Оптический волновод

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Оптический волновод — это физическая конструкция, которая проводит электромагнитные волны оптического спектра. Распространенные виды оптических волноводов — представляют оптические волокна и прямоугольные волноводы.

Оптические волноводы используются в качестве компонентов в интегральных оптических схемах или в качестве среды передачи данных в локальных и дальних оптических коммуникационных системах.

Оптические волноводы могут быть классифицированы в соответствии с их геометрией (плоские, прокладки, или оптоволоконные волноводы), с режимом структуры как (Одномодовое оптическое волокно, Многомодовое оптическое волокно), с разным показателем преломления распределённого по (шагу или градиенту индекса) и материалу (кварцевое стекло, полимеры (ПMMA), полупроводники).

Диэлектрические плиты волновода[править]

 → Диэлектрический волновод

Диэлектрическая составляющая плиты волновода состоит из трех диэлектрических слоев с разными показателями преломления.

Практически прямоугольный вид геометрии оптических волноводов наиболее легко понять, как варианты теоретической диэлектрической плиты волновода,[1] который также называется как планарный волновод.[2] Плита волновода состоит из трех слоев материала с различной диэлектрической проницаемостью, простирается бесконечно в направлениях, параллельном их интерфейсов (совокупность возможностей, способов и методов взаимодействия двух систем).

Свет может быть направлен в средний слой посредством полного внутреннего отражения. Это происходит только в случае, если диэлектрический индекс среднего слоя больше, чем окружающие ее слои. На практике плиты волноводов не бесконечны в направлении, параллельном интерфейсе, но если типичный размер интерфейсов (совокупность возможностей, способов и методов взаимодействия двух систем) гораздо больше, чем глубина слоя, плиты волновода модели станет отличным от аппроксимации (приблизительно). Сопровождение режимов плиты волновода не может быть возбуждена светом, падающего сверху или снизу интерфейса. Свет должен быть введен с объективом из стороны в средний слой. Кроме того, соединительные элементы могут быть использованы для пара света в волноводе, такие как решетки, муфты или призматические муфты.

Одна модель управляемого режима является тем, что плоские волны отражается назад и вперед между двумя интерфейсами (совокупность возможностей, способов и методов взаимодействия двух систем) среднего слоя, угла падения между направлением распространения света и нормальной, или перпендикулярном направления к материалу на интерфейс больше, чем критический угол. Критический угол зависит от показателя преломления материалов, которые могут варьироваться в зависимости от длины волны света. Такое распространение приведет в управляемом режиме только на дискретный набор углов, где отражены planewave не разрушительно вмешивается в себя.

Эта структура ограничивает электромагнитные волны только в одном направлении, и поэтому он имеет мало практического применения. Структуры, которые могут быть аппроксимирована (приближена к другой плите) в виде плиты волноводов, тем не менее, иногда они бывают в качестве побочных структур в других устройствах.

Двумерные волноводы[править]

Прокладки волноводов[править]

Рис. M. В Mach-Zehnder interferometer, где источник (source) света — гелий-неоновый лазер, часто используется в областях аэродинамики, физики плазмы и теплообмена для измерения давления, плотности и температуры газов. В эту цифру, мы представляем анализ пламени свечи или выходное изображение может контролироваться.

В полосах волновода основная полоска слоя замкнута между облицовочными слоями. В простейшем случае-это прямоугольный волновод, который образуется, когда руководящий слой плиты волновода ограничен в обоих поперечных направлениях, а не только один. Прямоугольные волноводы используются в интегральных оптических схемах и лазерных диодах. Они широко используются в качестве основы для таких оптических компонентов, как Маха-цендера и wavelength division multiplexer. В полостях лазерных диодов они часто построены в виде прямоугольных оптических волноводов. Оптические волноводы с прямоугольной геометрией производятся различными средствами, как правило, по планарной технологии.

Распределение полей в прямоугольном волноводе не может быть решено аналитически, однако приближенное решение методов, таких как метод Marcatili[3] и Кумар метод,[4]известны.

Ребра волноводов[править]

Ребро волновод — волновод, в котором руководящий слой в основном состоит из плиты из полосы (или нескольких полос), которые накладываются на него. Ребра волноводов также предоставляют заключение волны в двух измерениях.

Сегментированные волноводы и фотоннокристаллические волноводы[править]

3D-Рисунок.

Оптические волноводы, как правило поддерживаются с постоянным поперечным сечением вдоль направления их распространения. Это, например, для прокладки и нервюры волноводов. Однако, волноводы также можгут иметь периодические изменения их поперечного сечения, при этом позволяя без потерь передачу света через так называемые блокс режимы. Такие волноводы называют сегментированными волноводами (с 1D постукивать вдоль направления распространения[5]) или как в фотоннокристаллических волноводах (с 2D или 3D рисунок[6])).

Волоконная оптика на базе прозрачных стекол и пластмасс[править]

 → Оптическое волокно

Жоре́с Ива́нович Алфёров — выдающийся советский и российский физик, единственный ныне здравствующий — из проживающих в России — российский лауреат Нобелевской премии по физике.

.

Волновод (оптика). Связка оптических светопроводящих волокон из кварцевого стекла с защитными оболочками. Если использовать передовые технологии, например, как мультиплексирование, WDM, можно получить пропускную способность, которая позволила бы передать необходимую мировую информацию (около 100 терабит в секунду), всего в одном оптическом волокне
Рис.1. Распространение света через многомодовое оптическое волокно
Рис.2.Пластиковые оптические волокна (ПММА) могут быть использованы для короткого расстояния приложений
Волновод (оптика). Монтаж волоконнооптического кабеля

Оптическое волокно бывает обычно круглого сечения, диэлектрический волновод, состоящий из диэлектрического материала, в окружении другого диэлектрического материала с меньшим показателем преломления n. Стекляные волоконные (волноводы) в диэлектричеких оболочках чаще всего сделанные из кварцевого стекла, однако другие стеклянные материалы используются для определенных целей, например, пластиковые оптические волокна могут быть использованы для короткого расстояния.

См. также[править]

Источники[править]

  1. ↑ Ramo, Simon, John R. Whinnery, and Theodore van Duzer, Fields and Waves in Communications Electronics, 2 ed., John Wiley and Sons, New York, 1984.
  2. ↑ «Silicon Photonics», by Graham T. Reed, Andrew P. Knights
  3. ↑ Marcatili, E. A. J. (1969). «Dielectric rectangular waveguide and directional coupler for integrated optics». Bell Syst. Tech. J. 48: 2071–2102.
  4. ↑ Kumar, A., K. Thyagarajan and A. K. Ghatak. (1983). «Analysis of rectangular-core dielectric waveguides—An accurate perturbation approach». Opt. Lett. (8): 63–65.
  5. ↑ M. Hochberg, T. Baehr-Jones, C. Walker, J. Witzens, C. Gunn, A. Scherer (2005). «Segmented Waveguides in Thin Silicon-on-Insulator». Journal of the Optical Society of America B 22 (7): 1493–1497. DOI:10.1364/JOSAB.22.001493. Bibcode: 2005JOSAB..22.1493H.
  6. ↑ S. Y. Lin, E. Chow, S. G. Johnson, J. D. Joannopoulos (2000). «Demonstration of highly efficient waveguiding in a photonic crystal slab at the 1.5-µm wavelength». Optics Letters 25 (17): 1297–1299. DOI:10.1364/ol.25.001297.

Ссылки[править]

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Оптический_волновод&oldid=1283465