OPTiK OZELLiKLER

Optik özellikler
Optik özellikler
Elektromanyetik radyasyonun tabiatı ve katı
maddelerle etkileşiminin temel prensipleri
Metalik ve metalik olmayan malzemelerin emme,
yansıma, kırılma, geçirme kabiliyetleri çerçevesinde
optik davranışları
malzemelerin neden karakteristik renkleri vardır?
neden bazı malzemeler saydam, diğerleri opaktır?
Uygulamalar
Luminesans
foto iletkenlik
ışık amplifikasyonu (lazerler)
komünikasyonda fiberoptik
Elektromanyetik radyasyon
● Işık elektromanyetik bir radyasyondur.
● ısı, radar, radyo dalgaları, x-ışınları, -ışınları da
elektro-manyetik radyasyon türleridir.
● Radyasyonun elektromanyetik spektrumu dalga
boyu 10-12 m (<angstrom) olan  ışınlarından xışınlarına, ultraviyole, görünür, kızıl ötesi ve dalga
boyu 105 m (>km) olan radyo dalgalarına kadar
geniş bir aralıkta (1017)değişir.
Elektromanyetik radyasyon
Elektromanyetik dalgalar enerjiyi boşlukta ilerleyen
elektrik ve manyetik alanlarda saklayarak iletirler.
elektrik alanı
manyetik alan
Işık = elektromanyetik dalga
elektrik alanı  manyetik alan
Işık: Einstein ve Planck
• 1905 Einstein – fotoelektrik
etkisine bakarak ışığın dalga ve
parçacık özelliklerini
ilişkilendirdi.
• Planck – ilk quantum hipotezini
öne sürerek kara madde “black
body” radyasyon problemini
çözdü: “ışık foton adı verilen
enerji kümelerinden oluşur.”
E = h
Işık: Einstein ve Planck
● Işık hem parçacık hem de dalga özellikleri taşır.
● Işıma minimum enerji biriminin katları şeklinde
gerçekleşir. Bu minimum enerji birimine foton
denir.
● Işık enerjisi dağılmaz ve parçacık gibi ilerler.
Elektromanyetik radyasyon
Elektromanyetik radyasyonun hızı (c), frekansı ()
ve dalga boyuna () bağlıdır:
 : frekans (Hz)
 : dalgaboyu
Hız: dalganın boyu x birim zamanda tekrar sayısı
Çoğu zaman elektromanyetik radyasyonu quantummekanik perspektiften değerlendirmek daha
kolaydır.
Radyasyon, foton adını verdiğimiz enerji paketleri
veya grupları gibi düşünülebilir.
Elektromanyetik radyasyon
Bir fotonun enerjisi, E:
Optik olayları atomik
seviyede ele aldığımızda
ışığın parçacıklardan
oluştuğu kabulü işleri
kolaylaştırır.
h: Planck sabiti: 6.63 x 10-34 J.s
c: ışık hızı: 3.0 x 108 m/s
foton enerjisi radyasyonun frekansı ile doğru, dalga
boyu ile ters orantılıdır.
elektromanyetik radyasyon
Bütün elektromanyetik radyasyon vakumu ayni
hızda geçer: Bu hız ışık hızıdır (c): 3 x 108 m/s.
Işık hızı (c) vakumun elektriksel geçirgenliğine (0)
ve manyetik geçirgenliğine (0) bağlıdır.
Dolayısı ile elektromanyetik sabit c ile bu elektriksel
ve manyetik sabitler arasında bir ilişki vardır.
elektromanyetik radyasyon
● Görünür ışık, spektrumun oldukça dar bir
bölgesinde yer alır. Dalga boyları 0.4 m ile 
0.7 m arasında değişir.
● Algılanan renk dalga boyu tarafından belirlenir;
örneğin, 0.4 m dalga boyundaki radyasyon mor
renkli iken, 0.5 ve 0.65 m dalga boylarında yeşil
ve kırmızı renkler algılanır.
● Beyaz ışık tüm renklerin karışımıdır. İnsan gözünün
hassas olduğu tek radyasyon görünür
radyasyondur.
Artan foton enerjisi
(eV)
elektromanyetik spektrum
Kısa
dalgaboyları
renk & Enerji
Menekşe ~
mavi ~
yeşil ~
sarı ~
portakal ~
kırmızı ~
Uzun
dalgaboyları
3.17
2.73
2.52
2.15
2.08
1.62
eV
eV
eV
eV
eV
eV
Görünür ışık
İnsan gözü tarafından fark edilebilen ışığın dalga boyu
λ~400nm-700nm aralığındadır.
Bu ışığa görünür ışık denir.
3.1eV
1.8eV
İnsan gözü farklı bir çok renkteki ışığı ayırt edebilir.
Her renk farklı bir verimlilikle algılanır.
verimlilik, 100%
İnsan gözünün spektral hassasiyeti
400nm 500nm 600nm 700nm
Görünür spektrum
3.1
dalgaboyu,  (nm)
Ef (eV)
1.8
Işık ve malzemeler
arasındaki etkileşim
1 : Kırılma
2 : geçirme
3a : yansıma
3b : içerde yansıma
4 : saçılma
Yarı saydam malzeme
Gelen
ışık
3a
4
1
3b
2
Dağılma:
farklı renkler farklı
eğilebilir!
Işığın katılarla etkileşimi
gelen ışık ya yansıtılır, ya emilir ya da geçirilir:
Katı maddenin yüzeyine düşen ışık demetinin şiddeti
(I0) geçen (IT), emilen (IA) ve yansıyan (IR) demetlerin
şiddetlerinin toplamına eşit olmalıdır:
yansıma: IR
Io  IT  IA  IR
W/m2
gelen: I0
emilir: IA
geçen: IT
Işığın katılarla etkileşimi
gelen ışığın, geçen (T), emilen (A) ve yansıtılan (R)
oranları toplamı “1” e eşit olmalıdır.
T+A+R=1
T: geçirgenlik (IT/I0)
A: emilebilirlik (IA/I0)
R: yansıtabilirlik (IR/I0)
Çünkü, gelen ışık ya ortam tarafından emilir (A) ya
da ortam tarafından yansıtılır (R).
Kalan ışık (1-A+R= T) ortamdan karşıya geçer.
Işığın katılarla etkileşimi
Işığın katılarla etkileşimi
● Gelen ışığı az bir emilme ve yansıtma ile büyük
ölçüde geçirebilen malzemelere saydam denir
ve bu malzemelerden karşı tarafı görebiliriz.
● Işığın içinde dağıldığı ve dağınık bir şekilde
geçtiği malzemelere yarı saydam malzeme
denir. Bu malzemelerden diğer taraftaki
maddeleri ayırt etmek, net bir şekilde görmek
güçtür.
● Işığın geçmesine izin vermeyen malzemelere
opak malzeme denir.
Işığın katılarla etkileşimi
● Metaller (iletkenler) görünür spektrumun
tamamında opaktır. Diğer bir ifadeyle tüm
ışık radyasyonu ya emilir ya da yansıtılır.
● oysa elektriksel olarak yalıtkan malzemeler
saydam hale getirilebilirler.
● Bazı yarı iletken malzemeler saydam
bazıları ise opaktır.
Atomik ve elektronik etkileşimler
Katı maddelerin içinde gerçekleşen optik
olaylar atomların, iyonların ve elektronların
elektromanyetik radyasyon ile etkileşimi ile
ilgilidir.
Bu etkileşimlerden en önemli ikisi,
elektronik polarizasyon ve
elektron enerji geçişleridir.
Elektronik polarizasyon
● Elektromanyetik dalganın bir bileşeni hızla
titreşen-değişen elektrik alanıdır.
● Görünür frekans aralıklarında elektrik alanı
her bir atomun çevresindeki elektron bulutu
ile etkileşir.
● Bu etkileşim ya elektronik polarizasyona yol
açar ya da elektron bulutunun yerini elektrik
alan bileşenin yönü her değiştiğinde
değiştirir.
elektronik polarizasyon
Işık dalgasının elektrik alan bileşeni bir
atomun etrafındaki elektron bulutunu
çekirdeğe göre bir miktar eğer.
–
Elektronik polarizasyonun 2 sonucu
emilme ve
ışığın kırılmasıdır.
+
elektron geçişleri
● Atomlar için enerji durumları bellitanımlanmış olduğundan, enerji seviyeleri
arasında sadece belirli büyüklükte enerji
farkları (Es) vardır.
● Sadece mümkün olan Es değerlerine tekabül
eden frekansların fotonları elektron geçişleri
tarafından emilebilirler.
● Her bir elektron hareketlenmesinde (transfer)
olayında bir fotonun bütün enerjisi emilir.
elektron geçişleri
● Elektromanyetik radyasyonun emilmesi ve
salınması bir enerji seviyesinden diğerine
elektron geçişleri içerir.
● E2 enerji seviyesindeki bir elektron bir foton
enerji alarak daha yüksek boş bir enerji
seviyesine (E4) hareketlenebilir.
● Elektronun tecrübe ettiği enerji değişimi
elektromanyetik radyasyonun frekansına
bağlıdır:
Enerji
elektron geçişleri
Elektron
hareketlenmesi
E42= E4-E2 = h42
42 frekansta foton
bir elektron bir
enerji
seviyesinden
diğerine
hareketlenirken
foton emilmesi
Fotonun enerjisi (hv42) iki enerji seviyesi arasındaki
enerji farkına (E4-E2) eşit olmalıdır.
elektron geçişleri
● Seviye atlamış bir elektron bu yüksek enerji
seviyesinde sonsuza kadar kalamaz, kısa süre sonra
ilk enerji konumuna geri döner ve dönerken bir
elektromanyetik radyasyon açığa çıkar.
● elektron geçişlerinde enerjinin korunması
gereklidir.
● Katı maddelerin elektromanyetik radyasyonun
“emilme” ve “salınma” sı ile ilgili optik özellikleri
malzemelerin elektron bant yapıları ve elektron
geçişlerinin prensipleri çerçevesinde gerçekleşir.
Metallerin optik özellikleri
● Valens enerji bandı elektronlarla sadece kısmi
olarak doludur.
● Görünür aralık içindeki frekanslarda gelen
radyasyon, e-ları Fermi enerjisi üstündeki boş
enerji seviyelerine hareketlendirdiği için metaller
opaktır. Gelen radyasyon madde tarafından emilir.
● Emilmenin tamamı çok ince, genellikle 0.1
mikrondan daha ince bir yüzey tabakasında
gerçekleşir ; bu nedenle ancak 0.1 mikrondan daha
ince metalik filmler görünür ışığı geçirebilirler.
emilme
elektron transferi ile
foton emilmesi
e- enerjisi
h
Io
Planck sabiti ışığın
(6.63 x 10-34 J/s) frekansı
Boş enerji seviyeleri
E = h kadar
enerji gerekir!
(foton enerjisi)
Dolu enerji seviyeleri
metallerin çok sayıda enerji seviyesi vardır.
yüzeye yakın elektronlar görünür ışığı emer.
emilme
● Elektron geçişlerine izin veren çeşitli boş
elektron seviyeleri nedeniyle görünür ışığın tüm
frekansları metaller tarafından emilir.
● Hatta, metaller frekans spektrumunun alt ucunda
yer alan elektromanyetik radyasyonun tamamına,
radyo dalgalarından ultraviyole radyasyonun
yarısına kadar, opaktır.
● Metaller yüksek frekanstaki yüksek enerjili x- ve
-ışını radyasyonunu geçirir, yani x- ve -ışınlarına
saydamdır.
emilme
 Metallerin elektron yapısı sayesinde ışığın
hemen tüm frekansları yüzeyden 0.1 m
derinlikte emilir.
 Bundan daha ince olan metal filmleri ışığı
geçirir.
 Bazı malzemeler için geçirim derinlikleri (I/I0
=1/e):
su:
32 cm
cam:
grafit:
altın:
29 cm
0.6 µm
0.15µm
yansıtma
elektron geri dönüşleri foton açığa çıkarır.
e- enerjisi
IR
Malzeme
yüzeyinden
salınan foton
Boş konumlar
‘iletken’ elektron
E
Dolu konumlar
● yansıtabilirlik = IR/I0 = 0.90 ile 0.95 arasındadır.
● yansıtılan ışık gelen ile ayni frekanstadır.
● metaller yansıtıcı-parlaktır!
yansıtma
 Metallerin yüzeyindeki atomlarda hareketlenen elar eski konumlarına geri dönerken foton verirler.
 Emilen radyasyonun büyük bir kısmı yüzeyden ayni
dalga boyundaki ışık olarak yayılır ve yansıtılan ışık
olarak görünür.
 Yansıtılan fotonlar frekans ve sayı yönünden gelen
ışınınki ile, e-ların orijinal konumlarına dönerken
açığa çıkan enerji gelen enerji ile yaklaşık aynıdır.
 Dolayısı ile metaller ışığı çok iyi yansıtırlar;
 bir çok metal için bu %95 seviyesinde..
yansıtma
● Metaller opak ve yüksek ölçüde yansıtıcı
olduklarından, algılanan renk yansıtılan radyasyonun
dalga boyu (dağılımı) tarafından belirlenir.
● Beyaz ışığa maruz kaldığında parlak gümüşi
görünümü metalin görünür spektrumun tamamında
büyük ölçüde yansıtıcı olduğuna işaret eder. (Al, Ag)
● Kısa dalga boyuna sahip hafif fotonların bir kısım
enerjisi görünür ışık olarak yansıtılmadığı için Bakır
kızıl portakal ve altın sarı renkte görünür.
Metaller hem opak hem de yansıtıcıdır.
Kalan enerji ısı olarak kaybolur.
yansıtma
Alüminyumun
spektrumu oldukça
düzdür. Gelen
ışığın hemen
hemen tamamını
yansıtırlar.
altın mavi ve yeşil
renkleri absorbe
eder. çok miktarda
kırmızı dalga
boyları yansıtır.
yansıtma
 Altın ve alüminyum için yansıtma spektrumu:
dalgaboyu m
mavi
kırmızı
Non-metallerin optik özellikleri
Elektron enerji bant yapıları nedeniyle,
metalik olmayan malzemeler görünür ışığa
saydam olabilirler.
Bu nedenle,
yansıtma
emilmeye
ilave olarak
kırılma ve
geçirme
metaller
Metalik
olmayan
malzemeler
kırılma
beyaz ışık bir
cam prizmadan
geçerken bileşen
renklerine ayrılır.
Işık cama girer ve çıkarken farklı
miktarlarda sapar ve renkler ayrılır.
c19cof01
Kırılma
kırılma
● Saydam malzemelerin içine giren ışığın
hızında bir azalma olur. Buna bağlı olarak ışık
arayüzeyde eğilir. Bu olaya kırılma denir.
● Bir malzemenin kırılma endeksi (n) ışığın
vakumdaki hızı (c) ile malzeme içindeki
hızının () oranına eşittir.
● n (kırılma endeksi: eğilmenin derecesi) ışığın
dalga boyuna bağlıdır.
Kırılma endeksi
malzemede
ışık hızı
vakumda
ışık hızı
 dielektrik sabiti
 manyetik geçirgenlik
0 = vakumda 
0 = vakumda 
r : bağıl dielektrik (yalıtkanlık) sabiti
r : bağıl manyetik geçirgenlik
Kırılma endeksi
bir çok madde sadece hafif manyetik olduğu için,
(r  1)
saydam malzemelerde kırılma endeksi (n) ile
bağıl dielektrik sabiti (r) arasında bir ilişki vardır.
Kırılma endeksi
● Kırılma olayı yüksek frekanslardaki görünür
ışık için elektronik polarizasyonla ilişkilidir.
● Bu sayede dielektrik sabitinin elektronik
bileşeni kırılma endeksi ile hesaplanabilir.
● geçen ışık elektron bulutlarını deformasyona
uğratır.
+
+
ışık geçerken!
Kırılma endeksi
● Bir madde içinde elektromanyetik radyasyonun
gecikmesi elektronik polarizasyondan kaynaklandığı
için maddenin atomları veya iyonlarının büyüklüğü
bu etkinin şiddetini yakından etkiler.
● Genel olarak atom/iyon büyüdükçe, elektronik
polarizasyon ve kırılma endeksi artar.
● Tipik bir soda-kireç camının kırılma endeksi
yaklaşık 1.5’tur.
● Cama iri Ba ve Pb iyonları (BaO ve PbO şeklinde)
ilave edildiğinde kırılma endeksi ciddi şekilde
artar.
Kırılma endeksi
● Örneğin yüksek miktarda Pb içeren (90 ağ%
PbO) camın kırılma endeksi yaklaşık 2.1’dir.
● Kübik kristal yapılı seramikler ve camlar
için, kırılma endeksi izotropiktir.
● Kübik olmayan kristaller ise, anizotropik
bir n değerine sahiptir.
● Kırılma endeksi iyon yoğunluğu en yüksek
olan yönlerde en yüksektir.
Kırılma-özet
ışık bir malzemeden geçerken vakumda olduğundan
daha yavaştır.
Işığın vakumdaki hızı
kırılma endeksi, n = Işığın malzemedeki hızı
malzemeye büyük ağır iyonların (Pb gibi) ilave edilmesi ışığın
hızını düşürür. bu durumda ışık bükülebilir.
Material
Lead glass
Silica glass
Soda-lime glass
Quartz
Plexiglas
Polypropylene
kat edilen mesafe arttıkça geçen ışığın şiddeti
azalır; kalın parçalar daha az saydamdır.
n
2.10
1.46
1.51
1.55
1.49
1.49
Kırılma endeksi
Bazı Saydam malzemelerin kırılma endeksleri
malzeme
Kırılma endeksi
seramikler
polimerler
yansıtma
Işık farklı kırılma endekslerine sahip bir maddeden
diğerine geçerken, her 2 madde de saydam olsa bile
ışığın bir kısmı bu 2 madde arasındaki ara yüzeyde
dağılır.
Yansıtabilirlik (R) gelen ışığın ara yüzeyde yansıtılan
oranını temsil eder.
I0 ve IR gelen ve yansıtılan ışığın şiddetidir.
yansıtma
Gelen ışık arayüzeye dik ise,
n1 ve n2 iki ortamın kırılma endeksleri
Işık vakumdan veya havadan bir katıya (s) geçiyor
ise, havanın kırılma
endeksi «1» olduğu için
Havadan elmasa giren ışık için;
n elmas: 2.41
2
 2.41 1
R 
  0.17
 2.41 1
yansıtma
Gelen ışık ara yüzeye dik değil ise, R geliş açısına
bağlıdır.
1'
n’(düşük)
n (yüksek)
n sin 

n sin
c
1
c : i  0
i  c ise tam yansıan (TIR)
i  geliş açısı
i  kırılma açısı
c  kritik açı
yansıtma
Yüzeye dik
gelen ışın
eğilmez.
Dik gelmeyen ışık için
yansıma ve geçme
oranları Fresnel
denklemleri ile
hesaplanır.
Eğilmediği
halde
kısmen
yansıma
olur.
Daha düşük
kırılma endeksine
sahip (n2<n1) bir
malzemeye gelen
ışığın tamamı
yansıtılır.
Kritik açı c
Işık kaynağı
>c: geliş
açısı kritik
açıdan
büyükse
n2 tüm ışık
yansıtılır.
Yüksek endeksli
malzeme
yansıtma
● katının kırılma endeksi büyüdükçe yansıma artar.
● Tipik silika camları için, yansıtabilirlik yaklaşık 0.5
(%50) kadardır.
● Bir katının kırılma endeksi gelen ışığın dalga
boyuna bağlı olduğu gibi, yansıtabilirlik de dalga
boyu ile değişir.
● Lens ve diğer optik enstrümanların yansıma
kayıpları, yansıtıcı yüzeyleri MgF2 gibi dielektrik
bir malzemeden çok ince bir film ile kaplanarak en
aza indirilebilir.
emilme
● Metalik olmayan malzemeler görünür ışığa opak
veya saydam olabilirler.
● Saydam iseler, çoğunlukla renkli görünürler.
● Işık bu malzemelerde geçirgenlik davranışını da
etkileyen 2 temel mekanizma ile emilir.
● Bunlardan biri elektronik polarizasyondur.
● Elektronik polarizasyonla emilme sadece madde
atomlarının gevşeme frekansları yakınlarındaki
düşük frekanslarda önemlidir.
● Diğer mekanizma valens bandı ile iletken bandı
arasındaki elektron geçişlerini içerir. Bu mekanizma
malzemenin elektron enerjisi bant yapısına bağlıdır.
emilme
Elektron geçişini başlatacak minimum foton enerjisi
EC - EV = Egap = h
h > Egap ise
elektronlar
iletkenlik
E
gap
bandına
hareketlenebilirler.
İletkenlik bandı, EC
Serbest elektronlar
h = Ephoton
boşluklar
Valens bandı, EV
emilme
● Bir foton ışık emilmesi valens bandından bir
elektronun bant aralığını aşıp iletim bandında bir
boş pozisyona hareketlenmesi ile gerçekleşebilir.
● Böylece iletim bandında serbest bir elektron ve
valens bandında bir boşluk yaratılmış olur.
● Bu sıçrama için gerekli enerji E emilen foton
frekansı ile ilişkilidir.
● foton enerjisi bant enerji aralığından (Eg) daha
büyük ise elektron geçişi ve emilme olabilir.
emilme
Emilen
foton
İletim
bandı
valens
bandı
Bant aralığında empürite seviyesi var ise, bant aralık
enerjisinden daha düşük enerjiye sahip fotonlar, bu ara
konumlardaki elektronları iletken bandına veya boşlukları
valens bandına hareketlendirerek emilebilir.
örnek: renkli elmaslar
emilme
emilme dalga boyu üzerinden aşağıdaki gibi ifade
edilir:
Görünür ışık için minimum dalga boyu 0.4m dir.
c = 3x108 m/s ve h = 4.13x10-15 eV s olduğu için
görünür ışığın emilmesi ile ilgili maksimum bant
aralığı enerjisi, Eg(max)
emilme
h > Egap ise emilme ile elektron hareketlenmesi
Elektron enerjisi
Görünür spektrum
Mavi ışık: h=3.1 eV
Kırmızı ışık: h=1.7 eV
Gelen foton
enerjisi hn
Io
Boş enerji seviyeleri
Egap
Dolu enerji seviyeleri
Egap < 1.8 eV, ise tam emilme; renk siyah (Si, GaAs)
Egap > 3.1 eV, ise emilme yok; renksiz (elmas)
1.8 eV < Egap < 3.1 eV ise, kısmi emilme; malzeme renkli
Emilme-kısmi
örnek: Ge tarafından emilen en küçük dalga boyu
nedir?
Eg = 0.67 eV
hc (6.62x10 34 J  s)(3 x 108 m/s )
c  
 1.85m
19
E g (0.67eV )(1.60x10 J/eV )
Siiçin E g 1.1eV c 1.13 m
Eğer donör ve alıcı seviyeleri de varsa bu emilme
olayı için diğer frekanslara da şans tanır.
emilme
 yarı iletken veya yalıtkan malzemelerde bant
aralığında yeterli sayıda empürite seviyesi
yoksa, bant aralığında uygun enerji
seviyelerinde quantum konumları olmadığı için,
Eg’den daha düşük enerjili fotonlar emilemez.
 Yalıtkanların ve geniş bant aralıklı yarı
iletkenlerin saydam, Si ve GaAs gibi dar bant
aralıklı yarı iletkenlerin ise opak olmaları bu
yüzdendir.
emilme
Bant aralığı enerjisi 3.1 eV’dan daha büyük (görünür
spektrum sınırı) metalik olmayan malzemeler
tarafından görünür ışık emilemez, malzemeden geçer!
(min) =
hc
Eg(max)
=
(4.13 x 10-15 eV.s)(3x108 m/s)
3.1 eV
= 0.4m
Çok saf olduklarında bu malzemeler, saydam veya
renksiz görüneceklerdir.
emilme
Diğer yandan, görünür ışık için (max)  0.7 m
Görünür ışığın emilebilmesi için, Eg(min),
1.8 eV’dan daha düşük bant aralığına sahip
yarı iletken malzemelerde görünür ışığın
tamamı valens banttan iletken bandına
elektron sıçrayışları ile emilir.
opak
Bant aralığı enerjisi 1.8 ile 3.1 eV arasında
olan malzemelerde görünür ışığın sadece
bir kısmı malzeme tarafından emilir.
renkli
emilme
● Bant aralığı enerjisi (Eg) değerine bağlı olarak
belirli bir dalga boyunda her metalik olmayan
malzeme opak olur.
● Örneğin, bant aralığı enerjisi 5.6 eV olan elmas
0.22 m’dan daha küçük dalga boyuna sahip
tüm radyasyona opaktır.
● Geniş bant aralığına sahip yalıtkan katılar için
ışık radyasyonu ile etkileşim valens-iletken
bant e- geçişlerinden farklı mekanizmalarla da
olabilir.
emilme
Elmas: bant aralığı enerjisi 5.6 eV
valens
bandı
5.6 eV  = 0.22m
Efoton= 6 eV; <0.22m
İletim
bandı
5.6 eV  = 0.22m
valens
bandı
İletim
bandı
Elektron geçişi mümkün: Elektron geçişi olmaz:
emilme olur opak
emilme yok! saydam
Efoton = 5 eV; >0.22m
emilme
Foton emilme
valens bandı
Bant
aralığı
İletim bandı
Eğer impürite ve elektriksel olarak aktif hatalar var
ise, bant aralığı içinde
e- seviyeleri (donör ve
alıcı seviyeleri) oluşabilir. Empürite
seviyesi
Bu seviyeler bant
aralığında merkeze yakın
konumlanırlar. Belirli
dalga boyundaki Işık
radyasyonu bu seviyeler
arasındaki e- geçişleri
sonucunda emilirler.
emilme-salınım
bant aralığındaki empürite seviyeleri üzerinden çok
adımlı elektron geçişleri olabilir.
İletim bandındaki elektron önce empürite seviyesine
sonra empürite
seviyesinden
valens bandına
düşebilir.
Bu durumda 2
aşamalı salınım olur.
İlki fonon (ısı)
İkinci: foton (ışık)
salınımı
emilme
Emilen radyasyonun şiddeti (intensity) ortamın
karakterine ve kat edilen mesafeye bağlıdır.
Emilmeden geçen radyasyonun şiddeti (IT) mesafe (x)
ile sürekli azalır:
I0: gelen radyasyonun şiddeti
 : emilme katsayısı (mm-1) (malzeme karakteristik
değeri ve gelen radyasyonun dalga boyu ile değişir.)
x: ortamın derinliği (mm)
Yüksek  değerine sahip malzemeler yüksek emme
kapasitesi sahiptir.
Emilme-problem
200 mm kalınlığındaki camdan yansıtılmadan
geçen ışığın oranı 0.98 dir. Bu malzemenin emilme
katsayısını hesaplayın.
Yukarıdaki denklemdeki  değerini bulmalıyız.
Her 2 tarafın logaritmasını alırsak,
ln (IT/I0) =   x   =  1/x . ln (IT/I0)
 =  1/200 mm ln (0.98) = 1.01 x 10-4 mm-1
geçirme
Emme, yansıma ve geçirme olayları saydam bir
katıdan ışığın geçmesi olayına uygulanabilir.
l kalınlığında,  emme katsayısına sahip bir
numunenin ön yüzüne gelen I0 şiddetindeki bir
ışığın numunenin arka yüzeyine geçen şiddeti:
R: yansıma oranı
Burada arka ve ön yüzler dışındaki ortamın ayni
olduğu varsayılmıştır.
geçirme
Gelen ışık
geçen ışık
yansıyan
ışık
IR=I0R
IT=I0(1-R)2e-l
ışığın saydam bir ortamdan geçişi: ön ve arka
yüzlerde yansıma ve ortam içinde emilme var!
geçirme
Saydam bir malzemeden ışığın geçme oranı emme ve
yansıma olaylarında yaşanan kayıplara bağlıdır.
Yansıtabilirlik (R) emilebilirlik (A) ve geçirebilirlik (T)
toplamı “1” dir.
R, A, ve T ayni zamanda ışığın dalga boyuna bağlıdır.
Yeşil cam için spektrumun görünür bölgesinde;
0.4 m dalga boyuna sahip ışık için, geçen, emilen ve
yansıtılan ışık oraları sırası ile 0.9, 0.05 ve 0.05 dir.
Fakat 0.55 m dalga boyu için, bu oranlar yaklaşık
0.50, 0.48, and 0.02’dir.
Radyasyon enerjisi oranı
geçirmeyansıyan
emilen
Geçen ve
görünen
%2
%48
%50
dalgaboyu (m)
0.4 m dalga boyu ile yeşil camdan geçen, emilen ve
yansıyan ışığın oranlarının değişimi.
geçirme
● Saydam malzemeler malzeme tarafından emilen
belirli dalga boyu aralıkları nedeniyle renkli
görünürler.
● Ortaya çıkan renk geçmesine izin verilen dalga
boylarının bileşimi sonucudur.
● Emilme görünür dalga boylarının tamamı için
homojen ise malzeme bize renksiz görünür.
● Örnek olarak yüksek saflıktaki inorganik camları
ve yüksek saflıkta tek kristal elmas ve safiri
gösterebiliriz.
geçirme
● Genellikle, emilme olayları e- hareketlenmesi ile
gerçekleşir. Mesela, görünür ışık enerjisi kadar (1.8
- 3.1 eV) bant aralığına sahip yarı iletkenlerde.
● Dolayısı ile görünür ışığın Eg’den daha yüksek
enerjiye sahip kısmı valens bandı-iletim bandı
elektron geçişleri ile tercihli olarak emilir.
● Emilen radyasyonun bir kısmı e-lar düşük enerjili
ilk konumlarına dönerken tekrar geri verilir.
● Bu ışımanın emilme olayı ile ayni frekansta
gerçekleşmesi zorunludur.
● Dolayısı ile malzemenin rengi hem geçen hem de
geri verilen ışınların frekans dağılımına bağlıdır.
geçirme
● Yalıtkan seramiklerde belirli empüriteler enerji
bant aralığında e- seviyeleri oluştururlar.
● empürite atomlarının bu enerji seviyelerinden edüşmesi ile enerji aralığından daha düşük enerjiye
sahip fotonlar salınabilir.
● Malzemenin rengi yine geçen ışığın içinde bulunan
dalgaboyu dağılımının fonksiyonudur.
Yalıtkanlarda opaklık ve yarı
saydamlık
Al-oksit örneklerinda yapısal özelliklerle optik
geçirme özelliklerinde değişim:
Tek kristal (safir): saydam
Yoğun-gözeneksiz çok kristal: yarı saydam
%5 kadar gözenek
içeren çok kristal:
opak
Metalik olmayan malzemelerde
renk
malzeme rengi
malzemeden geçen ve,
elektron geçişleri ile malzeme tarafından verilen
Işıkların frekanslarının toplamı tarafından belirlenir.
örnek: Cadmiyum Sulfit (CdS) Egap = 2.4 eV,
görünür ışığın yüksek enerjili (E>2.4eV) kısmı (mavi,
menekşe) emilir: (3.1 eV >E > 2.4eV)
Görünür ışığın emilmeyen kısmı (1.8 eV<E<2.4 eV)
Kırmızı/sarı/portakal malzemeden geçer ve
malzemeye rengini verir.
Metalik olmayan malzemelerde
renk
● Yüksek saflıkta tek kristal alüminyum oksit veya
safir renksizdir.
● Parlak kırmızı renkteki yakut %0.5 ile 2 kadar Cr2O3
katılmış safirdir.
● Cr3+ iyonları Al2O3 kristal yapısında Al3+ iyonlarının
yerini alırken safirin geniş bant aralığında
empürite seviyeleri oluşturur.
● Işık radyasyonu valens-iletim bandı elektron
geçişleri tarafından emilirken, emilen radyasyonun
bir kısmı da, bu empürite seviyelerine ve bu
seviyelerden elektron hareketlenmeleri ile belirli
dalga boylarında tekrar salınırlar.
Metalik olmayan malzemelerde
renk
● Safir için görünür spektrumda dalga boyuna göre
geçirim aşağı yukarı sabit olup bu malzemenin
renksizliğini açıklar.
● Oysa yakut için şiddetli emilme pikleri
görülmektedir.
● Bunlardan biri mavi-menekşe bölgesinde (yaklaşık
0.4 m’da) diğeri sarı-yeşil ışık bölgesindedir (0.6
m’da).
● Emilmeyen yani geçen ışık tekrar salınan ışıkla
karıştığında yakutun derin kırmızı rengi ortaya
çıkar.
Metalik olmayan malzemelerde renk
Safir: Al2O3 + at%0.5 -2 Cr2O3
Cr2O3 bant aralığını değiştirir.
Egap > 3.1eV : Safir renksiz:
Rubi: tek kristal Al2O3
Mavi, sarı/yeşil emilir.
Kırmızı geçer.
Rubi kırmızı görünür.
Metalik olmayan malzemelerde
renk
İnorganik camlar cam henüz sıvı halde iken içine
geçiş elementleri veya nadir toprak iyonları ilave
edilerek renklendirilir.
İyonlar ve cama verdikleri renklerden örnekler:
Cu2+: mavi-yeşil
Co2+: mavi-menekşe
Cr3+: yeşil
Mn2+: sarı
Mn3+: mor
Bu renkli camlar ayni zamanda seramik objelerde sır
ve dekoratif kaplama olarak da kullanılır.
silisyum neden siyah ve parlaktır?
Silis neden siyahtır?
Silisyumun enerji aralığı: Egap =1.2eV
Görünür ışık foton enerjisi: Evis~1.8–3.1eV
Evis > Egap
Bu durumda görünür ışığın tamamı silis
tarafından absorbe edilir ve Silis siyah
görünür.
Silis neden parlaktır?
Siliste iletken bandında çok sayıda elektron olduğu için ciddi
miktarda foton absorpsiyonu olur. Bu elektronlar yerleşik
değildir ve fotonlarda saçılıma neden olurlar.
GaP neden sarı renklidir?
● GaP’un enerji aralığı: Egap = 2.26 eV
● Bu enerjiye denk gelen foton dalga boyu:  = 549
nm.
● Bu durumda enerjisi (E = h > 2.26 eV) 2.26
eV’dan yüksek olan yeşil, mavi ve menekşe renkli
fotonlar absorbe olurlar.
● enerjisi (E = h < 2.26 eV) 2.26 eV’dan düşük olan
sarı, portakal ve kırmızı renkli fotonlar ise
geçerler.
● İnsan gözünün sarı renge hassasiyeti kırmızıya
olduğundan daha yüksektir.
● Bu nedenle GaP bize sarı-portakal renkli görünür.
Yarı iletkenlerin renkleri
Evis= 1.8eV
3.1eV
foton enerjisi görünür ışığın enerjisinden küçük ise;
Evis>Egap Fotonlar yutulacaktır.
Foton enerjisi görünür ışığın enerjisinden büyük ise;
Evis<Egap Fotonlar geçecektir.
Foton enerjisi enerji aralığında (Egap) kalıyorsa,
Egap’den daha büyük enerjisi olan fotonlar
yutulacaktır.
Biz geçmesine izin verilen ışığın rengini görürüz.
Bütün renklerin geçebiliyorsa, renk beyazdır.
Yalıtkanlarda opaklık ve yarı
saydamlık
● Doğal olarak saydam olan yalıtkan malzemelerin
yarı saydamlık-opaklık derecesi büyük ölçüde iç
yansıtma ve geçirme karakteristiklerine bağlıdır.
● Doğal olarak saydam olan bir çok yalıtkan malzeme
iç yansıma ve iç kırılma özellikleri sayesinde yarı
saydam ve hatta opak yapılabilir.
● Geçen bir ışın demetinin yönünde sapma olur ve
çoklu saçılma olayları neticesinde «difüze»
görünür. Saçılma olayları ışın demetinin arka yüze
varmasını engelleyecek kadar çok olduğunda
opaklık ortaya çıkar.
Yalıtkanlarda opaklık ve yarı
saydamlık
● Bu iç saçılmaların birkaç nedeni olabilir:
● kırılma endeksi anizotropik olan Polikristal
malzemeler yarı-saydam görünür.
● Tane sınırlarında hem yansıma hem de kırılma
meydana gelir ve ışın demetinin sapmasına yol
açar.
● Bu durum farklı kristallografik yönlenmelerde
olan komşu tanelerin kırılma endekslerindeki
küçük farklılıklardan ileri gelir.
Yalıtkanlarda opaklık ve yarı
saydamlık
● Fazlardan birinin diğeri içinde çok ince
şekilde dağıldığı 2 fazlı malzemelerde de
ışık saçılması olur.
● İki fazın kırılma endeksleri farklı olduğunda
ışın demeti saçılması faz sınırlarında olur.
● Fark arttıkça saçılma da artar.
Yalıtkanlarda opaklık ve yarı
saydamlık
● Hem kristal hem de kalıntı amorf fazlar içeren
cam seramikler, kristallerin boyutları görünür
ışığın dalga boyundan küçük ve iki fazın kırılma
endeksleri çok yakın (bileşim ayarlaması ile
sağlanabilir) ise saydam görünecektir.
● İmalat sırasında bir çok seramik parça çok ince
dağılmış gözenekler içerebilir.
● Bu gözenekler ışığı etkin şekilde saçılıma
uğratırlar.
Yalıtkanlarda opaklık ve yarı
saydamlık
● Katkısız polimerlerde yarı saydamlığın derecesi
kristallik derecesinden etkilenir.
● Görünür ışığın bir miktar saçılması, kırılma
endeksleri farklı olduğu için, kristal ve amorf
yapılı bölgeler arasında yaşanır.
● Büyük ölçüde kristalin olan polimerlerde saçılma
şiddetlidir ve bu durum yarı saydamlığa ve hatta
bazı durumlarda opaklığa yol açar.
● Büyük ölçüde amorf olan polimerler tamamen
saydamdır.
Yalıtkanlarda opaklık ve yarı
saydamlık
Al-oksit örneklerinda yapısal özelliklerle optik
geçirme özelliklerinde değişim:
Tek kristal (safir): saydam
Yoğun-gözeneksiz çok kristal: yarı saydam
%5 kadar gözenek
içeren çok kristal:
opak
Cam neden saydamdır ?
● Cam çok geniş bir enerji aralığına
(Egap >> 5eV) sahip bir yalıtkandır.
● Elektronlar için bu kadar geniş bir aralığı
aşmak güçtür.
Egap >> E(visible light)
● Her renge ait fotonlar geçer ve hiçbir
emilme-alıkonma olmaz.
● cam bu yüzden saydamdır.
renkler
 Bileşimdeki küçük değişiklikler görünüşte ciddi
farklılıklara yol açar.
 Örneğin yüksek saflıkta Al2O3 tek kristali renksizdir.
 0.5 - 2.0% kadar Cr2O3 ilave edersek malzeme
kırmızı görünür.
 Cr Al atomlarının yerine geçer ve safirin bant
aralığında empürite konumları yaratır.
 Bu konumlar yeşil ve mavi dalgaboyunda şiddetli
absorbsiyona neden olarak sadece kırmızı
dalgaboyunun geçmesine izin verir.
Yarı şeffaflık
 Işık malzeme girdikten sonra bile malzeme içinde
saçılmaya bağlı olarak tekrar yansımaya
uğrayabilir.
 Geçen ışık bile malzeme içindeki saçılma
sonucunda şiddetini-bilgilerini kaybedebilir.
 Işık dağılır ve bir görüntü bulanık hale gelebilir.
 Aşırı durumlarda malzeme aşırı iç saçılma
sonucunda opak olabilir.
 Saçılma değişik nedenlerden kaynaklanabilir:
 Çok kristalli malzemelerde tane sınırları
 Seramiklerde ince gözenekler
 Malzemelerdeki farklı fazlar
Optik özelliklerin uygulamaları
● Lüminesans – ışıldama
● Floresans
● Fosforesans
● Fotolüminesans
● Katodo lüminesans
● Elektro-floresans (LED ve OLED)
● Foto iletkenlik
● Lazerler
● Optik fiberler
aynalar
ışıldama
 ışıldama – bir malzemenin ışık salması
 Malzeme bir frekansta ışık emer, daha düşük
farklı bir frekansta ışığı geri verir.
İletim bandı
Eg
empürite
seviyeleri
Ara empürite seviyeleri ne kadar
kararlıdır?
Eemission
• Çok kararlı ise (uzun ömürlü = >10-8
s) = fosforesans
• Daha az kararlı ise (kısa ömürlü)
Alıcı
(<10-8 s) = floresans
seviyesi
Valens bandı
örnek: koyu renkli oyuncakların
aydınlıkta parlaması: fosforesans
ışıldama
Energy of electron
unfilled states
Gelen
incident
radyasyon
radiation
Egap
filled states
emitted
Salınan
ışık
electron
Elektron occurs
geçişi
transition
• Ex: floresans
ampüller
Örnek:
floresan
ampüller
cam
light
Ters elektron geçişi
Beyaz ışık
Kaplama
Eu katkılı alümina
fosforesans ve
floresans
ışıldama
● Bir elektron daha yüksek bir enerji seviyesine
hareketlendiğinde enerji emilir; bu elektron eski
konumuna döndüğünde görünür ışık salınır.
Bu olaya ışıldama (lüminesans) denir.
● Emilen enerji ultraviyole ışık gibi yüksek enerjili
elektromanyetik radyasyon olarak temin edilir ve
valens-iletim bandı arasında elektron geçişlerine
yol açar.
● Diğer enerji kaynakları yüksek enerjili elektronlar,
ısı, mekanik veya kimyasal enerji olabilir.
ışıldama
● Işıldama olayı emilme ve salınma arasında geçen
zamana göre sınıflandırılır.
● Eğer ışıldama 1 saniyeden çok daha kısa süreler
içinde gerçekleşirse, floresans; daha uzun
süreler geçmiş ise fosforesans adı verilir.
● Bu özellikleri gösteren malzemeler, bazı sülfitler,
oksitler, tungstatlar ve birkaç organik maddedir.
● Saf maddeler bu özelliklere sahip değildir.
● Bu özelliğin ortaya çıkması için kasıtlı olarak
empürite ilavesi yapmak gerekir.
Işıldama
● Işıldamanın birkaç ticari uygulaması vardır.
● Floresans lambalar, içinde özel olarak hazırlanmış tungstat
ve silikatlar bulunan cam bir muhafazadan ibarettir.
● ultraviole ışık cam tüp içindeki civa parıldama deşarjı ile
temin edilir ve kaplamanın ışıldamasına yol açar ve
böylece beyaz ışık salar.
● Televizyon ekranındaki görüntüler ışıldamanın ürünüdür.
● Ekranın iç yüzü ekrandan bir elektron demeti geçtiğinde
ışıldayan bir malzeme ile kaplanır.
● X-ışınlarının belirlenmesinde de bu olaydan yararlanmak
mümkündür.
● Belirli fosforlar başka türlü görünür olmayan bir radyasyon
demetine girdiğinde görünür ışık yayarlar veya parlarlar.
Işıldama
 Yaygın türleri; gelen orijinal radyasyondan




farklı dalga boyunda ışık (floresan ışık)
Elektrik alanı (LED)
Elektronlar (katot ışını tüpündeki elektron
tabancası) olmasına bağlı olarak,
foto-, elektro-, ve katod-ışıma olarak
adlandırılır.
Bunların dışında kimyasal reaksiyonlara
bağlı olarak kemo-ışıma vardır!
fosforesans ve floresans
 ışıldama ayrıca fosforesans ve floresans şeklinde de
görülür
 Floresans ve fosforesans spin gerektiren veya
gerektirmeyen elektron geçişleri ile ayırt edilir.
 Dolayısı ile floresans spin gerekmediği için daha hızlı
bir prosestir: 10-5 – 10-6 s
 fosforesans 10-4 – 101 s kadar sürer.
 Enerji diyagramı aşağıdaki gibi olur:
E2
flip
phosp.
fluor.
E3
gelen
E1
flip
phosp.
fosforesans ve floresans
 Enerji seviyeleri esasen enerji aralıkları ise:
Fonon salınımı
sıçrama başına ~10-12s
floresans, ~10-5s
 floresans ile açığa çıkan ışık gelen ışıktan daha
uzun dalga boyundadır.
 Enerjisi daha küçük olduğu için
 fosforesan ışık floresan ışıktan tipik olarak daha
uzun dalga boyunda olduğu için
fosforesans ve floresans
 Floresan ışıklarda, plazma UV ışık meydana getirir ve tüp iç
duvarlarındaki floresan kaplama bunu görünür ışığa
dönüştürür.
 Bu ışıklar görünür titreşimdedir (60Hz)-1 > 10-5s
 Garip bir biçimde, Bunu yapan malzemeler fosfor olarak
adlandırılırlar
 Beyaz bir ışık elde etmek için her biri farklı dalga boyunda
ışıldayan fosforların bir karışımını kullanmak gerekir.
 TV tüpleri farklı renkler elde etmek için farklı elementlerle
doplanmış malzemeleri kullanılırlar :
 Cu+ ile doplanmış ZnS yeşil verir.
 ZnS:Ag mavi verir.
 YVO4:Eu kırmızı verir.
fotolüminesans
Hg
uv
elektrot
elektrot
 Elektrodlar arasında oluşan ark ampül içindeki civayı daha
yüksek bir enerji seviyesine çıkarır.
 Elektronlar eski konumlarına geri dönerken UV ışık verirler.
(güneşlenme lambaları).
 Ampülün iç yüzeyi UV ışınlarını emen fakat görünür ışığı veren
bir malzeme (%20 F-’un Cl- ile yer değiştirdiği Ca10F2P6O24) ile
kaplanır.
 Renk bu malzeme metal katyonları ile doplanarak ayarlanır:
Sb3+
mavi
Mn2+
portakal-kırmızı
katodoluminesans
 TV cihazlarında kullanılır.
 Fosforu elektron bombardımanına tut.
 Fosforu böylece yüksek enerji seviyesine yükselt.
 Bu elektronlar önceki konumlarına dönerken
foton verirler (görünür).
ZnS (Ag+ & Cl-)
(Zn, Cd) S + (Cu++Al3+)
Y2O2S + 3% Eu
mavi
yeşil
kırmızı
 Not: açığa çıkan ışık faz ve yön itibarı ile
rastgeledir (koheran-uyumlu değildir!)
Işık salan diyodlar
(LED)
Bir p-n tip bağlantı diyoduna
yüksek şiddette düz alan
gerilimi uygulandığında
görünür ışık salınır.
Elektrik enerjisinin ışık
enerjisine dönüşmesi olayına
elektro-ışıldama denir.
Elektro-ışıldama gösteren
cihazlara da ışık-salan diyod
(LED) adı verilir.
LED
Düz alan gerilimi bağlantının n-tipi tarafındaki e-ları
bağlantıya doğru çeker ve bu e-ların bir kısmı p-tipi
tarafına geçer.
n-tip tarafından
p-tip tarafına
e- enjeksiyonu
e- + boşluk = enerji
Işık fotonu
salınması
LED
● Elementel yarı iletkenler, bant aralığı yapılarının çok
detaylı olması sebebiyle, LED’ler için uygun değildir.
● Bu amaçla GaAs, InP gibi III-V yarı iletken bileşikleri ve
bu bileşikleri içeren bazı alaşımlar kullanılır.
● Salınan radyasyonun dalga boyu (rengi) yarı iletkenin
bant aralığına bağlıdır.
● Mesela, GaAs-InP sistemi ile kırmızı, portakal ve sarı
renkler mümkündür.
● (Ga,In)N yarı iletken alaşımları kullanılarak mavi ve
yeşil LED’ler de geliştirilmiştir.
● Sonuçta, LED ler kullanılarak diğer renklerle donatılmış
çok renkli ekranların elde edilmesi mümkündür.
LED
● Yarı iletken LED’ler için önemli uygulamalar: dijital
saatler, ışıklı saat ekranları, optik fareler, film
tarayıcıları.
● Televizyon ve DVD oynatıcıları için elektronik
uzaktan kumandalarda da infrared ışık salan LED’
ler kullanılır. Bu ışık demeti alıcıdaki detektörler
tarafından tanınan kodlanmış sinyaller gönderir.
● LED’ler ışık kaynağı olarak da kullanılmaktadır
(örnek: trafik lambaları).
● Sıradan ışığa göre çok daha verimli olup, çok az
ısınır ve çok daha uzun ömürlüdür (yanacak bir
filaman olmadığı için).
Organik LED’ler (OLED)
 Yeni ve gelişmiş optik cihazlar yapmak için yeni
malzemeler
 Organik ışıma yayan diyodlar (OLEDs)
 Beyaz ışık yarı iletken kaynakları
 Yeni yarı iletkenler
 Malzeme bilimciler lazerlerden yararlanıyorlar
 Solar hücreler
Fotoiletkenlik
Yarı iletken malzemelerin iletkenliği serbest elektron
ve boşluk sayısına bağlıdır.
Fotonlarla etkileşim sonucunda ışığın emilmesi ile
ilave elektrik yük taşıyıcıları oluşabilir. İletkenliğin
bu şekilde artmasına
foto iletkenlik denir.
Dolayısı ile foto
iletken bir malzeme
aydınlatıldığında
iletkenliği artar.
Foto iletkenlik
Yarı iletken
Gelen ışık
Işık yokken çok az akım
geçiyor!
Işık gelince akım
artıyor!
örnek: fotodetektör (Kadmiyum sülfit)
Fotoiletkenlik
● Ortaya çıkan akımın kuvveti doğrudan gelen ışık
radyasyonunun şiddetine veya fotonların foto
iletken malzemeye vurma hızına bağlıdır.
● Görünür ışık radyasyonu fotoiletken malzemede
elektron geçişlerine neden olmalıdır.
● Işık ölçerlerde CdS yaygın olarak kullanılır.
● Güneş ışığı solar hücrelerde doğrudan elektrik
enerjisine dönüştürülebilir. Bu hücrelerde de yarı
iletkenler kullanılır.
● Bu cihazların çalışma prensibi ışık salan
diyodlarınkinin tersidir.
LASER ışığı
 Şu ana kadar konu edilen ışık emisyonu
(ışıma) spontanedir-kendiliğinden
 Rastgele spontane ışıma elektron
geçişlerinin önemli bir bölümünü ziyan eder.
 Koheran olmayan ışık sapar-saçılır, yayılır!
Düzenli ve bir arada tutamayız!
 Bütün ışığı bir faz içinde nasıl toplar ve
kuvvetlendiririz? (koheran yaparız!)
LASER ışığı
Light (ışık)
Amplification by (yükseltme)
Stimulated (uyarılmış)
Emission of (ışıma)
Radiation (radyasyon)
Laser ışığı
Laser: uyarılmış radyasyon salınımı ile ışık
güçlendirme.
Lazerlerde bir dış uyarıcı ile başlatılan elektron
geçişleri ile koheran ışık yaratılır.
lazerler
 Uyarılmış emisyon diğer fotonların varlığı ile
cesaretlendirilmiş elektron geçişlerini ifade eder.
 Bu nedenle yarı kararlı elektron konumları-enerji
seviyeleri oluşturarak, spontane ışımaya yol açan
elektron geçişlerini en aza indiririz.
 Buna «population inversion» diyoruz.
 Verdiğimizden daha fazla foton aldığımız için bu bir
optik yükseltme sürecidir.
 Bu uyarılmış ışıma sayesinde lazer radyasyonu
uyumlu, yoğun ve kuvvetlidir.
 Holografi ve benzeri uygulamalarda onu yararlı
kılan da onun bu yoğun olma özelliğidir.
Population Inversion
Bir lazer
malzemesinin
enerji seviyeleri:
Uyarılmış seviye
Spontane düşme
Fonon salınımı
Elektron
hareketlenmesi
Yarı kararlı seviye
uyarılmış
salınım
Lazer foton salınımı
Fig. 21.14, Callister 7e.
lazerler
 Lazer radyasyonu elde etmek için
population inversion elde etmek,
ışımayı başlatacak sayıda foton üretmek
gerekir.
 Bu koşullardan ilki, lazer maddesinde yarı kararlı
konumları xenon flaş lambasından elde edilen
elektronlarla doldurarak,
 İkincisi ise, elde edilen fotonları iki ucu ayna vasfı
kazandırılmış bir yakut çubuğu içinde ileri geri
hareketlendirerek sağlanır.
 yakut lazerinin dalga boyu 694.3 nm’dir.
lazerler
Lazerlerin birkaç değişik türü olmakla birlikte,
çalışma prensibi katı hal yakut lazeri üzerinden
anlatılabilir.
Yakut safire %0.05 kadar Cr+3 iyonu ilave edilerek
elde edilmiş Al2O3 (safir) tek kristalidir.
Bu iyonlar yakuta karakteristik kırmızı rengini verir.
Daha da önemlisi lazerin çalışması için gerekli olan
elektron seviyelerini temin ederler. Yakut lazeri
uçları düz, paralel olan ve iyice parlatılan çubuk
şeklindedir. Her iki uç da biri tamamen yansıtacak
diğeri ise yarı geçirgen olacak şekilde gümüşle
kaplanır.
lazerler
 Koheran ışıma elde etmek için iki uçtaki aynalar
arasında seyahat eden ışığın dönüşte kendisi ile
ayni fazda olması sağlanmalıdır.
 Bu nedenle aynalar arasındaki uzaklık
2L = N 
olmalıdır.
N sabit,  lazerin dalga boyu ve L lazer maddesi
uzunluğudur.
 Yarı illetken lazerleri de ayni prensibe göre
çalışır. Tek fark «population inversion» titizlikle
tasarlanmış bir bant yapısı kullanmak suretiyle
elektriksel olarak elde edilir.
lazerler
Ag kaplı
Kısmen Ag kaplı
3+ iyonları
Uyarılma
öncesinde
Cr
3+
Bazı Cr iyonlarındaki elektronlar xenon
flaş ışığı ile daha yüksek enerji
seviyelerine hareketlenir.
Xenon flaş ışığının fotonları bu yüksek
enerjili ve dolayısı ile yarı kararlı
durumda olan elektronlarla etkileşerek
onların eski konumlarına dönmesini ve
ışınım oluşmasını sağlarlar.
Gümüş kaplı yüzeyden yansıyan fotonlar
yakut kristali boyunca hareket ederken
başka salınımları başlatırlar
Bir foton ilki ile ayni faz içinde olan bir
diğer foton ışınımı başlatır. = uyarılmış
Nihayet tüpün kısmen gümüş kaplanmış
ucundan Koherans ve yoğun bir ışınım
çıkar.
LASER ışığı üretimi
 Lazer malzemesini yüksek enerji seviyesine çıkart!
(mesela koheran olmayan bir xenon lamba ile!)
xenon lambası
Yakut çubuk
Yakut lazeri ve
xenon lambası
Koheran ışık
Güç kaynağı
Bunun enerjisinin
azalmasına izin verirsek koherans elde edemeyiz..
lazerler
Yakut bir xenon flaşı tarafından aydınlatılır. Bu aydınlatma
olayından önce bütün Cr3+ iyonları en düşük enerjili
konumdadırlar.
xenon lambasından gelen 0.56 m dalga boyundaki fotonlar
Cr3+ iyonlarındaki elektronları daha yüksek enerjili seviyelere
hareketlendirir.
Bu elektronlar 2 farklı yoldan eski konumlarına dönerler:
bazıları doğrudan düşerler;
Diğer elektronlar yarı kararlı bir ara seviyeye dönerler ve
burada kendiliğinden salma öncesinde 3 ms kadar kalabilirler.
Elektronik süreçler yönünden 3 ms çok uzun bir süredir ve bu
yarı kararlı konumların bir çoğunun dolu olacağı anlamına
gelir.
Yarı iletken lazerler
GaAs gibi yarı iletken malzemeler de lazer olarak kullanılabilirler. Bunlar
compakt disk çalarlarda ve modern telekomünikasyon ekipmanlarında
kullanılır.
Bu yarı iletken malzemelerde bant aralığı enerjisi (Eg) ile ilgili dalga boyu
 görünür ışığa denk olmalıdır.
 0.4 ile 0.7 m arasında olmalıdır. Malzemeye uygulanan gerilim valens
Bandındaki elektronları harekete geçirir ve iletim bandına taşır. Bu sırada
valens bandında boşluklar oluşur.
Daha sonra hareketlenen elektronlardan bir kaçı ve boşluklar
kendiliğinden birleşir. Her bir birleşme olayında bir ışık fotonu salınır. Bu
şekilde oluşan her bir foton diğer elektron-boşluk çiftleşmelerine ve ayni
dalga boyunda olup birbirleri ile ayni fazda olan diğer fotonların
oluşmasına yol açar. Böylece monokromatik koheran bir ışık demeti
meydana gelir.
Yarı iletken lazerler
Yakut lazerinde olduğu gibi, yarı iletken lazerin bir ucu
tamamen yansıtıcı karakterdedir. Bu sayede ışın demeti
tekrar malzeme içine döner ve yeni birleşmeler olur.
Lazerin diğer ucu yarı yansıtıcı karakterde olup ışının bir
kısmının kaçmasına izin verir.
Bu tip bir lazerle sabit gerilim uygulaması ile boşluk ve
hareketli elektronlar tedariği sürdükçe sürekli bir ışın demeti
elde edilir.
Yarı iletken lazerler ısı alıcı ve metal iletken arasına
yerleştirilmiş farklı bileşimde birkaç tabaka yarı iletken
malzemeden oluşur.
Tabakaların bileşimi hem hareketli elektronları hem de
boşlukları ve de lazer demetini merkezdeki GaAs tabakasında
tutacak şekilde seçilir.
yarı iletken lazeri
 Bitişme noktalarına kuvvetli
ileri gerilim uygulanınca,
 Bant aralığı üzerinden
elektronlar
pompalayarak
elektron-boşluk
çiftleri yaratarak
uyarılmış durum
oluşturur.
elektron + boşluk  nötr + h
Uyarılmış konum
İlk konum Işık fotonu
GaAs yarı-iletken lazrinin tabakalı kesit yapısı: uyarılmış elektronlar, boşluklar, lazer
ışını bitişik n ve p-tipi GaAlAs tabakaları tarafından GaAs tabakasında tutulur.
Yarı iletken lazerler
(a) Hareketlendirilmiş bir
elektron bir boşlukla birleşir
ve bir foton ışık salınımı
gerçekleşir.
(b) Foton salınımı diğer bir
elektronun boşlukla
birleşmesini ve diğer bir
fotonun salınmasını sağlar.
(c) Ayni dalgaboyunda ve
birbirleri ile fazda olan bu 2
foton gümüş kaplı yüzey
tarafından yarı iletken lazer
içine yansıtılır.
Yarı iletken lazerler
d-e)Yarı iletkeni geçerken
yeni elektron-boşluk
birleşmeleri olur ve bu
süreç tekrarlandıkça
monokromatik ve
koheran lazer demeti
elde edilir.
f) Bu lazerin bir kısmı
kısmen gümüş kaplı uçtan
dışarı çıkar.
lazerler
Lazerler için aralarında gaz ve cam da bulunan diğer
maddeler de kullanılır.
Lazer uygulamaları çeşitlidir. Lazer ışınları
fokuslanarak bölgesel ısıtma yapılabilir.
Bazı tıbbi operasyonlarda kesme işlerinde,
metallerin kesilmesi, kaynatılması, talaşlı
imalatında kullanılır.
Optik komünikasyon sistemlerinde ışık kaynağı
olarak yararlanılabilir
Lazer demeti çok koheran olduğu için çok hassas
mesafe ölçümlerinde kullanılabilir.
lazerler
Lazerlerin karakteristik özellikleri ve uygulama alanları
LASER
Sürekli dalga (CW) lazeri
 Lazer radyasyonu elde etmek için CO2 veya
yttrium- aluminum-garret (YAG) gibi malzemeler
de kullanılabilir.
Lazer tüpünde dalga oluşturulur.
İki uçtaki aynaların mesafesi seçilerek
frekans ayarlanır.
 CW lazerlerinin kullanım alanları
Kaynak
Delme
Kesme: hassas ahşap oyma işleri; göz ameliyatları
Yüzey işlemleri
Yüzeyde iz-yazı oluşturma-seramiklerde
Fotolitografi-Excimer lazeri
Total iç yansıma
geçen ışık
Gelen ışık
yansıyan ışık
i < c
Total iç yansıma
i = c
i > c
Yoğun bir ortamda hareket eden bir ışık dalgası daha
az yoğun bir ortama çarpıyor.
Geliş açısı (i) ile refraktif endekslerin oranı ile
belirlenen c ilişkisine bağlı olarak ışık dalgası
geçebilir veya yansıtılabilir.
TIR’ın mekanizması ve uygulamaları
Yüzeye dik
gelen ışın
eğilmez.
Dik gelmeyen ışık için
Fresnel denklemleri ile
hesaplanabilir.Yansıma
ve geçme katsayıları
Eğilmediği
halde
kısmen
yansıma
olur.
Daha düşük kırılma
endeksine sahip bir
malzemeye gelen
ışığın tamamı
yansıtılır.
Kritik açı c
>c: geliş
açısı kritik
açıdan
büyükse
tüm ışık
yansıtılır.
Yüksek endeksli
malzeme
Işık kaynağı
Fiber optik kablolar için ne tür malzemeler
uygundur? Kılıf düşük n malzemesi
seramikler
polimerler
malzeme
Kırılma endeski
Silika camı
1.458
Borosilikat camı (pyrex)
1.47
Soda camı
1.51
Kuvars (SiO2)
1.55
Yoğun optik cam
1.65
Spinel (MgAl2O4)
c19tf01
Saydam
Malzeme
kırılma
endesk
değerleri
1.72
Periklas (MgO)
1.74
Korundum (Al2O3)
1.76
politetrafloretan
1.35
Poli(metilmetakrilat)
1.49
polipropilen
1.49
polietilen
1.51
polistren
1.60
TIR’ın mekanizması ve uygulamaları
Komünikasyonda
fiberoptik
Komünikasyonda optik fiberler
● Günümüzde telekomünikasyon bakır teller
yerine fiber optik üzerinden gerçekleşmektedir.
● Metalik bir telden sinyal iletimi elektronik iken
optik saydam fiberler kullanıldığında sinyal
iletimi fotoniktir; yani elektromanyetik veya
ışık radyasyonunun fotonlarını kullanır.
● Fiber optik sistemlerinin kullanımı iletimin
hızını, iletilen bilgi miktarını ve iletim
uzaklıklarını arttırırken, hata oranını
azaltmıştır.
Komünikasyonda optik fiberler
● fiberoptikte elektromanyetik etkileşim yoktur.
● Bilgi transferinde hızlanma ile fiber optik
teknolojisi telekomünikasyonda çığır açmıştır:
● Optik fiberler 1 saniyede en popüler TV dizisinin 3
bölümü kadar bilgiyi iletebilir.
● İki küçük optik fiber ayni anda 24000 telefon
görüşmesini mümkün kılar.
● 3 g optik fiberin gördüğü işi
görmek için 1 ton (106 g)
bakır gerekir.
Komünikasyonda optik fiberler
şifreleme
Gelen
sinyal
Elektrikoptik
dönüştürme
Fiberoptik kablo
tekrarlayıcı
optikelektrik
dönüştürme Şifre çözücü
Giden
sinyal
Elektronik biçimdeki bilgi (mesela bir telefon görüşmesi)
önce dijital hale getirilmelidir. Elektrik sinyali elektrikoptik dönüştürücüsünde fotonik sinyale dönüştürülür.
Dönüştürücü monokromatik ve koheran ışık yayan yarı
iletken bir lazerdir. Dalgaboyu normal olarak
elektromanyetik spektrumun infrared bölgesinde olan 0.78
ile 1.6 m kadardır. Bu dalga boylarında emilme kayıpları
düşüktür.
Komünikasyonda optik fiberler
Bu fotonik sinyaller fiber optik kabloya yüklenir ve
alıcıya kadar bu kabloda taşınır.
Uzun iletimler için tekrarlayıcılar gerekebilir.
Bu cihazlar sinyali büyüten ve tekrarlayan
cihazlardır. Nihayet alıcıda fotonik sinyal elektronik
sinyale dönüştürülür ve dekodlama uygulanır.
şifreleme
Gelen
sinyal
Elektrikoptik
dönüştürme
Fiberoptik kablo
tekrarlayıcı
optikelektrik
dönüştürme Şifre çözücü
Giden
sinyal
şiddet
şiddet
Komünikasyonda optik fiberler
süre
süre
Optik komünikasyonda dijital kodlama sistemi
Yüksek güçte foton: 1
Düşük güçte foton: 0
Komünikasyonda optik fiberler
Bu komünikasyon sisteminin
60 m
kalbi optik fiberdir. Işık
sinyallerini güç kaybı olmadan
ve çok az bir distorsiyonla uzun
mesafeler taşımalıdır.
Fiber çekirdek, kılıf
d<125 m
ve kaplamadan oluşmaktadır.
Sinyal çekirdekten geçerken, kılıf ışık
demetlerini çekirdekte kalmaya zorlar.
Dış kaplama çekirdeği ve kılıfını aşınma ve dış basınçlardan
korur.
Fiber malzemesi olarak yüksek saflıkta silika camı kullanılır.
Optik fiberler
Optik fiberler
 Işık merkezde taşınır; ve ışığın tamamen iç yansımaya
uğraması merkez ve kaplamanın kırılma endeksleri
arasındaki fark ile gerçekleştirilir.
 Seçeneklerden biri “adım-endeks” tasarımıdır: kılıfın
kırılma endeksi çekirdeğinkinden biraz daha düşüktür.
n
 Bu tasarımda esas sorun farklı ışınlar farklı kulvarları
takip eder, farklı mesafeler kat ederler.
Optik fiberler
 değişik ışık demetleri ayni anda hareket ettikleri
halde farklı yollar izleyip farklı uzaklıklar kat
ettikleri için alıcıya farklı zamanlarda ulaşırlar.
 Dolayısı ile girişteki sinyal transfer sırasında
genişler:
signal
signal
t
in
t
out
 Bu durum dijital komünikasyonun bilgi hızını
sınırlar.
Optik fiberler
 Böyle bir genişleme “kademeli endeks” tasarımı
kullanarak büyük ölçüde önlenir:
n
 silika camına B2O3 veya GeO2 gibi katkıların kesitte
parabolik doplanması ile kırılma endeksinin kesitte
parabolik olarak değişmesi sağlanır.
 Böylece, dışarda seyahat eden dalgalar daha düşük
kırılma endeksli malzemede hareket ediyor olurlar.
fiberoptik
Böylece fiber dış kısımlarındaki ışık daha uzun fakat
daha hızlı seyahat eder.
Sonuçta, çekirdeğin dış kısımlarında seyahat eden
ışık demetleri daha düşük endeksli malzemede daha
hızlı hareket eder ve uzun mesafeye karşın hedefe
merkezdeki ile yaklaşık ayni zamanda ulaşır.
Optik Fiber Profilleri
adım-endeksli Optik Fiber
dereceli-endeksli Optik Fiber
Optik fiberler
 Merkezde saçılmaya yol açan her şey en aza
indirilmelidir.
 Cu, Fe, V milyarda kısım seviyelerinde kontrol
edilir.
 H2O ve OH miktarları da çok düşük olmalıdır.
 Fiber çapındaki değişiklikler de saçılmaya neden
olur.
 Bu değişkenlik 1 km fiber boyunda bugün <1µm
 Farklı dalga boylarının dağılımı önlemek için ışık
kaynağı olarak lazerler kullanılır.
fiberoptik
● Işık demetini emen, saçan her türlü empürite ve hata
elimine edilmelidir. Maksimum kesintisiz fiber
uzunluğunu belirlediği için kablodaki kayıp önemlidir.
● Cu, Fe ve V özellikle zararlıdır. Miktarları milyarda
kısım seviyesinde azaltılır.
● Benzer şekilde su ve hidroksil miktarları aşırı düşüktür.
● Fiber kesit alanı homojenliği ve çekirdeğin yuvarlaklığı
kritiktir.
● Toleranslar 1 km’de mikrometre seviyesindedir.
● Ayrıca camdaki kabarcıklar ve yüzey hatalarına izin
yoktur.
● Bugün, 10 km üstünde silika camından fiberde kayıplar
25 mm; alelade pencere camındaki ile ayni!
Rayleigh saçılması
 Yüksek saflıktaki malzemelerde saçılma yine
olabilir. Önemli katkı Rayleigh saçılmasından gelir
 Rayleigh saçılması cam eriyiğinde Brownian hareketi
sonucunda var olan ve katılaşma sonunda yapıda
alıkonan bölgesel küçük yoğunluk-bileşim
değişikliklerinden, buna bağlı olarak kırılma
endeksinde bölgesel küçük ve gelişigüzel
farklılıklardan kaynaklanır.
 Kristal yapılarda yapısal hatalar atomların ısıl
hareketliliği de Rayleigh saçılmasına yol açar.
Rayleigh saçılması
 Gökyüzünün mavi renkli olması da Rayleigh
saçılmasından ötürüdür. Bu durum Rayleigh
saçılmasının dalga boyuna bağlı olmasından
kaynaklanır.
 Saçılma l-4 ile değişir
 lkırmızı ~ 2lmavi olduğundan mavi ışık kırmızı
ışıktan 16 kat daha fazla saçılır.
 Bu mekanizma iletişimde kullanılan optik
fiberlerde kayıpları kontrol ettiği için teknolojik
yönden çok önemlidir.
Rayleigh saçılması
Dalgaboyundan küçük dielektrik parçacık
Gelen ışık dalgası
Geçen ışık dalgası
saçılan ışık dalgası
Rayleigh saçılması ışık dalga boyundan çok daha küçük
bir dielektrik parça veya bölgenin polarizasyonu
sonucudur. Alan parçacığı polarize ederek dipol
titreşimlerine neden olur. Ve bir çok yönde EM dalgaları
çıkararak ışığın bir kısmı geldiği yönden dağılır.
özet
Elektromanyetik radyasyon
● Katı maddelerin optik davranışları dalga boyu
spektrumunun görünür ışık aralığına (yaklaşık 0.4
m ile 0.7 m) denk gelen elektromanyetik
radyasyonla etkileşimlerine bağlıdır.
● Quantum mekaniği yönünden elektromanyetik
radyasyon sadece belli büyüklüklerde enerjiye
sahip olabilen enerji paketleri, fotonlardan oluşur.
● Foton enerjisi, Planck’s sabiti ile radyasyonun
frekansının çarpımına eşittir.
özet
Katılarla ışık etkileşimleri
Işık radyasyonu bir maddeden diğerine geçerken
meydana gelebilecek etkileşimler: kırılma, yansıma,
emilme ve geçirmedir.
Işığı geçirme derecelerine göre maddeler şu şekilde
sınıflanır:
Saydam: ışık maddeden çok az emilme ve yansıma
ile geçer.
Yarı saydam: ışık maddeden geçerken bir miktar
saçılı.
Opak: ışık maddeden geçerken tamamen saçılır veya
yansıtılır.
özet
Atomik ve elektronik etkileşimler
ışık ile madde arasındaki etkileşimlerden biri
elektronik polarizasyondur: Işık dalgasının elektrik
alan bileşeni bir atomun etrafındaki e- bulutunu
çekirdeğe göre bir miktar eğer.
–
+
Elektronik polarizasyonun 2 sonucu emilme ve
kırılmadır.
ışık elektronların bir enerji seviyesinden daha yüksek
bir enerji seviyesine hareketlenmesi ile emilebilir.
özet
Metallerin optik özellikleri
● Metaller çok ince bir yüzey tabakasında emilme ve
ışık radyasyonunun tekrar salınması olayları
sonucunda opak görünürler.
● Emilme elektronların bulundukları enerji
seviyelerinden Fermi enerji seviyesi üstündeki boş
konumlara hareketlenmeleri ile olur.
● Salınma ise bu hareketlerin tersine gerçekleşmesi
ile olur.
● İnsan gözü tarafından algılanan metal rengi salınan
(yansıyan) ışığın spektrumu tarafından belirlenir.
özet
kırılma
● ışık saydam maddelerden geçerken kırılmaya uğrar;
yani hızı yavaşlar ve bu şekilde arayüzeyde eğilir.
● kırılma olayı atom veya iyonların elektronik
polarizasyonun sonucudur.
● Atom veya iyon büyüdükçe kırılma endeksi de artar.
yansıma
● ışık saydam bir maddeden kırılma endeksi farklı
diğerine geçerken bir kısmı arayüzeyde yansıtılır.
● Yansımanın miktarı her iki maddenin kırılma
endekslerine ve ışığın geliş açısına bağlıdır.
özet
emilme
● Saf metalik olmayan maddeler içsel olarak saydam
veya opaktır.
● Opaklık dar enerji bant aralığı olan maddelerde
görülür (Eg 1.8 eV).
● Bu maddelerde foton enerjisi valens bandından
iletim bandına elektron geçişleri meydana getirmek
için yeterli olduğundan ışık kolayca emilir.
● Saydam malzemelerde enerji bant aralığı > 3.1 eV
● Enerji bant aralığı 1.8-3.1 eV arasında olan metalik
olmayan maddelerde görünür spektrumun sadece
bir kısmı emilir ve bu maddeler renkli görünürler.
özet
Emilme
● Saydam maddelerde de elektronik polarizasyon
sonucunda bir miktar ışık emilmesi olur.
● Empürite içeren geniş enerji bant aralıklı
yalıtkanlarda, uyarılmış elektronların bant
aralığındaki enerji konumlarına düşerek, enerji
bant enerjisinden daha düşük enerjili fotonlar
üretmesi mümkündür.
özet
renk
● Saydam maddeler elektron geçişleri sonucunda
tercihli olarak emilen belirli dalga boylarındaki
ışık yüzünden renkli görünürler.
● İnsan gözü tarafından algılanan renk geçen ışıktaki
dalga boylarına bağlıdır.
özet
Yalıtkanlarda Opaklık ve yarı saydamlık
Gelen ışık iç yansıma ve/veya kırılma tecrübe
ederse, normal şartlarda saydam olan maddeler yarı
saydam ve hatta opak hale getirilebilirler.
İç yansıma sonucu yarı saydamlık veya opaklık şu
durumlarda ortaya çıkar:
Anizotropik kırılma endeksine sahip çok
kristalli malzemelerde,
Çift fazlı malzemelerde,
Küçük gözenek içeren malzemelerde,
Büyük ölçüde kristal yapılı polimerlerde.
özet
Lüminesans
Lüminesans olayında enerji elektron hareketlenmeleri-geçişleri
sonucunda madde içinde emilir ve daha sonra görünür ışınım
şeklinde geri verilir.
Işık 1 saniyeden daha kısa sürede geri verilirse, bu olaya floresans
denir.
Işığın geri verilmesi daha uzun sürdüğünde bu olay fosforesans
adını alır.
elektrolüminesans
düz alan diyotlarında elektron boşluk birleşmeleri sonucunda açığa
çıkan enerjinin ışıma şeklinde verilmesidir.
Bunun gerçekleştiği cihazlara ışık salan diyot (LED) denir.
fotoiletkenlik
Bazı yarı iletkenlerde serbest elektronlar ve boşlukların meydana
geldiği elektron geçiş hareketleri ile iletkenliğin artmasına
fotoiletkenlik denir.
özet
Lazerler
uyarılmış elektron geçişleri ile koheran ve yüksek şiddette ışık
demetleri üretilir.
rubi lazerinde elektronlar yarı kararlı uyarılmış konumlardan ilk Cr3
konumlarına dönerken ışıma elde edilir.
yarı iletkenlerle lazer ışınımı iletim bandındaki elektronlarla valens
bandındaki boşlukların birleşmesi sonucunda elde edilir.
Komünikasyonda optik fiberler
fiber optik teknolojisi sayesinde modern komünikasyon
sistemlerinde bilginin etkileşimsiz hızlı ve yoğun şekilde transferi
mümkün olmaktadır.
optik fiberler şu bileşenlerden oluşur:
İçinden ışık atımlarının geçtiği bir çekirdek ve
Tam iç yansıma ile ışığı çekirdek içinde tutan kaplama
Çekirdek ve yansıma kaplamasını zarardan koruyan dış kaplama
Metallerin, yarı-iletkenlerin ve
yalıtkanların görünüşü ve renkleri
Yüksek dirençli (yalıtkanlar) malzemeler: saydam
Yüksek iletkenlikteki (metalik) malzemeler:
parlak ve opak
Yarı-iletkenler: opak veya saydam
Bu özellikleri ve renkleri malzemenin bant
aralığının büyüklüğüne bağlıdır.
•
Yarı-iletkenler için enerji bant diyagramı
malzemenin görünüşünü hem parlaklık hem de
renk yönünden açıklayabilir