Гарчиг[Нуух][Үзүүлэх]
Оптик спектр дэх цахилгаан соронзон долгионыг чиглүүлдэг физик объектыг оптик долгионы хөтлүүр гэж нэрлэдэг.
Хуванцар, шил, түүнчлэн оптик утаснаас бүрдэх ил тод диэлектрик долгионы хөтлүүр нь оптик долгионы хөтчийн ердийн хэлбэр юм.
Гэрэл тархах орон зайн хүрээ нь гэрлийг чиглүүлэх орон зайн хувьд нэгэн төрлийн бус төхөөрөмж болох оптик долгионы хөтлүүрээр хязгаарлагддаг.
Ихэвчлэн долгион хөтлүүр нь хугарлын илтгэгч нь хүрээлэн буй орчноос өндөр байдаг хэсэгтэй байдаг (бүрээс гэж нэрлэдэг).
Энэ нийтлэлд бид оптик долгион хөтлүүрийн зарчим, зарим жишээ болон бусад олон зүйлийг судлах болно.
Оптик долгионы хөтөчийн танилцуулга
Фотоник төхөөрөмжүүдийн үндсэн барилгын блокууд нь оптик дохиог чиглүүлэх, холбох, солих, хуваах, олон талт болон демултиплекс хийх оптик долгионы хөтлүүрүүд юм.
Микроэлектрониктой төстэй хавтгай технологийг ашиглах, идэвхгүй долгион хөтлүүр, цахилгаан оптик бүрэлдэхүүн хэсэг, дамжуулагч, хүлээн авагч, жолоодлогын электроникийг бүгдийг нь нэг чип дээр нэгтгэж болно.
Долгион хөтлүүрийн төхөөрөмжүүдийн ажиллагаа нь геометр, долгионы урт, талбайн анхны тархалт, материалын мэдээлэл, цахилгаан оптик жолоодлогын нөхцөл зэрэг олон хүчин зүйлээс шалтгаална, гэхдээ тэдгээрийн ажиллагааг сайтар судалж, ойлгосон.
Гаджет хийхээсээ өмнө тодорхой параметрүүдийг тохируулах шаардлагатай. Чип бүтээхэд маш их нөөц шаардлагатай байдаг тул нарийн загварчлал нь том хэмжээний оптоэлектроник хэлхээнд зайлшгүй шаардлагатай байдаг.
Долгион хөтлүүрийн горим, горимын холболт, алдагдал, олз, түүнчлэн гэрлийн дохионы дамжуулалтыг оптик долгион хөтлүүрийн загварт загварчилсан.
Долгион хөтлүүрийн төхөөрөмжийг геометр, үйлдвэрлэлийн хүчин зүйл, материалын тогтмол үзүүлэлтээр нь оруулах өгөгдлийн нэг хэсэгт дүрсэлсэн болно.
Долгион хөтлүүрийн өгөгдлийг үйлдвэрлэлийн параметрүүдийг удирдах боломжтой програм хангамж бүхий төслийн зохион байгуулалтыг ашиглан оруулах нь зүйтэй.
Тоон тооцоолол хийхдээ өгөгдөл оруулахад өөр бүрэлдэхүүн хэсэг орно. Төгс ертөнцөд оролтын систем нь тоон тооцооллын онцлогийг нуух эсвэл хязгаарлах болно.
Гэхдээ долгион хөтлүүрийн загварчлал нь нарийн төвөгтэй тоон процедурыг байнга ашигладаг тул та үндсэн тоонуудын зарим элементүүдийг мэддэг байх хэрэгтэй.
Фотоник хэлхээг долгион хөтлүүр ашиглан бүтээдэг. Долгион хөтлүүрийн төвийн дагуух маршрутын перпендикуляр нь тогтмол эсвэл өөрчлөгдөж буй долгионы хөтлүүрийн өргөнийг тодорхойлох явдал юм.
Оптик долгионы хөтөчийн үндсэн зарчим
Зурагт үзүүлсэнчлэн геометрийн буюу туяа оптикийн ойлголтуудыг оптик долгионы хөтлүүрүүдийн суурь санааг дамжуулахад ашиглаж болно.
Хугарал гэдэг нь хугарлын өндөр илтгэгчтэй материал руу орж буй гэрэл хэвийн зүйл рүү нугалах үйл явц юм.
Агаараас шил рүү гэрэл орж ирэх тохиолдлыг авч үзье. Гэрэл шилнээс агаар руу нөгөө чиглэлд шилжихтэй адил замаар ижил замаар явж, ердийнхөөсөө хазайдаг. Цаг хугацааны урвуу тэгш хэмийн улмаас энэ нь үр дүнд хүрдэг. Агаар дахь туяа бүрийг шилэн доторх туяагаар дүрслэх боломжтой.
Ганцаарчилсан харилцаа бий. Гэвч шилний гэрлийн зарим туяа хугарлын улмаас алга болдог. Шилэн доторх үлдэгдэл гэрлийг шингээдэг нийт дотоод тусгал нь ажиллах механизм юм.
Эгзэгтэй өнцгөөс дээш өнцгөөр тэдгээр нь шилэн агаарын контакт дээр тусдаг. Грийн функц дээр суурилсан илүү боловсронгуй найрлагад эдгээр нэмэлт туяа нь төлөв байдлын илүү нягтралтай холбоотой байдаг.
Диэлектрик долгионы хөтлүүрт бид нийт дотоод тусгалыг ашиглан гэрлийг барьж, чиглүүлж чадна. Улаан гэрлийн туяа нь өндөр индекстэй орчны дээд ба доод гадаргууг тусгадаг.
Хавтан нь аажим аажмаар нугалж байвал муруй эсвэл нугалж байсан ч чиглүүлж болно. Шилэн кабелийн энэхүү үндсэн зарчмын дагуу гэрэл нь доод индекстэй шилэн бүрхүүлийн өндөр индекстэй шилэн голын дагуу чиглэгддэг.
Долгион хөтлүүрийн ажиллагааг зөвхөн туяа оптикоор дүрсэлсэн байдаг. Диэлектрик долгионы хөтөчийн бүрэн талбайн тайлбарын хувьд Максвеллийн тэгшитгэлийг аналитик эсвэл тоон аргаар шийдэж болно.
Оптик долгионы хөтөчийн жишээ
Хавтгай долгион хөтлүүр гэж нэрлэгддэг диэлектрик хавтангийн долгион хөтлүүр нь оптик долгионы хөтчийн хамгийн үндсэн төрөл байж магадгүй юм.
Долгион хөтлүүрийн тор, акусто-оптик шүүлтүүр, модуляторууд нь энгийн учраас хавтангийн долгионы хөтлүүрийг ашиглах боломжтой хэдхэн чип дээрх төхөөрөмж юм.
Хавтангийн долгион хөтлүүрийг тоглоомын загвар болгон ихэвчлэн ашигладаг.
Тус бүр нь тодорхой диэлектрик тогтмолтай гурван давхар материалыг нэгтгэж хавтангийн долгионы хөтлүүрийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь тэдгээрийн хоорондох интерфэйстэй параллель чиглэлд хязгааргүй үргэлжлэх боломжтой.
Хэрэв төв давхарга нь гаднах давхаргуудаас өндөр хугарлын илтгэгчтэй бол дотоод тусгалын тусламжтайгаар дунд давхаргад гэрэл агуулагддаг.
2 хэмжээст долгионы хөтөчийн зарим жишээ
Туузан долгион хөтлүүр
Үндсэндээ өнгөлгөөний давхаргын хооронд шахагдсан давхаргын тууз нь туузан долгионыг бүрдүүлдэг.
Хавтангийн долгион хөтлүүрийн чиглүүлэгч давхарга нь нэг биш харин хөндлөн чиглэлд хоёуланд нь хязгаарлагддаг бөгөөд ингэснээр тэгш өнцөгт долгионы хөтлүүрийн хамгийн энгийн жишээ болно. Нэгдсэн оптик хэлхээ ба лазер диод хоёулаа тэгш өнцөгт долгионы хөтлүүрийг ашигладаг.
Эдгээр нь ихэвчлэн Мах-Зехдер интерферометр, долгионы уртыг хуваагч мультиплексор зэрэг оптик хэсгүүдийн суурь болдог. Ихэнхдээ тэгш өнцөгт оптик долгионы хөтөчийг лазер диодын хөндийг бий болгоход ашигладаг.
Хавтгай техникийг ихэвчлэн тэгш өнцөгт хэлбэртэй оптик долгионы хөтлүүрийг бий болгоход ашигладаг.
Хавирганы долгион хөтлүүр
Хавирганы долгионы хөтлүүр дээр чиглүүлэгч давхарга нь үндсэндээ дээр нь туузан (эсвэл олон тууз) давхарласан хавтан юм.
Олон давхаргат хавирганы бүтцэд хавирганы долгионы хөтлүүр дэх долгионыг хоёр хэмжээстээр хязгаарлахаас гадна нэгдмэл байдлаар хязгаарлах боломжтой.
Фотоник болор долгион хөтлүүр ба сегментчилсэн долгион хөтлүүр
Оптик долгионы хөтлүүр нь тархалтын замын дагуу тогтмол хөндлөн огтлолтой байдаг. Энэ нь жишээлбэл, тууз ба хавирганы долгионы хөтлүүртэй холбоотой юм.
Bloch горим гэж нэрлэгддэг долгион хөтлүүрүүд нь хөндлөн огтлолын хувьд үе үе өөрчлөгдөж байдаг ч гэрлийг ямар ч алдагдалгүйгээр дамжуулдаг.
Эдгээр долгион хөтлүүр нь фотоник болор долгион хөтлүүр (2 хэмжээст эсвэл 3 хэмжээст хээтэй) эсвэл сегментчилсэн долгион хөтлүүр (тархалтын чиглэлийн дагуу 1 хэмжээст хээтэй) гэж ангилдаг.
Лазер бичээстэй долгион хөтлүүр
Фотоникийн салбар бол оптик долгионы хөтлүүрүүд хамгийн ашигтай байдаг. 3D орон зайд долгионы хөтлүүрийг тохируулснаар цахилгаан чипүүд болон оптик утаснуудын хоорондын уялдаа холбоог бий болгодог.
Харилцаа холбооны долгионы урттай хэт улаан туяаны гэрлийн нэг горимыг ийм долгионы хөтлүүр ашиглан түгээх боломжтой бөгөөд тэдгээр нь оролт, гаралтын хэсгүүдийн хооронд оптик дохиог маш бага алдагдалтайгаар дамжуулахаар тохируулагдсан байдаг.
Оптик долгионы хөтлүүрийг ашигладаг
Богино долгионы холбоо, өргөн нэвтрүүлэг, радарын системд долгионы хөтөч нь цахилгаан соронзон тэжээлийн шугам юм. Долгион хөтлүүр нь тэгш өнцөгт эсвэл цилиндр хэлбэртэй металл хоолой эсвэл хоолойгоор хийгдсэн байдаг.
Цахилгаан соронзон орон нь уртаашаа тархдаг. Эвэр болон таваг антеннууд нь долгион хөтлүүрийн хамгийн ердийн хэрэглээ юм.
Оптик шилэн - энэ нь долгион хөтлүүр мөн үү?
Оптик шилэн хэрхэн ажиллахыг зохицуулдаг нийт дотоод тусгалыг гэрлийн долгионы хөтлүүр гэж үзэж болно.
Хэрэв тусгалын өнцөг нь эгзэгтэй өнцгөөс их байвал тархах долгион нь хоёр өөр материалын хилтэй тулгарах үед нийт дотоод тусгал үүсдэг.
Дүгнэлт
Дүгнэж хэлэхэд, оптик долгион хөтлүүр нь гэрлийн долгионыг хүссэнээс өөр чиглэлд явахаас сэргийлж "хөтөч" хийдэг бүтэц юм. Анагаах ухааны салбарт оптик утасыг оношлох, эмчлэхэд ихэвчлэн ашигладаг.
Оптик утаснаас хийсэн уян хатан утаснуудыг уушиг, цусны артери болон бусад эрхтэнд байрлуулж болно. Нэг урт хоолой нь дуран, эмнэлгийн төхөөрөмж дотор хоёр багц оптик утас байрладаг.
Нэг багцад байгаа эд эс рүү гэрлийг чиглүүлж, нөгөө багцад туссан гэрлийг хүлээн авснаар нарийвчилсан зургийг бүтээдэг. Өвдөг гэх мэт биеийн зарим хэсэг, үе мөчийг шалгахын тулд дурангийн дуран хийж болно.
хариу үлдээх