Tabl Cynnwys[Cuddio][Dangos]
Gelwir gwrthrych ffisegol sy'n cyfeirio tonnau electromagnetig yn y sbectrwm optegol yn don optegol.
Mae canllawiau tonnau dielectrig tryloyw sy'n cynnwys plastig a gwydr, yn ogystal â ffibr optegol, yn ffurfiau nodweddiadol o dywysyddion tonnau optegol.
Mae'r ystod ofodol y gall golau ymledu ynddo wedi'i gyfyngu gan donfedd optegol, sy'n ddyfais anhomogenaidd ofodol ar gyfer cyfeirio golau.
Yn nodweddiadol, mae gan don ganllaw adran lle mae'r mynegai plygiannol yn uwch na'r cyfrwng amgylchynol (a elwir yn gladin).
Yn yr erthygl hon, byddwn yn archwilio egwyddorion y tonnau optegol, rhai enghreifftiau, a llawer mwy.
Cyflwyniad i donfedd optegol
Mae blociau adeiladu sylfaenol dyfeisiau ffotonig yn dywysyddion tonnau optegol, sy'n cyfeirio, cwplio, newid, rhannu, amlblecs a signalau optegol demultiplex.
Gan ddefnyddio technoleg planar, sy'n debyg i ficroelectroneg, gellir cyfuno tonnau goddefol, cydrannau electrooptig, trosglwyddyddion, derbynyddion, ac electroneg gyrru i un sglodyn.
Mae perfformiad dyfeisiau waveguide yn dibynnu ar amrywiaeth o ffactorau, gan gynnwys geometreg, tonfedd, dosbarthiad maes cychwynnol, gwybodaeth berthnasol, ac amodau gyrru electrooptig, er gwaethaf y ffaith bod eu gweithrediad wedi'i astudio a'i ddeall yn helaeth.
Cyn gwneud teclyn, mae angen tiwnio rhai paramedrau. Gan fod angen cymaint o adnoddau i greu sglodyn, mae modelu manwl gywir yn hanfodol ar gyfer cylchedau optoelectroneg ar raddfa fawr.
Mae moddau Waveguide, cyplu modd, colled, ac ennill, yn ogystal â throsglwyddo signalau golau, i gyd yn cael eu hefelychu mewn dylunio tonnau optegol.
Disgrifir y ddyfais waveguide mewn un adran o'r data mynediad yn ôl ei geometreg, ffactorau gweithgynhyrchu, a chysonion materol.
Yn ddelfrydol, dylid mewnbynnu'r data waveguide gan ddefnyddio cynllun prosiect gyda meddalwedd a all hefyd reoli paramedrau gweithgynhyrchu.
Ar gyfer gosod cyfrifiannau rhifiadol, mae mewnbynnu data hefyd yn cynnwys cydran arall. Mewn byd perffaith, byddai systemau mewnbwn yn cuddio neu'n cyfyngu ar fanylion y cyfrifiant rhifiadol.
Ond gan fod modelu canllaw tonnau yn aml yn defnyddio gweithdrefnau rhifiadol cymhleth, mae angen i chi fod yn gyfarwydd â rhai elfennau o'r rhifeg sylfaenol.
Mae cylchedau ffotonig yn cael eu hadeiladu gan ddefnyddio tonnau tywys. Yn berpendicwlar i'r llwybr ar hyd y ganolfan waveguide mae'r diffiniad o led y canllaw, boed yn sefydlog neu'n newidiol.
Prifathro Sylfaenol Optegol Waveguide
Fel y dangosir yn y llun, gellir defnyddio cysyniadau opteg geometregol neu belydr i gyfleu'r syniadau sylfaenol sy'n sail i dywysyddion tonnau optegol.
Plygiant yw'r broses lle mae golau sy'n mynd i mewn i ddeunydd sydd â mynegai plygiant uwch yn plygu tuag at y normal.
Ystyriwch achos golau sy'n mynd i mewn i wydr o'r awyr. Yn debyg i ba mor ysgafn sy'n symud y ffordd arall, o wydr i aer, dilynwch yr un llwybr ac yn gwyro oddi wrth yr arferol. Oherwydd cymesuredd gwrthdroi amser, mae hyn yn arwain. Mae'n bosibl mapio pob pelydryn yn yr awyr i belydryn yn y gwydr.
Mae perthynas un-i-un yn bodoli. Ond mae rhai o'r pelydrau golau yn y gwydr yn cael eu methu oherwydd plygiant. Cyfanswm adlewyrchiad mewnol, sy'n dal y golau sy'n weddill yn y gwydr, yw'r mecanwaith ar waith.
Ar ongl dros yr ongl gritigol, maent yn ddigwyddiad ar y cyswllt gwydr-aer. Mewn fformwleiddiadau mwy soffistigedig sy'n seiliedig ar swyddogaeth Green, mae'r pelydrau ychwanegol hyn yn cyfateb i ddwysedd mwy o daleithiau.
Mewn canllaw tonnau dielectrig, gallwn ddal a chyfarwyddo'r golau trwy ddefnyddio adlewyrchiad mewnol cyflawn. Mae pelydrau golau coch yn adlewyrchu arwynebau uchaf a gwaelod y cyfrwng mynegai uchel.
Cyn belled â bod y slab yn plygu'n raddol, gellir ei gyfeirio hyd yn oed pan fydd yn cromlinio neu'n plygu. Mae golau yn cael ei arwain ar hyd craidd gwydr mynegai uchel mewn cladin gwydr mynegai is yn unol â'r egwyddor sylfaenol hon mewn opteg ffibr.
Dim ond yn fras y darlunnir gweithrediad Waveguide gan ray opteg. I gael disgrifiad maes llawn o ganllaw tonnau dielectrig, gellir datrys hafaliadau Maxwell yn ddadansoddol neu'n rhifiadol.
Enghraifft o Optegol waveguide
Efallai mai canllawiau tonnau slab dielectrig, a elwir hefyd yn donllawiau planar, yw'r math mwyaf sylfaenol o dywysyddion tonnau optegol.
Dim ond ychydig o ddyfeisiau ar-sglodyn yw rhwyllau tywys tonnau arae, hidlwyr acwsto-optig, a modylwyr sy'n gallu defnyddio tonnau tonnau slab oherwydd eu symlrwydd.
Mae canllawiau tonnau slab hefyd yn cael eu defnyddio'n aml fel modelau tegan.
Mae tair haen o ddeunyddiau, pob un â chysonyn deuelectrig gwahanol, yn cael eu cyfuno i ffurfio'r donfedd slab, a all ymestyn am gyfnod amhenodol i gyfeiriadau yn gyfochrog â'r rhyngwynebau rhyngddynt.
Os oes gan yr haen ganolog fynegai plygiannol uwch na'r haenau allanol, mae golau wedi'i gynnwys yn yr haen ganol trwy adlewyrchiad mewnol cyflawn.
Rhai enghreifftiau o'r canllaw tonnau 2-Ddimensiwn
Strip waveguide
Yn y bôn, stribed o'r haen sy'n cael ei wasgu rhwng haenau cladin yw'r hyn sy'n ffurfio canllaw tonnau stribed.
Mae haen dywys y donfedd slab wedi'i chyfyngu i'r ddau gyfeiriad traws yn hytrach nag un yn unig, gan arwain at yr enghraifft symlaf o donfedd hirsgwar. Mae cylchedau optegol integredig a deuodau laser yn defnyddio tonnau hirsgwar.
Maent yn aml yn sylfaen ar gyfer rhannau optegol megis ymyrwyr Mach-Zehnder ac amlblecwyr rhannu tonfedd. Lawer gwaith, defnyddir tonnau optegol hirsgwar i adeiladu ceudodau deuodau laser.
Yn nodweddiadol, defnyddir techneg planar i greu tonnau optegol gyda siâp hirsgwar.
Tonllaw yr asen
Mewn canllaw tonnau asen, mae'r haen dywys yn ei hanfod yn slab gyda stribed (neu stribedi lluosog) wedi'u gorchuddio ar ei ben.
Mewn strwythurau asen aml-haen, mae cyfyngu bron yn undod yn bosibl yn ogystal â chyfyngu'r don mewn dau ddimensiwn mewn tonnau asen.
Arweinlyfr tonnau grisial ffotonig a thonllaw segmentiedig
Ar hyd eu llwybr lluosogi, mae tonnau tonnau optegol fel arfer yn cadw trawstoriad cyson. Dyma'r sefyllfa, er enghraifft, gyda thywyswyr tonnau stribedi ac asennau.
Trwy ddefnyddio'r moddau Bloch fel y'u gelwir, gall canllawiau tonnau hefyd gael amrywiadau cyfnodol yn eu trawstoriad ac eto trawsyrru golau heb unrhyw golled.
Mae'r canllawiau tonnau hyn yn cael eu dosbarthu fel ton dywysyddion crisial ffotonig (gyda phatrwm 2D neu 3D) neu ganllawiau tonnau segmentiedig (gyda phatrwm 1D ar hyd cyfeiriad lluosogi).
Canllaw tonnau ag arysgrif laser
Yn y diwydiant ffotoneg mae tonnau optegol mwyaf defnyddiol. Mae integreiddio rhwng sglodion trydanol a ffibrau optegol yn bosibl trwy osod y tonnau mewn gofod 3D.
Gellir lluosogi un modd o olau isgoch ar donfeddi telathrebu gan ddefnyddio tonnau o'r fath, sydd hefyd wedi'u sefydlu i gludo signalau optegol rhwng safleoedd mewnbwn ac allbwn heb fawr o golled.
Defnyddiau optegol waveguide
Mewn systemau cyfathrebu microdon, darlledu a radar, mae canllaw tonnau yn llinell fwydo electromagnetig. Mae canllaw tonnau wedi'i wneud allan o bibell fetel neu diwb sy'n hirsgwar neu'n silindrog.
Mae'r maes electromagnetig yn ymledu yn hydredol. Antenau corn a dysgl yw'r cymwysiadau tonnau mwyaf nodweddiadol.
Ffibr optegol - ai canllaw tonnau ydyw?
Gellir meddwl am adlewyrchiad mewnol cyflawn, sy'n rheoli sut mae ffibrau optegol yn gweithio, fel canllaw tonnau ysgafn.
Os yw ongl yr amlder yn fwy na'r ongl gritigol, mae adlewyrchiad mewnol cyfan yn digwydd pan fydd ton ymledu yn dod ar draws y ffin rhwng dau ddeunydd gwahanol.
Casgliad
I gloi, mae canllaw tonnau optegol yn strwythur sy'n “arwain” ton ysgafn trwy ei hatal rhag teithio i gyfeiriad gwahanol i'r hyn a ddymunir. Yn y diwydiant meddygol, defnyddir ffibrau optegol yn aml ar gyfer diagnosis a therapi.
Gellir gosod llinynnau hyblyg o ffibrau optegol yn yr ysgyfaint, rhydwelïau gwaed ac organau eraill. Mae un tiwb hir yn gartref i ddau fwndel o ffibrau optig y tu mewn i endosgop, sef dyfais feddygol.
Mae llun manwl yn cael ei greu trwy gyfeirio golau tuag at y meinwe dan brawf mewn un bwndel tra'n derbyn golau a adlewyrchir ohono yn y bwndel arall. Gellir gwneud endosgopau i archwilio rhai rhannau o'r corff neu gymalau, megis y pengliniau.
Gadael ymateb