Sadržaj[Sakrij][Prikaži]
Fizički objekt koji usmjerava elektromagnetne valove u optičkom spektru naziva se optički valovod.
Prozirni dielektrični talasovodi sastavljeni od plastike i stakla, kao i optička vlakna, tipični su oblici optičkih talasovoda.
Prostorni raspon u kojem se svjetlost može širiti ograničen je optičkim talasovodom, koji je prostorno nehomogen uređaj za usmjeravanje svjetlosti.
Tipično, talasovod ima dio gdje je indeks loma veći od okolnog medija (koji se naziva obloga).
U ovom članku ćemo ispitati principe optičkog talasovoda, neke primjere i još mnogo toga.
Uvod u optički talasovod
Osnovni gradivni blokovi fotonskih uređaja su optički talasovodi, koji usmjeravaju, spajaju, prebacuju, dijele, multipleksiraju i demultipleksiraju optičke signale.
Koristeći planarnu tehnologiju, koja je srodna mikroelektronici, pasivni talasovodi, elektrooptičke komponente, predajnici, prijemnici i pogonska elektronika mogu se kombinovati na jednom čipu.
Performanse talasovodnih uređaja zavise od niza faktora, uključujući geometriju, talasnu dužinu, početnu distribuciju polja, informacije o materijalu i uslove elektrooptičke vožnje, uprkos činjenici da je njihovo funkcionisanje opširno proučavano i shvaćeno.
Prije izrade gadgeta potrebno je podesiti određene parametre. Budući da je za stvaranje čipa potrebno toliko resursa, precizno modeliranje je bitno za optoelektronska kola velikih razmjera.
Modovi talasovoda, spajanje modova, gubitak i pojačanje, kao i prenos svetlosnih signala, svi su simulirani u dizajnu optičkog talasovoda.
Talasovodni uređaj je opisan u jednom dijelu ulaznih podataka svojom geometrijom, faktorima proizvodnje i konstantama materijala.
U idealnom slučaju, podaci o valovodu bi se trebali unositi korištenjem izgleda projekta sa softverom koji također može upravljati proizvodnim parametrima.
Za postavljanje numeričkih proračuna unos podataka uključuje i drugu komponentu. U savršenom svijetu, ulazni sistemi bi sakrili ili ograničili specifičnosti numeričkog izračunavanja.
Ali pošto modeliranje talasovoda često koristi složene numeričke procedure, morate biti upoznati sa nekim elementima osnovnih numeričkih metoda.
Fotonska kola se konstruišu pomoću talasovoda. Okomito na rutu duž centra talasovoda je definicija širine talasovoda, bilo da je fiksna ili promenljiva.
Osnovni principi optičkog talasovoda
Kao što je prikazano na slici, koncepti geometrijske ili zračne optike mogu se koristiti za prenošenje osnovnih ideja koje podupiru optičke valovode.
Refrakcija je proces kojim se svjetlost koja ulazi u materijal koji ima veći indeks loma savija prema normali.
Razmotrite slučaj kada svjetlost ulazi u staklo iz zraka. Slično kao što se svjetlost kreće u suprotnom smjeru, od stakla do zraka, slijedi isti put i odstupa od uobičajenog. Ovo rezultira zbog simetrije vremenskog preokreta. Moguće je preslikati svaki zrak u zraku u zrak u staklu.
Veza jedan na jedan postoji. Ali neki od svjetlosnih zraka u staklu su propušteni zbog prelamanja. Totalna unutrašnja refleksija, koja zadržava preostalo svjetlo u staklu, je mehanizam koji djeluje.
Pod uglom iznad kritičnog ugla upadaju na kontakt staklo-vazduh. U sofisticiranijim formulacijama izgrađenim na Greenovoj funkciji, ovi dodatni zraci koreliraju s većom gustinom stanja.
U dielektričnom talasovodu možemo uhvatiti i usmjeriti svjetlost koristeći potpunu unutrašnju refleksiju. Crveni zraci svjetlosti odbijaju se od gornje i donje površine medija visokog indeksa.
Sve dok se ploča postupno savija, može se usmjeravati čak i kada se savija ili savija. Svjetlost se vodi duž staklene jezgre visokog indeksa u staklenoj oblogi nižeg indeksa prema ovom osnovnom principu u optičkim vlaknima.
Rad talasovoda je samo grubo prikazan optikom zraka. Za potpuni opis dielektričnog talasovoda, Maxwellove jednačine se mogu riješiti analitički ili numerički.
Primjer optičkog talasovoda
Dielektrični pločasti talasovodi, takođe poznati kao planarni talasovodi, su možda najosnovnija vrsta optičkih talasovoda.
Rešetke talasovoda u nizu, akusto-optički filteri i modulatori samo su neki uređaji na čipu koji mogu koristiti pločaste talasovode zbog svoje jednostavnosti.
Pločasti talasovodi se takođe često koriste kao modeli igračaka.
Tri sloja materijala, od kojih svaki ima različitu dielektričnu konstantu, kombiniraju se kako bi formirali pločasti valovod, koji se može protezati neograničeno u smjerovima paralelnim s međusklopima između njih.
Ako središnji sloj ima veći indeks prelamanja od vanjskih slojeva, svjetlost je sadržana u srednjem sloju kroz totalnu unutrašnju refleksiju.
Neki primjeri 2-dimenzionalnog talasovoda
Trakasti talasovod
U osnovi, traka sloja koja je stisnuta između slojeva obloge je ono što čini trakasti talasovod.
Vodeći sloj pločastog talasovoda je ograničen u oba poprečna smjera, a ne samo u jednom, što rezultira najjednostavnijim primjerom pravokutnog valovoda. I integrisana optička kola i laserske diode koriste pravougaone talasovode.
Oni često služe kao osnova za optičke dijelove kao što su Mach-Zehnder interferometri i multiplekseri s podjelom talasnih dužina. Mnogo puta se pravougaoni optički talasovodi koriste za izgradnju šupljina laserskih dioda.
Planarna tehnika se obično koristi za stvaranje optičkih talasovoda pravokutnog oblika.
Rebrasti talasovod
U rebrastom talasovodu, vodeći sloj je u suštini ploča sa trakom (ili više traka) koja je prekrivena na vrhu.
U višeslojnim rebrastim strukturama moguće je ograničenje gotovo jedinstva kao i ograničenje vala u dvije dimenzije u rebrastim talasovodima.
Fotonski kristalni talasovod i segmentirani talasovod
Duž svoje putanje širenja, optički valovovodi normalno održavaju konstantan poprečni presjek. Ovo je situacija, na primjer, sa trakastim i rebrastim talasovodima.
Koristeći takozvane Blochove modove, talasovodi takođe mogu imati periodične varijacije u svom poprečnom preseku, a da ipak prenose svetlost bez ikakvih gubitaka.
Ovi talasovodi se klasifikuju kao talasovodi fotonskih kristala (sa 2D ili 3D uzorkom) ili segmentirani talasovodi (sa 1D uzorkom duž pravca širenja).
Laserski upisani talasovod
Industrija fotonike je mjesto gdje su optički valovodi najkorisniji. Integracija između električnih čipova i optičkih vlakana omogućena je postavljanjem talasovoda u 3D prostor.
Jedan način infracrvene svjetlosti na telekomunikacijskim talasnim dužinama može se širiti pomoću takvih talasovoda, koji su takođe podešeni da prenose optičke signale između ulaznih i izlaznih mesta sa izuzetno malim gubicima.
Upotreba optičkog talasovoda
U mikrotalasnim komunikacijama, radiodifuziji i radarskim sistemima, talasovod je elektromagnetna linija za napajanje. Talasovod je napravljen od metalne cijevi ili cijevi koje su pravokutne ili cilindrične.
Elektromagnetno polje se širi uzdužno. Rope i antene su najtipičnije primjene talasovoda.
Optičko vlakno – da li je to talasovod?
Potpuna unutrašnja refleksija, koja upravlja funkcioniranjem optičkog vlakna, može se smatrati svjetlosnim valovodom.
Ako je upadni ugao veći od kritičnog ugla, totalna unutrašnja refleksija se javlja kada talas koji se širi naiđe na granicu između dva različita materijala.
zaključak
U zaključku, optički talasovod je struktura koja "vodi" svetlosni talas sprečavajući ga da putuje u drugom smeru od željenog. U medicinskoj industriji, optička vlakna se često koriste i za dijagnozu i za terapiju.
Fleksibilne niti napravljene od optičkih vlakana mogu se postaviti u pluća, krvne arterije i druge organe. Jedna duga cijev sadrži dva snopa optičkih vlakana unutar endoskopa, medicinskog uređaja.
Detaljna slika se stvara usmjeravanjem svjetlosti prema tkivu koje se testira u jednom snopu dok se svjetlost odbija od njega u drugom snopu. Endoskopi se mogu napraviti za pregled određenih dijelova tijela ili zglobova, kao što su koljena.
Ostavite odgovor