СТРЕЛКА волновод
В оптике СТРЕЛКА ) — ( антирезонансный отражающий оптический волновод это тип волновода, использующий принцип тонкопленочной интерференции для направления света с низкими потерями. Он состоит из антирезонансного отражателя Фабри – Перо . Оптическая мода является утечкой, но распространения с относительно низкими потерями можно добиться, сделав отражатель Фабри – Перо достаточно высокого качества или небольшого размера.
Принципы работы
[ редактировать ]
ARROW опирается на принцип тонкопленочной интерференции. Он создается путем формирования полости Фабри-Перо в поперечном направлении с облицовочными слоями, которые действуют как эталоны Фабри-Перо . [1] Эталон Фабри-Перо находится в резонансе, когда свет в слое конструктивно интерферирует сам с собой, что приводит к высокому пропусканию. Антирезонанс возникает, когда свет в слое деструктивно интерферирует сам с собой, что приводит к невозможности прохождения через эталон.
Показатели преломления направляющего сердечника (n c ) и слоев оболочки (n j , ni ) важны и тщательно выбираются. Чтобы возник антирезонанс, n c должно быть меньше n j . В типичной системе со сплошным сердечником СТРЕЛКА, как показано на рисунке, волновод состоит из направляющего сердечника с низким показателем преломления, ограниченного на верхней поверхности воздухом, а на нижней поверхности - антирезонансными отражающими слоями оболочки с более высоким показателем преломления. Удержание света на верхней поверхности направляющего сердечника обеспечивается за счет полного внутреннего отражения воздухом, а удержание на нижней поверхности — за счет интерференции, создаваемой антирезонансными слоями оболочки.
Толщину антирезонансного облицовочного слоя (t j ) СТРЕЛЫ также необходимо тщательно выбирать для достижения антирезонанса. Его можно рассчитать по следующей формуле:
![{\displaystyle t_{j}={\lambda \over 4n_{j}}(2N-1)[1-{n_{c}^{2} \over n_{j}^{2}}+{\lambda ^{2} \over 4n_{j}^{2}t_{c}^{2}}]^{-1/2},N=1,2,3,...}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3f4f096ba8cab11c03a6a5270b32b069dcae0e5b)
- = толщина антирезонансного облицовочного слоя
- = толщина направляющего слоя сердцевины
- = длина волны
- = показатель преломления антирезонансного плакирующего слоя
- = показатель преломления ведущего слоя сердцевины
пока
Соображения
[ редактировать ]СТРЕЛКИ могут быть реализованы как цилиндрические волноводы (2D-удержание) или пластинчатые волноводы (1D-удержание). Последние СТРЕЛКИ практически образованы слоем с низким индексом, встроенным между слоями с более высоким индексом. Обратите внимание, что показатели преломления этих СТРЕЛ обратные по сравнению с обычными волноводами. Свет удерживается за счет полного внутреннего отражения (TIR) внутри слоев с более высоким индексом, но обеспечивает значительное модальное перекрытие с центральным объемом с более низким индексом.
Это сильное перекрытие можно сделать правдоподобным, если представить упрощенную картину «лучей», как в геометрической оптике . Такие лучи преломляются под очень малым углом при входе во внутренний слой с низким показателем преломления. Таким образом, можно использовать метафору о том, что эти лучи «очень долго остаются внутри» внутреннего слоя с низким индексом. Обратите внимание, что это всего лишь метафора, и объяснительная сила лучевой оптики очень ограничена для микрометровых масштабов, в которых обычно изготавливаются эти СТРЕЛКИ.
Приложения
[ редактировать ]СТРЕЛКИ часто используются для направления света в жидкостях, особенно в фотонных лабораторных аналитических системах (PhLoC). [2] [3] [4] [5] Обычные волноводы основаны на принципе полного внутреннего отражения, которое может произойти только в том случае, если показатель преломления материала направляющего сердечника больше, чем показатели преломления его окружения. Однако материалы, используемые для изготовления направляющего сердечника, обычно представляют собой материалы на основе полимеров и кремния, которые имеют более высокие показатели преломления (n = 1,4-3,5), чем у воды (n = 1,33). В результате обычный волновод с полым сердечником перестает работать после заполнения водным раствором, что делает PhLoC бесполезными. СТРЕЛКА, с другой стороны, может быть заполнена жидкостью, поскольку она полностью ограничивает свет за счет интерференции, что требует, чтобы показатель преломления направляющего сердечника был ниже показателя преломления окружающих материалов. Таким образом, ARROW становятся идеальными строительными блоками для PhLoC.
Хотя ARROW имеют большое преимущество перед обычными волноводами при создании PhLoC, они не идеальны. Основная проблема ARROW – нежелательная потеря света. Потеря света ARROW снижает соотношение сигнал/шум PhLoC. Для решения этой проблемы были разработаны и протестированы различные версии ARROW. [6]
См. также
[ редактировать ]Внешние ссылки
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дюге, Массачусетс; Кокубун Ю.; Кох, ТЛ; Пфайффер, Лорен (7 июля 1986 г.). «Антирезонансные отражающие оптические волноводы в многослойных структурах SiO2‐Si» . Письма по прикладной физике . 49 (1): 13–15. Бибкод : 1986АпФЛ..49...13Д . дои : 10.1063/1.97085 . hdl : 10131/8010 . ISSN 0003-6951 . S2CID 123001099 .
- ^ Кэтлин, Бейтс Э.; Лу, Ханг (26 апреля 2016 г.). «Интегрированные в оптику микрофлюидные платформы для биомолекулярного анализа» . Биофизический журнал . 110 (8): 1684–1697. Бибкод : 2016BpJ...110.1684B . дои : 10.1016/j.bpj.2016.03.018 . ПМЦ 4850344 . ПМИД 27119629 .
- ^ Шмидт, Хольгер; Инь, Дунлян; Димер, Дэвид В.; Барбер, Джон П.; Хокинс, Аарон Р. (2 августа 2004 г.). Добиш, Элизабет А; Эльдада, Луэй А. (ред.). «Интегрированные волноводы ARROW для измерения газа/жидкости» . Наноинженерия: производство, свойства, оптика и устройства . 5515 : 67. Бибкод : 2004SPIE.5515...67S . дои : 10.1117/12.558946 . S2CID 137407772 .
- ^ Инь, Д.; Шмидт, Х.; Барбер, JP; Хокинс, Арканзас (14 июня 2004 г.). «Интегрированные волноводы ARROW с полыми сердечниками» . Оптика Экспресс . 12 (12): 2710–5. Бибкод : 2004OExpr..12.2710Y . дои : 10.1364/OPEX.12.002710 . ISSN 1094-4087 . ПМИД 19475112 .
- ^ Кай, Х.; Паркс, JW; Уолл, штат Техас; Стотт, Массачусетс; Стамбо, А.; Альфсон, К.; Гриффитс, А.; Мэтис, РА; Каррион, Р. (25 сентября 2015 г.). «Система оптофлюидного анализа для прямого обнаружения инфекции Эбола без амплификации» . Научные отчеты . 5 : 14494. Бибкод : 2015NatSR...514494C . дои : 10.1038/srep14494 . ISSN 2045-2322 . ПМК 4585921 . ПМИД 26404403 .
- ^ Уолл, Томас А.; Чу, Роджер П.; Паркс, Джошуа В.; Озчелик, Дамла; Шмидт, Хольгер; Хокинс, Аарон Р. (01 января 2016 г.). «Повышение экологической устойчивости волноводов SiO2, осажденных методом химического осаждения из паровой фазы с использованием плазмы, с использованием конструкций скрытых каналов» . Оптическая инженерия . 55 (4): 040501. Бибкод : 2016OptEn..55d0501W . дои : 10.1117/1.OE.55.4.040501 . ISSN 0091-3286 . ПМЦ 5298888 . ПМИД 28190901 .