INHOUDSOPGAWE[Versteek][Wys]
'n Fisiese voorwerp wat elektromagnetiese golwe in die optiese spektrum rig, word 'n optiese golfleier genoem.
Deursigtige diëlektriese golfleiers wat uit plastiek en glas bestaan, sowel as optiese vesel, is tipiese vorme van optiese golfleiers.
Die ruimtelike omvang waarin lig kan voortplant, word beperk deur 'n optiese golfleier, wat 'n ruimtelik onhomogene toestel is om lig te rig.
Tipies het 'n golfleier 'n gedeelte waar die brekingsindeks hoër is as die omliggende medium (genoem bekleding).
In hierdie artikel sal ons die optiese golfleier se beginsels, 'n paar voorbeelde en nog baie meer ondersoek.
Inleiding tot optiese golfleier
Die fundamentele boustene van fotoniese toestelle is optiese golfleiers, wat optiese seine rig, koppel, skakel, verdeel, multipleks en demultipleks.
Deur gebruik te maak van planêre tegnologie, wat soortgelyk is aan mikro-elektronika, kan passiewe golfleiers, elektro-optiese komponente, senders, ontvangers en dryfelektronika alles op 'n enkele skyfie gekombineer word.
Die werkverrigting van golfleiertoestelle hang af van 'n verskeidenheid faktore, insluitend meetkunde, golflengte, aanvanklike veldverspreiding, materiaalinligting en elektro-optiese bestuurstoestande, ten spyte van die feit dat hul funksionering omvattend bestudeer en verstaan is.
Voordat 'n toestel gemaak word, moet sekere parameters ingestel word. Omdat soveel hulpbronne nodig is om 'n skyfie te skep, is presiese modellering noodsaaklik vir grootskaalse opto-elektroniese stroombane.
Golfleiermodusse, moduskoppeling, verlies en wins, sowel as die oordrag van ligseine, word alles in optiese golfleierontwerp gesimuleer.
Die golfleier-toestel word in een afdeling van die inskrywingsdata beskryf deur sy geometrie, vervaardigingsfaktore en materiaalkonstantes.
Die golfleierdata moet ideaal ingevoer word deur gebruik te maak van 'n projekuitleg met sagteware wat ook vervaardigingsparameters kan bestuur.
Vir die opstel van numeriese berekeninge, sluit die invoer van data ook 'n ander komponent in. In 'n perfekte wêreld sal invoerstelsels die besonderhede van die numeriese berekening verberg of beperk.
Maar aangesien golfleiermodellering gereeld van komplekse numeriese prosedures gebruik maak, moet jy vertroud wees met sommige elemente van die onderliggende numerieke.
Fotoniese stroombane word met behulp van golfleiers gekonstrueer. Loodreg op die roete langs die golfleiersentrum is die definisie van 'n golfleier se breedte, of dit nou vas is of verander.
Basiese skoolhoof van optiese golfleier
Soos in die prent getoon, kan geometriese of straaloptiese konsepte gebruik word om die fundamentele idees wat optiese golfleiers onderlê, oor te dra.
Breking is die proses waardeur lig wat 'n materiaal met 'n hoër brekingsindeks binnedring, na die normaal buig.
Oorweeg die geval van lig wat glas vanuit die lug binnedring. Soortgelyk aan hoe lig wat anderpad beweeg, van glas na lug, dieselfde roete volg en van die gewone afwyk. As gevolg van tyd-omkeer simmetrie, dit lei. Dit is moontlik om elke straal in die lug na 'n straal in die glas te karteer.
'n Een-tot-een verhouding bestaan. Maar sommige van die ligstrale in die glas word gemis as gevolg van breking. Totale interne refleksie, wat die oorblywende lig in die glas vasvang, is die meganisme wat werk.
Teen 'n hoek oor die kritieke hoek val hulle op die glas-lugkontak in. In meer gesofistikeerde formulerings wat op Green se funksie gebou is, korreleer hierdie bykomende strale met 'n groter digtheid van toestande.
In 'n diëlektriese golfleier kan ons die lig vasvang en rig deur totale interne refleksie te gebruik. Rooi ligstrale weerkaats van die hoë-indeksmedium se boonste en onderste oppervlaktes af.
Solank die blad geleidelik buig, kan dit gerig word selfs wanneer dit krom of buig. Lig word langs 'n hoë-indeks glaskern in 'n laer-indeks glasbekleding gelei volgens hierdie fundamentele beginsel in veseloptika.
Golfleier-werking word slegs rofweg deur straaloptika uitgebeeld. Vir 'n volveldbeskrywing van 'n diëlektriese golfleier, kan Maxwell se vergelykings analities of numeries opgelos word.
Voorbeeld van optiese golfleier
Diëlektriese plaatgolfleiers, ook bekend as planêre golfleiers, is miskien die mees basiese soort optiese golfleiers.
Geordende golfgeleiderroosters, akoesto-optiese filters en modulators is slegs 'n paar on-chip toestelle wat plaatgolfleiers kan gebruik as gevolg van hul eenvoud.
Plaatgolfleiers word ook gereeld as speelgoedmodelle gebruik.
Drie lae materiale, elk met 'n duidelike diëlektriese konstante, word gekombineer om die plaatgolfleier te vorm, wat onbepaald kan strek in rigtings parallel met die koppelvlakke tussen hulle.
As die sentrale laag 'n hoër brekingsindeks as die buitenste lae het, word lig in die middellaag vervat deur totale interne refleksie.
Enkele voorbeelde van die 2-dimensionele golfleier
Stroop golfleier
Basies is 'n strook van die laag wat tussen bekledingslae ingedruk word, wat 'n strookgolfleier uitmaak.
Die plaatgolfleier se geleidingslaag word in beide dwarsrigtings beperk eerder as bloot een, wat lei tot die eenvoudigste voorbeeld van 'n reghoekige golfleier. Beide geïntegreerde optiese stroombane en laserdiodes gebruik reghoekige golfleiers.
Hulle dien dikwels as die grondslag vir optiese dele soos Mach-Zehnder-interferometers en golflengtedeling-multipleksers. Baie keer word reghoekige optiese golfleiers gebruik om die holtes van laserdiodes te bou.
'n Planêre tegniek word tipies gebruik om optiese golfleiers met 'n reghoekige vorm te skep.
Rib golfleier
In 'n ribgolfleier is die geleidingslaag in wese 'n plaat met 'n strook (of veelvuldige stroke) bo-op dit oorgelê.
In multi-laag rib strukture is naby-eenheid insluiting moontlik sowel as insluiting van die golf in twee dimensies in rib golfleiers.
Fotoniese kristalgolfleier en gesegmenteerde golfleier
Langs hul voortplantingspad hou optiese golfleiers gewoonlik 'n konstante deursnee. Dit is byvoorbeeld die situasie met strook- en ribgolfleiers.
Deur die sogenaamde Bloch-modusse te gebruik, kan golfleiers ook periodieke variasies in hul deursnee hê en tog lig sonder enige verlies deurstuur.
Hierdie golfleiers word geklassifiseer as fotoniese kristalgolfleiers (met 'n 2D- of 3D-patroon) of gesegmenteerde golfleiers (met 'n 1D-patroon langs die voortplantingsrigting).
Laser-ingeskrewe golfleier
Die fotonika-industrie is waar optiese golfleiers die nuttigste is. Integrasie tussen elektriese skyfies en optiese vesels word moontlik gemaak deur die golfleiers in 3D-ruimte op te stel.
'n Enkele modus van infrarooi lig by telekommunikasiegolflengtes kan voortgeplant word deur sulke golfleiers te gebruik, wat ook opgestel is om optiese seine tussen inset- en uitsetterreine te dra met uiters min verlies.
Optiese golfleier gebruik
In mikrogolfkommunikasie-, uitsaai- en radarstelsels is 'n golfleier 'n elektromagnetiese toevoerlyn. 'n Golfleier word gemaak van 'n metaalpyp of -buis wat reghoekig of silindries is.
Die elektromagnetiese veld versprei in die lengte. Horing- en skottelantennas is die mees tipiese golfleiertoepassings.
Optiese vesel - is dit 'n golfleier?
Totale interne refleksie, wat bepaal hoe optiese vesel funksioneer, kan beskou word as 'n liggolfleier.
As die invalshoek groter is as die kritieke hoek, vind totale interne refleksie plaas wanneer 'n voortplantende golf die grens tussen twee verskillende materiale teëkom.
Gevolgtrekking
Ten slotte, 'n optiese golfleier is 'n struktuur wat 'n liggolf "lei" deur te verhoed dat dit in 'n ander rigting beweeg as wat verlang word. In die mediese industrie word optiese vesels gereeld vir beide diagnose en terapie gebruik.
Buigsame stringe gemaak van optiese vesels kan in die longe, bloedare en ander organe geplaas word. Een lang buis huisves twee bondels optiese vesels binne 'n endoskoop, 'n mediese toestel.
'n Gedetailleerde prentjie word geskep deur lig na die weefsel wat getoets word in een bondel te rig terwyl lig wat daaruit weerkaats word in die ander bondel ontvang. Endoskope kan gemaak word om sekere liggaamsdele of gewrigte, soos die knieë, te ondersoek.
Lewer Kommentaar