Table of Contents[Ferstopje][Toanje]
In fysyk objekt dat elektromagnetyske weagen rjochtet yn it optysk spektrum wurdt in optyske waveguide neamd.
Transparante diëlektryske golflieders besteande út plestik en glês, lykas optyske glêstried, binne typyske foarmen fan optyske golflieders.
It romtlike berik wêryn't ljocht kin fersprate wurdt beheind troch in optyske waveguide, dat is in romtlik inhomogeen apparaat foar it rjochtsjen fan ljocht.
Typysk hat in waveguide in seksje wêr't de brekingsyndeks heger is as it omlizzende medium (neamd beklaaiïng).
Yn dit artikel sille wy de prinsipes fan 'e optyske waveguide ûndersykje, guon foarbylden, en folle mear.
Ynlieding ta optyske waveguide
De fûnemintele boustiennen fan fotonyske apparaten binne optyske waveguides, dy't optyske sinjalen rjochtsje, koppele, wikselje, dielen, multiplex en demultiplex.
Mei help fan planêre technology, dy't besibbe is oan mikro-elektroanika, kinne passive waveguides, elektro-optyske komponinten, stjoerders, ûntfangers en rydelektronika allegear wurde kombinearre op ien chip.
De prestaasjes fan waveguide-apparaten binne ôfhinklik fan in ferskaat oan faktoaren, ynklusyf mjitkunde, golflingte, initial fjildferdieling, materiaalynformaasje en elektrooptyske rydbetingsten, nettsjinsteande it feit dat har funksjonearjen wiidweidich studearre en begrepen is.
Foardat jo in gadget meitsje, moatte bepaalde parameters wurde ôfstimd. Om't safolle boarnen nedich binne om in chip te meitsjen, is krekte modellering essensjeel foar grutskalige opto-elektronyske circuits.
Waveguide-modi, moduskeppeling, ferlies en winst, lykas de oerdracht fan ljochtsinjalen, wurde allegear simulearre yn optysk waveguide-ûntwerp.
It waveguide-apparaat wurdt beskreaun yn ien seksje fan 'e yngongsgegevens troch syn mjitkunde, fabrikaazjefaktoaren en materiaalkonstanten.
De waveguide-gegevens moatte ideaal wurde ynfierd mei in projektopmaak mei software dy't ek produksjeparameters kin beheare.
Foar it ynstellen fan numerike berekkeningen omfettet it ynfieren fan gegevens ek in oare komponint. Yn in perfekte wrâld soene ynfiersystemen de spesifikaasjes fan 'e numerike berekkening ferbergje of beheine.
Mar om't waveguide-modellering faak gebrûk makket fan komplekse numerike prosedueres, moatte jo bekend wêze mei guon eleminten fan 'e ûnderlizzende numerike.
Fotonyske circuits wurde konstruearre mei waveguides. Perpendikulêr op de rûte lâns it waveguide sintrum is de definysje fan in waveguide syn breedte, itsij fêst as feroarjend.
Basis Principal fan Optical waveguide
Lykas werjûn yn 'e foto, kinne geometryske of ray-optika-konsepten wurde brûkt om de fûnemintele ideeën oer te bringen dy't optyske waveguides ûnderlizze.
Refraksje is it proses wêrby't ljocht dat yn in materiaal komt mei in hegere brekingsyndeks bûgt nei it normale.
Tink oan it gefal fan ljocht dat glês út 'e loft komt. Fergelykber mei hoe't ljocht de oare kant beweecht, fan glês nei loft, deselde rûte folgje en ôfwykt fan 'e gewoane. Troch symmetry fan tiidomkearing is dit resultaat. It is mooglik om elke ray yn 'e loft yn kaart te bringen nei in ray yn it glês.
In ien-op-ien relaasje bestiet. Mar guon fan 'e ljochtstrielen yn it glês wurde mist troch brekking. Totale ynterne refleksje, dy't it oerbleaune ljocht yn it glês opfangt, is it meganisme oan it wurk.
By in hoeke oer de krityske hoeke binne se ynfallend op it glês-loftkontakt. Yn mear ferfine formulearringen boud op Green's funksje, korrelearje dizze ekstra strielen mei in gruttere tichtens fan steaten.
Yn in dielektrike waveguide kinne wy it ljocht fange en rjochtsje troch totale ynterne refleksje te brûken. Reade ljochtstrielen wjerspegelje de boppeste en ûnderste oerflakken fan it medium mei hege yndeks.
Salang't de plaat stadichoan bûgt, kin it rjochte wurde sels as it krûpt of bûgt. Ljocht wurdt liede lâns in hege yndeks glêzen kearn yn in legere yndeks glêzen beklaaiïng neffens dit fûnemintele prinsipe yn glêstried optika.
Waveguide operaasje wurdt allinnich rûchwei ôfbylde troch ray optika. Foar in folslein fjild beskriuwing fan in dielektrike waveguide, Maxwell syn fergelikingen kinne wurde oplost analytysk of numerike.
Foarbyld fan Optical waveguide
Dielektryske plaatwaveguides, ek wol planêre waveguides neamd, binne faaks de meast basale soarte fan optyske waveguides.
Arrayed waveguide-roosters, akoesto-optyske filters en modulators binne mar in pear on-chip-apparaten dy't slabwaveguides kinne brûke fanwegen har ienfâld.
Slab-waveguides wurde ek faak brûkt as boartersguodmodellen.
Trije lagen fan materialen, elk mei in ûnderskate dielektryske konstante, wurde kombinearre om de plaatwaveguide te foarmjen, dy't ûnbepaalde tiid kin útwreidzje yn rjochtingen parallel oan de ynterfaces tusken har.
As de sintrale laach in hegere brekingsyndeks hat as de bûtenste lagen, wurdt ljocht yn 'e middenlaach befette troch totale ynterne refleksje.
Guon foarbylden fan de 2-Dimensional waveguide
Strip waveguide
Yn prinsipe is in stripe fan 'e laach dy't tusken bekledingslagen yndrukt is wat in stripwaveguide makket.
De begeliedende laach fan 'e plaatwaveguide is beheind yn beide dwerse rjochtingen ynstee fan gewoan ien, wat resulteart yn it ienfâldichste foarbyld fan in rjochthoekige waveguide. Sawol yntegreare optyske sirkwy as laserdioden brûke rjochthoekige waveguides.
Se tsjinje faak as de basis foar optyske dielen lykas Mach-Zehnder-interferometers en golflingte-divyzje-multiplexers. In protte kearen wurde rjochthoekige optyske waveguides brûkt om de holtes fan laserdiodes te bouwen.
In planêre technyk wurdt typysk brûkt om optyske waveguides te meitsjen mei in rjochthoekige foarm.
Rib waveguide
Yn in ribwaveguide is de liedende laach yn essinsje in plaat mei in strip (of meardere strips) dêrop oerlein.
Yn multi-laach ribbenstruktueren is tichtby ienheid opsluting mooglik, lykas opsluting fan 'e welle yn twa diminsjes yn rib waveguides.
Fotonyske kristalwaveguide en segmentearre waveguide
Lâns har fuortplantingspaad hâlde optyske golflieders normaal in konstante trochsneed. Dit is de situaasje, bygelyks, mei strip- en ribwaveguides.
Troch it brûken fan saneamde Bloch-modi kinne golflieders ek periodike fariaasjes hawwe yn har trochsneed en dochs ljocht sûnder ferlies trochjaan.
Dizze waveguides wurde klassifisearre as fotonyske kristalwaveguides (mei in 2D- of 3D-patroan) as segmentearre waveguides (mei in 1D-patroan yn 'e rjochting fan fuortplanting).
Laser-ynskreaun waveguide
De fotonika-yndustry is wêr't optyske waveguides it nuttichst binne. Yntegraasje tusken elektryske chips en optyske fezels wurdt mooglik makke troch it opsetten fan de waveguides yn 3D romte.
In inkelde modus fan ynfraread ljocht by telekommunikaasjewellenlangen kin wurde propagearre mei sokke golflieders, dy't ek ynsteld binne om optyske sinjalen te dragen tusken ynput- en útfierplakken mei ekstreem lyts ferlies.
Optyske waveguide brûkt
Yn mikrogolfkommunikaasje, útstjoerings en radarsystemen is in waveguide in elektromagnetyske feedline. In waveguide is makke fan in metalen piip of buis dy't rjochthoekich of silindrysk is.
It elektromagnetyske fjild ferspraat longitudinaal. Hoarn- en skûtelantennes binne de meast typyske waveguide-applikaasjes.
Optyske glêstried - is it in waveguide?
Totale ynterne refleksje, dy't regelet hoe't optyske glêstried funksjonearret, kin tocht wurde as in ljochtwaveguide.
As de ynfalshoek grutter is as de krityske hoeke, komt totale ynterne refleksje foar as in propagearjende weach de grins tsjinkomt tusken twa ferskillende materialen.
Konklúzje
Ta beslút, in optyske waveguide is in struktuer dy't "begeliedt" in ljocht weach troch te foarkommen dat it reizget yn in oare rjochting dan dat dat is winske. Yn 'e medyske yndustry wurde optyske fezels faak brûkt foar sawol diagnoaze as terapy.
Fleksibele stringen makke fan optyske fezels kinne wurde pleatst yn 'e longen, bloedfetten en oare organen. Ien lange buis befettet twa bondels optyske fezels yn in endoskoop, in medysk apparaat.
In detaillearre ôfbylding wurdt makke troch ljocht te rjochtsjen nei it weefsel ûnder test yn ien bondel, wylst it ljocht ûntfangt dat derfan reflektearre wurdt yn 'e oare bondel. Endoskopen kinne makke wurde om bepaalde lichemsdielen of gewrichten te ûndersiikjen, lykas de knibbels.
Leave a Reply