Turinys[Slėpti][Rodyti]
Fizinis objektas, nukreipiantis elektromagnetines bangas optiniame spektre, vadinamas optiniu bangolaidžiu.
Skaidrūs dielektriniai bangolaidžiai, sudaryti iš plastiko ir stiklo, taip pat optinio pluošto, yra tipiškos optinių bangolaidžių formos.
Erdvinį diapazoną, kuriame gali sklisti šviesa, riboja optinis bangolaidis, kuris yra erdviškai nehomogeniškas šviesos nukreipimo įrenginys.
Paprastai bangolaidyje yra sekcija, kurios lūžio rodiklis yra didesnis nei aplinkinės terpės (vadinamas apvalkalu).
Šiame straipsnyje mes išnagrinėsime optinio bangolaidžio principus, keletą pavyzdžių ir daug daugiau.
Įvadas į optinį bangolaidį
Pagrindiniai fotoninių prietaisų blokai yra optiniai bangolaidžiai, kurie nukreipia, sujungia, perjungia, dalija, multipleksuoja ir demultipleksuoja optinius signalus.
Naudojant plokštuminę technologiją, kuri yra panaši į mikroelektroniką, pasyvūs bangolaidžiai, elektrooptiniai komponentai, siųstuvai, imtuvai ir vairavimo elektronika gali būti sujungti į vieną lustą.
Bangolaidžių prietaisų veikimas priklauso nuo įvairių veiksnių, įskaitant geometriją, bangos ilgį, pradinį lauko pasiskirstymą, informaciją apie medžiagą ir elektrooptines vairavimo sąlygas, nepaisant to, kad jų veikimas buvo plačiai ištirtas ir suprastas.
Prieš kuriant programėlę reikia sureguliuoti tam tikrus parametrus. Kadangi norint sukurti lustą reikia tiek daug išteklių, didelio masto optoelektroninėms grandinėms būtinas tikslus modeliavimas.
Bangolaidžio režimai, režimų sujungimas, praradimas ir stiprinimas, taip pat šviesos signalų perdavimas yra imituojami optinio bangolaidžio konstrukcijoje.
Bangolaidžio įtaisas aprašytas viename įvesties duomenų skyriuje pagal jo geometriją, gamybos veiksnius ir medžiagų konstantas.
Idealiu atveju bangolaidžio duomenys turėtų būti įvesti naudojant projekto išdėstymą su programine įranga, kuri taip pat gali valdyti gamybos parametrus.
Norint nustatyti skaitmeninius skaičiavimus, duomenų įvedimas taip pat apima kitą komponentą. Tobulame pasaulyje įvesties sistemos slėptų arba apribotų skaitmeninio skaičiavimo specifiką.
Tačiau kadangi bangolaidžio modeliavimas dažnai naudoja sudėtingas skaitmenines procedūras, turite būti susipažinę su kai kuriais pagrindinių skaičių elementais.
Fotoninės grandinės konstruojamos naudojant bangolaidžius. Statmenai maršrutui išilgai bangolaidžio centro yra bangolaidžio pločio apibrėžimas, nesvarbu, ar jis yra fiksuotas, ar keičiamas.
Pagrindinis optinio bangolaidžio principas
Kaip parodyta paveikslėlyje, geometrinės arba spindulinės optikos koncepcijos gali būti naudojamos pagrindinėms idėjoms, kuriomis grindžiami optiniai bangolaidžiai, perteikti.
Refrakcija yra procesas, kurio metu šviesa, patekusi į medžiagą, turinčią didesnį lūžio rodiklį, lenkiasi link normalios.
Apsvarstykite atvejį, kai šviesa patenka į stiklą iš oro. Panašiai, kaip šviesa juda į kitą pusę, iš stiklo į orą, eina tuo pačiu maršrutu ir nukrypsta nuo įprasto. Dėl laiko apsisukimo simetrijos tai atsiranda. Kiekvieną ore esantį spindulį galima susieti su spinduliu stikle.
Egzistuoja vienas su vienu santykiai. Tačiau kai kurie šviesos spinduliai stikle praleidžiami dėl lūžio. Visiškas vidinis atspindys, kuris sulaiko likusią šviesą stikle, yra veikiantis mechanizmas.
Kampu virš kritinio kampo jie patenka į stiklo ir oro kontaktą. Sudėtingesnėse formulėse, pagrįstose Greeno funkcija, šie papildomi spinduliai koreliuoja su didesniu būsenų tankiu.
Dielektriniame bangolaidyje mes galime užfiksuoti ir nukreipti šviesą naudodami visišką vidinį atspindį. Raudoni šviesos spinduliai atsispindi nuo aukšto indekso terpės viršutinio ir apatinio paviršių.
Kol plokštė lenkiasi palaipsniui, ją galima nukreipti net tada, kai ji lenkiasi ar lenkiasi. Šviesa nukreipiama išilgai aukšto indekso stiklo šerdies žemesnio indekso stiklo apvalkale pagal šį pagrindinį skaidulinės optikos principą.
Bangolaidžio veikimą tik apytiksliai pavaizduoja spindulių optika. Norėdami apibūdinti visą dielektrinio bangolaidžio lauką, Maksvelo lygtis galima išspręsti analitiškai arba skaitmeniniu būdu.
Optinio bangolaidžio pavyzdys
Dielektriniai plokščių bangolaidžiai, taip pat žinomi kaip plokštieji bangolaidžiai, yra bene pagrindinė optinių bangolaidžių rūšis.
Išdėstytos bangolaidžių grotelės, akustiniai-optiniai filtrai ir moduliatoriai yra tik keletas lustų įrenginių, kurie dėl jų paprastumo gali naudoti plokščių bangolaidžius.
Plokštiniai bangolaidžiai taip pat dažnai naudojami kaip žaislų modeliai.
Trys medžiagų sluoksniai, kurių kiekvienas turi skirtingą dielektrinę konstantą, yra sujungti, kad sudarytų plokščių bangolaidį, kuris gali tęstis neribotą laiką lygiagrečiomis jų sąsajoms.
Jei centrinis sluoksnis turi didesnį lūžio rodiklį nei išoriniai sluoksniai, šviesa yra viduriniame sluoksnyje per visą vidinį atspindį.
Kai kurie dvimačio bangolaidžio pavyzdžiai
Juostinis bangolaidis
Iš esmės sluoksnio juostelė, įspausta tarp apvalkalo sluoksnių, sudaro juostos bangolaidį.
Plokštės bangolaidžio kreipiamasis sluoksnis yra suvaržytas abiem skersinėmis kryptimis, o ne tik viena, todėl gaunamas paprasčiausias stačiakampio bangolaidžio pavyzdys. Tiek integruotose optinėse grandinėse, tiek lazeriniuose dioduose naudojami stačiakampiai bangolaidžiai.
Jie dažnai naudojami kaip optinių dalių, tokių kaip Mach-Zehnder interferometrai ir bangos ilgio padalijimo multiplekseriai, pagrindas. Daug kartų lazerinių diodų ertmėms sukurti naudojami stačiakampiai optiniai bangolaidžiai.
Plokščioji technika paprastai naudojama kuriant stačiakampio formos optinius bangolaidžius.
Šonkaulio bangolaidis
Šonkaulio bangolaidyje kreipiamasis sluoksnis iš esmės yra plokštė su juostele (arba keliomis juostomis), uždengta ant jos.
Daugiasluoksnėse briaunų struktūrose galimas beveik vienodas uždarymas, taip pat bangos suvaržymas dviem matmenimis briaunelės bangolaidžiuose.
Fotoninių kristalų bangolaidis ir segmentuotas bangolaidis
Išilgai savo sklidimo kelio optiniai bangolaidžiai paprastai išlaiko pastovų skerspjūvį. Taip yra, pavyzdžiui, su juostelėmis ir šonkauliais bangolaidžiais.
Naudojant vadinamuosius Blocho režimus, bangolaidžiai taip pat gali periodiškai keisti savo skerspjūvį ir vis tiek perduoti šviesą be jokių nuostolių.
Šie bangolaidžiai skirstomi į fotoninius kristalinius bangolaidžius (su 2D arba 3D modeliu) arba segmentuotus bangolaidžius (su 1D modeliu pagal sklidimo kryptį).
Lazerinis bangolaidis
Fotonikos pramonėje optiniai bangolaidžiai yra naudingiausi. Elektros lustų ir optinių skaidulų integravimas yra įmanomas nustatant bangolaidžius 3D erdvėje.
Vienintelis infraraudonųjų spindulių šviesos režimas telekomunikacijų bangų ilgiais gali būti išskleistas naudojant tokius bangolaidžius, kurie taip pat yra nustatyti optiniams signalams tarp įvesties ir išvesties vietų perduoti itin mažais nuostoliais.
Optinių bangolaidžių naudojimas
Mikrobangų ryšio, transliavimo ir radarų sistemose bangolaidis yra elektromagnetinė tiekimo linija. Bangolaidis yra pagamintas iš metalinio vamzdžio arba vamzdžio, kuris yra stačiakampis arba cilindrinis.
Elektromagnetinis laukas plinta išilgai. Garso antenos ir antenos yra tipiškiausios bangolaidžio programos.
Optinis pluoštas – ar tai bangolaidis?
Visiškas vidinis atspindys, kuris reguliuoja optinio pluošto funkcionavimą, gali būti laikomas šviesos bangolaidžiu.
Jei kritimo kampas yra didesnis už kritinį kampą, sklindanti banga susiduria su siena tarp dviejų skirtingų medžiagų, įvyksta visiškas vidinis atspindys.
Išvada
Apibendrinant galima pasakyti, kad optinis bangolaidis yra struktūra, kuri „veda“ šviesos bangą, neleisdama jai sklisti kita kryptimi nei norima. Medicinos pramonėje optiniai pluoštai dažnai naudojami tiek diagnostikai, tiek gydymui.
Lanksčios sruogos, pagamintos iš optinių skaidulų, gali būti dedamos į plaučius, kraujo arterijas ir kitus organus. Viename ilgame vamzdyje yra du optinių skaidulų pluoštai endoskopo, medicinos prietaiso, viduje.
Išsamus vaizdas sukuriamas nukreipiant šviesą į tiriamą audinį viename pluošte, o iš jo atsispindinčią šviesą priima kitame pluošte. Endoskopai gali būti pagaminti tam tikroms kūno dalims ar sąnariams, pavyzdžiui, keliams, ištirti.
Palikti atsakymą