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एक भौतिक वस्तु जो ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम में विद्युत चुम्बकीय तरंगों को निर्देशित करती है उसे ऑप्टिकल वेवगाइड कहा जाता है।
प्लास्टिक और कांच के साथ-साथ ऑप्टिकल फाइबर से बना पारदर्शी ढांकता हुआ वेवगाइड, ऑप्टिकल वेवगाइड के विशिष्ट रूप हैं।
स्थानिक रेंज जिसमें प्रकाश का प्रसार हो सकता है, एक ऑप्टिकल वेवगाइड द्वारा विवश है, जो प्रकाश को निर्देशित करने के लिए एक स्थानिक रूप से अमानवीय उपकरण है।
आमतौर पर, एक वेवगाइड में एक खंड होता है जहां अपवर्तक सूचकांक आसपास के माध्यम (जिसे क्लैडिंग कहा जाता है) से अधिक होता है।
इस लेख में, हम ऑप्टिकल वेवगाइड के सिद्धांतों, कुछ उदाहरणों और बहुत कुछ की जांच करेंगे।
ऑप्टिकल वेवगाइड का परिचय
फोटोनिक उपकरणों के मूलभूत निर्माण खंड ऑप्टिकल वेवगाइड हैं, जो प्रत्यक्ष, युगल, स्विच, डिवाइड, मल्टीप्लेक्स और डीमल्टीप्लेक्स ऑप्टिकल सिग्नल हैं।
प्लानर तकनीक का उपयोग करना, जो माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, निष्क्रिय वेवगाइड्स, इलेक्ट्रोऑप्टिक घटकों, ट्रांसमीटर, रिसीवर और ड्राइविंग इलेक्ट्रॉनिक्स के समान है, सभी को एक ही चिप पर जोड़ा जा सकता है।
वेवगाइड उपकरणों का प्रदर्शन कई कारकों पर निर्भर करता है, जिसमें ज्यामिति, तरंग दैर्ध्य, प्रारंभिक क्षेत्र वितरण, सामग्री की जानकारी और इलेक्ट्रोप्टिक ड्राइविंग की स्थिति शामिल है, इस तथ्य के बावजूद कि उनके कामकाज का बड़े पैमाने पर अध्ययन और समझ किया गया है।
गैजेट बनाने से पहले, कुछ मापदंडों को ट्यून करने की आवश्यकता होती है। चूंकि चिप बनाने के लिए बहुत सारे संसाधनों की आवश्यकता होती है, इसलिए बड़े पैमाने पर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सर्किट के लिए सटीक मॉडलिंग आवश्यक है।
वेवगाइड मोड, मोड कपलिंग, हानि और लाभ, साथ ही साथ प्रकाश संकेतों का संचरण, सभी ऑप्टिकल वेवगाइड डिजाइन में सिम्युलेटेड हैं।
वेवगाइड डिवाइस को इसकी ज्यामिति, निर्माण कारकों और सामग्री स्थिरांक द्वारा प्रवेश डेटा के एक खंड में वर्णित किया गया है।
वेवगाइड डेटा आदर्श रूप से सॉफ्टवेयर के साथ एक प्रोजेक्ट लेआउट का उपयोग करके इनपुट होना चाहिए जो विनिर्माण मापदंडों का प्रबंधन भी कर सकता है।
संख्यात्मक गणना सेट करने के लिए, डेटा दर्ज करने में एक अन्य घटक भी शामिल होता है। एक आदर्श दुनिया में, इनपुट सिस्टम संख्यात्मक गणना की बारीकियों को छिपाएगा या प्रतिबंधित करेगा।
लेकिन चूंकि वेवगाइड मॉडलिंग अक्सर जटिल संख्यात्मक प्रक्रियाओं का उपयोग करता है, इसलिए आपको अंतर्निहित अंकों के कुछ तत्वों से परिचित होना चाहिए।
वेवगाइड का उपयोग करके फोटोनिक सर्किट का निर्माण किया जाता है। वेवगाइड केंद्र के साथ मार्ग के लंबवत एक वेवगाइड की चौड़ाई की परिभाषा है, चाहे वह स्थिर हो या बदल रही हो।
ऑप्टिकल वेवगाइड के मूल प्रधानाचार्य
जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, ऑप्टिकल वेवगाइड्स को रेखांकित करने वाले मूलभूत विचारों को व्यक्त करने के लिए ज्यामितीय या किरण प्रकाशिकी अवधारणाओं का उपयोग किया जा सकता है।
अपवर्तन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा उच्च अपवर्तनांक वाले पदार्थ में प्रवेश करने वाला प्रकाश अभिलंब की ओर झुक जाता है।
हवा से कांच में प्रवेश करने वाले प्रकाश के मामले पर विचार करें। जिस प्रकार प्रकाश कांच से वायु की ओर गति करता है, उसी प्रकार उसी मार्ग का अनुसरण करता है और सामान्य से विचलन करता है। समय-प्रत्यावर्तन समरूपता के कारण, इसका परिणाम होता है। हवा में प्रत्येक किरण को कांच में एक किरण में मैप करना संभव है।
एक-से-एक संबंध मौजूद है। लेकिन कांच में कुछ प्रकाश किरणें अपवर्तन के कारण छूट जाती हैं। पूर्ण आंतरिक परावर्तन, जो कांच में शेष प्रकाश को फंसाता है, कार्य करने वाला तंत्र है।
क्रांतिक कोण पर कोण पर, वे कांच-वायु संपर्क पर आपतित होते हैं। ग्रीन के कार्य पर निर्मित अधिक परिष्कृत योगों में, ये अतिरिक्त किरणें राज्यों के बड़े घनत्व से संबंधित हैं।
एक डाइइलेक्ट्रिक वेवगाइड में, हम पूर्ण आंतरिक परावर्तन का उपयोग करके प्रकाश को पकड़ और निर्देशित कर सकते हैं। लाल प्रकाश किरणें उच्च सूचकांक माध्यम के ऊपर और नीचे की सतहों को परावर्तित करती हैं।
जब तक स्लैब धीरे-धीरे झुकता है, तब तक इसे मोड़ने या मोड़ने पर भी निर्देशित किया जा सकता है। फाइबर ऑप्टिक्स में इस मौलिक सिद्धांत के अनुसार प्रकाश को निचले सूचकांक ग्लास क्लैडिंग में उच्च इंडेक्स ग्लास कोर के साथ निर्देशित किया जाता है।
वेवगाइड ऑपरेशन केवल रे ऑप्टिक्स द्वारा मोटे तौर पर दर्शाया गया है। एक ढांकता हुआ वेवगाइड के पूर्ण-क्षेत्रीय विवरण के लिए, मैक्सवेल के समीकरणों को विश्लेषणात्मक या संख्यात्मक रूप से हल किया जा सकता है।
ऑप्टिकल वेवगाइड का उदाहरण
ढांकता हुआ स्लैब वेवगाइड, जिसे प्लानर वेवगाइड के रूप में भी जाना जाता है, शायद सबसे बुनियादी प्रकार के ऑप्टिकल वेवगाइड हैं।
ऐरेडेड वेवगाइड ग्रेटिंग्स, एकोस्टो-ऑप्टिक फिल्टर, और मॉड्यूलेटर कुछ ही ऑन-चिप डिवाइस हैं जो अपनी सादगी के कारण स्लैब वेवगाइड का उपयोग कर सकते हैं।
स्लैब वेवगाइड को अक्सर खिलौना मॉडल के रूप में भी उपयोग किया जाता है।
सामग्रियों की तीन परतें, प्रत्येक में एक अलग ढांकता हुआ स्थिरांक होता है, जो स्लैब वेवगाइड बनाने के लिए संयुक्त होते हैं, जो उनके बीच इंटरफेस के समानांतर दिशाओं में अनिश्चित काल तक बढ़ सकते हैं।
यदि केंद्रीय परत का अपवर्तनांक बाहरी परतों की तुलना में अधिक है, तो प्रकाश पूर्ण आंतरिक परावर्तन के माध्यम से मध्य परत में समाहित होता है।
2-आयामी वेवगाइड के कुछ उदाहरण
स्ट्रिप वेवगाइड
मूल रूप से, परत की एक पट्टी जिसे क्लैडिंग परतों के बीच निचोड़ा जाता है, वह एक स्ट्रिप वेवगाइड बनाती है।
स्लैब वेवगाइड की मार्गदर्शक परत केवल एक के बजाय दोनों अनुप्रस्थ दिशाओं में विवश है, जिसके परिणामस्वरूप एक आयताकार वेवगाइड का सबसे सरल उदाहरण है। एकीकृत ऑप्टिकल सर्किट और लेजर डायोड दोनों आयताकार वेवगाइड को नियोजित करते हैं।
वे अक्सर मैक-ज़ेन्डर इंटरफेरोमीटर और वेवलेंथ डिवीजन मल्टीप्लेक्सर्स जैसे ऑप्टिकल भागों की नींव के रूप में काम करते हैं। कई बार, लेजर डायोड की गुहाओं के निर्माण के लिए आयताकार ऑप्टिकल वेवगाइड का उपयोग किया जाता है।
एक आयताकार आकार के साथ ऑप्टिकल वेवगाइड बनाने के लिए आमतौर पर एक प्लानर तकनीक का उपयोग किया जाता है।
रिब वेवगाइड
एक रिब वेवगाइड में, मार्गदर्शक परत अनिवार्य रूप से एक स्लैब होती है जिसके ऊपर एक पट्टी (या कई स्ट्रिप्स) होती है।
बहु-परत रिब संरचनाओं में, निकट-एकता कारावास संभव है और साथ ही रिब वेवगाइड्स में दो आयामों में तरंग का परिसीमन संभव है।
फोटोनिक क्रिस्टल वेवगाइड और खंडित वेवगाइड
अपने प्रसार पथ के साथ, ऑप्टिकल वेवगाइड सामान्य रूप से एक निरंतर क्रॉस-सेक्शन रखते हैं। यह स्थिति है, उदाहरण के लिए, स्ट्रिप और रिब वेवगाइड के साथ।
तथाकथित बलोच मोड का उपयोग करके, वेवगाइड्स के क्रॉस-सेक्शन में समय-समय पर बदलाव हो सकते हैं और फिर भी बिना किसी नुकसान के प्रकाश संचारित कर सकते हैं।
इन वेवगाइड्स को फोटोनिक क्रिस्टल वेवगाइड्स (2डी या 3डी पैटर्निंग के साथ) या सेगमेंटेड वेवगाइड्स (प्रचार की दिशा में 1डी पैटर्निंग के साथ) के रूप में वर्गीकृत किया गया है।
लेजर-अंकित वेवगाइड
फोटोनिक्स उद्योग वह जगह है जहां ऑप्टिकल वेवगाइड सबसे उपयोगी होते हैं। 3डी स्पेस में वेवगाइड्स लगाकर इलेक्ट्रिकल चिप्स और ऑप्टिकल फाइबर के बीच इंटीग्रेशन को संभव बनाया गया है।
दूरसंचार तरंगदैर्घ्य पर इन्फ्रारेड लाइट की एक एकल विधा को ऐसे वेवगाइड्स का उपयोग करके प्रचारित किया जा सकता है, जो बहुत कम नुकसान के साथ इनपुट और आउटपुट साइटों के बीच ऑप्टिकल सिग्नल ले जाने के लिए भी स्थापित किए जाते हैं।
ऑप्टिकल वेवगाइड का उपयोग करता है
माइक्रोवेव संचार, प्रसारण और रडार सिस्टम में, एक वेवगाइड एक विद्युत चुम्बकीय फ़ीड लाइन है। एक वेवगाइड एक धातु के पाइप या ट्यूब से बना होता है जो आयताकार या बेलनाकार होता है।
विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र अनुदैर्ध्य रूप से फैलता है। हॉर्न और डिश एंटेना सबसे विशिष्ट वेवगाइड अनुप्रयोग हैं।
ऑप्टिकल फाइबर—क्या यह एक वेवगाइड है?
पूर्ण आंतरिक परावर्तन, जो यह नियंत्रित करता है कि ऑप्टिकल फाइबर कैसे कार्य करता है, को एक प्रकाश तरंग गाइड के रूप में माना जा सकता है।
यदि आपतन कोण क्रांतिक कोण से अधिक है, तो पूर्ण आंतरिक परावर्तन तब होता है जब एक प्रसार तरंग दो अलग-अलग सामग्रियों के बीच की सीमा का सामना करती है।
निष्कर्ष
अंत में, एक ऑप्टिकल वेवगाइड एक संरचना है जो एक प्रकाश तरंग को एक अलग दिशा में यात्रा करने से रोककर "मार्गदर्शित" करती है जो कि वांछित है। चिकित्सा उद्योग में, ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग अक्सर निदान और चिकित्सा दोनों के लिए किया जाता है।
ऑप्टिकल फाइबर से बने लचीले तारों को फेफड़ों, रक्त धमनियों और अन्य अंगों में रखा जा सकता है। एक लंबी ट्यूब में एक एंडोस्कोप, एक चिकित्सा उपकरण के अंदर ऑप्टिक फाइबर के दो बंडल होते हैं।
एक बंडल में परीक्षण के तहत ऊतक की ओर प्रकाश को निर्देशित करके एक विस्तृत चित्र बनाया जाता है जबकि दूसरे बंडल में इससे परावर्तित प्रकाश प्राप्त होता है। शरीर के कुछ हिस्सों या जोड़ों, जैसे कि घुटनों की जांच के लिए एंडोस्कोप बनाया जा सकता है।
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