8. ทัศนศาสตร์ยุคใหม่

เส้นใยแก้วนำแสง (Fiber optics) 3 n0 qc Core:แก้ว (SiO2 สำหรับ visible-->IR) ช่วงรับได้ q1 1 q0 nf nc Cladding (วัสดุที่มี n น้อยกว่า Core) 1 2 3 รั่ว Numerical Aperture :N.A. ต (ปริมาณแสงที่เข้าเส้นใยได้)2

ชนิดของเส้นใยแก้วนำแสง Multimode, stepped-index Multimode, graded-index Single mode, stepped-index 50-200 mm core 20-90 mm core <10 mm core n n n

Intermodal dispersion low order Axial mode Intermodal dispersion High order Multi mode fiber => แสงเข้าได้หลายมุม มีระยะเวลาเดินทางในเส้นใยต่างกัน มุมโต --> High order mode สะท้อนหลายครั้ง ใช้เวลาในเส้นใยนาน มุมแคบ--> Low order mode สะท้อนน้อยครั้ง ใช้เวลาในเส้นใยน้อย มุม 0o --> Axial mode ใช้เวลาในเส้นใยน้อยที่สุด => สูญเสียความเป็นโพลาไรเซชัน => เกิดการกระจายโมดตามระยะทาง (intermode dispersion) qc L *** l= L/sin qc ==> ระยะทางยาวสุดที่แสงเดินในเส้นใย tmax = l/vf = [L/(nc/nf) ] /[c/nf] = Lnf2/cnc tmin = L/vf = L /[c/nf] = Lnf/c ช่วงเวลาล่าช้า: Dt = Lnf/c [nc/nf - 1] มักมีหน่วยเป็น D t/L [ns/km] ช่วงเวลาล่าช้าระหว่างโมดสูงสุด

Multi mode, stepped index fiber => ส่งสัญญาณได้ช้า แต่ราคาถูกกว่า อาจใช้ได้กับการส่งลำเลเซอร์กำลังสูงไปตามเส้นใยหรือทำมัด เส้นใยในกล้องไฟเบอร์ Multi mode, graded index fiber => ส่งสัญญาณได้เร็วขึ้น High order mode เดินทางใน บริเวณที่มี n น้อยลง มี C สูงขึ้น ลด DT Single mode => ส่งสัญญาณได้เร็วที่สุด อาจใช้ได้กับการส่งลำเลเซอร์กำลังสูง ไปตามเส้นใยในกรณีที่ต้องการรักษาโพลาไรเซชันของแสงไว้ เช่น ถ้า nf = 1.500 nc = 1.489 Dt/L = 37 ns/km .. ในเส้นใยยาว 1 km pulse จะกระจายตัวตามระยะทาง 37ns x 3x108 /1.500 = 7.4 m สัญญาณดิจิตอลจึงไม่ควรส่งใกล้กันเกินกว่า 74 ns (37ns x 2 ) ข้อจำกัด เชิงความถี่คือ ไม่สูงกว่า f = 1/74 ns =13.5 MHz 74 ns

ฮอโลกราฟี(Holography) การบันทึกข้อมูลหน้าคลื่นแสงกระเจิงจากวัตถุโดยการแทรกสอดกับลำแสงอ้างอิง ฟิล์ม ลำแสงอ้างอิง Gabor Zone plate ลำแสงอ้างอิง ภาพจริง จุดวัตถุ ภาพเสมือน ทุกส่วนของฮอโลแกรมจะบันทึกข้อมูลทุกส่วนของภาพทั้งหมด ข้อมูลบันทึกเป็นแบบ 3D (ความลึกและความเหลื่อมที่ระยะต่างๆ ภาพกลับขาว-ดำเกิดจากคู่กลับของแผ่นฮอโลแกรม สีสันที่หลายๆมุมมองเกิดจากการสร้างฮอโลแกรมด้วยแสงหลากสีที่แต่ละมุมมอง

การเข้ารหัสฮอโลแกรม เลเซอร์ ลำแสงอ้างอิง: ER ลำแสงกระเจิงจากวัตถุ: x r=r(x,y) บ คงที่ a ER D x ลำแสงกระเจิงจากวัตถุ: S, q บ ข้อมูลความซับซ้อนของวัตถุ

จากแสงอ้างอิงหรือแสงกระเจิง บนฟิล์ม: จากแสงอ้างอิงหรือแสงกระเจิง อย่างใดอย่างหนึ่ง * หลังการสร้างภาพบนฟิล์ม ค่าการทะลุผ่าน ต IF

การถอดรหัสภาพจากฮอโลแกรม ลำแสงอ้างอิง: ลำแสงผ่านฮอโลแกรม: 1st order real 0th order 1st order virtual เลเซอร์ 1st order real 1st order virtual 0th order a

==> 0th order คล้ายลำเลเซอร์พุ่งออกจาก แผ่นฮอโลแกรม 1st order real 1st order virtual 0th order a ==> 0th order คล้ายลำเลเซอร์พุ่งออกจาก แผ่นฮอโลแกรม ==> 1st order virtual image อยู่หน้าฮอโลแกรม ตำแหน่งเดียวกับวัตถุเดิม( ) ==> 1st order real image อยู่หลังฮอโลแกรม ทำมุม 2a กับแนวภาพเสมือน

Holography application บัตรโทรศัพท์ ความยาวแถบแสงฮอโลแกรมบอกมูลค่าบัตร ระบบสแกนบาร์โคดในห้าง ใช้เลนส์ฮอโลกราฟฟิคกระจายลำแสงบนบาร์โคด ถ่ายภาพคลื่นช้อคจากอากาศยานเพื่อระบุตำแหน่งที่มีความเค้นสูงสุดสำหรับการออกแบบและพัฒนา ใช้เลนส์ฮอโลกราฟิกช่วยนักขับเครื่องบินเห็นแผงควบคุมที่อยู่นอกแนวสายตาในขณะที่ตามองที่กระจกหน้า เป็นวิธีอุดมคติที่บันทึกข้อมูลรูปร่างจากวัตถุโบราณหรือวัตถุมีค่า เป็นวิธีหนึ่งในการบันทึกข้อมูลลงในสื่อบันทึก interferogram (อนุกรมของฮอโลแกรม) เป็นวิธีการวิเคราะห์การบิดเบี้ยวของโครงสร้างวัตถุแบบไม่มีความเสียหาย ฮอโลแกรมของคลื่นเสียงและ รังสีเอกซ์ ใช้ในการวิเคราะห์สภาพใต้ทะเล ,การไต่สวนทางการแพทย์ และการสำรวจเชิงชีววิทยา

The biography of Dennis Gabor (1900-1979) "You can't predict the future, but you can invent it." - Dennis Gabor D. Gabor was born in Budapest, Hungary, and his life-long love of physics started suddenly at the age of 15. He learned the calculus and worked through the textbook in the next two years. With his late brother George, they also built up a little laboratory in their home, where they could repeat most experiments which were modern at that time, such as wireless X-rays and radioactivity. He acquired his degrees in electrical engineering in High Technical School, Berlin (Diploma in 1924, Dr-Ing. in 1927). Though electrical engineering remained his profession, his work was almost always in applied physics. His doctorate work was the development of one of the first high speed cathode ray oscillographs. In 1927 D. Gabor joined the Siemens & Halske AG where he made his first successful inventions; the high pressure quartz mercury lamp with superheated vapor and the molybdenum tape seal, since used in millions of street lamps. In 1933, when Hitler came to power, Gabor left Germany and after a short period in Hungary went to England, where obtained employment with the British Thomson-Houston Co., Rugby.

The years after the war were the most fruitful The years after the war were the most fruitful. He wrote, among many others, his first papers on communication theory, developed a system of stereoscopic cinematography, and in 1948 carried out the basic experiments in holography, at that time called "wavefront reconstruction". Then, until his retirement in 1967, he improved Wilson chamber, developed holographic microscope, a new electron-velocity spectroscope, flat thin color television tube. Theoretical work included communication theory, plasma theory, magnetron theory. In 1971 Dr. Dennis Gabor was awarded the Nobel Prize in Physics for his discovery of holography in 1947. But, in his own words – “We had started 20 years too early. Only in recent years have certain auxiliary techniques developed to the point when electron holography could become a success. On the other hand, optical holography has become a world success after the invention and introduction of the laser”.