Inhaltsverzeechnes[Verstoppen][Show]
E physikaleschen Objet deen elektromagnetesch Wellen am optesche Spektrum leet gëtt en opteschen Welleguide genannt.
Transparent dielektresch Welleleit aus Plastik a Glas, souwéi optesch Faser, sinn typesch Forme vun opteschen Welleleit.
De raimleche Beräich, an deem d'Liicht sech ausbreede kann, gëtt vun engem optesche Welleleit ageschränkt, wat e raimlech inhomogen Apparat ass fir d'Liicht ze riichten.
Typesch huet e Welleguide eng Sektioun wou de Brechungsindex méi héich ass wéi dat Ëmgéigend Medium (genannt Verkleedung).
An dësem Artikel wäerte mir d'Prinzipien vum opteschen Waveguide ënnersichen, e puer Beispiller a vill méi.
Aféierung fir optesch Waveguide
Déi fundamental Bausteng vu photonesche Geräter sinn optesch Welleleit, déi optesch Signaler dirigéieren, koppelen, schalten, deelen, multiplex an demultiplex.
Mat Planar Technologie, déi ähnlech ass mat Mikroelektronik, kënnen passiv Welleleit, elektrooptesch Komponenten, Sender, Empfänger a Fuerelektronik all op engem eenzegen Chip kombinéiert ginn.
D'Performance vu Waveguide-Geräter hänkt vu verschiddene Faktoren of, dorënner Geometrie, Wellelängt, initial Feldverdeelung, Materialinformatioun an elektrooptesch Fuerbedéngungen, trotz der Tatsaach datt hir Fonctionnement extensiv studéiert a verstanen ass.
Ier Dir e Gadget mécht, musse verschidde Parameteren ofgestëmmt ginn. Well sou vill Ressourcen gebraucht ginn fir en Chip ze kreéieren, ass präzis Modelléierung wesentlech fir grouss optoelektronesch Circuiten.
Waveguide Modi, Modus Kopplung, Verloscht a Gewënn, souwéi d'Transmissioun vu Liichtsignaler, ginn all am opteschen Waveguide Design simuléiert.
De Waveguide-Apparat gëtt an enger Sektioun vun den Entréesdaten duerch seng Geometrie, Fabrikatiounsfaktoren a Materialkonstanten beschriwwen.
D'Welleguidedaten sollen am Idealfall Input mat engem Projet Layout mat Software benotzt ginn, déi och Fabrikatiounsparameter verwalten kann.
Fir numeresch Berechnungen ze setzen, enthält d'Donnéeën och eng aner Komponent. An enger perfekter Welt wäerten Inputsystemer d'Spezifizitéite vun der numerescher Berechnung verstoppen oder beschränken.
Awer well Waveguide Modelléierung dacks komplex numeresch Prozedure benotzt, musst Dir mat e puer Elementer vun der Basisdaten numeresch vertraut sinn.
Photonesch Kreesleef gi mat Hëllef vu Welleleit konstruéiert. Senkrecht zum Wee laanscht de Welleguidezentrum ass d'Definitioun vun der Breet vun engem Welleguide, egal ob fix oder ännert.
Basis Prinzip vun Optical waveguide
Wéi am Bild gewisen, kënne geometresch oder Strahloptikkonzepter benotzt ginn fir d'fundamental Iddien ze vermëttelen, déi optesch Wellenleitungen ënnersträichen.
Refraktioun ass de Prozess, duerch deen d'Liicht, dat an e Material erakënnt, deen e méi héije Brechungsindex huet, sech an d'Norm béit.
Bedenkt de Fall vu Liicht an d'Glas aus der Loft. Ähnlech wéi d'Liicht déi aner Manéier beweegt, vu Glas op d'Loft, verfollegt déiselwecht Streck a wäicht vun der üblecher. Wéinst der Zäit-Reversal Symmetrie ass dëst Resultat. Et ass méiglech all Strahl an der Loft op eng Strahl am Glas ze kartéieren.
Eng een-zu-een Relatioun existéiert. Awer e puer vun de Liichtstrahlen am Glas gi vermësst wéinst der Refraktioun. Total intern Reflexioun, déi de verbleiwen Liicht am Glas fällt, ass de Mechanismus op der Aarbecht.
An engem Wénkel iwwer de kritesche Wénkel si se op de Glas-Loft-Kontakt op. A méi sophistikéierte Formuléierungen, déi op der grénger Funktioun gebaut sinn, korreléieren dës zousätzlech Strahlen zu enger méi grousser Dicht vu Staaten.
An engem dielektresche Welleguide kënne mir d'Liicht erfaassen an dirigéieren andeems mir total intern Reflexioun benotzen. Rout Liichtstrahlen reflektéieren den ieweschte an den ënneschten Uewerfläch vum Héichindexmedium.
Soulaang wéi d'Plack sech lues a lues béit, kann et riicht ginn, och wann et béien oder béien. D'Liicht gëtt laanscht en héijen Indexglaskär an enger niddereger Indexglasbekleedung no dësem fundamentale Prinzip an der Glasfaser geleet.
Waveguide Operatioun ass nëmmen ongeféier duerch Strahloptik duergestallt. Fir eng Vollfeldbeschreiwung vun engem dielektresche Welleguide kënnen dem Maxwell seng Equatioune analytesch oder numeresch geléist ginn.
Beispill vun Optical waveguide
Dielektresch Plackwelleleiter, och bekannt als planar Welleleiter, si vläicht déi elementarst Aart vun opteschen Welleleit.
Arrayed Waveguide Gitter, akusto-optesch Filteren, a Modulatoren sinn nëmmen e puer On-Chip Geräter déi Plackwelleguide benotze kënnen wéinst hirer Einfachheet.
Slab Waveguides ginn och dacks als Spillsaachenmodeller benotzt.
Dräi Schichten vu Materialien, jidderee mat enger ënnerschiddlecher dielektrescher Konstant, gi kombinéiert fir de Plackwelleguide ze bilden, deen onbestëmmt a Richtungen parallel zu den Interfaces tëscht hinnen verlängeren kann.
Wann d'Zentralschicht e méi héije Brechungsindex huet wéi déi baussenzeg Schichten, ass d'Liicht an der Mëttelschicht duerch total intern Reflexioun enthale.
E puer Beispiller vun der 2-Dimensional Waveguide
Sträif waveguide
Prinzipiell ass e Sträif vun der Schicht, déi tëscht Verkleedungsschichten gedréckt ass, wat e Sträifwelleguide ausmécht.
D'Leedschicht vum Plackwelleguide ass a béid transversal Richtungen ageschränkt anstatt nëmmen eng, wat am einfachsten Beispill vun engem rechteckege Welleguide resultéiert. Béid integréiert optesch Kreesleef a Laserdioden benotze rechteckeg Welleleit.
Si déngen dacks als Grondlag fir optesch Deeler wéi Mach-Zehnder Interferometer a Wellelängt Divisioun Multiplexer. Vill Mol gi rechteckeg optesch Wellenleiter benotzt fir d'Huelraim vu Laserdioden ze bauen.
Eng planar Technik gëtt typesch benotzt fir optesch Welleleit mat enger rechtecklecher Form ze kreéieren.
Rib waveguide
An engem Rippenwelleguide ass d'Féierungsschicht am Wesentlechen e Plack mat engem Sträif (oder verschidde Streifen) iwwerlagert.
A Multi-Layer Rippstrukturen ass d'Begrenzung vun der Eenheet méiglech wéi och d'Begrenzung vun der Welle an zwou Dimensiounen a Rippwelleleit.
Photonesch Kristallwelleguide a segmentéiert Welleguide
Laanscht hirem Ausbreedungswee halen optesch Welleleit normalerweis e konstante Querschnitt. Dëst ass d'Situatioun, zum Beispill, mat Sträifen a Rippenwellenleiter.
Duerch d'Benotzung vu sougenannte Bloch-Modi kënnen d'Welleleiter och periodesch Variatiounen an hirem Querschnitt hunn an awer ouni Verloscht Liicht iwwerdroen.
Dës Welleleiter ginn als photonesch Kristallwelleleit klasséiert (mat engem 2D oder 3D Muster) oder segmentéiert Welleleit (mat engem 1D Muster laanscht d'Richtung vun der Ausbreedung).
Laser-opgeschriwwen waveguide
D'Photonikindustrie ass wou optesch Welleleit am nëtzlechsten sinn. D'Integratioun tëscht elektresche Chips an opteschen Faseren gëtt méiglech gemaach andeems d'Wellenleitungen am 3D Raum opgestallt ginn.
Een eenzege Modus vun Infrarout Liicht bei Telekommunikatiounswellelängten ka propagéiert ginn mat sou Welleleit, déi och opgestallt sinn fir optesch Signaler tëscht Input- an Ausgangsplazen mat extrem wéineg Verloscht ze droen.
Optesch Waveguide benotzt
A Mikrowellekommunikatiouns-, Emissiouns- a Radarsystemer ass e Waveguide eng elektromagnetesch Feedlinn. E Welleguide ass aus engem Metallpäif oder Rouer gemaach, dee rechteckeg oder zylindresch ass.
Dat elektromagnéitescht Feld verbreet sech longitudinell. Horn- a Platantennen sinn déi typeschst Welleguideapplikatiounen.
Optesch Faser - ass et e Welleguide?
Total intern Reflexioun, déi regéiert wéi optesch Faser funktionnéiert, kann als Liichtwelleguide geduecht ginn.
Wann de Wénkel vun der Inzidenz méi grouss ass wéi de kritesche Wénkel, geschitt total intern Reflexioun wann eng Verbreedungswelle d'Grenz tëscht zwee verschiddene Materialien begéint.
Konklusioun
Als Conclusioun ass en opteschen Welleguide eng Struktur déi eng Liichtwelle "guidet" andeems se verhënnert datt se an eng aner Richtung reest wéi déi gewënscht ass. An der medizinescher Industrie ginn optesch Faseren dacks fir Diagnos an Therapie benotzt.
Flexibel Strécke aus opteschen Faseren kënnen an d'Lunge, Bluttarterien an aner Organer plazéiert ginn. Ee laange Röhre hält zwee Bündel vun opteschen Faseren an engem Endoskop, e medizinescht Apparat.
En detailléiert Bild gëtt erstallt andeems d'Liicht op den Tissu, deen getest gëtt, an engem Bündel geleet gëtt, während d'Liicht reflektéiert gëtt an deem anere Bündel. Endoskope kënne gemaach ginn fir verschidde Kierperdeeler oder Gelenker z'ënnersichen, wéi zum Beispill d'Knéien.
Hannerlooss eng Äntwert