Coerência temporal: Uma característica importante

Transcrição

1 Coerência temporal: Uma característica importante A coerência temporal de uma fonte de luz é determinada pela sua largura de banda espectral e descreve a forma como os trens de ondas emitidas interfererem

2 Exercício: Calcule o comprimento de coerência das seguintes fontes de luz: Lâmpada espectral: temos tipicamente λ = 5000 Å e Δλ~ 1Å. Luz branca: agora temos λ = 5500 Å e Δλ~ 1500 Å, Radiação coerente (laser): um valor típico para Δνé de 10 4 Hz.

3 Fotodetectores Os fotodetectores são também dispositivos semicondutores, porém, com uma função inversa àquela dos lasers semicondutores, ou seja, em vez da geração de luz a partir de uma corrente elétrica, estes dispositivos convertem luz em corrente.

4 Os detectores mais comuns podem ser classificados da seguinte forma: A. Os detectores térmicos 1. Termopares e termopilhas 2. Bolômetros e termistores 3. piroelétricos 4. Pneumático ou Golay B. Detectores Quânticos 1. fotoemissivos -fototubos e fotomultiplicadoras 2. fotocondutivos 3. Fotovoltaica 4. fotográfico

5 termopilha Termopar (Termopar feitos de materiais diferentes (linhas claras e escuras) unidos nos pontos T1 e T2, onde a diferença de temperatura produz uma fem entre os terminais V1 e V2. Termopilha feito de termoparparesem série. A radiação é absorvida nas junções T1 em contato térmico com um absorvedor de preto e termicamente isolado das junções T2.

6 fotomultiplicadoras

7 O princípio de funcionamento da fotomultiplicadora é baseado no efeito fotoelétrico O efeito fotoelétrico fornece evidências para a natureza de partícula da luz - quantização. Einstein supôs que a luz trafega em pacotes de energia denominados fótons. A energia do fóton é dada por: E = hν

8 Quando a luz atinge um (metal) placa, fotoelétrons são liberados a partir da superfície do material. Sua energia cinética, E C, é proporcional à frequência do luz incidente, ν, ou seja, a sua cor. Há uma frequência mínima, o que corresponde a uma energia mínima, chamada de função trabalho, W, que é necessária para libertar elétrons da superfície. Isto é descrito pela equação de Einstein E = hν W C Uma consequência importante dessa equação é que a energia cinética dos fotoelétrons não depende da intensidade da luz.

9 As fotomultiplicadoras são caracterizadas por sua eficiência quântica dependente do comprimento de onda, η (λ), ou seja, a razão entre o número de fotoelétrons emitidos e o número de fótons incidentes. Quando S λ é a sensibilidade espectral do fotocátodoem A / W, e com o comprimento de onda dado em nm, a eficiência quântica pode ser calculada por

10 Fotodiodos Os fotodiodos podem ser divididos em dois dipos diferentes: PIN e avalanche Os fotodiodos do tipo PIN possuem uma região quase intrínseca tipo "n" entre duas regiões altamente dopadas "p" e "n" (por isso "pin") Os fotodiodos de avalanche possuem uma estrutura "pin" mais sofisticada de maneira que possa produzir campos elétricos extremamente intensos.

11 Exemplos de Fotodiodos

12 Eficiência do fotodiodo A eficiência do processo de conversão de receber fótons e gerar pares elétron-buraco é medido pela eficiência quântica (EQ) do detector: Número de Pares Elétron-Buraco livres gerados e coletados I ph / e η = = Número de Fótons P / hf 0

13 Responsividade A responsividade R de um fotodiodo caracteriza sua performance em termos da fotocorrente gerada por potência óptica incidente num dado comprimento de onda, R ( A) Fotocorrente = = Potência Óptica incidente I ph ( W ) P0 Relacionando com Eficiência quântica e eλ R = η = η hf hc

14 Curvas típicas

15 Detectores de imagem Usados em situações que se deseja ter resolução espacial (arranjo de fotodiodos)

16 Sensor CCD(Charged Coupled Device) CCD

17 Como funciona o CCD Este é o CCD

18 Como funciona o CCD

19 Como funciona o CCD Desenvolvido nos anos 70 como um chip de memória, o CCD hoje trabalha como um chip de imagem um sensor responsável por registrar a imagem 'vista' pelos equipamentos de captura de imagem (câmeras de vídeo, câmeras fotográficas e scanners, por exemplo). As lentes da câmera projetam sobre o CCD a imagem, que é convertida em impulsos elétricos, gerando assim o sinal de vídeo.

20 Como funciona o CCD O funcionamento do CCD Vamos do início então: um CCD traz em sua estrutura uma tela gradeada, onde cada quadradinho dessa tela corresponde à 1 pixel em computação, 1 pixel é a menor medida dentro de uma imagem digital. 1 pixel

21 Como funciona o CCD O funcionamento do CCD Cada pixel faz o registro da intensidade de luz que é captada da imagem visualizada / focada pela câmera, ou na mesa do scanner, da seguinte forma: nós sabemos que qualquer imagem é constituída por áreas distintas, com áreas mais claras e áreas mais escuras.

22 Como funciona o CCD O funcionamento do CCD No CCD a imagem é capturada pela tela gradeada. A partir dessa captura, cada pixel vai fazer a leitura da intensidade de luz captada quanto mais escuro, mas preto vai ser; quanto mais clara, mais branca. Essa leitura, ou codificação, se dá através de intensidade elétrica.

23 Como funciona o CCD O funcionamento do CCD Como resposta, teremos uma imagem formada por pixels claros e escuros, a partir das áreas identificadas na imagem. Para finalizar, cada intensidade elétrica é codificada no sistema binário bits responsáveis por representar a gradação entre as áreas claras e escuras.

24 Comparação CCD e CMOS (Complementary Metal Oxide Semicondutor) CCD Fotodiodo Fotodiodo CMOS Amplificador Pixel Leitura do arranjo Sensor Output Geração e integração de cargas Transferência de carga de pixel para pixel Amplificador de saída realiza a conversão de carga-para-tensão + Geração e integração de cargas e conversão de carga para tensão Multiplexação das voltagens dos pixels: Amplificadores conectados sucessivamentes a um barramento comum Várias opções possíveis: Nenhum circuito a mais (saída analógica) amplificadores adicionais (saída analógica) Conversão A / D (saída digital)

25 Comparativo de diferentes tipos de fotodetectores

26 Elementos ópticos

27 Princípios básicos da óptica geométrica No modelo de óptica geométrica, a luz se propaga num meio homogêneo em trajetórias retilíneas, com velocidade c= m/s no vácuo e com velocidades menores fora dele. A trajetória da luz pode ser representada por raios. Define-se o índice de refração de um meio material como n = c v

28 Reflexão

29 Refração

30 Materiais Ópticos Indice de refração complexo

31 Espectros

32 Quartzo

33 Filtros Ópticos Filtros ópscos são usados sempre que as larguras de banda de fontes de luz deve ser limitada ou quando intensidades de luz devem ser reduzidas. Filtros de cor Filtros de densidade neutra

34