Edukien aurkibidea[Ezkutatu][Erakutsi]
Espektro optikoko uhin elektromagnetikoak zuzentzen dituen objektu fisikoari uhin-gida optikoa deitzen zaio.
Plastikoz eta beiraz osatutako uhin dielektriko gardenak, baita zuntz optikoz ere, uhin-gida optikoen forma tipikoak dira.
Argia hedatu daitekeen eremu espaziala uhin-gida optiko batek mugatzen du, hau da, argia bideratzeko gailu ez-homogeneo bat baita.
Normalean, uhin-gida batek sekzio bat dauka non errefrakzio-indizea inguruko medioa baino altuagoa den (estaldura izenekoa).
Artikulu honetan, uhin-gida optikoaren printzipioak, adibide batzuk eta askoz gehiago aztertuko ditugu.
Uhin-gida optikoari buruzko sarrera
Gailu fotonikoen oinarrizko eraikuntza-blokeak uhin-gida optikoak dira, zeinak seinale optikoak zuzentzen, akoplatzen, aldatzen, zatitzen, multiplexatzen eta desmultiplexatzen dutenak.
Mikroelektronikaren antzekoa den teknologia planarra erabiliz, uhin-gida pasiboak, osagai elektrooptikoak, transmisoreak, hargailuak eta gidatzeko elektronika guztiak txip bakar batean konbina daitezke.
Uhin-gida-gailuen errendimendua hainbat faktoreren menpe dago, besteak beste, geometria, uhin-luzera, hasierako eremuaren banaketa, materialaren informazioa eta gidatzeko baldintza elektrooptikoak, haien funtzionamendua sakon aztertu eta ulertu den arren.
Gadget bat egin aurretik, parametro batzuk sintonizatu behar dira. Txip bat sortzeko baliabide asko behar direnez, modelaketa zehatza ezinbestekoa da eskala handiko zirkuitu optoelektronikoetarako.
Uhin-gida moduak, modu akoplamendua, galera eta irabazia, baita argi-seinaleen transmisioa ere, uhin-gida optikoen diseinuan simulatzen dira.
Uhin-gida gailua sarrerako datuen atal batean deskribatzen da geometriaren, fabrikazio-faktoreen eta material-konstanteen arabera.
Uhin-gidaren datuak fabrikazio-parametroak ere kudea ditzakeen softwarea duen proiektuaren diseinua erabiliz sartu beharko lirateke.
Zenbakizko kalkuluak ezartzeko, datuak sartzeak beste osagai bat ere barne hartzen du. Mundu perfektu batean, sarrera-sistemek zenbakizko konputazioaren berezitasunak ezkutatu edo mugatuko lituzkete.
Baina uhin-gidaren modelizazioak askotan zenbakizko prozedura konplexuak erabiltzen dituenez, azpian dauden zenbakien elementu batzuk ezagutu behar dituzu.
Zirkuitu fotonikoak uhin-gidak erabiliz eraikitzen dira. Uhin-gidaren erdiguneko ibilbidearen perpendikularra da uhin-gida baten zabaleraren definizioa, finkoa edo aldakorra izan.
Uhin-gida optikoaren oinarrizko printzipioa
Irudian ikusten den bezala, geometria edo izpien optika kontzeptuak erabil daitezke uhin-gida optikoen oinarrian dauden oinarrizko ideiak helarazteko.
Errefrakzioa errefrakzio-indize handiagoa duen material batean sartzen den argia normalrantz makurtzen duen prozesua da.
Demagun airetik beira sartzen den argiaren kasua. Argia beste aldera mugitzen denaren antzera, kristaletik airera, ibilbide bera jarraitzen du eta ohikotik aldentzen den. Denbora-alderantzikatzeko simetria dela eta, horren ondorioz. Posible da aireko izpi bakoitza beiraren izpi batekin mapatzea.
Bat-bateko harremana dago. Baina beiraren argi izpi batzuk galdu egiten dira errefrakzioaren ondorioz. Erabateko barne islada, edalontzian geratzen den argia harrapatzen duena, funtzionatzen duen mekanismoa da.
Angelu kritikoaren gaineko angelu batean, beira-aire kontaktuan intzidenteak dira. Green-en funtzioan eraikitako formulazio sofistikatuagoetan, izpi gehigarri hauek egoera-dentsitate handiagoarekin erlazionatzen dira.
Uhin-gida dielektriko batean, barneko islapen osoa erabiliz argia harrapatu eta zuzendu dezakegu. Argi gorrien izpiek indize handiko ertainaren goiko eta beheko gainazalak islatzen dituzte.
Lauza pixkanaka okertzen den bitartean, kurbatu edo okertzen denean ere zuzendu daiteke. Argia indize handiko beira-nukleo batean zehar gidatzen da indize baxuko beira-estaldura batean, zuntz optikoaren oinarrizko printzipio honen arabera.
Uhin-gidaren funtzionamendua izpien optikak gutxi gorabehera irudikatzen du. Uhin-gida dielektriko baten eremu osoko deskribapenerako, Maxwell-en ekuazioak analitikoki edo zenbakiz ebatzi daitezke.
Uhin-gida optikoaren adibidea
Lauza dielektrikoko uhin-gidak, uhin-gida planar izenez ere ezagunak, agian uhin-gida optikoen oinarrizkoenak dira.
Uhin-gida-sareak, iragazki akustooptikoak eta modulagailuak lauza-uhin-gidak erabil ditzaketen txipeko gailu batzuk besterik ez dira, sinpletasunagatik.
Lauza uhin-gidak ere maiz erabiltzen dira jostailu eredu gisa.
Hiru material geruza, bakoitzak konstante dielektriko desberdina dutenak, konbinatzen dira lauzaren uhin-gida eratzeko, eta horien arteko interfazeekiko norabide paraleloetan heda daiteke mugagabean.
Erdiko geruzak kanpoko geruzak baino errefrakzio-indize handiagoa badu, argia erdiko geruzan barneko islapen osoaren bidez barneratzen da.
2 Dimentsioko uhin-gidaren adibide batzuk
Strip uhin-gida
Funtsean, estaldura-geruzen artean estututa dagoen geruzaren zerrenda bat da uhin-gida bat osatzen duena.
Lauzaren uhin-gidaren gida-geruza bi noranzko zeharkakoetan mugatuta dago, bakar batean baino, uhin-gida laukizuzenaren adibiderik errazena da. Zirkuitu optiko integratuek zein laser-diodoek uhin-gida angeluzuzenak erabiltzen dituzte.
Mach-Zehnder interferometroak eta uhin-luzera zatitzeko multiplexadoreak bezalako pieza optikoen oinarri gisa balio dute. Askotan, uhin-gida optiko angeluzuzenak erabiltzen dira laser-diodoen barrunbeak eraikitzeko.
Teknika planarra erabili ohi da forma angeluzuzeneko uhin-gida optikoak sortzeko.
Saihets-uhin-gida
Saihets-uhin-gida batean, gidari-geruza, funtsean, gainean zerrenda bat (edo hainbat zerrenda) gainjarritako lauza bat da.
Geruza anitzeko saihets egituretan, ia-unitate-konfinamendua posible da, baita uhina bi dimentsiotan mugatzea saihets-uhin gidetan.
Kristal fotonikoaren uhin-gida eta segmentatutako uhin-gida
Haien hedapen-bidean zehar, uhin-gida optikoek normalean zehar-sekzio konstantea mantentzen dute. Egoera hori da, adibidez, banda eta saihets-uhin-gidarekin.
Bloch moduak deiturikoak erabiliz, uhin-gidak ere aldaketak izan ditzakete beren zeharkako sekzioan eta, hala ere, argia igortzen dute inolako galerarik gabe.
Uhin-gida hauek kristal fotonikoko uhin-gida gisa sailkatzen dira (2D edo 3D ereduarekin) edo segmentatutako uhin-gida (hedapen-noranzkoan 1D ereduarekin).
Laser bidez inskribatutako uhin-gida
Fotonikaren industrian uhin-gida optikoak dira erabilgarrienak. Txip elektrikoen eta zuntz optikoaren arteko integrazioa posible da uhin-gidak 3D espazioan ezarrita.
Telekomunikazioen uhin-luzeretan dagoen argi infragorri modu bakarra heda daiteke horrelako uhin-gidak erabiliz, zeinak sarrera eta irteera guneen artean seinale optikoak galera oso txikiarekin garraiatzeko ere konfiguratuta daudenak.
Uhin-gida optikoen erabilerak
Mikrouhin-komunikazioetan, difusioan eta radar sistemetan, uhin-gida bat elikadura-lerro elektromagnetikoa da. Uhin-gida angeluzuzena edo zilindrikoa den metalezko hodi edo hodi batekin egiten da.
Eremu elektromagnetikoa luzetara zabaltzen da. Bocina eta antenak dira uhin-gidaren aplikazio tipikoenak.
Zuntz optikoa: uhin-gida bat al da?
Barne islapen osoa, zuntz optikoaren funtzionamendua arautzen duena, argi-uhin-gida gisa pentsa daiteke.
Intzidentzia-angelua angelu kritikoa baino handiagoa bada, hedatzen den uhin batek bi material ezberdinen arteko mugarekin topo egiten duenean barne-islaketa osoa gertatzen da.
Ondorioa
Ondorioz, uhin-gida optikoa argi-uhin bat "gidatzen" duen egitura da, nahi den beste norabide batean bidaiatzea eragotziz. Medikuntza-industrian, zuntz optikoak maiz erabiltzen dira bai diagnostikorako bai terapiarako.
Zuntz optikoz egindako hari malguak biriketan, odol-arterietan eta beste organo batzuetan jar daitezke. Hodi luze batek zuntz optiko bi sorta biltzen ditu endoskopio baten barruan, gailu mediko baten barruan.
Irudi zehatza sorta batean argia proban dagoen ehunera zuzenduz sortzen da, bertatik islatutako argia beste sortan jasotzen duen bitartean. Endoskopioak gorputz atal edo artikulazio batzuk aztertzeko egin daitezke, hala nola belaunak.
Utzi erantzun bat