Թելքային օպտիկա

Թելքային օպտիկա, օպտիկայի կարևորագույն բաժիններից մեկը։

Տվյալ եզրույթի տակ հասկանում են.

 օպտիկայի բաժին, որն ուսումնասիրում է ֆիզիկական երևույթները, որոնք տեղի են ունենում և ընթանում են օպտիկական թելքերում, կամ

 ճշգրիտ մեքենաշինության ճյուղերի արտադրանքներ, որոնք պարունակում են օպտիկական թելքերի վրա հիմնված բաղադրիչներ։

Թելքաօպտիկական սարքերը ներառում են լազերներ, ուժեղարարներ, մուլտիպլեքսորներ, դեմուլտիպլեքսորներ և մի շարք այլ սարքեր։ Թելքաօպտիկական բաղադրիչները ներառում են մեկուսիչներ, հայելիներ, միակցիչներ, ճյուղավորիչներ և այլն։ Թելքաօպտիկական սարքի հիմքը դրա օպտիկական սխեման է՝ որոշակի հաջորդականությամբ միացված թելքաօպտիկական բաղադրիչների մի շարք։ Օպտիկական սխեմաները կարող են լինել փակ կամ բաց, հետադարձ կապով կամ առանց դրա։

Լազեր 
Առաջին (1) նկարում ցուցադրված է օպտիկաթելքային լազերի պարզագույն սխեման։ Տառերով նշված են. А — ակտիվ թելքը, Д — մղման դիոդ, M1 և M2 — հայելիներ։ Ինչպես և սովորական լազերների դեպքում, այստեղ մենք ունենք ակտիվ միջավայրով ռեզոնատոր, որը ձևավորված է ակտիվ թելքից  և հայելիներով։ Հայելիները հետադարձ կապ են ապահովում։ Հայելիներից մեկը կարող է ունենալ 100% անդրադարձում։ Այդ դեպքում ճառագայթումը դուրս կգա միայն ռեզոնատորի հակառակ ծայրից։ Կարող է մղման մի քանի դիոդ լինել, իսկ տեղակայվել դրանք կարող են ռեզոնատորի տարբեր կողմերից։

Ուժեղարար 
Երկրորդ (2) նկարում ցուցադրված է օպտիկաթելքային ուժեղարարի ամենապարզ սխեման։ Այն նման է լազերային սխեմային, միայն այն բացառությամբ, որ հայելիները փոխարինվում են մեկուսիչներով՝ հետադարձ կապը խլացնելու համար։ Մեկուսիչներն անցկացնում են լույսը միայն մեկ ուղղությամբ։

Թելքաօպտիկական բաղադրիչների կառուցվածքը

Հայելիներ և զտիչներ 
Հայելին այն բաղադրիչն է, որն անդրադարձնում է որոշակի հաճախության ճառագայթումը որոշակի անդրադարձման գործակցով։ Զտիչը, իր հերթին, բաց է թողնում է որոշակի հաճախության ճառագայթումը, սովորաբար նեղ հաճախայան միջակայքում, իսկ մնացած ճառագայթումը կլանում է կամ ցրում։ Հայելիների և զտիչների արտադրության համար օգտագործվում են դիֆրակցիոն ցանցեր, որոնք նշված են թելքի միջուկի հատվածում։ Գծիկների անալոգը կատարում է ուլտրամանուշակագույն լուսահարումը, որը փոխում է թելքի հատկությունները ճառագայթման կետում։ Միևնույն դիֆրակցիոն ցանցն ազդանշանի տարբեր հաճախությունների համար կլինի կամ հայելի կամ զտիչ։ Երկարաժամկետ թելքային ցանցերի հիման վրա կարող են ստեղծվել լայնաշերտ զտիչներ, որոնք կլանում են ալիքների երկարությունների որոշակի միջակայքում։

Միավորիչներ և ճյուղավորիչներ 
Դրանք երկու զուգահեռ թելքեր են, որոնք զուրկ են պատյանից և շփվում են միմյանց հետ։ Թելքերի շփումը և ամրակցումը կատարվում է բարձր ջերմաստիճաններում — թելքի հալման կետից բարձր։ Այսպիսով, թելքերի հատվածները միաձուլվում են։ Կախված ընդհանուր հատվածի երկարությունից, ալիքների ինտերֆերենցիայի արդյունքում երկու ելքային թելքերից կարելի է ստանալ ելքային ազդանշանի կամայական բաժանման գործակից։

Միավորիչները և ճյուղավորիչները կարող են նաև կառուցվել միկրոօպտիկայի տարրերի հիման վրա, ներառյալ միկրոոսպնյակները և մասնակի թափանցիկ հայելիներ՝ սահմանված բաժանման գործակցով։

Հայտնի են 1980-ականների օրինակներ, որոնք ողորկված էին մինչև լուսատար ջիղը և մեխանիկորեն միացված թելքերով։ Սակայն առավել տարածված են միաձուլվածները։

Ակտիվ թելք 
Թելք, որը կարող է ուժեղացնել ազդանշանը կամ որոշակի հաճախություն ունեցող ազդանշան առաջացնել։ Դա ձեռք է բերվում հազվագյուտ հողային մետաղներ քվարցայի թելքի մեջ ներմուծելով՝ կախված ուժեղացման պահանջվող հաճախությունից։ Այսպիսով, իտերբիումի (Yb) խառնուկները ուժեղացում են տալիս 1,06 մկմ ալիքի երկարության դեպքում, իսկ էրբիումի  (Er) խառնուկները՝ 1,5 մկմ ալիքի երկարության դեպքում։ Ուժեղացման գագաթնակետը որոշվում է այս կամ այն խառնուկի թափանցիկության գագաթնակետով։

Պասիվ թելք 
Ուժեղացման հատկություններ չունեցող թելք։ Օգտագործվում է թելքաօպտիկական բաղադրիչները միմյանց միացնելու, ինչպես նաև օպտիկական սխեմայի ընդհանուր երկարությունը մեծացնելու համար, երբ դա անհրաժեշտ է։

Մղման դիոդներ 
Ինչպես և սովորական լազերների դեպքում, ակտիվ միջավայրի մղումն անհրաժեշտ է ուժեղացումն ու գեներացումը սկսելու համար։ Ակտիվ թելքերի մղման համար օգտագործվում են կիսահաղորդչային լազերային դիոդներ։ Կիսահաղորդչային բյուրեղի ելքում լազերային փունջը կոլիմացնում են է և ներմուծում թելքի մեջ։ Մղման դիոդների ալիքի երկարության ընտրությունը պայմանավորված է ակտիվ թելքերի կլանման գագաթնակետերով, որոնք ընկնում են նեղ միջակայքերի 0,81 մկմ, 0,98 մկմ և 1,48 մկմ շրջանների վրա։ Իտերբիումի թելքերի համար մղումն առավել արդյունավետ է 0,95–0,98 մկմ միջակայքում։

Դիտելով մղման և ազդանշանի ալիքների երկարությունների հարաբերակցությանը՝ կարելի է որոշել լազերների և ուժեղարարների առավելագույն հնարավոր ՕԳԳ-ն։ Իտերբիումի թելքերի համար այն կկազմի 0,95 ։ 1,06 = 90%։ Գործնականում արդյունավետությունը, իհարկե, ավելի ցածր է։

Թելքի տեսակներ 

Բազմամոդ թելք
Միամոդ թելք

Բազմամոդ թելքերն օգտագործում են կարճ հեռավորության վրա կապ հաստատելու համար։ Միամոդ թելքերն օգտագործվում են ավելի մեծ հեռավորությունների վրա, քան 1000 մետրն է։

Նշանակություն 
Թելքային օպտիկայում լույսը կարելի է հաղորդել լուսատարներով՝ օգտագործելով լրիվ անդրադարձման երևույթը։ Լուսատարն ապակե գլանաձև թելք է, որը պատված է թելքի բեկման ցուցչից փոքր բեկման ցուցիչ ունեցող թափանցիկ նյութի թաղանթով։ Բազմիցս անդրադառնալով՝ լույսը տարածվում է լուսատարով, անկախ այն բանից՝ լուսատարն ուղի՞ղ է, թե՞ կոր։ Ժամանակակից լուսատարներն ունեն շատ փոքր տրամագիծ։ Այդ լուսատարներից խուրձ են կազմում՝ նրա մեջ ընդգրկելով տասնյակ հազարավոր լուսատարներ։ Խրձում յուրաքանչյուր լուսատարով հաղորդվում է պատկերի մի տարր, իսկ խուրձը հաղորդում է ամբողջական պատկերը:Ներկայումս հեռուստատեսային կապի զգալի մասն իրականացվում է լուսատարներով. պատկերները հաղորդում են լույսի միջոցով։ Թելքային օպտիկան նորանոր կիրառություններ է գտնում տեխնիկայում և բժշկության մեջ։ Մարդու ներքին օրգանների, մասնավորապես ստամոքսի հետազոտման համար օգտագործում են թելքային ստամոքսադիտակ՝ բաղկացած երկու լուսատարից։ Լուսատարները կերակրափողով իջեցվում են ստամոքս. մի լուսատարով լուսավորում են ստամոքսը, մյուսով՝ դիտում։

Ծանոթագրություններ

Գրականություն 
Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика: теория и практика. Пер. с англ. — М.: «КУДИЦ-ПРЕСС», 2008. — С. 320. — ISBN 978-5-91136-048-1
Օպտիկա