Springen naar inhoud

Glasvezel


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Mrtn

    Mrtn


  • >1k berichten
  • 4220 berichten
  • VIP

Geplaatst op 14 maart 2011 - 11:47

Sinds een tijdje zit ik te stoeien met optica en heb daar weinig ervaring mee. Als ik mij probeer in te lezen kom ik vaak stukken tegen die uitgaan van veel voorkennis en dus is het soms weinig toegankelijk geschreven.
Een van de begrippen waar ik moeite mee heb is de zogenaamde 'mode', gedefinieerd als

Definition: self-consistent electric field distributions in waveguides, optical resonators or in free space

. Ik snap niet goed wat er staat en derhalve is het verschil tussen milti-mode en single-mode fibers me niet duidelijk. Kan iemand mij daarbij helpen? Misschien dat fig. 2 daarbij kan helpen?
Of course, the theory of relativity only works if you're going west.
-Calvin-

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Rude

    Rude


  • >250 berichten
  • 393 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 16 maart 2011 - 22:36

jeps, figuur 2 kan daar zeker bij helpen :-)

ik ben het niet helemaal eens met de uitspraak van meneer Paschotta (die van RP-Photonics) dat een mode ook in free space bestaat. In free space noemen we het normaal een bundelprofiel, in waveguides noemen we het een mode profile, in een optical resonator is een mode een resonante golflengte.

l=0, m=0 heet de TEM00 mode. dat is een gaussisch bundelprofiel (in golfgeleiders heet dit "mode-profiel") en de laagst mogelijke modus in een golfgeleider. als je een TEM00 mode in je golfgeleider hebt, heet je golfgeleider "single-mode". Da's dus het plaatje links bovenin in figuur 2.

alles hoger dan TEM00, dus TEM01, TEM10, enz, heet multi-mode. (alle andere plaatjes)

je kunt het volledig uitrekenen, en dan komt er precies dit uit.

gevoelsmatig is het iets lastiger te begrijpen, en ik moet eerlijk zeggen dat ik het zelf ook niet volledig begrijp, hoewel ik het begrip wel dagelijks gebruik... Ik zal nog eens nadenken over een gevoelsmatige oplossing...
Het is zwart met een witte dop en het lijnt je opstelling uit... Calibrero
Het is groen en het synchroniseert je signaal... Kermit de Trigger
Als je teveel energie hebt, kun je beter een andere baan zoeken.

#3

317070

    317070


  • >5k berichten
  • 5567 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 16 maart 2011 - 23:59

en derhalve is het verschil tussen milti-mode en single-mode fibers me niet duidelijk. Kan iemand mij daarbij helpen? Misschien dat fig. 2 daarbij kan helpen?

Wat is het specifiek dat je er niet aan begrijpt? Dan kan ik misschien wat gerichter uitleg geven als ik een antwoord weet...

Weet je wat de verschillende modes betekenen? Weet je waarom het belangrijk kan zijn om single mode te werken? Weet je hoe het komt dat een waveguide slechts bepaalde modes kan doorlaten?

In jip-en-janneketaal is het verschil tussen een multimode en singlemode fiber dat de ene optisch gezien "groter" is dan de andere. Grotere modes zijn namelijk "breder", en als de golfgeleider te smal is, gaat die grotere mode niet meer geleiden door de golfgeleider, maar slechts een evanescente wave zijn (sorry, ken ik geen Nederlandse vertaling voor)

Een beetje zoals blokken in een bouwdoos. Als je golfgeleider bijvoorbeeld een rechthoekig gat is, en 2x zo lang is als breed, dan passen de blokken TEM00 en TEM10 er in. TEM20 en TEM01 zijn te groot. Als je je rechthoekig gat/golfgeleider nu dubbel zo breed maakt, zodat hij vierkant wordt, past TEM01 er ook door. (Deze analogie kan je vrij letterlijk nemen)
Geplaatste afbeelding
What it all comes down to, is that I haven't got it all figured out just yet
And I've got one hand in my pocket and the other one is giving the peace sign
-Alanis Morisette-

#4

Mrtn

    Mrtn


  • >1k berichten
  • 4220 berichten
  • VIP

Geplaatst op 17 maart 2011 - 14:31

Dank voor de reacties

Wat is het specifiek dat je er niet aan begrijpt? Dan kan ik misschien wat gerichter uitleg geven als ik een antwoord weet...

Daar ga ik proberen heen te schrijven. Mijn vak is meer in de hoek van neuroscience en de zeer recente toevoeging van optics vereist dat ik me wat meer verdiep in optics. Helaas lijkt het zo te zijn dat de meeste sites die dit onderwerp behandenen (zoals rp-photonics), begrippen als 'mode' als voorkennis te beschouwen.

Weet je wat de verschillende modes betekenen? Weet je waarom het belangrijk kan zijn om single mode te werken? Weet je hoe het komt dat een waveguide slechts bepaalde modes kan doorlaten?

Nee, nee en nee ;)

In jip-en-janneketaal is het verschil tussen een multimode en singlemode fiber dat de ene optisch gezien "groter" is dan de andere.

Even zien, hoe leg ik dit duidelijk uit.
TEM, Transverse ElectroMagnetic, beschrijft het golfkarakter van licht? Als je in het eindje van een glasvezel kijkt zou een enkele golf er als een streep uit zien, bijvoorbeeld vertikaal. Of gaat dit over het profiel dat licht zou tekenen in zijn reflectie van de overgang naar cladding? Dit is dan specifiek voor glasvezels neem ik aan.
Ik stel me bij TEM00 voor: als je niet 1 maar een flink aantal golven hebt, krijg je een profiel zoals TEM00.
Waar staan de l en m voor in relatie tot TEM profielen? Voorbeeld: l=1, m=1 staat gelijk aan TEM10 (wat ik nu lees als TEM 1 komma nul overigens, niet als tien).

(..) de laagst mogelijke modus in een golfgeleider

Mode is geen intuitief begrip, zoveel is me duidelijk want ik kan maar niet plaatsen wat het woord mode daar doet en wat het beschrijft aan het licht of de vezel.

Als je golfgeleider bijvoorbeeld een rechthoekig gat is, en 2x zo lang is als breed, dan passen de blokken TEM00 en TEM10 er in. TEM20 en TEM01 zijn te groot.

Hang on, deze rechthoek is twee keer hoger dan hij breed is? Dan zou ik verwachten dat TEM00 en 01 erdoor passen. Niet TEM10. Als je hem vervolgens vierkant maakt zou ik TEM00, 01, 10 en 11 verwachten. Waar ga ik fout?

Thanks heaps :P
Of course, the theory of relativity only works if you're going west.
-Calvin-

#5

Mrtn

    Mrtn


  • >1k berichten
  • 4220 berichten
  • VIP

Geplaatst op 18 maart 2011 - 15:15

Ok, ik ben weer iets verder. In (step index) multimode vezels verwacht ik het probleem dat verschillende path lengths van verschillende modi, ellende veroorzaken in toepassingen zoals telefonie. Mag ik een mode vergelijken met een enkele 'ray', een enkel (?) foton dat door de geleider stuitert?
Of course, the theory of relativity only works if you're going west.
-Calvin-

#6

317070

    317070


  • >5k berichten
  • 5567 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 19 maart 2011 - 15:17

Ok, ik ben weer iets verder. In (step index) multimode vezels verwacht ik het probleem dat verschillende path lengths van verschillende modi, ellende veroorzaken in toepassingen zoals telefonie. Mag ik een mode vergelijken met een enkele 'ray', een enkel (?) foton dat door de geleider stuitert?

Euhm, nee... ;)

Modes zijn een gevolg van de wetten van Maxwell, een veldentheorie. Je kunt het dus beter niet bekijken in termen van fotonen. Het draait hier om magnetische en elektrische velden.

Je kunt licht dat door een geleider gaat, splitsen in allemaal modes. Je kunt een dwarsdoorsnede van je golfgeleider maken en daarin het elektrische veld bekijken. Ieder mogelijk dwarsdoorsnede kun je dan altijd opsplitsen in een lineaire combinatie van alle mogelijke modes: in feite volledig analoog met het splitsen van een functie in sinussen en cosinussen via een fouriertransformatie.

Verborgen inhoud
Kijk anders eens hier voor een visualisatie van wat je je bij deze afbeeldingen moet voorstellen. Geplaatste afbeelding
Deze dwarsdoorsneden planten zich op hun beurt nog voort door de golfgeleider.
Geplaatste afbeelding


Maar, in de fotonica hebben niet alle modes dezelfde groeps- en fasesnelheid. Niet eens alle modes gaan geleiden (omdat ze te breed zijn om in de golfgeleider te passen). Dit levert allerhande problemen op. Een eerste probleem is dat grotere modes trager propageren dan lagere modes. Dit zorgt voor een Group delay distortion, een uitsmeren van het signaal. Dit is in fotonentaal equivalent met de verschillende pathlengths.

Een ander (en in het algemeen groter probleem) is dat een detector op het einde van een golfgeleider gewoonlijk het gemiddelde neemt over de volledige geleider om het signaal te detecteren en bijvoorbeeld om te zetten in een elektrisch signaal. Maar bij grotere modes is dat dus problematisch. Hoewel ze een deel van de signaalenergie bevatten, zijn ze op die manier niet of nauwelijks te detecteren. Vandaar de voorkeur voor single-mode fibers.
What it all comes down to, is that I haven't got it all figured out just yet
And I've got one hand in my pocket and the other one is giving the peace sign
-Alanis Morisette-

#7

Mrtn

    Mrtn


  • >1k berichten
  • 4220 berichten
  • VIP

Geplaatst op 21 maart 2011 - 17:15

...even hardop denken:
Single-mode fiber: de totale hoeveelheid energie die een golf bezit is gelijk op elk vlak waar je een doorsnede maakt in de waveguide (voor mij een 200um glasvezel) maar het profiel ervan kan verschillen. De variabelen zijn amplitude en fase, right?
Een benadering van de simpelste mode is een energieverdeling die in de doorsnede van een waveguide een Gauss-verdeling kent. Deze benadering kan alleen in theorie want in praktijk geldt dat een Gauss-verdeling een asymptoot is en dus een oneindig groot oppervlak vereist. Blijkbaar komt de praktijk er aardig in de buurt?

Helaas heb ik ruim onvoldoende inzicht in wiskunde voor een fatsoenlijk niveau van begrip van Maxwell's vergelijkingen. Is er toch, op een soort van eenvoudige manier, uit te leggen wat de verschillen zijn tussen modi: wat de bron is van de verschillende profielen, zoals de horizontale en verticale verdelingen?
317070, in je linkje, wat is de richting van voortplanting? Kijken we weer op de dwarsdoorsnede van een waveguide?
Of course, the theory of relativity only works if you're going west.
-Calvin-

#8

317070

    317070


  • >5k berichten
  • 5567 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 21 maart 2011 - 19:53

[quote name='Mrtn' post='661980' date='21 March 2011, 17:15']...even hardop denken:
Single-mode fiber: de totale hoeveelheid energie die een golf bezit is gelijk op elk vlak waar je een doorsnede maakt in de waveguide (voor mij een 200um glasvezel) maar het profiel ervan kan verschillen. De variabelen zijn amplitude en fase, right?[/quote]
Euhm... je komt al dichter ;)
Bericht bekijken
Een benadering van de simpelste mode is een energieverdeling die in de doorsnede van een waveguide een Gauss-verdeling kent. Deze benadering kan alleen in theorie want in praktijk geldt dat een Gauss-verdeling een asymptoot is en dus een oneindig groot oppervlak vereist. Blijkbaar komt de praktijk er aardig in de buurt?[/quote]
In een oneindige ruimte voldoet dat inderdaad min of meer aan een Gauss-verdeling. In een golfgeleider moet je dat dan corrigeren met een Laguerre polynoom. Zie Bericht bekijken
Helaas heb ik ruim onvoldoende inzicht in wiskunde voor een fatsoenlijk niveau van begrip van Maxwell's vergelijkingen. Is er toch, op een soort van eenvoudige manier, uit te leggen wat de verschillen zijn tussen modi: wat de bron is van de verschillende profielen, zoals de horizontale en verticale verdelingen?[/quote]
Simpel, de vergelijkingen van Maxwell hebben een aantal eigenfuncties die overeenkomen met verschillende eigenwaarden van het stelsel van vergelijkingen van Maxwell in een golfgeleider. Ik weet dat dat de reden is, maar ik denk dat dat voor jou toch net zo Chinees is als voor mij.
[quote name='http://en.wikipedia.org/wiki/Waveguide_%28electromagnetism%29']Electromagnetic waveguides are analyzed by solving Maxwell's equations, or their reduced form, the electromagnetic wave equation, with boundary conditions determined by the properties of the materials and their interfaces. These equations have multiple solutions, or modes, which are eigenfunctions of the equation system. Each mode is therefore characterized by an eigenvalue, which corresponds to a cutoff frequency below which the mode cannot exist in the guide.[/quote]

[quote name='Mrtn' post='661980' date='21 March 2011, 17:15']317070, in je linkje, wat is de richting van voortplanting? Kijken we weer op de dwarsdoorsnede van een waveguide?[/quote]
Klopt
What it all comes down to, is that I haven't got it all figured out just yet
And I've got one hand in my pocket and the other one is giving the peace sign
-Alanis Morisette-

#9

Mrtn

    Mrtn


  • >1k berichten
  • 4220 berichten
  • VIP

Geplaatst op 24 maart 2011 - 11:16

Het moest nog even bezinken maar met je laatste uitleg vielen enkele zaken op de plek. Dit komt natuurlijk niet in de buurt van het inzicht dat drie 6-studiepuntenvakken met zich mee brengen maar het is goed genoeg voor nu.
Enorm bedankt voor je hulp!
Geen noodzaak voor disclaimers overigens, liever degelijk dan half werk ;)
Verborgen inhoud
..de realisatie hoe weinig ik van dit gehele vakgebied weet is stukken pijnlijker :P

Veranderd door Mrtn, 24 maart 2011 - 11:18

Of course, the theory of relativity only works if you're going west.
-Calvin-





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures