Преглед садржаја[Сакрити][Прикажи]
Физички објекат који усмерава електромагнетне таласе у оптичком спектру назива се оптички таласовод.
Транспарентни диелектрични таласоводи састављени од пластике и стакла, као и оптичка влакна, типични су облици оптичких таласовода.
Просторни опсег у коме се светлост може ширити је ограничен оптичким таласоводом, који је просторно нехомоген уређај за усмеравање светлости.
Типично, таласовод има део где је индекс преламања већи од околног медијума (који се назива облога).
У овом чланку ћемо испитати принципе оптичког таласовода, неке примере и још много тога.
Увод у оптички таласовод
Основни градивни блокови фотонских уређаја су оптички таласоводи, који усмеравају, спајају, пребацују, деле, мултиплексирају и демултиплексирају оптичке сигнале.
Користећи планарну технологију, која је сродна микроелектроници, пасивни таласоводи, електрооптичке компоненте, предајници, пријемници и погонска електроника могу се комбиновати на једном чипу.
Перформансе таласоводних уређаја зависе од низа фактора, укључујући геометрију, таласну дужину, почетну дистрибуцију поља, информације о материјалу и услове електрооптичке вожње, упркос чињеници да је њихово функционисање опширно проучавано и схваћено.
Пре него што направите гаџет, потребно је подесити одређене параметре. Пошто је за стварање чипа потребно толико ресурса, прецизно моделирање је неопходно за оптоелектронска кола великих размера.
Режими таласовода, спајање модова, губитак и појачање, као и пренос светлосних сигнала, сви су симулирани у дизајну оптичког таласовода.
Таласоводни уређај је описан у једном делу улазних података својом геометријом, факторима производње и константама материјала.
У идеалном случају, подаци о таласоводу би требало да се уносе коришћењем распореда пројекта са софтвером који такође може да управља производним параметрима.
За подешавање нумеричких прорачуна, унос података укључује и другу компоненту. У савршеном свету, улазни системи би сакрили или ограничили специфичности нумеричког израчунавања.
Али пошто моделирање таласовода често користи сложене нумеричке процедуре, морате бити упознати са неким елементима основних нумеричких метода.
Фотонска кола се конструишу помоћу таласовода. Управно на трасу дуж центра таласовода је дефиниција ширине таласовода, било да је фиксна или променљива.
Основни принцип оптичког таласовода
Као што је приказано на слици, концепти геометријске или зрачне оптике могу се користити за преношење основних идеја које подупиру оптичке таласоводе.
Рефракција је процес којим се светлост која улази у материјал са вишим индексом преламања савија према нормали.
Размотрите случај светлости која улази у стакло из ваздуха. Слично као што се светлост креће на другу страну, од стакла до ваздуха, иде истом рутом и одступа од уобичајене. Због симетрије временског преокрета, ово резултира. Могуће је пресликати сваки зрак у ваздуху у зрак у стаклу.
Однос један на један постоји. Али неки од светлосних зрака у стаклу су пропуштени због преламања. Тотална унутрашња рефлексија, која задржава преостало светло у стаклу, је механизам који ради.
Под углом изнад критичног угла упадају на контакт стакло-ваздух. У софистициранијим формулацијама изграђеним на Гриновој функцији, ови додатни зраци корелирају са већом густином стања.
У диелектричном таласоводу, можемо ухватити и усмерити светлост користећи потпуну унутрашњу рефлексију. Црвени зраци светлости се одбијају од горње и доње површине медија високог индекса.
Све док се плоча постепено савија, може се усмеравати чак и када се савија или савија. Светлост се води дуж стакленог језгра високог индекса у стакленој облоги нижег индекса у складу са овим основним принципом у оптичким влакнима.
Рад таласовода је само грубо приказан оптиком зрака. За опис пуног поља диелектричног таласовода, Максвелове једначине се могу решити аналитички или нумерички.
Пример оптичког таласовода
Диелектрични плочасти таласоводи, такође познати као планарни таласоводи, су можда најосновнија врста оптичких таласовода.
Решетке таласовода у низу, акусто-оптички филтери и модулатори су само неколико уређаја на чипу који могу да користе плочасте таласоводе због своје једноставности.
Плочасти таласоводи се такође често користе као модели играчака.
Три слоја материјала, од којих сваки има различиту диелектричну константу, комбинују се да формирају плочасти таласовод, који се може протезати неограничено у правцима паралелним са интерфејсима између њих.
Ако централни слој има већи индекс преламања од спољашњих слојева, светлост је садржана у средњем слоју кроз тоталну унутрашњу рефлексију.
Неки примери 2-димензионалног таласовода
Тракасти таласовод
У основи, трака слоја која је стиснута између слојева облоге је оно што чини тракасти таласовод.
Водећи слој плочастог таласовода је ограничен у оба попречна смера, а не само у једном, што резултира најједноставнијим примером правоугаоног таласовода. И интегрисана оптичка кола и ласерске диоде користе правоугаоне таласоводе.
Они често служе као основа за оптичке делове као што су Мах-Зендер интерферометри и мултиплексери са поделом таласних дужина. Много пута се правоугаони оптички таласоводи користе за изградњу шупљина ласерских диода.
Планарна техника се обично користи за креирање оптичких таласовода правоугаоног облика.
Ребрасти таласовод
У ребрастом таласоводу, водећи слој је у суштини плоча са траком (или више трака) која је прекривена на врху.
У вишеслојним ребрастим структурама могуће је ограничење скоро јединства као и ограничење таласа у две димензије у ребрастим таласоводима.
Фотонски кристални таласовод и сегментирани таласовод
Дуж своје путање простирања, оптички таласоводи нормално одржавају константан попречни пресек. Ово је ситуација, на пример, са тракастим и ребрастим таласоводима.
Користећи такозване Блохове модове, таласоводи такође могу имати периодичне варијације у свом попречном пресеку, а да ипак преносе светлост без икаквих губитака.
Ови таласоводи су класификовани као таласоводи фотонских кристала (са 2Д или 3Д узорком) или сегментирани таласоводи (са 1Д узорком дуж правца ширења).
Ласерски уписани таласовод
Индустрија фотонике је место где су оптички таласоводи најкориснији. Интеграција између електричних чипова и оптичких влакана је омогућена постављањем таласовода у 3Д простор.
Један мод инфрацрвене светлости на телекомуникационим таласним дужинама може се пропагирати коришћењем таквих таласовода, који су такође подешени да преносе оптичке сигнале између улазних и излазних места са изузетно малим губицима.
Оптички таласовод користи
У микроталасним комуникацијама, емитовању и радарским системима, таласовод је електромагнетна линија за напајање. Таласовод је направљен од металне цеви или цеви које су правоугаоне или цилиндричне.
Електромагнетно поље се шири уздужно. Ропе и антене су најтипичније апликације за таласоводе.
Оптичко влакно — да ли је таласовод?
Потпуна унутрашња рефлексија, која управља функционисањем оптичког влакна, може се сматрати светлосним таласоводом.
Ако је упадни угао већи од критичног угла, тотална унутрашња рефлексија се јавља када талас који се шири наиђе на границу између два различита материјала.
Zakljucak
У закључку, оптички таласовод је структура која „води“ светлосни талас спречавајући га да путује у другом правцу од жељеног. У медицинској индустрији, оптичка влакна се често користе и за дијагнозу и за терапију.
Флексибилне нити направљене од оптичких влакана могу се поставити у плућа, крвне артерије и друге органе. Једна дуга цев садржи два снопа оптичких влакана унутар ендоскопа, медицинског уређаја.
Детаљна слика се ствара усмеравањем светлости ка ткиву које се тестира у једном снопу, док се светлост рефлектује од њега у другом снопу. Ендоскопи се могу направити за преглед одређених делова тела или зглобова, као што су колена.
Ostavite komentar