Ηλεκτροοπτική

Η ηλεκτροοπτική (electro-optics) είναι η εφηρμοσμένη επιστήμη η οποία ουσιαστικά ασχολείται με το ευρύτερο αντικείμενο των συστημάτων και τεχνικών της απόκτησης, επεξεργασίας, αποθήκευσης και απεικόνισης των πληροφοριών του οπτικού τμήματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (υπέρυθρο, ορατό και υπεριώδες φάσμα).

Η οπτο-ηλεκτρονική (opto-electronics) ή οπτικοηλεκτρονική (optical electronics), η οποία πολλές φορές, λανθασμένα, χρησιμοποιείται ως ταυτόσημος όρος, εστιάζεται στα ηλεκτρονικά εξαρτήματα/μορφοτροπείς (transducers) που μετατρέπουν την οπτική ενέργεια (φως) σε ηλεκτρική, και αντίστροφα.Οι εφαρμοζόμενες τεχνικές βασίζονται στην αλληλεπίδραση μεταξύ των οπτικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων των υλικών, γεγονός το οποίο οδηγεί στη μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια, και αντίστροφα.

Η ανάπτυξη ηλεκτροοπτικών συστημάτων, ιδιαίτερα αυτών της υπέρυθρης εικονοληψίας και των συστημάτων laser, οφείλεται πρωτίστως στις αυξανόμενες απαιτήσεις των στρατιωτικών εφαρμογών (επιτήρηση, αναγνώριση, παρακολούθηση στόχων, έγκαιρη προειδοποίηση, ναυτιλία, νυκτερινά συστήματα σκόπευσης, συστήματα διεύθυνσης βολής και κατεύθυνσης βλημάτων, κτλ). Η χρήση της τεχνολογίας των ηλεκτροοπτικών αυξάνει υπό κατάλληλες προυποθέσεις την ακρίβεια και αποτελεσματικότητα των υπαρχόντων συστημάτων έρευνας, αναγνώρισης και στοχοποίησης, ιδιαίτερα σε μεσαίες και κοντινές αποστάσεις.

Τα διάφορα ηλεκτροοπτικά φαινόμενα σχετίζονται με τη μεταβολή των οπτικών ιδιοτήτων οπτικά διαφανών υλικών, ως αποτέλεσμα εξωτερικών πεδιακών δυνάμεων που μεταβάλλουν τη θέση, τον προσανατολισμό ή το σχήμα των μορίων των υλικών αυτών, π.χ.:

- Σε ένα στοιχείο Kerr (συνήθως υγρό), η μεταβολή του δείκτη διάθλασης είναι ανάλογη του τετραγώνου του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου (ανακαλύφθηκε το 1875).

- Σε ένα στοιχείο Pockels (κρυσταλλικό), η μεταβολή του δείκτη διάθλασης είναι γραμμικά ανάλογη του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου (ανακαλύφθηκε το 1893).

- Φαινόμενο Stark (ασθενικό), αφορά στην ολίσθηση και στον χωρισμό των ατομικών και μοριακών φασμάτων κάτω από την παρουσία εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου (προβλέφθηκε το 1901 και παρατηρήθηκε το 1913).

- Φαινόμενο Franz Keldysh, αφορά σε μεταβολή του ενεργειακού διακένου (και επομένως της δυνατότητας απορρόφησης οπτικής ακτινοβολίας) των ημιαγωγών κάτω από την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου (προβλέφθηκε το 1957 και παρατηρήθηκε το 1960).

- Κβαντικό περιορισμένο φαινόμενο Stark, αφορά στην επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου στην οπτική διέγερση (εκπομπή/απορρόφηση) ημιαγωγών κβαντικών φρεατίων (ανακαλύφθηκε το 1984).

Η εξάρτηση του μέτρου του δείκτη διάθλασης από το εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο είναι συνήθως μικρή. Ωστόσο, για συγκεκριμένα μήκη κύματος, η φάση του διερχόμενου οπτικού κύματος μπορεί να αλλάξει σημαντικά.

Εφαρμογές

Τα υλικά που μεταβάλλουν το συντελεστή διάθλασης από ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, είναι χρήσιμα για την παραγωγή οπτικών συσκευών που ελέγχονται από το ηλεκτρικό πεδίο. Παραδείγματα παρατίθενται παρακάτω:

- Ένας φακός κατασκευασμένος από υλικό του οποίου μπορεί να αλλάξει ο δείκτης διάθλασης είναι ένας φακός μεταβαλλόμενης εστιακής απόστασης.

- Ένα πρίσμα, του οποίου η δυνατότητα διάσπασης δέσμης μπορεί να ελεγχθεί, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένας οπτικός σαρωτής.

- Το φως που διέρχεται από ένα λεπτό διαφανές φύλλο με ελεγχόμενο δείκτη διάθλασης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διαμορφωτής οπτικής φάσης.

- Ένα κρύσταλλο του οποίου ο δείκτης διάθλασης μπορεί να αλλάξει, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επιβραδυντής κύματος με ελεγχόμενη λανθάνουσα κατάσταση, ώστε να μεταβάλλει τις ιδιότητες πόλωσης του φωτός.

- Μια καθυστέρηση που είναι κεντραρισμένη μεταξύ δύο πολωτών θα προκαλέσει την ένταση του φωτός που περνάει να εξαρτάται από την καθυστέρηση φάσης. Αυτό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διαμορφωτής της έντασης του φωτός ή του οπτικού κλειδώματος.

- Ελεγχόμενα εξαρτήματα, όπως αυτά που εφαρμόζονται στην οπτική επικοινωνία και την επεξεργασία οπτικών παλμών.

- Ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να αλλάξει τις οπτικές ιδιότητες του υλικού. Ένα ημιαγώγιμο υλικό είναι οπτικά διαφανές για ακτινοβολίας με μήκος κύματος μεγαλύτερο από το μήκος του διακένου ζώνης. Ωστόσο, ένα εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να μειώσει το διάκενο της ζώνης, και έτσι να διευκολύνει τη διαδικασία απορρόφησης και μετατροπής της ύλης από διαφανή σε απορροφητική. Αυτό το έργο, γνωστό ως ηλεκτροαπορρόφηση, είναι χρήσιμο για τη δημιουργία διαμορφωτών και οπτικών διακοπτών.

Βιβλιογραφία

• Σάγος, Γεώργιος (2017). Εισαγωγή στα Ηλεκτροοπτικά Συστήματα. iWrite. ISBN 978-618-5218-78-2. 
• Σάγος, Μαλαχίας, Αρχές Ηλεκτροοπτικών Συστημάτων και Στρατιωτικές Εφαρμογές, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, Αθήνα 2000
• Friedman, Edward (2004). Photonics Rules of Thumb: Optics, Electro-optics, Fiber Optics, and Lasers. McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-138519-3. 

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• http://www.electrooptics.com/
• http://www.electro-optical.com/ Αρχειοθετήθηκε 2008-10-06 στο Wayback Machine.
• Electro-Optical Systems Laboratory (EOSL) @ GTRI official website Αρχειοθετήθηκε 2008-03-08 στο Wayback Machine.
• http://www.el-op.com/