Dalga kılavuzu (optik) - Waveguide (optics)
Bir fiber optik yol gösteren bir fiziksel yapısı olan elektromanyetik dalgalar olarak optik spektrum . Yaygın optik dalga kılavuzları türleri, fiber optik ve plastik ve camdan yapılmış şeffaf dielektrik dalga kılavuzlarını içerir.
Optik dalga kılavuzları, entegre optik devrelerde bileşen olarak veya yerel ve uzun mesafeli optik iletişim sistemlerinde iletim ortamı olarak kullanılır.
Optik dalga kılavuzları geometrilerine (düzlemsel, şerit veya fiber dalga kılavuzları), mod yapısına ( tek modlu , çok modlu ), kırılma indisi dağılımına (adım veya gradyan indeksi) ve malzemesine ( cam , polimer , yarı iletken ) göre sınıflandırılabilir .
Dielektrik levha dalga kılavuzu
Pratik dikdörtgen geometrili optik dalga kılavuzları , düzlemsel dalga kılavuzu olarak da adlandırılan teorik bir dielektrik levha dalga kılavuzunun varyantları olarak en kolay şekilde anlaşılır . Levha dalga kılavuzu, arayüzlerine paralel yönlerde sonsuzca uzanan, farklı dielektrik sabitlerine sahip üç malzeme katmanından oluşur.
Işık, toplam iç yansıma ile orta tabakada tutulabilir . Bu, yalnızca orta katmanın dielektrik indeksi çevreleyen katmanlarınkinden daha büyükse gerçekleşir. Uygulamada levha dalga kılavuzları arayüze paralel yönde sonsuz değildir, ancak arayüzlerin tipik boyutu katmanın derinliğinden çok daha büyükse, levha dalga kılavuzu modeli mükemmel bir yaklaşım olacaktır. Bir levha dalga kılavuzunun kılavuzlu modları, üst veya alt arayüzlerden gelen ışıkla uyarılamaz. Işık, bir mercekle yandan orta tabakaya enjekte edilmelidir. Alternatif olarak, ışığı dalga kılavuzuna bağlamak için ızgaralı kuplör veya prizma kuplör gibi bir kuplaj elemanı kullanılabilir.
Kılavuzlu modların bir modeli , ışığın yayılma yönü ile malzeme arayüzüne normal veya dik yön arasındaki bir geliş açısında , orta katmanın iki arayüzü arasında ileri geri yansıyan bir düzlem dalga modelidir. daha kritik açı . Kritik açı, ışığın dalga boyuna bağlı olarak değişebilen malzemelerin kırılma indisine bağlıdır. Bu tür bir yayılma, yalnızca yansıyan düzlem dalgasının kendisiyle yıkıcı bir şekilde etkileşime girmediği ayrı bir dizi açıda yönlendirilmiş bir mod ile sonuçlanacaktır.
Bu yapı, elektromanyetik dalgaları yalnızca bir yönde sınırlar ve bu nedenle çok az pratik uygulaması vardır. Bununla birlikte, levha dalga kılavuzları olarak tahmin edilebilecek yapılar, bazen diğer cihazlarda tesadüfi yapılar olarak ortaya çıkar.
Artırılmış gerçeklik gözlüklerinde dalga kılavuzu kullanılır , 2 teknoloji vardır: kırınım dalga kılavuzları ve yansıtıcı dalga kılavuzları.
İki boyutlu dalga kılavuzları
Şerit dalga kılavuzları
Bir şerit dalga kılavuzu , temel olarak, kaplama katmanları arasında sınırlandırılmış bir katman şerididir. En basit durum, levha dalga kılavuzunun kılavuz katmanı tek bir yönde değil her iki enine yönde sınırlandırıldığında oluşan dikdörtgen dalga kılavuzudur . Dikdörtgen dalga kılavuzları entegre optik devrelerde ve lazer diyotlarda kullanılır . Mach-Zehnder interferometreleri ve dalga boyu bölmeli çoklayıcılar gibi optik bileşenlerin temeli olarak yaygın olarak kullanılırlar . Oyuklar arasında lazer diyot sıklıkla dikdörtgen optik dalga kılavuzları olarak teşkil edilmiştir. Dikdörtgen geometrili optik dalga kılavuzları, genellikle düzlemsel bir işlemle , çeşitli araçlarla üretilir .
Dikdörtgen dalga kılavuzundaki alan dağılımı analitik olarak çözülemez, ancak Marcatili yöntemi , Genişletilmiş Marcatili yöntemi ve Kumar yöntemi gibi yaklaşık çözüm yöntemleri bilinmektedir.
kaburga dalga kılavuzları
Bir yiv dalga kılavuzu kılavuz tabaka temel olarak bunun üzerine yerleştirilmiş bir şerit (ya da pek çok aynaların) ile kütüğün oluştuğu bir dalga kılavuzu olup. Kaburga dalga kılavuzları ayrıca dalganın iki boyutta hapsedilmesini sağlar ve çok katmanlı nervür yapılarında birliğe yakın sınırlama mümkündür.
Parçalı dalga kılavuzları ve fotonik kristal dalga kılavuzları
Optik dalga kılavuzları, tipik olarak, yayılma yönleri boyunca sabit bir enine kesiti korurlar. Bu, örneğin şerit ve nervür dalga kılavuzları için geçerlidir. Bununla birlikte, dalga kılavuzları, Bloch modları olarak adlandırılan yollarla ışığın kayıpsız iletimine izin verirken, kesitlerinde periyodik değişikliklere de sahip olabilir. Bu tür dalga kılavuzları, parçalı dalga kılavuzları (yayılma yönü boyunca 1B desenleme ile) veya fotonik kristal dalga kılavuzları (2B veya 3B desenleme ile) olarak adlandırılır.
Lazerle yazılmış dalga kılavuzları
Optik dalga kılavuzları onların en önemli uygulama bulmak fotonik . 3B uzayda dalga kılavuzlarını yapılandırmak, bir çip üzerindeki elektronik bileşenler ve optik fiberler arasında entegrasyon sağlar. Bu tür dalga kılavuzları, telekomünikasyon dalga boylarında kızılötesi ışığın tek modlu yayılımı için tasarlanabilir ve giriş ve çıkış konumları arasında çok düşük kayıpla optik sinyal iletmek üzere yapılandırılabilir.
Bu tür dalga kılavuzlarının oluşturulmasına yönelik yöntemlerden biri, şeffaf malzemelerde foto kırılma etkisini kullanır. Bir malzemenin kırılma indisindeki bir artış, darbeli lazer ışığının doğrusal olmayan absorpsiyonu ile indüklenebilir. Kırılma indeksinin artışını en üst düzeye çıkarmak için çok kısa (tipik olarak femtosaniye) lazer darbeleri kullanılır ve yüksek NA mikroskop hedefi ile odaklanır. Odak noktasının toplu şeffaf bir materyalden çevrilmesiyle dalga kılavuzları doğrudan yazılabilir. Bu yöntemin bir varyasyonu, düşük bir NA mikroskop hedefi kullanır ve odak noktasını ışın ekseni boyunca çevirir. Bu, odaklanmış lazer ışını ile fotorefraktif malzeme arasındaki örtüşmeyi iyileştirir, böylece lazerden ihtiyaç duyulan gücü azaltır.
Saydam malzeme, fotorefraktif etkiyi başlatmak için yeterli parlaklığa sahip odaklanmamış bir lazer ışınına maruz kaldığında, dalga kılavuzları birikmiş kendi kendine odaklanmanın bir sonucu olarak kendi kendilerine oluşmaya başlayabilirler . Bu tür dalga kılavuzlarının oluşumu, lazer ışınının kırılmasına yol açar. Sürekli maruz kalma, her dalga kılavuzunun merkez hattına doğru kırılma indisinin birikmesine ve yayılan ışığın mod alan çapının çökmesine neden olur. Bu tür dalga kılavuzları camda kalıcı olarak kalır ve çevrimdışı olarak fotoğraflanabilir (sağdaki resme bakın).
Hafif borular
Işık boruları, ışığı kısa bir mesafeye yönlendirmek için kullanılan katı malzemeden tüpler veya silindirlerdir. Elektronikte, bir devre kartındaki LED'lerden gelen ışığı kullanıcı arayüzü yüzeyine yönlendirmek için plastik ışık boruları kullanılır . Binalarda, aydınlatmayı binanın dışından içeride ihtiyaç duyulan yere aktarmak için hafif borular kullanılır.
Optik lif
Optik fiber, tipik olarak , daha düşük bir kırılma indisine sahip başka bir dielektrik malzeme ile çevrelenmiş bir dielektrik malzemeden oluşan dairesel bir kesitli dielektrik dalga kılavuzudur . Optik fiberler en yaygın olarak silika camdan yapılır , ancak belirli uygulamalar için diğer cam malzemeler kullanılır ve kısa mesafeli uygulamalar için plastik optik fiber kullanılabilir.
Ayrıca bakınız
- OK dalga kılavuzu
- kesme dalga boyu
- Dielektrik sabiti
- Dijital düzlemsel holografi
- Elektromanyetik radyasyon
- Erbiyum katkılı dalga kılavuzu amplifikatörü
- Denge modu dağılımı
- Sızdıran mod
- Işık kılavuzu ekranı
- İletim ortamı
- dalga kılavuzu
- Dalga kılavuzu (elektromanyetizma)
- fotonik kristal elyaf
- fotonik kristal
- prizma kuplörü
- Sıfır mod dalga kılavuzu