جدول المحتويات[يخفي][يعرض]
يسمى الجسم المادي الذي يوجه الموجات الكهرومغناطيسية في الطيف البصري الدليل الموجي البصري.
الأدلة الموجية العازلة الشفافة المكونة من البلاستيك والزجاج ، وكذلك الألياف الضوئية ، هي أشكال نموذجية من الأدلة الموجية الضوئية.
النطاق المكاني الذي يمكن للضوء أن ينتشر فيه مقيد بدليل موجي بصري ، وهو جهاز غير متجانس مكانيًا لتوجيه الضوء.
عادةً ما يحتوي الدليل الموجي على قسم يكون فيه معامل الانكسار أعلى من الوسط المحيط (يسمى الكسوة).
في هذه المقالة ، سوف ندرس مبادئ الدليل الموجي البصري ، وبعض الأمثلة ، وأكثر من ذلك بكثير.
مقدمة في الدليل الموجي البصري
اللبنات الأساسية للأجهزة الضوئية هي أدلة الموجات الضوئية ، والتي توجه الإشارات الضوئية ، وتزاوجها ، وتبديلها ، وتقسمها ، وتعددها ، ومضاعفتها.
باستخدام التكنولوجيا المستوية ، التي تشبه الإلكترونيات الدقيقة ، والموجهات الموجية السلبية ، والمكونات الكهربية الضوئية ، وأجهزة الإرسال ، وأجهزة الاستقبال ، وإلكترونيات القيادة يمكن دمجها جميعًا في شريحة واحدة.
يعتمد أداء أجهزة الدليل الموجي على مجموعة متنوعة من العوامل ، بما في ذلك الهندسة وطول الموجة وتوزيع المجال الأولي ومعلومات المواد وظروف القيادة الكهروضوئية ، على الرغم من حقيقة أن أدائها قد تمت دراستها وفهمها على نطاق واسع.
قبل إنشاء أداة ذكية ، يجب ضبط معلمات معينة. نظرًا لأن هناك حاجة إلى الكثير من الموارد لإنشاء شريحة ، فإن النمذجة الدقيقة ضرورية للدوائر الإلكترونية الضوئية واسعة النطاق.
يتم محاكاة أوضاع الدليل الموجي ، واقتران النمط ، والخسارة ، والكسب ، بالإضافة إلى إرسال إشارات الضوء ، في تصميم الدليل الموجي البصري.
يتم وصف جهاز الدليل الموجي في أحد أقسام بيانات الإدخال حسب هندستها وعوامل التصنيع وثوابت المادة.
يجب أن يتم إدخال بيانات الدليل الموجي بشكل مثالي باستخدام تخطيط مشروع مع برنامج يمكنه أيضًا إدارة معلمات التصنيع.
لتعيين الحسابات الرقمية ، يتضمن إدخال البيانات أيضًا مكونًا آخر. في عالم مثالي ، تخفي أنظمة الإدخال أو تقيد تفاصيل الحساب العددي.
ولكن نظرًا لأن نمذجة الدليل الموجي كثيرًا ما تستخدم الإجراءات العددية المعقدة ، فأنت بحاجة إلى أن تكون على دراية ببعض عناصر الأرقام الأساسية.
يتم إنشاء الدوائر الضوئية باستخدام الأدلة الموجية. عموديًا على المسار على طول مركز الدليل الموجي هو تعريف عرض الدليل الموجي ، سواء كان ثابتًا أو متغيرًا.
المبدأ الأساسي للدليل الموجي البصري
كما هو موضح في الصورة ، يمكن استخدام مفاهيم البصريات الهندسية أو الشعاعية لنقل الأفكار الأساسية التي تقوم عليها أدلة الموجات الضوئية.
الانكسار هو العملية التي ينحني من خلالها الضوء الذي يدخل مادة ذات معامل انكسار أعلى نحو الوضع الطبيعي.
ضع في اعتبارك حالة دخول الضوء إلى الزجاج من الهواء. على غرار الطريقة التي يتحرك بها الضوء في الاتجاه الآخر ، من الزجاج إلى الهواء ، يتبع نفس المسار وينحرف عن المعتاد. نتيجة التناظر الانعكاس الزمني ، ينتج عن ذلك. من الممكن تعيين كل شعاع في الهواء على شعاع في الزجاج.
توجد علاقة رأس برأس. لكن بعض أشعة الضوء في الزجاج مفقودة بسبب الانكسار. الانعكاس الداخلي الكلي ، الذي يحبس الضوء المتبقي في الزجاج ، هو الآلية التي تعمل.
بزاوية على الزاوية الحرجة ، تقع عند التلامس بين الزجاج والهواء. في التركيبات الأكثر تعقيدًا المبنية على وظيفة جرين ، ترتبط هذه الأشعة الإضافية بكثافة أكبر للحالات.
في الدليل الموجي العازل ، يمكننا التقاط الضوء وتوجيهه باستخدام الانعكاس الداخلي الكلي. تنعكس أشعة الضوء الأحمر عن الأسطح العلوية والسفلية لوسط المؤشر العالي.
طالما أن اللوح ينحني تدريجياً ، فإنه يمكن توجيهه حتى عندما ينحني أو ينحني. يتم توجيه الضوء على طول لب زجاجي عالي المؤشر في كسوة زجاجية ذات مؤشر منخفض وفقًا لهذا المبدأ الأساسي في الألياف الضوئية.
يتم تصوير عملية الدليل الموجي تقريبًا بواسطة بصريات الأشعة. للحصول على وصف كامل للدليل الموجي العازل ، يمكن حل معادلات ماكسويل تحليليًا أو رقميًا.
مثال على الدليل الموجي البصري
قد تكون أدلة موجات الألواح العازلة ، والمعروفة أيضًا باسم أدلة الموجات المستوية ، هي النوع الأساسي من أدلة الموجات الضوئية.
إن شبكات الدليل الموجي المصفوفة والمرشحات الصوتية والمعدِّلات ليست سوى عدد قليل من الأجهزة الموجودة على الرقاقة التي يمكنها استخدام أدلة موجات الألواح نظرًا لبساطتها.
تُستخدم الأدلة الموجية للبلاطة أيضًا بشكل متكرر كنماذج للألعاب.
يتم الجمع بين ثلاث طبقات من المواد ، لكل منها ثابت عازل مميز ، لتشكيل الدليل الموجي للبلاطة ، والذي يمكن أن يمتد إلى أجل غير مسمى في اتجاهات موازية للسطوح البينية بينهما.
إذا كانت الطبقة المركزية تحتوي على معامل انكسار أعلى من الطبقات الخارجية ، فإن الضوء يتم احتواؤه في الطبقة الوسطى من خلال الانعكاس الداخلي الكلي.
بعض الأمثلة على الدليل الموجي ثنائي الأبعاد
الدليل الموجي الشريط
بشكل أساسي ، فإن شريط الطبقة الذي يتم ضغطه بين طبقات الكسوة هو ما يشكل الدليل الموجي الشريطي.
إن الطبقة التوجيهية للدليل الموجي للوح مقيدة في كلا الاتجاهين العرضيين بدلاً من مجرد اتجاه واحد ، مما ينتج عنه أبسط مثال على الدليل الموجي المستطيل. تستخدم كل من الدوائر الضوئية المتكاملة وثنائيات الليزر أدلة موجية مستطيلة.
غالبًا ما تكون بمثابة الأساس للأجزاء البصرية مثل مقاييس التداخل Mach-Zehnder ومضاعفات تقسيم الطول الموجي. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام أدلة الموجات الضوئية المستطيلة لبناء تجاويف ثنائيات الليزر.
عادةً ما تُستخدم تقنية مستوية لإنشاء أدلة موجية بصرية ذات شكل مستطيل.
الدليل الموجي للضلع
في الدليل الموجي الضلع ، تكون الطبقة الإرشادية في الأساس عبارة عن لوح به شريط (أو شرائح متعددة) مغطاة فوقه.
في الهياكل الضلعية متعددة الطبقات ، يكون الحبس القريب من الوحدة ممكنًا بالإضافة إلى حصر الموجة في بعدين في موجهات الضلع.
الدليل الموجي البلوري الفوتوني والدليل الموجي المقسم
على طول مسار انتشارها ، تحافظ موجهات الموجات الضوئية عادةً على مقطع عرضي ثابت. هذا هو الوضع ، على سبيل المثال ، مع أدلة الموجة الشريطية والضلع.
باستخدام ما يسمى بأوضاع Bloch ، يمكن أن تحتوي أدلة الموجات أيضًا على اختلافات دورية في المقطع العرضي الخاص بها ومع ذلك تنقل الضوء دون أي خسارة.
تصنف هذه الأدلة الموجية على أنها أدلة موجية بلورية ضوئية (بنقش ثنائي الأبعاد أو ثلاثي الأبعاد) أو أدلة موجية مجزأة (بنمط 2D على طول اتجاه الانتشار).
الدليل الموجي المنقوش بالليزر
صناعة الضوئيات هي المكان الذي تكون فيه الأدلة الموجية الضوئية مفيدة للغاية. أصبح التكامل بين الشرائح الكهربائية والألياف الضوئية ممكنًا عن طريق إعداد أدلة الموجات في مساحة ثلاثية الأبعاد.
يمكن نشر وضع واحد من ضوء الأشعة تحت الحمراء بأطوال موجية للاتصالات باستخدام أدلة الموجة هذه ، والتي تم إعدادها أيضًا لحمل الإشارات الضوئية بين مواقع الإدخال والإخراج مع خسارة قليلة للغاية.
يستخدم الدليل الموجي البصري
في اتصالات الميكروويف والبث وأنظمة الرادار ، يكون الدليل الموجي عبارة عن خط تغذية كهرومغناطيسي. يتكون الدليل الموجي من أنبوب معدني أو أنبوب مستطيل أو أسطواني.
ينتشر المجال الكهرومغناطيسي طوليًا. هوائيات البوق والصحن هي أكثر تطبيقات الدليل الموجي شيوعًا.
الألياف الضوئية - هل هي دليل موجي؟
يمكن اعتبار الانعكاس الداخلي الكلي ، الذي يتحكم في كيفية عمل الألياف الضوئية ، بمثابة دليل موجي ضوئي.
إذا كانت زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة ، يحدث الانعكاس الداخلي الكلي عندما تواجه موجة الانتشار الحدود بين مادتين مختلفتين.
وفي الختام
في الختام ، فإن الدليل الموجي البصري عبارة عن هيكل "يوجه" موجة ضوئية عن طريق منعها من السفر في اتجاه مختلف عن الاتجاه المطلوب. في الصناعة الطبية ، كثيرا ما تستخدم الألياف الضوئية في التشخيص والعلاج.
يمكن وضع خيوط مرنة مصنوعة من الألياف الضوئية في الرئتين وشرايين الدم والأعضاء الأخرى. يحتوي أنبوب واحد طويل على حزمتين من الألياف البصرية داخل جهاز طبي منظار داخلي.
يتم إنشاء صورة مفصلة عن طريق توجيه الضوء نحو الأنسجة قيد الاختبار في حزمة واحدة أثناء تلقي الضوء المنعكس منها في الحزمة الأخرى. يمكن إجراء مناظير داخلية لفحص أجزاء أو مفاصل معينة من الجسم ، مثل الركبتين.
اترك تعليق