İçindekiler[Saklamak][Göstermek]
Elektromanyetik dalgaları optik spektrumda yönlendiren fiziksel bir nesneye optik dalga kılavuzu denir.
Optik fiberin yanı sıra plastik ve camdan oluşan şeffaf dielektrik dalga kılavuzları, optik dalga kılavuzlarının tipik biçimleridir.
Işığın yayılabileceği uzamsal aralık, ışığı yönlendirmek için uzamsal olarak homojen olmayan bir cihaz olan bir optik dalga kılavuzu tarafından sınırlandırılır.
Tipik olarak, bir dalga kılavuzu, kırılma indisinin çevreleyen ortamdan daha yüksek olduğu bir bölüme sahiptir (kaplama olarak adlandırılır).
Bu yazıda optik dalga kılavuzunun ilkelerini, bazı örnekleri ve çok daha fazlasını inceleyeceğiz.
Optik dalga kılavuzuna giriş
Fotonik cihazların temel yapı taşları, optik sinyalleri yönlendiren, birleştiren, değiştiren, bölen, çoğullayan ve çoğullamayı çözen optik dalga kılavuzlarıdır.
Mikroelektronik, pasif dalga kılavuzları, elektrooptik bileşenler, vericiler, alıcılar ve sürüş elektroniğine benzeyen düzlemsel teknolojiyi kullanarak tek bir çip üzerinde birleştirilebilir.
Dalga kılavuzu cihazlarının performansı geometri, dalga boyu, ilk alan dağılımı, malzeme bilgisi ve elektrooptik sürüş koşulları dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır, ancak bunların işleyişi kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve anlaşılmıştır.
Bir gadget yapmadan önce, belirli parametrelerin ayarlanması gerekir. Bir çip oluşturmak için çok fazla kaynağa ihtiyaç duyulduğundan, büyük ölçekli optoelektronik devreler için hassas modelleme esastır.
Dalga kılavuzu modları, mod birleştirme, kayıp ve kazanç ve ayrıca ışık sinyallerinin iletimi, optik dalga kılavuzu tasarımında simüle edilir.
Dalga kılavuzu cihazı, geometrisi, üretim faktörleri ve malzeme sabitleri ile giriş verilerinin bir bölümünde açıklanmıştır.
Dalga kılavuzu verileri, ideal olarak, üretim parametrelerini de yönetebilen yazılımlı bir proje düzeni kullanılarak girilmelidir.
Sayısal hesaplamaları ayarlamak için veri girmek ayrıca başka bir bileşen içerir. Mükemmel bir dünyada, girdi sistemleri sayısal hesaplamanın özelliklerini gizler veya kısıtlar.
Ancak dalga kılavuzu modellemesi sıklıkla karmaşık sayısal prosedürleri kullandığından, temel sayısalların bazı öğelerine aşina olmanız gerekir.
Fotonik devreler dalga kılavuzları kullanılarak oluşturulur. Dalga kılavuzu merkezi boyunca rotaya dik olan, sabit veya değişen bir dalga kılavuzunun genişliğinin tanımıdır.
Optik dalga kılavuzunun Temel Prensibi
Resimde gösterildiği gibi, optik dalga kılavuzlarını destekleyen temel fikirleri iletmek için geometrik veya ışın optiği kavramları kullanılabilir.
Kırılma, kırılma indisi daha yüksek olan bir malzemeye giren ışığın normale doğru bükülmesi işlemidir.
Havadan cama giren ışığın durumunu düşünün. Işığın camdan havaya nasıl hareket ettiğine benzer şekilde, aynı rotayı takip eder ve normalden sapar. Zaman-ters simetri nedeniyle, bu sonuçlanır. Havadaki her ışını camdaki bir ışına eşlemek mümkündür.
Bire bir ilişki vardır. Ancak camdaki ışık ışınlarının bir kısmı kırılma nedeniyle kaçırılır. Camda kalan ışığı hapseden toplam iç yansıma, işleyen mekanizmadır.
Kritik açının üzerinde bir açıda, cam-hava temasına denk gelirler. Green'in işlevi üzerine inşa edilmiş daha karmaşık formülasyonlarda, bu ek ışınlar daha büyük bir durum yoğunluğuyla ilişkilidir.
Bir dielektrik dalga kılavuzunda, toplam iç yansımayı kullanarak ışığı yakalayabilir ve yönlendirebiliriz. Kırmızı ışık ışınları, yüksek indeksli ortamın üst ve alt yüzeylerinden yansır.
Döşeme kademeli olarak büküldüğü sürece, eğrildiğinde veya büküldüğünde bile yönlendirilebilir. Işık, fiber optikteki bu temel prensibe göre daha düşük indeksli bir cam kaplamada yüksek indeksli bir cam çekirdek boyunca yönlendirilir.
Dalga kılavuzu işlemi, ışın optiği tarafından yalnızca kabaca gösterilmektedir. Dielektrik dalga kılavuzunun tam alan açıklaması için Maxwell denklemleri analitik veya sayısal olarak çözülebilir.
Optik dalga kılavuzu örneği
Düzlemsel dalga kılavuzları olarak da bilinen dielektrik levha dalga kılavuzları, belki de en temel optik dalga kılavuzlarıdır.
Dizili dalga kılavuzu ızgaraları, akustik-optik filtreler ve modülatörler, basitlikleri nedeniyle levha dalga kılavuzlarını kullanabilen çip üzerinde cihazlardan sadece birkaçıdır.
Döşeme dalga kılavuzları da oyuncak modelleri olarak sıklıkla kullanılmaktadır.
Her biri farklı bir dielektrik sabitine sahip olan üç malzeme katmanı, aralarındaki arayüzlere paralel yönlerde süresiz olarak uzayabilen levha dalga kılavuzunu oluşturmak için birleştirilir.
Merkezi katman dış katmanlardan daha yüksek bir kırılma indisine sahipse, ışık toplam iç yansıma yoluyla orta katmanda tutulur.
2 Boyutlu dalga kılavuzunun bazı örnekleri
Şerit dalga kılavuzu
Temel olarak, kaplama katmanları arasına sıkıştırılan katmanın bir şeridi, bir şerit dalga kılavuzunu oluşturan şeydir.
Levha dalga kılavuzunun kılavuz katmanı, bir dikdörtgen dalga kılavuzunun en basit örneği ile sonuçlanan, tek yön yerine her iki enine yönde sınırlandırılmıştır. Hem entegre optik devreler hem de lazer diyotlar dikdörtgen dalga kılavuzları kullanır.
Sıklıkla Mach-Zehnder interferometreleri ve dalga boyu bölmeli çoklayıcılar gibi optik parçalar için temel görevi görürler. Çoğu zaman, lazer diyotların boşluklarını oluşturmak için dikdörtgen optik dalga kılavuzları kullanılır.
Dikdörtgen şekilli optik dalga kılavuzları oluşturmak için tipik olarak düzlemsel bir teknik kullanılır.
kaburga dalga kılavuzu
Bir yiv dalga kılavuzunda, kılavuz tabaka esasen üzerine bir şerit (veya çoklu şeritler) yerleştirilmiş bir levhadır.
Çok katmanlı nervür yapılarında, nervür dalga kılavuzlarında dalganın iki boyutlu olarak sınırlandırılmasının yanı sıra birliğe yakın sınırlama da mümkündür.
Fotonik kristal dalga kılavuzu ve parçalı dalga kılavuzu
Yayılma yolları boyunca, optik dalga kılavuzları normalde sabit bir enine kesiti korur. Örneğin şerit ve nervürlü dalga kılavuzlarında durum budur.
Bloch modları olarak adlandırılan modları kullanarak, dalga kılavuzları ayrıca kesitlerinde periyodik değişimlere sahip olabilir ve yine de ışığı kayıpsız iletebilir.
Bu dalga kılavuzları, fotonik kristal dalga kılavuzları (2B veya 3B desenli) veya parçalı dalga kılavuzları (yayılma yönü boyunca 1B desenli) olarak sınıflandırılır.
Lazerle yazılmış dalga kılavuzu
Fotonik endüstrisi, optik dalga kılavuzlarının en kullanışlı olduğu yerdir. Elektrik çipleri ve optik fiberler arasındaki entegrasyon, dalga kılavuzlarının 3 boyutlu uzayda ayarlanmasıyla mümkün olur.
Telekomünikasyon dalga boylarında tek bir kızılötesi ışık modu, aynı zamanda son derece az kayıpla giriş ve çıkış siteleri arasında optik sinyalleri taşımak üzere ayarlanmış bu tür dalga kılavuzları kullanılarak yayılabilir.
Optik dalga kılavuzu kullanımları
Mikrodalga iletişim, yayın ve radar sistemlerinde dalga kılavuzu elektromanyetik bir besleme hattıdır. Bir dalga kılavuzu, dikdörtgen veya silindirik bir metal boru veya tüpten yapılır.
Elektromanyetik alan boylamasına yayılır. Boynuz ve çanak antenler en tipik dalga kılavuzu uygulamalarıdır.
Optik fiber—bir dalga kılavuzu mu?
Optik fiberin nasıl çalıştığını yöneten toplam iç yansıma, bir ışık dalga kılavuzu olarak düşünülebilir.
Gelme açısı kritik açıdan büyükse, yayılan bir dalga iki farklı malzeme arasındaki sınırla karşılaştığında toplam iç yansıma meydana gelir.
Sonuç
Sonuç olarak, bir optik dalga kılavuzu, bir ışık dalgasını istenenden farklı bir yönde hareket etmesini engelleyerek "yönlendiren" bir yapıdır. Tıp endüstrisinde, optik fiberler hem teşhis hem de tedavi için sıklıkla kullanılmaktadır.
Optik fiberlerden yapılmış esnek şeritler akciğerlere, kan damarlarına ve diğer organlara yerleştirilebilir. Bir uzun tüp, tıbbi bir cihaz olan bir endoskopun içinde iki optik fiber demeti barındırır.
Bir demette test edilen dokuya doğru ışık yönlendirilirken diğer demette ondan yansıyan ışık alınarak ayrıntılı bir resim oluşturulur. Endoskoplar, dizler gibi belirli vücut kısımlarını veya eklemleri incelemek için yapılabilir.
Yorum bırak