیگر طول موجها بوسیله بازتاب یا جذب را انجام میدهد که همه اینها در طراحی فیلتر عملی میگردد.
نیاز و کاربرد به لاسه نشانی و یا طراحی فیلترهای نوری برای آینه های گرمایی (بازتابنده های گرمایی) و آینه های سرد، (که آینه های گرمایی فروسرخ را بازتاب و آینه های سرد فروسرح را عبور میدهند و در نورافکنها استفاده میشود).
آینه های دوررنگی (شامل پالایه های نوارگذاری که بررخهای منشوری لایه نشانی شده تا نور را در دوربینهای رنگی به کانالهای قرمز، سبز و آبی تقسیم کند) آینه های لیزر با بازتاب بالا و یا در انترفرومترهای فابری پرو، مایکسون، لنزهای دوربین های عکاسی، نظامی، تلسکوپها، دوربین های نظامی دید در شب، هدایتگر موشک و ... میباشد.
در این پروژه تکیه بر فیلترهای ضد بازتاب و تا حدی محدود به آینه ها نیز اشاره می نمائیم و ضمناً تلاش بر این بوده که با دستیابی به متد طراحی و محاسبات آن به قدرت طراحی فیلتر توسط کامپیوتر دست یابیم که به این منظور یک سری برنامه هائی در جهت طراحی کارائی فیلترها نوشته شد که نیاز به گسترش خیلی بیشتری دارند بهر حال برای این پروژه بالغ بر 200 صفحه ترجمه و مطالعه شده و نیز بالغ بر 100 ساعت کار با کامپیوتر برای دستیابی به بهترین طراحی ها و برنامه نویسی انجام گردیده است.
امیدوارم این مجموعه در هرچه آشنا شدن به فیلترهای مختلف با محاسبات و طراحی آنها و کارهای عملی انجام شده نقطه شروعی در جهت طراحی فیلتر در صنعت و ... عملی شده باشد.
 
مرز:
فیلترهای نازک معمولاً شامل یک تعدادی مرز بین لایه های همگن هستند و خوبست بدانیم که این مرزها چه اثری روی موج فرودی که ما می خواهیم محاسبه کنیم خواهند گذاشت یک تک مرز ساده ترین حالت میباشد. ابتدا فرض می گیریم جذب در لایه ناچیز و صفر باشد و یک موج هارمونیک پلاریزه تخت را برای موج فرودی درنظر گرفته ایم هنگامی که یک موج به یک مرز بین دو محیط برخورد می کند یک قسمت از آن بازتاب و یک قسمت آن عبور می کند شکل همه آنها بصورت eiwt میباشد منتهی یک اخلاف فاز از این قسمت ناشی میشود که به میزات ضخامت محیط عبوری دارد. ضمناً میزان دامنه عبوری نیز تغییر می نماید.
میدانیم که میدان الکتریکی مماسی و میدان مغناطیسی مماسی موج فرودی در عبور از مرز در محیط ÷یوسته است. (محیط دی الکتریک درنظر گرفته شده است) با توجه به شکل و با توجه به شرایط مرزی میدانهای E و B را در دو طرف مرز میتوان با معادلات زیر نوشت:
 
که در اینجا   میدان E فرودی اولیه
که در اینجا   میدان E بازتابیده از مرز اول a
  میدان E عبوری از مرز اول a
  میدان E بازتابیده از مرز دوم b
  میدان E عبوری از مرز دوم b
  حاصل جمع تمام میدانهای E که بطرق فصل مشترک a فرود میآیند
  حاصل جمع تمام میدانهای E که بطرق فصل مشترک b فرود میآیند
برای میدان مغناطیسی هم داریم:
 
بکمک عبارت زیر
 
مقادیر   و   را بر حسب میدان E می نویسیم:
 
که   و   و   را اینگونه تعریف می کنیم:
 
و نور با یکبار ÷یمودن لایه اختلاف فازی معادل
 
را ÷یدا می کند که nt ضخامت ا÷تیکی و t ضخامت حقیقی می باشد و n ضریب شکست آن است.
و بعد از جایگذاری در معادله شرایط مرزی به معادلات زیر دست می یابیم.
 
و از آنجا داریم:
 
که ماتریس فوق را ناتریس انتقال گویند و این ماتریس میدان الکتریکی و مغناطیسی در سوی دیگر مرز را بما میدهد. این ماتریس را میتوان برای هر لایه نوشت که ضخامت فازی آن   از ضخامت فیزیکی آن یعنی t ناشی می شود.
 
اگر چند لایه داشته باشیم برای هر لایه یک ماتریس انتقال میتوان نوشت که اگر بخواهیم میدان را در لایه لازم بدانیم از شکل زیر استفاده میکنیم.
 
و میتوان ماتریس انتقال کل را حاصلضرب تمام ماتریس انتقال تک تک لایه ها دانست.
 
با این تعریف و مراجعه به شرایط مرزی میتوان
به جای   معادلش یعنی  
به جای   معادلش یعنی  
به جای   معادلش یعنی  
به جای   معادلش یعنی  
اندیس s برای ÷ایه که بصورت Substrate نوشته میشود بکار میرود.
 
و می توان با تقسیم کردن طرفین بر   بصورت
 
نوشت با استفاده از معادلات اخیر می توان ضرائب بازتاب و عبور را بصورت زیر تعریف نمائیم:
  ضریب عبور،              ضریب بازتاب
و شکل کلی ضرائب بازتاب و عبور برای هر چند لایه بصورت زیر می باشد:
ضریب بازتاب                
ضریب عبور                    
و شکل ساده آن در فرود عمود بشکل زیر می باشد که در آنجا n0 ضریب شکست محیط فرود n1 ضریب شکست لایه و ns ضریب شکست پایه می باشد.
 
 
که میزان عبور از رابطه                          
که میزان بازتاب از رابطه                        
بدست می آید برای اینکه برای نور پلاریزه E1 و E11 یعنی برای نوری که میدان E آن عمود بر صفحه تابش می باشد و میدان الکتریکی که موازی صفحه تابش می باشد مقدار فرق می کند در واقع برای نور S پلاریزه و P پلاریزه بصورت زیر می باشد.
برای E1 عمود بر صفحه تابش                 
برای E11 با صفحه تابش                    
لازم بذکر است برای فرود عمودی که E1 و E11 متمایز نیستند عبارتها معادل اند زیرا   می شود ولی در مورد فرود مایل نتایج برای هر قطبیدگی باید محاسبه شود. برای مثال بازتاب بصورت زیر بدست می آید:
 
ضخامت:
ضخامت عامل موثری در ایجاد اختلاف فاز می باشد لذا هنگامی که ضخامت تغییر می کند اختلاف فاز ایجاد شده باعث کاهش یا افزایش بازتاب می شود. میزان اختلاف فاز از رابطه زیر بدست می آید.
که در رابطه روبرو k عدد موج و   اختلاف راه نوری می باشد.  
  = اختلاف راه نوری =   و  
برای اینکه ما یک اختلاف فاز   ایجاد کنیم تا در یک رفت و برگشت نور در یک لایه اختلاف فاز   با نور فرودی ایجاد شود بایستی در فرمول قرار داده تا مقدار ضخامت را بدست آوریم:
در فرود عمود   می باشد  
و مقدار nt ضخامت اپتیکی بدست آمده از فرمول روبرو مقدار   بدست می آید.                
که این مقدار ضخامت برای ایجاد اختلاف فاز   لازم است و مقدار فیزیکی ضخامت لایه از رابطه زیر بدست می آید:
 
در شکل روبرو برای اینکه نور فرودی با بازتابی، o180  اختلاف فاز داشته باشد بایستی مقدار ضخامت اپتیکی لایه باید  در نظر گرفته شود.
علت اینکه ما اختلاف فاز   بین نور رودی و بازتابی ایجاد نمائیم بعلت این است که بتوانیم با ناهمسازی بین موج فرودی و بازتابی باعث عدم بازتاب در سطحی شده و در نتیجه عبور را افزایش دهیم و اگر مایل به ساخت آینه باشیم می بایست بین نور فرودی و بازتابی همسازی ایجاد کرده و با هم فاز کردن آنها باعث شویم عبور کم شده و نور فرودی با همان دامنه و فاز در سطح اول بازتاب شده در اینصورت بازتاب افزایش یابد که در اینجا با در نظر گرفتن اختلاف فاز 0  یا 2 می توان مقدار ضخامت اپتیکی را بدست آورد البته برای 2 بار رفت و برگشت نور بایستی مضربی  از   باشد که در نتیجه فقط برای یکبار رفت   مقدار nt برابر   یا مضاربی از    بدست خواهد آمد.
تک لایه ای ضد بازتاب:
برای اینکه یک ضد بازتاب یا کاهنده بازتاب تک لایه داشته باشیم بایستی با در نظر گرفتن ضخامت   که اختلاف فاز   ایجاد می کند و در یک رفت و برگشت o180 اختلاف فاز با نور فرودی (اولیه) ایجاد می کند استفاده کنیم و با استفاده از این شرایط که بازتاب سطح اول را با بازتاب سطح دوم برابر قرار دهیم می توان مقدار اندیس یا ضریب شکست لایه را بدست آورد. با استفاده از فرمولهای فرنل یا همان ضرایب بازتاب و عبور می توان اینگونه نوشت:
 
                 
که   ضریب شکست پایه می باشد و این شرط برای مینیمم بازتاب یا بازتاب صفر لازم است. بعنوان مثال اگر شما یک تک لایه ربع موجی را بخواهید بر روی یک پایه شیشه ای با ضریب شکست 52/1 دور محیط هوا با اندیس 0/1 انتخاب نمائید بایستی لایه شما با استفاده از فرمول فوق مقدار آن از رابطه زیر بدست خواهد آمد:

 
البته ماده ای با ضریب شکست 23/1 در عناصر موجود یافت نمی شود و تنها ضرائب شکست 35/1 و 38/1 در دسترس می باشد که متعلق به کریولیت و   می باشد.
می توان پایه را با ضریب بالا مثل ژرمانیم که حدود 0/4 است انتخاب نمود که در این صورت با استفاده از فرمول مقدار آن بدست می آید:
 
که می توان بعنوان تک لایه ای با ضریب شکست 0/2 بر روی پایه ژرمانیمی نشاند.
منحنی های رسم شده توسط کامپیوتر این دو نوع تک لایه ای بر روی پایه با ضریب کم و بر روی پایه با ضریب زیاد ضمیمه می باشد.
ماتریس انتقال یک تک لایه ای بشکل زیر برای آن نوشته می شود.