სარჩევი[დამალვა][ჩვენება]
ფიზიკურ ობიექტს, რომელიც მიმართავს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს ოპტიკურ სპექტრში, ეწოდება ოპტიკური ტალღის გამტარი.
გამჭვირვალე დიელექტრიკული ტალღები, რომლებიც შედგება პლასტმასისგან და მინისგან, ასევე ოპტიკური ბოჭკოებისგან, ოპტიკური ტალღების გამტარების ტიპიური ფორმებია.
სივრცითი დიაპაზონი, რომელშიც სინათლე შეიძლება გავრცელდეს, შემოიფარგლება ოპტიკური ტალღის საშუალებით, რომელიც სივრცით არაერთგვაროვანი მოწყობილობაა სინათლის მიმართვისთვის.
როგორც წესი, ტალღის გამტარს აქვს განყოფილება, სადაც რეფრაქციული ინდექსი უფრო მაღალია, ვიდრე მიმდებარე გარემო (ე.წ. მოპირკეთება).
ამ სტატიაში განვიხილავთ ოპტიკური ტალღების პრინციპებს, რამდენიმე მაგალითს და ბევრ სხვას.
შესავალი ოპტიკურ ტალღის გამტარში
ფოტონიკური მოწყობილობების ფუნდამენტური სამშენებლო ბლოკებია ოპტიკური ტალღები, რომლებიც მიმართავენ, აწყვილებენ, ცვლიან, ყოფენ, მულტიპლექსს და დემულტიპლექსს ოპტიკურ სიგნალებს.
პლანური ტექნოლოგიის გამოყენებით, რომელიც ჰგავს მიკროელექტრონიკას, პასიური ტალღების გამტარები, ელექტროოპტიკური კომპონენტები, გადამცემები, მიმღებები და მამოძრავებელი ელექტრონიკა შეიძლება გაერთიანდეს ერთ ჩიპზე.
ტალღის გამტარი მოწყობილობების მოქმედება დამოკიდებულია მრავალ ფაქტორზე, მათ შორის გეომეტრიაზე, ტალღის სიგრძეზე, ველის საწყისი განაწილებაზე, მატერიალურ ინფორმაციას და ელექტროოპტიკურ პირობებზე, მიუხედავად იმისა, რომ მათი ფუნქციონირება ფართოდ არის შესწავლილი და გასაგები.
გაჯეტის დამზადებამდე საჭიროა გარკვეული პარამეტრების დარეგულირება. იმის გამო, რომ ამდენი რესურსია საჭირო ჩიპის შესაქმნელად, ზუსტი მოდელირება აუცილებელია ფართომასშტაბიანი ოპტოელექტრონული სქემებისთვის.
ტალღის გამტარი რეჟიმები, რეჟიმის შეერთება, დაკარგვა და მომატება, ისევე როგორც სინათლის სიგნალების გადაცემა, ყველა სიმულირებულია ოპტიკურ ტალღების დიზაინში.
ტალღოვანი მოწყობილობა აღწერილია შესვლის მონაცემების ერთ ნაწილში მისი გეომეტრიით, წარმოების ფაქტორებით და მატერიალური მუდმივებით.
ტალღის სახელმძღვანელოს მონაცემები იდეალურად უნდა იყოს შეყვანილი პროექტის განლაგების გამოყენებით პროგრამული უზრუნველყოფით, რომელსაც ასევე შეუძლია წარმოების პარამეტრების მართვა.
რიცხვითი გამოთვლების დასაყენებლად, მონაცემების შეყვანა ასევე მოიცავს სხვა კომპონენტს. სრულყოფილ სამყაროში შეყვანის სისტემები დამალავს ან შეზღუდავს რიცხვითი გამოთვლის სპეციფიკას.
მაგრამ იმის გამო, რომ ტალღების მოდელირება ხშირად იყენებს კომპლექსურ ციფრულ პროცედურებს, თქვენ უნდა გაეცნოთ ძირითადი რიცხვების ზოგიერთ ელემენტს.
ფოტონიკური სქემები აგებულია ტალღების საშუალებით. ტალღის გამავრცელებელი ცენტრის გასწვრივ მარშრუტის პერპენდიკულურად არის ტალღის გამტარის სიგანის განსაზღვრა, ფიქსირებული თუ ცვალებადი.
ოპტიკური ტალღების ძირითადი პრინციპი
როგორც სურათზეა ნაჩვენები, გეომეტრიული ან სხივური ოპტიკის ცნებები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოპტიკური ტალღების გამტარების ფუნდამენტური იდეების გადმოსაცემად.
გარდატეხა არის პროცესი, რომლის დროსაც სინათლე, რომელიც შედის მასალაში, რომელსაც აქვს უფრო მაღალი რეფრაქციული ინდექსი, იხრება ნორმალურისკენ.
განვიხილოთ ჰაერიდან შუშაში სინათლის შეღწევის შემთხვევა. მსგავსად იმისა, თუ როგორ მოძრაობს შუქი სხვა მიმართულებით, მინიდან ჰაერში, იგივე მარშრუტს მიჰყვება და ჩვეულს გადახრის. დროის შებრუნების სიმეტრიის გამო, ეს შედეგია. შესაძლებელია ჰაერში არსებული თითოეული სხივი მინის სხივზე დახაზოთ.
არსებობს ერთი-ერთზე ურთიერთობა. მაგრამ შუშის ზოგიერთი სინათლის სხივი გამოტოვებულია გარდატეხის გამო. მთლიანი შიდა ასახვა, რომელიც შუშის დარჩენილ შუქს აკავებს, არის მექანიზმი, რომელიც მუშაობს.
კრიტიკული კუთხით კუთხით, ისინი ეჯახებიან მინა-ჰაერის კონტაქტს. გრინის ფუნქციაზე აგებულ უფრო დახვეწილ ფორმულირებებში, ეს დამატებითი სხივები დაკავშირებულია მდგომარეობების უფრო დიდ სიმკვრივესთან.
დიელექტრიკულ ტალღაში ჩვენ შეგვიძლია დავიჭიროთ და მივმართოთ შუქს მთლიანი შიდა არეკვლის გამოყენებით. წითელი სინათლის სხივები ასახავს მაღალი ინდექსის საშუალო ზედა და ქვედა ზედაპირებს.
სანამ ფილა თანდათან იხრება, ის შეიძლება იყოს მიმართული მაშინაც კი, როცა ის მრუდის ან იხრება. შუქი იმართება მაღალი ინდექსის მინის ბირთვის გასწვრივ ქვედა ინდექსის მინის მოპირკეთებაში ოპტიკის ბოჭკოების ამ ფუნდამენტური პრინციპის შესაბამისად.
ტალღის გამტარის მოქმედება მხოლოდ უხეშად არის გამოსახული სხივური ოპტიკით. დიელექტრიკული ტალღების გამაძლიერებლის სრული ველის აღწერისთვის მაქსველის განტოლებები შეიძლება ამოხსნას ანალიტიკურად ან რიცხვით.
ოპტიკური ტალღის მაგიდის მაგალითი
დიელექტრიკული ფილის ტალღების გამტარები, რომლებიც ასევე ცნობილია როგორც პლანური ტალღების გამტარები, ალბათ ოპტიკური ტალღების ყველაზე ძირითადი სახეობაა.
დაწყობილი ტალღების გამაძლიერებელი ბადეები, აკუსტო-ოპტიკური ფილტრები და მოდულატორები არის მხოლოდ რამდენიმე ჩიპზე მოთავსებული მოწყობილობა, რომლებსაც შეუძლიათ გამოიყენონ ფილის ტალღების გამტარები მათი სიმარტივის გამო.
ფილის ტალღების გამტარები ასევე ხშირად გამოიყენება სათამაშოების მოდელებად.
მასალების სამი ფენა, თითოეულს აქვს განსხვავებული დიელექტრიკული მუდმივი, გაერთიანებულია ფილის ტალღის გამტარის შესაქმნელად, რომელიც შეიძლება გაგრძელდეს განუსაზღვრელი ვადით მათ შორის ინტერფეისის პარალელურად.
თუ ცენტრალურ ფენას აქვს უფრო მაღალი რეფრაქციული ინდექსი, ვიდრე გარე ფენებს, სინათლე შედის შუა ფენაში მთლიანი შიდა არეკვლის საშუალებით.
2-განზომილებიანი ტალღების რამდენიმე მაგალითი
ზოლიანი ტალღის გამტარი
ძირითადად, ფენის ზოლი, რომელიც შეკუმშულია მოპირკეთების ფენებს შორის, არის ის, რაც ქმნის ზოლის ტალღის გამტარს.
ფილის ტალღის სახელმძღვანელო ფენა შემოიფარგლება ორივე განივი მიმართულებით და არა უბრალოდ ერთი, რის შედეგადაც არის მართკუთხა ტალღის წამყვანის უმარტივესი მაგალითი. ორივე ინტეგრირებული ოპტიკური სქემები და ლაზერული დიოდები იყენებენ მართკუთხა ტალღის გამტარებს.
ისინი ხშირად ემსახურებიან ოპტიკური ნაწილების საფუძველს, როგორიცაა Mach-Zehnder ინტერფერომეტრები და ტალღის სიგრძის გაყოფის მულტიპლექსატორები. ბევრჯერ გამოიყენება მართკუთხა ოპტიკური ტალღების გამტარები ლაზერული დიოდების ღრუების ასაგებად.
პლანშეტური ტექნიკა ჩვეულებრივ გამოიყენება მართკუთხა ფორმის ოპტიკური ტალღების შესაქმნელად.
ნეკნიანი ტალღა
ნეკნიანი ტალღის გამტარში, სახელმძღვანელო ფენა არსებითად არის ფილა ზოლით (ან მრავალჯერადი ზოლებით) გადახურული მასზე.
მრავალშრიანი ნეკნების სტრუქტურებში შესაძლებელია ერთიანობასთან ახლოს შეზღუდვა, ისევე როგორც ტალღის შეზღუდვა ორ განზომილებაში ნეკნიანი ტალღების გამტარებში.
ფოტონური კრისტალური ტალღის გამტარი და სეგმენტირებული ტალღოვანი
მათი გავრცელების გზაზე, ოპტიკური ტალღების გამტარები ჩვეულებრივ ინარჩუნებენ მუდმივ განივი კვეთას. ეს არის სიტუაცია, მაგალითად, ზოლები და ნეკნიანი ტალღების გამტარები.
ეგრეთ წოდებული ბლოხის რეჟიმების გამოყენებით, ტალღის გამტარებს შეუძლიათ აგრეთვე ჰქონდეთ პერიოდული ცვალებადობა მათი განივი მონაკვეთში და მაინც გადასცენ სინათლე ყოველგვარი დანაკარგის გარეშე.
ეს ტალღები კლასიფიცირდება როგორც ფოტონიკური კრისტალური ტალღების გამტარები (2D ან 3D ნიმუშით) ან სეგმენტირებული ტალღების გამტარები (1D ნიმუშით გავრცელების მიმართულებით).
ლაზერით ჩაწერილი ტალღა
ფოტონიკის ინდუსტრია არის ის, სადაც ოპტიკური ტალღების გამტარები ყველაზე სასარგებლოა. ელექტრულ ჩიპებსა და ოპტიკურ ბოჭკოებს შორის ინტეგრაცია შესაძლებელი ხდება ტალღების 3D სივრცეში დაყენებით.
სატელეკომუნიკაციო ტალღის სიგრძეზე ინფრაწითელი სინათლის ერთი რეჟიმი შეიძლება გავრცელდეს ასეთი ტალღების საშუალებით, რომლებიც ასევე შექმნილია ოპტიკური სიგნალების გადასატანად შეყვანის და გამომავალი უბნებს შორის უკიდურესად მცირე დანაკარგებით.
ოპტიკური ტალღების გამოყენება
მიკროტალღურ კომუნიკაციებში, მაუწყებლობასა და სარადარო სისტემებში ტალღის გამტარი არის ელექტრომაგნიტური კვების ხაზი. ტალღის გამტარი დამზადებულია ლითონის მილის ან მილისგან, რომელიც არის მართკუთხა ან ცილინდრული.
ელექტრომაგნიტური ველი ვრცელდება გრძივად. საყვირი და თეფშის ანტენები ყველაზე ტიპიური ტალღის აპლიკაციებია.
ოპტიკური ბოჭკოვანი - არის თუ არა ტალღოვანი?
მთლიანი შიდა ასახვა, რომელიც არეგულირებს ოპტიკური ბოჭკოს ფუნქციონირებას, შეიძლება მივიჩნიოთ როგორც სინათლის ტალღის გამტარი.
თუ დაცემის კუთხე კრიტიკულ კუთხეზე მეტია, მთლიანი შიდა ასახვა ხდება მაშინ, როდესაც გამავრცელებელი ტალღა ხვდება საზღვარს ორ სხვადასხვა მასალას შორის.
დასკვნა
დასასრულს, ოპტიკური ტალღის გამტარი არის სტრუქტურა, რომელიც „მიმართავს“ სინათლის ტალღას, ხელს უშლის მას მოგზაურობისგან განსხვავებული მიმართულებით, ვიდრე სასურველი. სამედიცინო ინდუსტრიაში ოპტიკური ბოჭკოები ხშირად გამოიყენება როგორც დიაგნოსტიკისთვის, ასევე თერაპიისთვის.
ოპტიკური ბოჭკოებისგან დამზადებული მოქნილი ძაფები შეიძლება მოთავსდეს ფილტვებში, სისხლის არტერიებში და სხვა ორგანოებში. ერთ გრძელ მილში განთავსებულია ოპტიკური ბოჭკოების ორი შეკვრა ენდოსკოპის, სამედიცინო მოწყობილობის შიგნით.
დეტალური სურათი იქმნება ერთ შეკვრაში შესამოწმებელი ქსოვილისკენ სინათლის მიმართვით, ხოლო მეორე შეკვრაში მისგან არეკლილი სინათლის მიღებისას. ენდოსკოპები შეიძლება გაკეთდეს სხეულის გარკვეული ნაწილების ან სახსრების შესამოწმებლად, როგორიცაა მუხლები.
დატოვე პასუხი