Optical Waveguides: 'ເສັ້ນທາງຂອງແສງ' ຈາກຊິບໂຟໂຕນິກໄປຫາແວ່ນຕາ AR

ໃນແວ່ນຕາ AR, ທິດທາງຄື້ນແສງແມ່ນອົງປະກອບ optical ຫຼັກທີ່ກໍານົດປະສົບການການສະແດງ. ມັນສົ່ງຮູບພາບທີ່ຜະລິດໂດຍເຄື່ອງຈັກ optical ເຂົ້າໄປໃນເລນແລະນໍາມັນໄປຫາຕາຂອງຜູ້ໃຊ້ໂດຍຜ່ານໂຄງສ້າງສະເພາະ, ໃນຂະນະທີ່ຮັກສາຄວາມໂປ່ງໃສຂອງເລນເພື່ອໃຫ້ຜູ້ໃຊ້ສາມາດເບິ່ງທັງໂລກທີ່ແທ້ຈິງແລະຂໍ້ມູນ virtual ພ້ອມກັນ.

ທິດທາງຄື້ນແສງບໍ່ໄດ້ມາຈາກການມາເຖິງຂອງ AR. ໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ຊິບ photonic ແລະການສື່ສານ optical, ອຸປະກອນເຊັ່ນ modulators, ເຄື່ອງກວດຈັບ, ແລະ beam splitters ຍັງອີງໃສ່ waveguides ເພື່ອສົ່ງສັນຍານ optical. ຖ້າການເຊື່ອມຕໍ່ກັນຂອງໂລຫະເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນເສັ້ນທາງສໍາລັບສັນຍານໄຟຟ້າ, waveguides optical ເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນຊ່ອງທາງສໍາລັບສັນຍານ optical - ຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ແສງແມ່ນຂຶ້ນກັບຄວາມແຕກຕ່າງຂອງດັດຊະນີ refractive ແລະຂອບເຂດ geometric ເພື່ອຈໍາກັດເສັ້ນທາງການຂະຫຍາຍພັນຂອງມັນ.

ໂດຍບໍ່ຄໍານຶງເຖິງວ່າພວກມັນເປັນເລຂາຄະນິດ, grating ດ້ານການບັນເທົາທຸກ, ຫຼືປະລິມານ holographic waveguides, ຈຸດປະສົງຂອງ waveguides optical ທີ່ໃຊ້ໃນແວ່ນຕາ AR ແມ່ນເພື່ອສົ່ງແສງສະຫວ່າງເຂົ້າໄປໃນຕາຂອງມະນຸດຕາມເສັ້ນທາງທີ່ຖືກອອກແບບ.

ໂດຍເນື້ອແທ້ແລ້ວຂອງ waveguide: ການອອກແບບເສັ້ນທາງທີ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ສໍາລັບແສງສະຫວ່າງ

ໜ້າທີ່ຫຼັກຂອງທິດທາງຄື້ນແສງແມ່ນການຈຳກັດການຂະຫຍາຍພັນຂອງແສງຢູ່ໃນເຂດສະເພາະ.

ໃນ chip photonic, waveguides ສາມາດຜະລິດຈາກວັດສະດຸເຊັ່ນ: ຊິລິໂຄນ, ຊິລິໂຄນ nitride, InP, ຫຼື lithium niobate; ໃນແວ່ນຕາ AR, ແວ່ນນໍາທາງ optical ແມ່ນປະກອບດ້ວຍແກ້ວທີ່ມີດັດຊະນີສະທ້ອນແສງສູງຫຼືຢາງ, ເຖິງແມ່ນວ່າໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ຊິລິໂຄນ carbide (SiC) ຍັງໄດ້ເລີ່ມຖືກນໍາໃຊ້ເປັນວັດສະດຸຍ່ອຍສໍາລັບ waveguides optical diffractive, ການນໍາໃຊ້ gratings ຫຼືໂຄງສ້າງສະທ້ອນເພື່ອບັນລຸແສງສະຫວ່າງ in-coupling ແລະ out-coupling.

waveguide ຄວບຄຸມບໍ່ພຽງແຕ່ເສັ້ນທາງ optical, ແຕ່ຍັງການແຜ່ກະຈາຍພາກສະຫນາມແສງສະຫວ່າງ - ກໍານົດບ່ອນທີ່ແສງສະຫວ່າງແຜ່ຂະຫຍາຍ, ວິທີການມັນຖືກໂອນແລະແຍກ, ແລະວິທີການທີ່ມັນຈະເຂົ້າໄປໃນຕາຂອງມະນຸດ.

waveguide ທີ່ດີເລີດພ້ອມໆກັນຕ້ອງບັນລຸການສູນເສຍຕ່ໍາ, ປະສິດທິພາບການເຊື່ອມສູງ, ແລະຄວາມສອດຄ່ອງທີ່ດີ, ໃນຂະນະທີ່ຍັງເຫມາະສົມສໍາລັບການຜະລິດມະຫາຊົນ.

ວິທີການ Waveguides ຈໍາກັດແສງສະຫວ່າງ: ການສະທ້ອນພາຍໃນທັງຫມົດແລະໂຫມດ

optical waveguides ຈໍາກັດການຂະຫຍາຍພັນຂອງແສງໂດຍການສະທ້ອນພາຍໃນທັງຫມົດ.

ເມື່ອແສງເຄື່ອນທີ່ຈາກວັດສະດຸດັດຊະນີສະທ້ອນແສງສູງໄປຫາວັດສະດຸດັດຊະນີສະທ້ອນແສງຕ່ຳ ແລະມຸມສາກເກີນມຸມສຳຄັນ, ແສງຈະສະທ້ອນທັງໝົດກັບຄືນສູ່ວັດສະດຸດັດຊະນີສະທ້ອນແສງສູງ. ປະກົດການນີ້ປະກອບເປັນພື້ນຖານຂອງ waveguides.

ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງດັດຊະນີສະທ້ອນແສງທີ່ໃຫຍ່ກວ່າສົ່ງຜົນໃຫ້ມີການກັກບໍລິເວນຊ່ອງແສງທີ່ແຂງແຮງຂຶ້ນ, ອະນຸຍາດໃຫ້ມີທິດທາງຄື້ນນ້ອຍໆ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການກັກຂັງທີ່ເຂັ້ມແຂງເກີນໄປຍັງເຮັດໃຫ້ waveguide ມີຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ກັບຄວາມບໍ່ສົມບູນແບບຂອງ fabrication ແລະເພີ່ມການສູນເສຍກະແຈກກະຈາຍ.

ມັນເປັນມູນຄ່າທີ່ສັງເກດວ່າດັດຊະນີສະທ້ອນໂດຍກົງກໍານົດຂອບເຂດຈໍາກັດດ້ານເທິງຂອງມຸມເບິ່ງ (FOV) ສໍາລັບແວ່ນຕາ AR. ການເພີ່ມດັດຊະນີ refractive ຂອງອຸປະກອນ waveguide ຂະຫຍາຍຂອບເຂດຂອງມຸມການຂະຫຍາຍພັນແສງສະຫວ່າງທີ່ສະຫນັບສະຫນູນ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສ້າງທ່າແຮງສໍາລັບການອອກແບບທີ່ມີມຸມເບິ່ງກວ້າງກວ່າ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ວັດສະດຸດັດຊະນີສະທ້ອນແສງສູງໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນເອື້ອອໍານວຍຫຼາຍໃນການບັນລຸລະບົບ waveguide ກັບ FOV ຂະຫນາດໃຫຍ່; ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ສໍາຄັນວ່າເປັນຫຍັງ silicon carbide (SiC, ມີດັດຊະນີ refractive ປະມານ 2.6) ໄດ້ດຶງດູດຄວາມສົນໃຈທີ່ສໍາຄັນ.

ແສງສະຫວ່າງບໍ່ໄດ້ແຜ່ຂະຫຍາຍໂດຍຕົນເອງພາຍໃນ waveguide. ເວົ້າງ່າຍໆ, ບໍ່ແມ່ນທຸກໆແສງສະຫວ່າງທີ່ເຂົ້າໄປໃນ waveguide ສາມາດຂະຫຍາຍພັນໄດ້ຢ່າງຫມັ້ນຄົງ; ພຽງແຕ່ການແຜ່ກະຈາຍພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າທີ່ຕອບສະຫນອງເງື່ອນໄຂຊາຍແດນສະເພາະສາມາດເດີນທາງໃນໄລຍະທາງໄກ. ສະຖານະທີ່ຄົງທີ່ເຫຼົ່ານີ້ເອີ້ນວ່າ 'ໂຫມດ.' ຮູບແບບການຂະຫຍາຍພັນທີ່ແຕກຕ່າງກັນມີການແຜ່ກະຈາຍຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ແຕກຕ່າງກັນແລະຄວາມຄົງທີ່ຂອງການຂະຫຍາຍພັນ. ເນື່ອງຈາກບັນຫາ crosstalk ຫຼືຄວາມເປັນເອກະພາບສາມາດເກີດຂື້ນລະຫວ່າງຫຼາຍໂຫມດ, ການຄວບຄຸມໂຫມດແມ່ນປັດໃຈສໍາຄັນໃນການອອກແບບ AR waveguide.

ໃນຈໍສະແດງຜົນ AR, ການຄວບຄຸມໂໝດສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ຄວາມສະໝ່ຳສະເໝີຂອງຄວາມສະຫວ່າງ ແລະປະສິດທິພາບຂອງສີ.

ບ່ອນໃດທີ່ການສູນເສຍ optical ເກີດຂຶ້ນໃນ waveguide

waveguides ທີ່ແທ້ຈິງ inevitably ສະແດງໃຫ້ເຫັນການສູນເສຍ, ຕົ້ນຕໍຂອງສີ່ປະເພດ:

1. ການດູດຊຶມວັດສະດຸ: ການສູນເສຍພະລັງງານແສງສະຫວ່າງທີ່ເກີດຈາກຄຸນລັກສະນະການດູດຊຶມຂອງວັດສະດຸແລະຄວາມບໍ່ສະອາດ.

2. ການສູນເສຍກະແຈກກະຈາຍ: ການກະແຈກກະຈາຍແສງສະຫວ່າງທີ່ເກີດຈາກຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ sidewall ແລະການບິດເບືອນທາງມິຕິລະຫວ່າງຂະບວນການຜະລິດ. ຕົວກໍານົດການ micro- ແລະ nano-fabrication - ເຊັ່ນ: ໄລຍະເວລາ grating, ຄວາມເລິກ etching, ແລະ sidewall roughness ໃນ AR waveguides - ມີຜົນກະທົບໂດຍກົງຕໍ່ປະສິດທິພາບ disfraction, ຄວາມສອດຄ່ອງ, ແລະປະສິດທິພາບສີ.

3. ການ​ສູນ​ເສຍ​ການ​ໂຄ້ງ: ເມື່ອ​ລັດ​ສະ​ໝີ​ໂຄ້ງ​ນ້ອຍ​ເກີນ​ໄປ, ແສງ​ສະ​ຫວ່າງ​ບາງ​ອັນ​ຈະ​ອອກ​ໄປ​ຂ້າງ​ນອກ.

4. ການສູນເສຍຄູ່: ການສູນເສຍເກີດຂຶ້ນເນື່ອງຈາກບໍ່ກົງກັນໃນຂະຫນາດ, ມຸມ, ຫຼືສະຖານະ polarization ໃນເວລາທີ່ແສງສະຫວ່າງປ່ຽນຈາກໂຄງສ້າງຫນຶ່ງໄປອີກ (ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງຈັກ optical ກັບ waveguide, ຫຼື waveguide ກັບໂຄງສ້າງ out-coupling).

ກຸນແຈອັນໜຶ່ງໃນການປັບປຸງປະສິດທິພາບ optical ຂອງແວ່ນຕາ AR ແມ່ນການຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍໃນທົ່ວເສັ້ນທາງ optical ທັງຫມົດ: ຈາກເຄື່ອງຈັກແສງສະຫວ່າງໂດຍຜ່ານການ incoupling, ຂະຫຍາຍພັນ, ແລະ outcoupling, ກັບຕາຂອງມະນຸດ.

ການອໍານວຍຄວາມສະດວກໃນການເຂົ້າແລະອອກຂອງແສງສະຫວ່າງເຂົ້າໄປໃນແລະອອກຈາກ waveguide: incoupling ແລະ outcoupling

ໃນ AR optical waveguides, coupling-in ແລະ coupling-out ແສງສະຫວ່າງແມ່ນເຕັກໂນໂລຊີຫຼັກ:

1. ທິດທາງຂອງຄື້ນແສງແບບກະຈາຍສັນຍານໃຊ້ gratings ເພື່ອປ່ຽນທິດທາງຂອງແສງ.

2. geometric optical waveguides ໃຊ້ໂຄງສ້າງສະທ້ອນແສງເພື່ອປ່ຽນເສັ້ນທາງ optical.

3. Volume holographic waveguides optical waveguides ໃຊ້ອົງປະກອບ holographic ເພື່ອຄວບຄຸມການຂະຫຍາຍພັນຂອງແສງ.

ໂດຍເນື້ອແທ້ແລ້ວຂອງເຕັກໂນໂລຊີເຫຼົ່ານີ້ຢູ່ໃນການເຮັດໃຫ້ການແປງຮູບແບບປະສິດທິພາບສູງສໍາລັບແສງສະຫວ່າງ.

ເງື່ອນໄຂການປະເມີນຜົນວິສະວະກໍາ Waveguide

ການປະເມີນຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງ waveguide ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການປະເມີນຜົນທີ່ສົມບູນແບບຂອງປັດໃຈດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:

1. ການສູນເສຍການຂະຫຍາຍພັນ: ການຫຼຸດຜ່ອນພະລັງງານແສງຕໍ່ຄວາມຍາວຂອງຫນ່ວຍ.

2. Coupling efficiency: ປະສິດທິພາບຂອງແສງເຂົ້າແລະອອກຈາກລະບົບ, ເຊິ່ງມີຜົນກະທົບໂດຍກົງກັບຄວາມສະຫວ່າງຮັບຮູ້ໂດຍຕາ.

3. ການສູນເສຍງໍ: ການປະເມີນຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງໂຄງສ້າງຂອງ waveguide ໃນການອອກແບບທີ່ມີໂຄງສ້າງບາງໆຫຼືຫນ້າໂຄ້ງ.

4. ໂຫມດແລະການຄວບຄຸມ polarization: ປັດໃຈທີ່ມີອິດທິພົນຕໍ່ຄວາມສອດຄ່ອງຂອງການສະແດງຜົນ, ການປະຕິບັດສີ, ແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງລະບົບ, ເຊິ່ງຕ້ອງໄດ້ຮັບການພິຈາລະນາຮ່ວມກັນກັບການອອກແບບ waveguide.

5. ຄວາມທົນທານຂອງການຜະລິດ: ການຄວບຄຸມຂອງປັດໃຈຕ່າງໆເຊັ່ນຄວາມຜິດພາດ lithography, ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງ etching, ແລະການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມຫນາຂອງຮູບເງົາ.

ສະຫຼຸບ

ບໍ່ວ່າຈະຢູ່ໃນຊິບ photonic ຫຼືຈໍສະແດງຜົນ AR, ຫນ້າທີ່ຂອງ optical waveguides ແມ່ນການຄວບຄຸມເສັ້ນທາງການຂະຫຍາຍພັນຂອງແສງສະຫວ່າງ.

ດ້ວຍການວິວັດທະນາການຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຂອງວິທີການທາງດ້ານວິຊາການຕ່າງໆ ເຊັ່ນ: ຄູ່ມືຄື້ນແສງທາງເລຂາຄະນິດ, ແຖບການບັນເທົາທຸກດ້ານ, ແລະທິດທາງຄື້ນ holographic ລະດັບສຽງ - ແລະການຫັນປ່ຽນວັດສະດຸໃໝ່ໆ ເຊັ່ນ: ຊິລິຄອນຄາໄບຈາກຫ້ອງທົດລອງໄປສູ່ການນຳໃຊ້ວິສະວະກຳ, ເທັກໂນໂລຍີແວ່ນທາງສາຍຕາກຳລັງກ້າວເຂົ້າສູ່ໄລຍະໃໝ່ຂອງການແຂ່ງຂັນ. ໄລຍະນີ້ຍ້າຍອອກໄປນອກເໜືອກວ່າການສະແຫວງຫາແຕ່ພຽງຜູ້ດຽວຂອງການປະຕິບັດທາງ optical ໄປສູ່ການແຂ່ງຂັນທີ່ສົມບູນແບບທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການປະຕິບັດ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ຜົນຜະລິດ, ແລະຄວາມສາມາດໃນການຜະລິດຈໍານວນຫລາຍ.

ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: ລວບລວມໂດຍ Pingsheng Semiconductor ແລະ Aibang Zhizao