Përmbajtje[Fshih][Shfaqje]
Një objekt fizik që drejton valët elektromagnetike në spektrin optik quhet një përcjellës valësh optik.
Drejtuesit valorë dielektrikë transparentë të përbërë nga plastika dhe qelqi, si dhe fibra optike, janë forma tipike të valëve optike.
Gama hapësinore në të cilën drita mund të përhapet kufizohet nga një valëdhënës optik, i cili është një pajisje hapësinore johomogjene për drejtimin e dritës.
Në mënyrë tipike, një përcjellës valësh ka një seksion ku indeksi i thyerjes është më i lartë se mjedisi përreth (i quajtur veshja).
Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë parimet e valëve optike, disa shembuj dhe shumë më tepër.
Hyrje në valëzues optik
Blloqet themelore të ndërtimit të pajisjeve fotonike janë përcjellësit e valëve optike, të cilët drejtojnë, bashkojnë, ndërrojnë, ndajnë, shumëfishojnë dhe demultipleksojnë sinjalet optike.
Duke përdorur teknologjinë planare, e cila është e ngjashme me mikroelektronikën, përcjellësit e valëve pasivë, komponentët elektrooptikë, transmetuesit, marrësit dhe elektronika e drejtimit mund të kombinohen të gjitha në një çip të vetëm.
Performanca e pajisjeve të valëve varet nga një sërë faktorësh, duke përfshirë gjeometrinë, gjatësinë e valës, shpërndarjen fillestare të fushës, informacionin e materialit dhe kushtet e drejtimit elektrooptik, pavarësisht nga fakti se funksionimi i tyre është studiuar dhe kuptuar gjerësisht.
Para se të krijoni një vegël, duhet të akordohen disa parametra. Për shkak se nevojiten kaq shumë burime për të krijuar një çip, modelimi i saktë është thelbësor për qarqet optoelektronike në shkallë të gjerë.
Mënyrat e përcjellësit të valëve, bashkimi i modalitetit, humbja dhe fitimi, si dhe transmetimi i sinjaleve të dritës, janë të gjitha të simuluara në dizajnin e valëve optike.
Pajisja e valëve përshkruhet në një seksion të të dhënave hyrëse nga gjeometria e saj, faktorët e prodhimit dhe konstantet e materialit.
Të dhënat e valëve duhet të futen në mënyrë ideale duke përdorur një plan urbanistik të projektit me softuer që mund të menaxhojë gjithashtu parametrat e prodhimit.
Për vendosjen e llogaritjeve numerike, futja e të dhënave përfshin edhe një komponent tjetër. Në një botë të përsosur, sistemet e hyrjes do të fshehin ose kufizojnë specifikat e llogaritjes numerike.
Por duke qenë se modelimi i valëve shpesh përdor procedura komplekse numerike, ju duhet të njiheni me disa elementë të numerikës bazë.
Qarqet fotonike ndërtohen duke përdorur përcjellës valësh. pingul me itinerarin përgjatë qendrës së valëmarrësit është përkufizimi i gjerësisë së një valëdhënësi, qoftë i fiksuar apo i ndryshuar.
Parimi themelor i valëve optike
Siç tregohet në figurë, konceptet e optikës gjeometrike ose rreze mund të përdoren për të përcjellë idetë themelore që mbështesin valëzuesit optikë.
Përthyerja është procesi me të cilin drita që hyn në një material që ka një indeks më të lartë thyes përkulet drejt normales.
Merrni parasysh rastin e dritës që hyn në xhami nga ajri. Ngjashëm me mënyrën se si drita lëviz në anën tjetër, nga xhami në ajër, ndjek të njëjtën rrugë dhe devijon nga e zakonshme. Për shkak të simetrisë së ndryshimit të kohës, kjo rezulton. Është e mundur të hartohet çdo rreze në ajër me një rreze në xhami.
Ekziston një marrëdhënie një me një. Por disa nga rrezet e dritës në xhami mungojnë për shkak të thyerjes. Reflektimi total i brendshëm, i cili bllokon dritën e mbetur në xhami, është mekanizmi në punë.
Në një kënd mbi këndin kritik, ato bien në kontaktin qelq-ajër. Në formulimet më të sofistikuara të ndërtuara mbi funksionin e Green-it, këto rreze shtesë lidhen me një densitet më të madh të gjendjeve.
Në një përcjellës valësh dielektrike, ne mund të kapim dhe drejtojmë dritën duke përdorur reflektimin total të brendshëm. Rrezet e dritës së kuqe reflektojnë sipërfaqet e sipërme dhe të poshtme të mediumit me indeks të lartë.
Për sa kohë që pllaka përkulet gradualisht, ajo mund të drejtohet edhe kur lakohet ose përkulet. Drita drejtohet përgjatë një bërthame xhami me indeks të lartë në një veshje xhami me indeks më të ulët sipas këtij parimi themelor në fibra optike.
Funksionimi i përcjellësit të valëve përshkruhet vetëm përafërsisht nga optika me rreze. Për një përshkrim të fushës së plotë të një valëdhënësi dielektrik, ekuacionet e Maxwell-it mund të zgjidhen në mënyrë analitike ose numerike.
Shembull i valëve optike
Drejtuesit e valëve me pllaka dielektrike, të njohura edhe si përcjellës valësh planar, janë ndoshta lloji më themelor i valëve optike.
Rrjetat e rreshtuara të përcjellësve të valëve, filtrat akusto-optikë dhe modulatorët janë vetëm disa pajisje në çip që mund të përdorin përcjellës valësh të pllakave për shkak të thjeshtësisë së tyre.
Drejtuesit e valëve të pllakave përdoren gjithashtu shpesh si modele lodrash.
Tre shtresa materialesh, secila me një konstante dielektrike të veçantë, kombinohen për të formuar valëzuesin e pllakës, i cili mund të shtrihet pafundësisht në drejtime paralele me ndërfaqet ndërmjet tyre.
Nëse shtresa qendrore ka një indeks thyes më të lartë se shtresat e jashtme, drita përmbahet në shtresën e mesme përmes reflektimit total të brendshëm.
Disa shembuj të valëve 2-dimensionale
Rrip përcjellës valësh
Në thelb, një rrip i shtresës që është i shtrydhur midis shtresave të veshjes është ajo që përbën një përcjellës valësh me shirit.
Shtresa drejtuese e valëdhënësit të pllakës është e kufizuar në të dy drejtimet tërthore dhe jo thjesht në një, duke rezultuar në shembullin më të thjeshtë të një valëdhënëse drejtkëndore. Të dy qarqet optike të integruara dhe diodat lazer përdorin valëdrejtues drejtkëndëshe.
Ata shpesh shërbejnë si bazë për pjesët optike të tilla si interferometrat Mach-Zehnder dhe multipleksuesit e ndarjes së gjatësisë valore. Shumë herë, përcjellësit e valëve optike drejtkëndëshe përdoren për të ndërtuar zgavrat e diodave lazer.
Një teknikë e rrafshët përdoret zakonisht për të krijuar valëdhënës optikë me një formë drejtkëndore.
Drejtues valësh brinjë
Në një përcjellës valësh brinjë, shtresa drejtuese është në thelb një pllakë me një shirit (ose shirita të shumtë) të mbivendosur mbi të.
Në strukturat e brinjëve me shumë shtresa, mbyllja afër njësisë është e mundur si dhe mbyllja e valës në dy dimensione në valëzuesit brinjë.
Drejtues valësh kristal fotonik dhe valëdhënës i segmentuar
Përgjatë rrugës së tyre të përhapjes, përcjellësit e valëve optikë normalisht mbajnë një seksion kryq konstant. Kjo është situata, për shembull, me valëzuesit me shirita dhe brinjë.
Duke përdorur të ashtuquajturat modalitete Bloch, përcjellësit e valëve mund të kenë gjithashtu ndryshime periodike në seksionin e tyre kryq dhe megjithatë të transmetojnë dritë pa asnjë humbje.
Këta përcjellës valësh klasifikohen si përcjellës valësh kristal fotonik (me një modelim 2D ose 3D) ose valëdhënës të segmentuar (me një modelim 1D përgjatë drejtimit të përhapjes).
Udhërrëfyes valësh i gdhendur me lazer
Industria e fotonikës është vendi ku valëzuesit optikë janë më të dobishëm. Integrimi ndërmjet çipave elektrikë dhe fibrave optike është bërë i mundur duke vendosur valët në hapësirën 3D.
Një modalitet i vetëm i dritës infra të kuqe në gjatësitë e valëve të telekomunikacionit mund të përhapet duke përdorur të tillë përcjellës valësh, të cilët janë vendosur gjithashtu për të bartur sinjale optike midis vendeve hyrëse dhe dalëse me humbje jashtëzakonisht të vogla.
Përdorimi i valëve optike
Në sistemet e komunikimit me mikrovalë, transmetimin dhe radarët, një valëdhënës është një linjë ushqyese elektromagnetike. Një përcjellës valësh është bërë nga një tub metalik ose tub që është drejtkëndor ose cilindrik.
Fusha elektromagnetike përhapet gjatësore. Antenat e bririt dhe enëve janë aplikacionet më tipike të valëve.
Fibra optike - a është ajo një përcjellës valësh?
Reflektimi total i brendshëm, i cili rregullon mënyrën se si funksionon fibra optike, mund të mendohet si një përcjellës valësh i dritës.
Nëse këndi i rënies është më i madh se këndi kritik, reflektimi total i brendshëm ndodh kur një valë përhapëse ndeshet me kufirin midis dy materialeve të ndryshme.
Përfundim
Si përfundim, një valëdhënës optik është një strukturë që "udhëzon" një valë drite duke e penguar atë të udhëtojë në një drejtim të ndryshëm nga ai që kërkohet. Në industrinë mjekësore, fibrat optike përdoren shpesh si për diagnostikim ashtu edhe për terapi.
Fijet fleksibël të bëra nga fibra optike mund të vendosen në mushkëri, arterie gjaku dhe organe të tjera. Një tub i gjatë strehon dy tufa me fibra optike brenda një endoskopi, një pajisje mjekësore.
Një pamje e detajuar krijohet duke drejtuar dritën drejt indit nën provë në njërën pako ndërsa merr dritën e reflektuar prej tij në paketën tjetër. Endoskopët mund të bëhen për të ekzaminuar disa pjesë të trupit ose nyje, të tilla si gjunjët.
Lini një Përgjigju