دانلود تحقیق مواد نوری

در بسیاری موقعیتها تقسیم کردن یک سیگنال نوری به مؤلفه های قطیده Orthogonally آن لازم است .

این کار معمولاً با منشورهای قطبنده Beam Splitter انجام می شود.

این علائم می تواند از طریق یکسری از راهها تولید شود اما دوراه بسیار رایج است .

منشور Glan-Thompson دو منشور ساخته شده از ماده ( Usually Calate ) bire fringent در طول وترهایشان به یکدیگر متصل می شوند .

ضخامت لایه چسب و شاخص آن دقیقاً کنترل می شود .

معمولاً برخورد یک اشعه به سطح خارجی یک منشور بسته به قطبش دو اشعه مجزا ( یک اشعه معمولی و یک اشعه غیر معمولی ( ویژه ) تقسیم می شود .

اشعه غیر معمولی ( ویژه ) بدون شکست مستقیماً عبور می کند اما اشعه معمولی در جهت ( زاویه ) Brewster شکسته می شود .

این موضوع علاوه بر این در ( 5.4.4.1) مواد bire fringent بحث می شود.

ابزار ( دستگاه ) معمولاً در شکل یک چهارضلعی ساخته می شود این موشوع رسیدن به فلز را در برخورد اشعه به سطح منشور ( برای سیستم بازتاب ) ممکن می سازد .

و هنوز هم با سطح قطری در زاویه مناسب تر مواجه می شود .

در ابزارهای واقعی سطوح ورودی و خروجی حتماً بازتاب می شوند .

مکعب قطبش Beam Splitter این ابزارها همان نقش منشور Glan – Thompson را بازی می کنند به جز آنکه به جای استفاده از یک کریستال bire fringent آنها از یک ترکیب لایه ها از مواد دی الکتریکی در یک فصل مشتریک قطری بین دو منشور استفاده می کنند .

( 5.4.4.1 ) مواد bire fringent bire fringent یک خاصیت در بعضی از مواد است به طوریکه نور از قطبشهای مختلف یک فهرست متفاوت انکساری با آن ماده می چیند .یک اشعه غیر قطبیده یا باریکه ای از نور ازامواج عمودی واقعی قطبیده تشکیل می شود که این دو اشعه مجزا در داخل ماده bire fringent تقسیم می شود عملکرد ( طرزکار ) جداکنندهها و منتشر کندهها ( پخش کننده ها ) برانار bire fringent استوار می باشد ( یا در حداقل قطبش ) .

مواد بسیاری وجود دارند که خواص bire fringent رانشان می دهند .

Calcite () و rutile ( ) معولاً به خاطرخواص bire fringent شان استفاده می شوند .

کوارتز نیز این خواص را دارد می تواند درموقعیتهای زیادی ایجاد مشکل کند .

یک ماده bire fringent یک ساختار کریستالی دارد.

در داخل این ساختار یک محور نوری وجود دارد .

( در بعضی ازمواد بیشتر از یکی ) هنگامی که یک اشعه تحت یک زاویه به محور نوری کربستال وارد می شود آن اشعه به دو اشعه تقسیم می شود.

یک اشعه ( معمولی ) قطبش عمودی دارد اشعه دیگر ( اشعه غیر معمولی ) نسبت به اشعه معمولی قطبش Orthogonal دارد .

برای اشعه معمولی ماده یک فهرست انکسای ثابت را نماش می دهد ( در مورد Calcite 66/1 ) برای اشعه غیر معمولی بسته به زوایه برخورد بخشی از اشعه اصلی ماده یک فهرست انکساری متغییر را نمایش می دهد .

( بین 1.49 تا 1.66 ) یک اثر ( ) بسیار مفیدی در اینجا این است که ما می توانیم یک زوایه برخوردی را آنچنان که یک اشعه با فصل مشترک هوا-ماده مواجه می شود بیابیم .

اشعه معمولی شکسته می شود اما اشعهغیر معمولی بازتاب می شود.

زوایه برخوردی در موردی که این اتفاق می افتد Brewster نامیده می شود .

این یک راه خوب برای جدایی یک اشعه غیر قطبیده به دو اشعه قطبیده Orthogonal است بسیاری از مواد معمولی اثر فوق را نمایش میدهند هنگامی که نور قوی خورشید روی آنها می افتد نور یک قطبش آن جذب و نور قطبش Orthogonal بازتاب می شود .

برای مثال برگ سبز یک درخت در نور مستقیم خورشید به نظر می رسد علت این موضوع بارتاب قطبش قوی از سطح می باشد .

اگر شما در حال گرفتن عکس از یک صفحه درخشنده نورانی باشید شما می توانید از یک فیلتر قطبنده استفاده کنید .

اگر فیلتر را به زوایه صحیح بچرخانید بازتاب قطبیده ( از سطح ) بلوکه خواهد شد .

ولی تنها قسمتی از نور تابیده شده دقیقاً از یر سطح بلوکه خواهد شد .

بنابراین رنگها تشدید می شوند .

شما می توانید اثر یکسان استفاده قطبی کردن ( قطبش ) عینک خورشیدی را ببینید .

شکستهای مختلف بدست آورده شده وابسته به رابطه ‌ ارتباط زاویه برخورد به محور نوری کریستال می باشد .

توجه به آنکه برای اشعه های موازی با محور نوری یا 90 درجه نسبت به آن اگر آن اشعه عمود به کریستال است هر دو قطبش از میان فصل مشترک متأثر شده عبور داده می شوند اگر اشعه عمود به کریستال نباشد آن به دو اشعه مجزای قطبش معولی و غیر معمولی پاشیده می شود.

برای یک اشعه رسیده و در یک زوایه به محور فوری ولی عمود بر فصل مشترک کریستال هوا اشعه معمولی شکسته نمی شود اما اشعه غیر معمولی شکسته می شود.

Isolators 5.4.5 ( جداکننده ها )‌.

یک جداکننده یک ابزاری است ک اجازه می دهد تا نور در طول یک رشته در یک جهت عبور کند اما نه در جهت مخالف .

در عمل آن کاملاً شبیه یک دیود در جهان الکتریکی است .

جداکننده ها در سیستمهای نوری در بسیاری نقشها ( وظایف ) لازم می شوند .

معمولی ترین آن جلوگیری از بازتابهای Coming back clown یک فیبر از دوباره وارد شده و تجزیه ( فروپاشی )‌عملیات یک لیزر است .

بیشتر پدیده های خارق العاده نوری دوجهته هستند و بنابراین ساختمان یک جداکننده به قابل فهمی We might Like نیست .

با وجود این یک پدیده نوری دوجهته نیست .

این «‌اثر فارادی » است .

این اثر وابسته به قطبش است بنابراین بر طبق استفاده از آن شما بایستی قطبش را حساب کنید .

5.4.5.1 اثر الکترواپتیک The Electrooptic Effect بعضی مواد مانند فهرستی از خواص انکساری متغییری بسته به درجه کاربردی زمینه الکتریکی دارند بسته به جهت گیری زمینه الکتریکی در ارتباط با کریستال بعضی مواد همچنین نمایش Bire fringence مختلف ( دلیل نوسانات RL متفاوت ارتباطتهای متفاوت زمینه الکتریکی هستند .

) این اثر درتغییر دهنده ها استفاده می شود 5.4.5.2 اثر فارادی The Faraday Effect اثر فارادی هنگامی که بعضی از مواد ا زجمله ( Yttrium – Iron – Garnet ) در یک میدان مغناطیسی قوی قرار می گیرند بدست می آید .

عبور نور در داخل مواد سطح قطبش آن را ( بردارهای میدان الکتریکی و مغناطیسی ) با یک مقدار شبیه طول و قدرت میدان مغناطیسی چرخانده است .

این می تواند مفید باشد اما حالت بسیار مهم آن است که اثر نامتقارن است عبور نور در یک جهت ممکن است قطبش آنرا درست 45 درجه چرخانده باشد .

عبور نور در جهت دیگر قطبش آن را به چپ با یک مقدار یکسان ( در این مورد 45 درجه ) خواهد چرخاند .

چرخش مخالف جهتهایی در ارتباط با جهت اشعه نور است اما در جهت مشابه ارتباط با Rotator جداکننده ها استفاده می شود در موقعیتهای بسیار تا نوری را که فقط در یک جهت عبور می کند فراهم کند .

این برای زمان اتصال یک لیزر به یک رشته ( فیبر ) لازم است .

نور منعکس شده می تواند باعث ناپایداری در لیزر و باعث بسیاری اثرات نامطلوب شود .

تعدادی از راههای ساختمان جداکننده ها وجود دارند و بیشتر اینها وابسته به اثرات یک راه است .

نور در حال آمدن اول با یک فیلتر قطبش دهنده مواجه می شود که همه قطبشها به جز آنها که در جهت قطبنده اند را برطرف می کند .

( این معنی میدهد که اگر نور در حال آمدن به نوبت قطبیده شود ما قصد داریم 50% آن را کم کنیم ) در خروج از فیلتر نور به طور عمودی قطبیده می شود .

قطبش نور ورودی سپس دوران فارادی را وارد می کند .

این ابزار ( تشریح شده در بالا ) قطبش را 45 به راست می چرخاند ( بدون شکست ) .

دومین فیلتر قطبنده در جلوی جهت زیادی است .

نور از بیان این فیلتر اکنون بدون شکست عبور خواهد کرد و آن در جهتی یکسان درست مانند قطبش نور در حال ورود تطبیق داده می شود .

اولیننور با یک قطبنده که فیلترها هر نوری را که در زاویه 45 درجه با خط قائم تطبیق نمی کند خارج می کنند مواجه می شود.

این امر چون که مانمی توانیم مطمئن باشیم از قطبش ناخواسته بازتابها لازم است دوران فارادی کلید عمل جداکننده است .

در جهت معکوس این وسیله قطبش را در خلاف جهت حرکت عقربه ساعت ( در اثر ارتباط با جهت انتشار ) خواهد چرخاند .

بنابراین عمل چرخاننده نامتقارن است .

در خروج از پرتو(نور) روتاتور (آلت دوار) فارادی که حالا پولاریز (قطبی) شده است در بعلت عمود بودن آن .

وقتی که آن (نور) برخورد می کند با فیلتر پلاریز سنیگ بعدی ، حذف خواهد شد (جذب می شود) .

مشکل این نوع از ایزولاتور (جداساز - مجزا کننده) این است که ، پلاریزاسیون (قطبش) ورودی نیاز داردبه هماهنگی (تطابق) در جهت یابی از یک جداساز .

اگر ورودی تا قطبیده (unpolarised) است ، پس ما از دست می دهیم یک نیمه از سیگنال (3dB) را .

اگر سیگنال قطبی شده و جهت یابی اشتباه است ، بنابراین ما می توانیم کل سیگنالها را از دست بدهیم .

بدتر از همه اینکه ، اگر پلاریزاسیون (قطبش) نوسان(اختلاف) داشته باشد با زمان (همانطور که بطور نرمال انجام می دهد بعد از یک سفر طولانی بر یک فیبر (طیف)) متغیر (بی‌ثبات) که تبدیل خواهد شد به بی ثباتی در کاهش (افت قدرت موج) .

نتیجه این تغییر اتفاقی در سطح (میزان) سیگنال است ، بعبارت دیگر - پارازیت و یا اختلال جدی .

این کاملاً به همان بدی ، آن صداها (پارازیت) نیست .

در بسیاری از مکانهایی که ما می خواهیم استفاده کنیم از یک مجزا کننده (جدا ساز) در پرتو (نور) .

بعنوان مثال ، در خروج از یک لیزر نیمه رسانایی .

هر چند در موقعیت های دیگر ، ما بیک وسیله (دستگاه مستقل پلاریزاسیون احتیاج داریم .

5-4-5-4 A Polarisation Independent Isolator یک مجزا کننده مستقل پلاریزاسیون (قطبش) : در بسیاری از بهره گیری ها (بکارگیری‌ها) ما قادربه کنترل پلاریزاسیون از وارد شدن به نور نیستیم.

در مواردی شبیه به این ، یک مجزا کننده مستقل پلاریزاسیون احتیاج است .

چنین مجزا کننده ای می تواند ساخته شود با جدا کردناشعه وارد شونده به دو راست گوشه (قائم ) پلاریزاسیون آن ، پردازش کردن‌آنها بطور جداگانه و سپس دوباره ترکیب کردن آنها در ورودی .

این یک فرایند مشابه است که استفاده می شود در انتشار دهنده ها .

در 1-6-4 توضیح داده شده است .

«انتشار دهنده ها - قادعده کلی از عملکرد».

4-5-6-Circulators :انتشار دهنده ها کارکرد اصلی و مهم از یک انتشار دهنده‌ ، توضیح داده شده در نور وارد می شود در هر پورت (مرز ورود / خروج) ویژه (می گوییم پورت1) حرکت می کند در اطراف انتشار دهنده و یافت می شود (می رود) به پورت بعدی (پورت 2) .

نور وارد می شود به پورت 2 و آنرا ترک می کند و به پورت 3 می رود و غیره .

وسیله هم اندازه (متقارن) است در محل عملکرد اطراف یک دایره .

انتشار دهنده ها ابزارهای (وسایل) میکروآپتیک هستند (وابسته به بینایی) و می توانند ساخته شوند با هر تعداد از پورت ها .

همچنین ، معمول است که ساخته شود در یک نوع نامتقارن ، جاییکه آخرین پورت (4) نمی تواند بچرخد(گردش کند) در اطراف پورت 1 .

در حالیکه این صرفه جوی در هزینه است اما این دلیل مهمی برای انجام دادن آن نیست .

اگر ما مطمئن شویم که پورت آخر نمی تواند در اطراف اولین پورت بچرخد ، ما می توانیم استفاده کنیم از این وسیله در سیستم های فوری که ارتباط دارد با لیزر ، ما مطمئن نیستیم و نمی خواهیم که سیگنالهای نادرست (ساختگی )‌به آن برگردند .

یکی از چیزهای تماشایی در انتشار دهنده این است که میزان ضایعات (اتلاف) در آن نسبتاً کم است .

وسایل مخصوص (نمونه) که ضایعات پورت - در پورت - را می دهد در بین 5dB و 1.5dB است .

انتشار دهنده ها وسایل چندکاره هستند و ممکن است مورد استفاده (بهره‌گیری)زیادی داشته باشند.مثالها وجود داد در 2-4-2-8 «انتشار‌دهنده‌ها با FBGs ، انتشار دهنده ها با «In - Fiber Bragg Gratings » ، اینجا یک پیوند (اتصال) دو جهتی (دو سویه) که تشکیل شده از دو رشته‌های فیبر (طیف) (هر کدام برای یک جهت) که مولتی پلکس (چند جانبه) در یک رشته سیگنال فیبر ممکن است بعنوان مثال این برای صرفه جویی در هزینه انجام شده باشد .

البته اگر شما کاری شبیه به این انجام دادید شما نیاز خواهیدداشت مراقبت مخصوص کنید برای به حداقل رساندن انعکاس ها بر اتصال (پیوند) .

5-2-3-1-Circulators - principle operation : عملکرد اصلی و مهم انتشار دهنده ها :‌ به خودی خود هیچ چیز جداگانه یا ساده اصلی در پس انتشار دهنده وجود ندارد .

انتشار دهنده ها ساخته شده اند از یک اجتماع از اجزاء (قطعه های) نوری .

طرحهای مختلفی از آن وجود دارد ، اما کلید اصلی آن شبیه (نظیر) مجزا کننده است .

نور حرکت می کند از یک جهت در سراسر یک روتاتور فارادی که حرکت وضعی(چرخشی) پلاریزاسیون دارند در یک جهت مخصوص .

نور وارد می‌شود به روتاتور فارادی از جهت مخالف که دارای حرکت چرخشی فاز (دوره) است در جهت مخالف (وابسته به جهتی که نور انتشار می یابد) .

روش دیگر برای ارزیابی آن ، این است که بگوییم که نور همیشه حرکت وضعی دارد در جهت مشاله (یکسان) در ارتباط با راتاتور (آلت دوار) بدون در نظر گرفتن جهت حرکت آن است .

با حضور غیرقابل پیش بینی پلاریزاسیون موضوع در اینجا سخت و پیچیده می شود .

ما می توانیم فیلتر ، پلاریزاسیون ناخواسته را بیرون بیاوریم ، اما ما نیمی ضایعات در نور خورشید خواهیم داشت (بصورت میانگین) اگر این کار را انجام دهیم ، و شاید هم بیشتر .

بنابراین ما تفکیک (تجزیه) می کنیم پرتو را به دو راست گوشه (قائم) قطبی شده پرتو و عمل (برخورد) می کنیم با هر پلاریزاسیون بطور جداگانه .

دو نیمه پرتو دوباره ترکیب می شوند قبل از ورود به پورت مقصد (هدف) .

نشان می دهد یک انتشار دهنده پورت 3 اصلی (مقدماتی) .

عملکرد اجزای آن به شرح ذیل است : Plarising Beam splitter club مکعب جدا شده ای که پرتو (شعاع) را وارد می کند بدو پرتو قطبی شده قائم .

نکات اصلی و مهم توضیح داده شده است در 5.4.4 ، «منشورهای شکافنده پرتو (نور) .

مجموعه قطع (جدا) شده -پیمودن انکسار مضاعف Block «walk-off» Briefriengent این فقط یک مجموعه از قطع کردن مواد انکسار مضاعف در محورهای اپتیک است .

یک برخورد اشعه در یک نوبت نرمال به سطح مشترک بلور - هوا است که جدا شده به دو شعاع هایی از پلاریزاسیون (قطبش) قائم .

اشعه معمولی نمی تواند منکسر شود (شکسته شود) و بدون تاثیر و اثر عبور کند .

اشعه غیرعادی در یک نوبت نرمال(همزمان) منکسر شده است .

Fraday Rotator and phase plate راتاتور (آلت دوار) فارادی و صفحه فاز : این ترکیب عبور نور در مسیر ، اصلاً تغییری نکرده است در مسیر مخالف ، پلاریزاسیون همراه نور وارد شونده است و حرکت وضعی (چرخشی به اندازه است .

در مسیر راست به چپ راتاتور فارادی یک گردش فاز به اندازه ( در جهت عقربه های ساعت) منتقل می کند و صفحه فاز بر محور خویش می چرخد (حرکت دوران) ، که نور دیگری با همان اندازه و در جهت عقربه های ساعت منتقل می کند .

بنابراین ما بدست می آوریم یک چرخش (دور کامل) خالص در جهت عقربه های ساعت .

در مسیر چپ به راست صفحه فاز می چرخد و نور مشابه و همانند قبل ، به اندازه اما ، مخالف عقربه های ساعت است (نسبت به مسیر اشعه) .

هر چند راتاتور فارادی حرکت وضعی دارد ، بعبارت دیگر فاز در جهت عقربه های ساعت است به اندازه یکسان .

این فاز است که در مسیر مخالف حرکت وضعی دارد .

پس هیچ تغییر خالص در پلاریزاسیون وجود ندارد (البته در تمرین کردن ضایعات و تلفات بعلت انعکاس نقص در وسیله ساخته شده وجود دارند) .

همانطور که در مشهود است نور از پورت 1 به پورت 2 حرکت می کند به شرح ذیل : 1-یک اشعه (تابش) وارد پورت 1 شده جدا می شود بدو اشعه جداگانه در پلاریزاسیون قائم (راست گوشه) .

اشعه معمولی از این وسط (میان) عبور می‌کند بدون اینکه منکسر شود ، اما اشعه غیرعادی قطبی شده بطور راست گوشه (قائم) شکسته می شود .

2-هر دو اشعه حرکت می کنند از راست به چپ از میان راتاتور فارادی و صفحات فاز هر دو به اندازه می چرخد .

3-سپس دو اشعه برخورد می کنند با مجموعه جدا شده - پیمودن انکسار نور مضاعف (مجموعه B)که مشابه یمسان است با اولی .

تاثیر و اثر متعلق به گردش فاز در مرحله قبلی ، در تعویض و تغییر وضعیت مربوط به اشعه ها بود .

اشعه معمولی در مجموعه A (منکسر نشده است) تبدیل می شود به اشعه غیرعادی در مجموعه B (که در اینجا شکسته می شود ) .

اشعه غیرعادی در مجموعه A (مسیر بالای عکس) تبدیل می شود بیک اشعه معمولی در مجموعه B ( در اینجا منکسر نشده است ) .

نور منکسر شده مجدداً ترکیب می شود .

همانطور که نشان داده شده و سپس وارد پورت 2 می شود .

هر جفت رشته‌ها (مربوط به نور) بطور طبیعی در ورودی و خروجی از یک عدسی (لنز) با گونهع های مختلف استفاده می کنند .

ممکن است در اینجا یک نمونه مخصوص عدسی GRIN استفاده شده باشد .

مسیر پورت 2 به پورت 3 شامل این نکات می شود : 1-نوری که به پورت 3 وارد می شود در مجموعه B جدا می شود .

2-حرکت کردن در مسیر معکوس (وارونه) در پلاریزاسیون متعلق به هر دو اشعه ، بدون تغییر است.

3-انکسار مضاعف مجموعه A حالا اشعه تغییر نیافته بالایی را عبور می دهد اما اشع تغییر مکان می دهد به سمت پایین و بیشتر دور می شود .

4-سپس هر دو اشعه دوباره ترکیب شده و استفاده می کنند از منشور بازتابنده (منعکس کننده) و مکعب شکافنده پرتوی قطبی شده .

در اینجا توجه کنید که اگر شما فقط با پورتهای 1 و 2 در ارتباط هستید (تماس دارید) در انتشار دهنده ، می توانید استفاده کنید از یک جداساز (مجزا کننده) !

قطعاً اگر شما مکعب شکافنده پرتو و منشور بازتابنده را رها کنید (کنار بگذارید) ، در این صورت شما دارای یک جداساز مستقل قطبش (پلاریزاسیون) عالی می شوید (با ضایعات خیلی کم) .

یک مسیر از پورت 3 به پورت 1 می تواند ساخته شود توسط اضافه کردن (افزودن) قطعات اضافی ، هر چند ، برای بیشتر کاربردها (بهره گیری) این غیرضروری است همانطور که ما می خواهیم در هر صورت از پورت 3 ارتباط (تماس) داشته باشیم .

روشهای زیادی وجود دارند برای ساختن انتشار دهنده ها (هم پورت 3 و هم پورت 4) .

تمام این روشها استفاه می کنند از ترکیب های مربوط به این قطعات و مشابهت اصلی و مهم آنها در بالا توصیف و شرح داده شد .

بزرگترین مشکل در ارتباط با انتشار دهنده ها این است که ، قطعات (اجزای سازنده) آن باید طوری ساخته و تولید شوند که انعطاف تنگاتنگ با یکدیگر داشته باشند و بطور بینهایت دقیقی قرار گرفته باشند .

این کارها موجب می شود هزینه آن نسبتاً بالا برود .