Змест[Схаваць][Паказаць]
Фізічны аб'ект, які накіроўвае электрамагнітныя хвалі ў аптычным спектры, называецца аптычным хваляводам.
Празрыстыя дыэлектрычныя хваляводы, якія складаюцца з пластыка і шкла, а таксама з аптычнага валакна, з'яўляюцца тыповымі формамі аптычных хваляводаў.
Прасторавы дыяпазон, у якім можа распаўсюджвацца святло, абмежаваны аптычным хваляводам, які ўяўляе сабой прасторава неаднародную прыладу для накіравання святла.
Як правіла, хвалявод мае ўчастак, у якім паказчык праламлення вышэй, чым у навакольнага асяроддзя (так званая абалонка).
У гэтым артыкуле мы разгледзім прынцыпы аптычнага хвалявода, некаторыя прыклады і многае іншае.
Уводзіны ў аптычны хвалявод
Фундаментальнымі будаўнічымі блокамі фатонных прылад з'яўляюцца аптычныя хваляводы, якія накіроўваюць, спалучаюць, пераключаюць, раздзяляюць, мультыплексуюць і дэмультыплексуюць аптычныя сігналы.
Выкарыстоўваючы планарную тэхналогію, падобную да мікраэлектронікі, пасіўныя хваляводы, электрааптычныя кампаненты, перадатчыкі, прымачы і кіруючую электроніку можна аб'яднаць на адным чыпе.
Прадукцыйнасць хваляводных прылад залежыць ад мноства фактараў, уключаючы геаметрыю, даўжыню хвалі, пачатковае размеркаванне поля, інфармацыю аб матэрыяле і ўмовы электрааптычнага кіравання, нягледзячы на тое, што іх функцыянаванне шырока вывучана і зразумела.
Перш чым зрабіць гаджэт, трэба наладзіць некаторыя параметры. Паколькі для стварэння чыпа патрабуецца так шмат рэсурсаў, дакладнае мадэляванне вельмі важна для буйнамаштабных оптаэлектронных схем.
Хвалеводныя рэжымы, сувязь мод, страты і ўзмацненне, а таксама перадача светлавых сігналаў мадэлююцца ў канструкцыі аптычнага хвалявода.
Хвалеваводная прылада апісваецца ў адным раздзеле ўводных дадзеных яе геаметрыяй, вытворчымі фактарамі і канстантамі матэрыялу.
У ідэале даныя хвалявода павінны ўводзіцца з дапамогай макета праекта з праграмным забеспячэннем, якое таксама можа кіраваць вытворчымі параметрамі.
Для наладжвання лікавых вылічэнняў увод даных таксама ўключае яшчэ адзін кампанент. У ідэальным свеце сістэмы ўводу хавалі б або абмяжоўвалі спецыфіку лікавых вылічэнняў.
Але паколькі пры мадэляванні хваляводаў часта выкарыстоўваюцца складаныя лікавыя працэдуры, вы павінны быць знаёмыя з некаторымі элементамі асноўных лікаў.
Фатонныя ланцугі пабудаваны з дапамогай хваляводаў. Перпендыкулярна маршруту ўздоўж цэнтра хвалявода вызначаецца шырыня хвалявода, фіксаваная ці зменлівая.
Асноўныя прынцыпы аптычнага хвалявода
Як паказана на малюнку, канцэпцыі геаметрычнай або прамянёвай оптыкі могуць быць выкарыстаны для перадачы фундаментальных ідэй, якія ляжаць у аснове аптычных хваляводаў.
Праламленне - гэта працэс, пры якім святло, якое трапляе ў матэрыял з больш высокім паказчыкам праламлення, нахіляецца ў нармальны бок.
Разгледзім выпадак, калі святло пранікае ў шкло з паветра. Падобна таму, як святло рухаецца ў іншы бок, ад шкла да паветра, ідзе па тым жа маршруце і адхіляецца ад звычайнага. Гэта вынік з-за сіметрыі зваротнага часу. Можна супаставіць кожны прамень у паветры з прамянём у шкле.
Адносіны адзін да аднаго існуюць. Але некаторыя прамяні святла ў шкле прапускаюцца з-за праламлення. Поўнае ўнутранае адлюстраванне, якое затрымлівае рэшткі святла ў шкле, - гэта механізм, які працуе.
Пад вуглом, большым за крытычны, яны падаюць на кантакт шкло-паветра. У больш складаных фармулёўках, пабудаваных на функцыі Грына, гэтыя дадатковыя прамяні карэлююць з большай шчыльнасцю станаў.
У дыэлектрычным хваляводзе мы можам захопліваць і накіроўваць святло з дапамогай поўнага ўнутранага адлюстравання. Чырвоныя прамяні святла адлюстроўваюцца ад верхняй і ніжняй паверхняў носьбіта з высокім індэксам.
Пакуль пліта згінаецца паступова, яе можна накіраваць, нават калі яна выгінаецца або выгінаецца. Святло накіроўваецца ўздоўж шклянога стрыжня з высокім індэксам у шкляной абалонцы з меншым індэксам у адпаведнасці з гэтым фундаментальным прынцыпам валаконнай оптыкі.
Прамянёвая оптыка адлюстроўвае працу хвалявода толькі прыблізна. Для апісання поўнага поля дыэлектрычнага хвалявода ўраўненні Максвела можна вырашыць аналітычна або лікава.
Прыклад аптычнага хвалявода
Дыэлектрычныя плітныя хвалеводы, таксама вядомыя як планарныя хваляводы, з'яўляюцца, магчыма, самым асноўным відам аптычных хваляводаў.
Матрычныя хвалеводныя рашоткі, акустааптычныя фільтры і мадулятары - гэта толькі некалькі прылад на чыпе, якія могуць выкарыстоўваць плітавыя хваляводы з-за іх прастаты.
Плітныя хвалеводы таксама часта выкарыстоўваюцца ў якасці цацачных мадэляў.
Тры пласта матэрыялаў, кожны з якіх мае розную дыэлектрычную пранікальнасць, аб'ядноўваюцца, каб утварыць плітны хвалявод, які можа бясконца працягвацца ў кірунках, паралельных межам паміж імі.
Калі цэнтральны пласт мае больш высокі каэфіцыент праламлення, чым знешнія пласты, святло ўтрымліваецца ў сярэднім пласце праз поўнае ўнутранае адлюстраванне.
Некаторыя прыклады 2-мернага хвалявода
Істужачны хвалявод
Па сутнасці, палоска пласта, якая ўціскаецца паміж пластамі ашалёўкі, - гэта тое, што складае палосны хвалявод.
Вядучы пласт плітнога хвалявода абмежаваны ў абодвух папярочных кірунках, а не толькі ў адным, што прыводзіць да найпростага прыкладу прамавугольнага хвалявода. І ў інтэгральных аптычных схемах, і ў лазерных дыёдах выкарыстоўваюцца прастакутныя хваляводы.
Яны часта служаць асновай для аптычных частак, такіх як інтэрферометры Маха-Цандэра і мультыплексары з падзелам даўжынь хваль. Шмат разоў прастакутныя аптычныя хваляводы выкарыстоўваюцца для стварэння паражнін лазерных дыёдаў.
Планарная тэхніка звычайна выкарыстоўваецца для стварэння аптычных хваляводаў прамавугольнай формы.
Рэберны хвалявод
У рэберным хваляводзе накіроўвалы пласт па сутнасці ўяўляе сабой пліту з паласой (або некалькімі палосамі), накладзенай на яе.
У шматслойных рэберных структурах магчыма абмежаванне, блізкае да адзінкі, а таксама абмежаванне хвалі ў двух вымярэннях у рэберных хваляводах.
Фатонны крышталічны хвалявод і сегментаваны хвалявод
Уздоўж шляху распаўсюджвання аптычныя хваляводы звычайна захоўваюць пастаянны папярочны перасек. Такая сітуацыя, напрыклад, з істужачнымі і ребристыми хваляводамі.
Выкарыстоўваючы так званыя моды Блоха, хваляводы таксама могуць мець перыядычныя змены папярочнага перасеку і пры гэтым прапускаць святло без страт.
Гэтыя хвалеводы класіфікуюцца як фатонна-крысталічныя хваляводы (з 2D або 3D малюнкам) або сегментаваныя хваляводы (з 1D малюнкам уздоўж напрамку распаўсюджвання).
Упісаны лазерам хвалявод
Прамысловасць фатонікі - гэта тое, дзе аптычныя хваляводы найбольш карысныя. Інтэграцыя паміж электрычнымі мікрасхемамі і аптычнымі валокнамі стала магчымай дзякуючы наладжванню хваляводаў у 3D-прасторы.
Адзіны рэжым інфрачырвонага святла на тэлекамунікацыйных даўжынях хваль можа распаўсюджвацца з дапамогай такіх хваляводаў, якія таксама настроены для перадачы аптычных сігналаў паміж уваходнымі і выхаднымі вузламі з надзвычай малымі стратамі.
Выкарыстоўвае аптычны хвалявод
У сістэмах мікрахвалевай сувязі, радыёвяшчання і радыёлакацыі хвалявод - гэта электрамагнітная лінія харчавання. Хвалявод зроблены з металічнай трубы або трубкі прамавугольнай або цыліндрычнай формы.
Электрамагнітнае поле распаўсюджваецца ўздоўж. Рупорныя і талеркавыя антэны з'яўляюцца найбольш тыповымі прымяненнямі хваляводаў.
Аптычнае валакно - гэта хвалявод?
Поўнае ўнутранае адлюстраванне, якое рэгулюе функцыянаванне аптычнага валакна, можна разглядаць як светлавод.
Калі вугал падзення большы за крытычны вугал, поўнае ўнутранае адлюстраванне адбываецца, калі хваля, якая распаўсюджваецца, сутыкаецца з мяжой паміж двума рознымі матэрыяламі.
заключэнне
У заключэнне можна сказаць, што аптычны хвалявод - гэта структура, якая "накіроўвае" светлавую хвалю, не даючы ёй рухацца ў іншым кірунку, чым той, які патрэбны. У медыцынскай прамысловасці аптычныя валакна часта выкарыстоўваюцца як для дыягностыкі, так і для тэрапіі.
Гнуткія ніткі, зробленыя з аптычных валокнаў, можна змяшчаць у лёгкія, крывяносныя артэрыі і іншыя органы. Адна доўгая трубка змяшчае два пучкі аптычных валокнаў унутры эндаскопа, медыцынскага прыбора.
Падрабязная карціна ствараецца шляхам накіравання святла на доследную тканіну ў адным пучку, адначасова прымаючы святло, адлюстраванае ад яе ў другім пучку. Эндаскопы могуць быць зроблены для агляду некаторых частак цела або суставаў, такіх як калені.
Пакінуць каментар