Innholdsfortegnelse[Gjemme seg][Forestilling]
Et fysisk objekt som leder elektromagnetiske bølger i det optiske spekteret kalles en optisk bølgeleder.
Transparente dielektriske bølgeledere sammensatt av plast og glass, samt optisk fiber, er typiske former for optiske bølgeledere.
Det romlige området der lys kan forplante seg er begrenset av en optisk bølgeleder, som er en romlig inhomogen enhet for å rette lys.
Vanligvis har en bølgeleder en seksjon hvor brytningsindeksen er høyere enn det omgivende mediet (kalt kledning).
I denne artikkelen skal vi undersøke den optiske bølgelederens prinsipper, noen eksempler og mye mer.
Introduksjon til optisk bølgeleder
De grunnleggende byggesteinene til fotoniske enheter er optiske bølgeledere, som dirigerer, kobler, bytter, deler, multiplekser og demultiplekser optiske signaler.
Ved å bruke plan teknologi, som er beslektet med mikroelektronikk, kan passive bølgeledere, elektrooptiske komponenter, sendere, mottakere og drivelektronikk alle kombineres på en enkelt brikke.
Ytelsen til bølgelederenheter avhenger av en rekke faktorer, inkludert geometri, bølgelengde, innledende feltfordeling, materialinformasjon og elektrooptiske kjøreforhold, til tross for at deres funksjon har blitt grundig studert og forstått.
Før du lager en gadget, må visse parametere justeres. Fordi det trengs så mange ressurser for å lage en brikke, er presis modellering avgjørende for optoelektroniske kretsløp i stor skala.
Bølgeledermoduser, moduskobling, tap og forsterkning, samt overføring av lyssignaler, er alle simulert i optisk bølgelederdesign.
Bølgelederenheten er beskrevet i en del av inngangsdataene ved dens geometri, produksjonsfaktorer og materialkonstanter.
Bølgelederdataene bør ideelt sett legges inn ved hjelp av et prosjektoppsett med programvare som også kan administrere produksjonsparametere.
For å angi numeriske beregninger inkluderer inntasting av data også en annen komponent. I en perfekt verden ville inndatasystemer skjule eller begrense detaljene til den numeriske beregningen.
Men siden bølgeledermodellering ofte bruker komplekse numeriske prosedyrer, må du være kjent med noen elementer i de underliggende numeriske.
Fotoniske kretser er konstruert ved hjelp av bølgeledere. Vinkelrett på ruten langs bølgeledersenteret er definisjonen av en bølgeleders bredde, enten den er fast eller endres.
Grunnleggende rektor for optisk bølgeleder
Som vist på bildet kan geometriske eller stråleoptikkkonsepter brukes til å formidle de grunnleggende ideene som ligger til grunn for optiske bølgeledere.
Refraksjon er prosessen der lys som kommer inn i et materiale med høyere brytningsindeks bøyer seg mot normalen.
Tenk på tilfellet med lys som kommer inn i glass fra luften. I likhet med hvordan lys som beveger seg den andre veien, fra glass til luft, følger samme rute og avviker fra det vanlige. På grunn av tidsreverseringssymmetri, resulterer dette. Det er mulig å kartlegge hver stråle i luften til en stråle i glasset.
Det eksisterer et en-til-en forhold. Men noen av lysstrålene i glasset savnes på grunn av brytning. Total intern refleksjon, som fanger gjenværende lys i glasset, er mekanismen som fungerer.
I en vinkel over den kritiske vinkelen faller de inn på glass-luft-kontakten. I mer sofistikerte formuleringer bygget på Greens funksjon, korrelerer disse ekstra strålene med en større tetthet av tilstander.
I en dielektrisk bølgeleder kan vi fange og rette lyset ved å bruke total intern refleksjon. Røde lysstråler reflekteres fra høyindeksmediets topp- og bunnflater.
Så lenge platen bøyer seg gradvis, kan den rettes selv når den krummer eller bøyer seg. Lys ledes langs en glasskjerne med høy indeks i en glasskledning med lavere indeks i henhold til dette grunnleggende prinsippet i fiberoptikk.
Bølgelederoperasjon er bare grovt avbildet av stråleoptikk. For en fullfeltsbeskrivelse av en dielektrisk bølgeleder kan Maxwells ligninger løses analytisk eller numerisk.
Eksempel på optisk bølgeleder
Dielektriske platebølgeledere, også kjent som plane bølgeledere, er kanskje den mest grunnleggende typen optiske bølgeledere.
Arrayed bølgeledergitter, akusto-optiske filtre og modulatorer er bare noen få on-chip enheter som kan bruke platebølgeledere på grunn av deres enkelhet.
Platebølgeledere brukes også ofte som leketøysmodeller.
Tre lag med materialer, som hver har en distinkt dielektrisk konstant, er kombinert for å danne platebølgelederen, som kan strekke seg uendelig i retninger parallelt med grensesnittene mellom dem.
Hvis det sentrale laget har en høyere brytningsindeks enn de ytre lagene, er lys inneholdt i det midtre laget gjennom total intern refleksjon.
Noen eksempler på den 2-dimensjonale bølgelederen
Strip bølgeleder
I utgangspunktet er en stripe av laget som klemmes inn mellom kledningslag det som utgjør en stripebølgeleder.
Platebølgelederens ledende lag er begrenset i begge tverrretninger i stedet for bare én, noe som resulterer i det enkleste eksemplet på en rektangulær bølgeleder. Både integrerte optiske kretser og laserdioder bruker rektangulære bølgeledere.
De tjener ofte som grunnlaget for optiske deler som Mach-Zehnder-interferometre og bølgelengdedelingsmultipleksere. Mange ganger brukes rektangulære optiske bølgeledere til å bygge hulrommene til laserdioder.
En plan teknikk brukes vanligvis for å lage optiske bølgeledere med en rektangulær form.
Ribbebølgeleder
I en ribbebølgeleder er føringslaget i hovedsak en plate med en strimmel (eller flere strimler) lagt på toppen av den.
I flerlags ribbestrukturer er nesten enhetsbegrensning mulig, så vel som inneslutning av bølgen i to dimensjoner i ribbebølgeledere.
Fotonisk krystallbølgeleder og segmentert bølgeleder
Langs deres forplantningsvei holder optiske bølgeledere normalt et konstant tverrsnitt. Dette er for eksempel situasjonen med stripe- og ribbebølgeledere.
Ved å bruke såkalte Bloch-moduser kan bølgeledere også ha periodiske variasjoner i tverrsnitt og likevel sende lys uten tap.
Disse bølgelederne er klassifisert som fotoniske krystallbølgeledere (med 2D- eller 3D-mønster) eller segmenterte bølgeledere (med 1D-mønster langs forplantningsretningen).
Laserinnskrevet bølgeleder
Fotonikindustrien er der optiske bølgeledere er mest nyttige. Integrasjon mellom elektriske brikker og optiske fibre er muliggjort ved å sette opp bølgelederne i 3D-rom.
En enkelt modus for infrarødt lys ved telekommunikasjonsbølgelengder kan forplantes ved hjelp av slike bølgeledere, som også er satt opp til å bære optiske signaler mellom inngangs- og utgangssteder med ekstremt lite tap.
Optisk bølgeleder bruker
I mikrobølgekommunikasjon, kringkasting og radarsystemer er en bølgeleder en elektromagnetisk matelinje. En bølgeleder er laget av et metallrør eller -rør som er rektangulært eller sylindrisk.
Det elektromagnetiske feltet sprer seg i lengderetningen. Horn- og parabolantenner er de mest typiske bølgelederapplikasjonene.
Optisk fiber - er det en bølgeleder?
Total intern refleksjon, som styrer hvordan optisk fiber fungerer, kan betraktes som en lysbølgeleder.
Hvis innfallsvinkelen er større enn den kritiske vinkelen, oppstår total intern refleksjon når en forplantende bølge møter grensen mellom to forskjellige materialer.
konklusjonen
Avslutningsvis er en optisk bølgeleder en struktur som "leder" en lysbølge ved å hindre den i å bevege seg i en annen retning enn den som er ønsket. I den medisinske industrien brukes optiske fibre ofte for både diagnose og terapi.
Fleksible tråder laget av optiske fibre kan plasseres i lungene, blodårene og andre organer. Ett langt rør rommer to bunter med optiske fibre inne i et endoskop, et medisinsk utstyr.
Et detaljert bilde skapes ved å rette lys mot vevet som testes i en bunt mens det mottar lys som reflekteres fra det i den andre bunten. Endoskoper kan lages for å undersøke visse kroppsdeler eller ledd, for eksempel knærne.
Legg igjen en kommentar