Werrej[Aħbi][Uri]
Oġġett fiżiku li jidderieġi mewġ elettromanjetiku fl-ispettru ottiku jissejjaħ waveguide ottiku.
Waveguides dielettriċi trasparenti magħmulin minn plastik u ħġieġ, kif ukoll fibra ottika, huma forom tipiċi ta 'waveguides ottiċi.
Il-firxa spazjali li fiha d-dawl jista 'jippropaga hija ristretta minn waveguide ottiku, li huwa apparat spazjalment mhux omoġenju biex jidderieġi d-dawl.
Tipikament, waveguide għandha sezzjoni fejn l-indiċi refrattiv huwa ogħla mill-medju tal-madwar (imsejjaħ kisi).
F'dan l-artikolu, se neżaminaw il-prinċipji tal-gwida tal-mewġ ottiku, xi eżempji, u ħafna aktar.
Introduzzjoni għal waveguide ottiku
Il-blokki fundamentali tal-apparati fotoniċi huma waveguides ottiċi, li jidderieġu, jgħaqqdu, jaqilbu, jaqsmu, multiplex, u demultiplex sinjali ottiċi.
L-użu ta 'teknoloġija planari, li hija simili għall-mikroelettronika, gwidi tal-mewġ passivi, komponenti elettroottiċi, trasmettituri, riċevituri, u elettronika tas-sewqan kollha jistgħu jingħaqdu f'ċippa waħda.
Il-prestazzjoni ta 'apparat tal-gwida tal-mewġ tiddependi fuq varjetà ta' fatturi, inklużi ġeometrija, wavelength, distribuzzjoni inizjali tal-kamp, informazzjoni materjali, u kundizzjonijiet tas-sewqan elettrooptic, minkejja l-fatt li l-funzjonament tagħhom ġie studjat u mifhum b'mod estensiv.
Qabel ma tagħmel gadget, ċerti parametri jeħtieġ li jiġu rranġati. Minħabba li huma meħtieġa tant riżorsi biex tinħoloq ċippa, l-immudellar preċiż huwa essenzjali għal ċirkwiti optoelettroniċi fuq skala kbira.
Il-modi tal-gwida tal-mewġ, l-akkoppjar tal-mod, it-telf u l-qligħ, kif ukoll it-trażmissjoni ta 'sinjali tad-dawl, huma kollha simulati fid-disinn tal-gwida tal-mewġ ottiku.
L-apparat tal-gwida tal-mewġ huwa deskritt f'taqsima waħda tad-dejta tad-dħul mill-ġeometrija, il-fatturi tal-manifattura u l-kostanti tal-materjal tiegħu.
Id-dejta tal-gwida tal-mewġ idealment għandha tkun input bl-użu ta 'tqassim tal-proġett b'softwer li jista' wkoll jimmaniġġja l-parametri tal-manifattura.
Għall-issettjar tal-komputazzjonijiet numeriċi, id-dħul tad-dejta jinkludi wkoll komponent ieħor. F'dinja perfetta, is-sistemi ta 'input jaħbu jew jirrestrinġu l-ispeċifiċitajiet tal-komputazzjoni numerika.
Iżda peress li l-immudellar tal-gwida tal-mewġ spiss jagħmel użu minn proċeduri numeriċi kumplessi, jeħtieġ li tkun familjari ma 'xi elementi tan-numri sottostanti.
Iċ-ċirkwiti fotoniċi huma mibnija bl-użu ta 'waveguides. Perpendikulari għar-rotta tul iċ-ċentru tal-waveguide hija d-definizzjoni tal-wisa 'ta' waveguide, kemm jekk fissa jew tinbidel.
Prinċipal Bażiku tal-gwida tal-mewġ ottiku
Kif muri fl-istampa, kunċetti ta 'l-ottika ġeometrika jew tar-raġġi jistgħu jintużaw biex iwasslu l-ideat fundamentali li jsostnu l-gwidi tal-mewġ ottiċi.
Ir-rifrazzjoni hija l-proċess li bih id-dawl li jidħol f'materjal li jkollu indiċi ta 'rifrazzjoni ogħla jitgħawweġ lejn in-normal.
Ikkunsidra l-każ ta 'dawl li jidħol fil-ħġieġ mill-arja. Simili għal kif id-dawl li jiċċaqlaq il-mod l-ieħor, mill-ħġieġ għall-arja, isegwi l-istess rotta u jiddevja mis-soltu. Minħabba s-simetrija tat-treġġigħ lura tal-ħin, dan jirriżulta. Huwa possibbli li kull raġġ fl-arja jiġi mmappjat għal raġġ fil-ħġieġ.
Teżisti relazzjoni waħda għal waħda. Iżda xi wħud mir-raġġi tad-dawl fil-ħġieġ jintilfu minħabba r-rifrazzjoni. Riflessjoni interna totali, li jaqbad id-dawl li jifdal fil-ħġieġ, huwa l-mekkaniżmu fuq ix-xogħol.
F'angolu fuq l-angolu kritiku, huma inċidenti fuq il-kuntatt tal-ħġieġ-arja. F'formulazzjonijiet aktar sofistikati mibnija fuq il-funzjoni ta 'Green, dawn ir-raġġi addizzjonali jikkorrelataw ma' densità akbar ta 'stati.
Fi waveguide dielettrika, nistgħu naqbdu u nidderieġu d-dawl billi nużaw riflessjoni interna totali. Ir-raġġi tad-dawl aħmar jirriflettu fuq l-uċuħ ta 'fuq u t'isfel tal-medju ta' indiċi għoli.
Sakemm iċ-ċangatura tgħawweġ gradwalment, tista 'tiġi diretta anke meta tgħawweġ jew titgħawweġ. Id-dawl huwa ggwidat tul qalba tal-ħġieġ ta 'indiċi għoli f'kisja tal-ħġieġ ta' indiċi aktar baxx skond dan il-prinċipju fundamentali fil-fibra ottika.
It-tħaddim tal-waveguide huwa muri bejn wieħed u ieħor biss mill-ottika tar-raġġi. Għal deskrizzjoni tal-kamp sħiħ ta 'waveguide dielettrika, l-ekwazzjonijiet ta' Maxwell jistgħu jiġu solvuti b'mod analitiku jew numeriku.
Eżempju ta' gwida tal-mewġ ottiku
Il-gwidi tal-mewġ taċ-ċangatura dielettriċi, magħrufa wkoll bħala gwidi tal-mewġ planari, huma forsi l-aktar tip bażiku ta 'gwidi tal-mewġ ottiċi.
Grads tal-waveguide arrayed, filtri akusto-ottiċi, u modulaturi huma biss ftit apparati fuq iċ-ċippa li jistgħu jużaw il-waveguides taċ-ċangatura minħabba s-sempliċità tagħhom.
Slab waveguides huma wkoll spiss użati bħala mudelli tal-ġugarelli.
Tliet saffi ta 'materjali, li kull wieħed ikollu kostanti dielettrika distinta, huma kkombinati biex jiffurmaw il-gwida tal-mewġ taċ-ċangatura, li tista' testendi b'mod indefinit f'direzzjonijiet paralleli mal-interfaces bejniethom.
Jekk is-saff ċentrali għandu indiċi rifrattiv ogħla mis-saffi ta 'barra, id-dawl jinsab fis-saff tan-nofs permezz ta' riflessjoni interna totali.
Xi eżempji tal-gwida tal-mewġ 2-Dimensjonali
Gwida tal-mewġ tal-istrixxa
Bażikament, strixxa tas-saff li hija mbuttata bejn is-saffi tal-kisi hija dik li tagħmel strixxa waveguide.
Is-saff ta 'gwida tal-waveguide taċ-ċangatura huwa ristrett fiż-żewġ direzzjonijiet trasversali aktar milli sempliċiment wieħed, li jirriżulta fl-aktar eżempju sempliċi ta' waveguide rettangolari. Kemm ċirkwiti ottiċi integrati kif ukoll dajowds tal-lejżer jimpjegaw waveguides rettangolari.
Huma ta 'spiss iservu bħala l-pedament għal partijiet ottiċi bħal interferometri Mach-Zehnder u multiplexers tad-diviżjoni tal-wavelength. Ħafna drabi, gwidi tal-mewġ ottiċi rettangolari jintużaw biex jibnu l-kavitajiet tad-dijodi tal-lejżer.
Tipikament tintuża teknika planari biex toħloq waveguides ottiċi b'forma rettangolari.
Gwida tal-mewġ tal-kustilja
F'waveguide tal-kustilja, is-saff ta 'gwida huwa essenzjalment ċangatura bi strixxa (jew strixxi multipli) miksija fuqha.
Fi strutturi tal-kustilja b'ħafna saffi, il-konfinament qrib l-unità huwa possibbli kif ukoll il-konfinament tal-mewġ f'żewġ dimensjonijiet fil-gwidi tal-mewġ tal-kustilja.
Waveguide tal-kristall fotoniku u waveguide segmentat
Tul il-mogħdija tal-propagazzjoni tagħhom, il-gwidi tal-mewġ ottiċi normalment iżommu cross-section kostanti. Din hija s-sitwazzjoni, pereżempju, bi strippi u gwidi tal-mewġ tal-kustilji.
Billi tuża l-hekk imsejħa modi Bloch, waveguides jista 'jkollhom ukoll varjazzjonijiet perjodiċi fil-cross-section tagħhom u madankollu jittrasmettu d-dawl mingħajr ebda telf.
Dawn il-gwidi tal-mewġ huma kklassifikati bħala gwidi tal-mewġ tal-kristall fotoniku (b'disinn 2D jew 3D) jew gwidi tal-mewġ segmentati (b'disinn 1D tul id-direzzjoni tal-propagazzjoni).
Gwida tal-mewġ iskritta bil-lejżer
L-industrija tal-fotonika hija fejn il-gwidi tal-mewġ ottiċi huma l-aktar utli. L-integrazzjoni bejn iċ-ċipep elettriċi u l-fibri ottiċi hija possibbli billi jiġu stabbiliti l-gwidi tal-mewġ fl-ispazju 3D.
Mod wieħed ta 'dawl infra-aħmar f'tul ta' mewġ tat-telekomunikazzjoni jista 'jiġi propagat bl-użu ta' gwidi tal-mewġ bħal dawn, li huma wkoll stabbiliti biex iġorru sinjali ottiċi bejn is-siti ta 'input u output bi telf estremament żgħir.
Waveguide ottiċi użi
F'sistemi ta 'komunikazzjoni, xandir u radar microwave, waveguide hija linja ta' għalf elettromanjetika. Waveguide hija magħmula minn pajp jew tubu tal-metall li huwa rettangolari jew ċilindriku.
Il-kamp elettromanjetiku jinfirex b'mod lonġitudinali. L-antenni tal-qrun u tad-dixx huma l-aktar applikazzjonijiet tipiċi tal-gwida tal-mewġ.
Fibra ottika — hija waveguide?
Ir-riflessjoni interna totali, li tirregola kif tiffunzjona l-fibra ottika, tista 'titqies bħala waveguide tad-dawl.
Jekk l-angolu ta 'inċidenza huwa akbar mill-angolu kritiku, riflessjoni interna totali sseħħ meta mewġa propagazzjoni tiltaqa' mal-fruntiera bejn żewġ materjali differenti.
konklużjoni
Bħala konklużjoni, waveguide ottika hija struttura li "tiggwida" mewġa tad-dawl billi tipprevjeniha milli tivvjaġġa f'direzzjoni differenti minn dik li tkun trid. Fl-industrija medika, il-fibri ottiċi huma spiss utilizzati kemm għad-dijanjosi kif ukoll għat-terapija.
Il-fergħat flessibbli magħmula minn fibri ottiċi jistgħu jitqiegħdu fil-pulmuni, l-arterji tad-demm, u organi oħra. Tubu twil wieħed jospita żewġ qatet ta 'fibri ottiċi ġewwa endoskopju, apparat mediku.
Stampa dettaljata tinħoloq billi tidderieġi d-dawl lejn it-tessut li qed jiġi ttestjat f'qatta waħda filwaqt li tirċievi dawl rifless minnu fil-pakkett l-ieħor. Jistgħu jsiru endoskopji biex jeżaminaw ċerti partijiet tal-ġisem jew ġonot, bħall-irkopptejn.
Ħalli Irrispondi