Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
В оптике, стрела (антирезонансный отражающий оптический волновод) — это тип волновода, использующий принцип интерференции тонких плёнок для волноводного распространения света с малыми потерями. Он формируется из антирезонансного рефлектора Фабри–Перо. Оптический режим является вытекающим, но относительно низкие потери при распространении могут быть достигнуты за счёт изготовления рефлектора Фабри–Перо достаточно высокого качества или малых размеров.
In optics, an ARROW (anti resonant reflecting optical waveguide) is a type of waveguide that uses the principle of thin film interference to guide light with low loss. It is formed from an anti resonant Fabry–Pérot reflector. The optical mode is leaky, but relatively low loss propagation can be achieved by making the Fabry–Pérot reflector of sufficiently high quality or small size.
Рассмотрение
Стрелы могут быть реализованы как цилиндрические волноводы (2D-конфайнмент) или плитчатые волноводы (1D-конфайнмент). Последние стрелы практически формируются низкоиндексным слоем, встроенным между высокоиндексными слоями. Важно отметить, что показатели преломления в этих стрелах инвертированы по сравнению с обычными волноводами. Свет удерживается полным внутренним отражением (TIR) на внутренней границе высокоиндексных слоев, но при этом значительно перекрывается с центральным объемом, имеющим низкий индекс. Это сильное перекрытие можно объяснить, представив в упрощенной модели "лучи", как в геометрической оптике. При входе во внутренний слой с низким индексом такие лучи преломляются под очень малым углом. Таким образом, можно использовать метафору, что эти лучи "проводят много времени внутри" низкоиндексного внутреннего слоя. Следует помнить, что это лишь метафора, и объясняющая способность лучевой оптики весьма ограничена в микрометровом масштабе, в котором обычно изготавливаются эти стрелы.
ARROWs can be realized as cylindrical waveguides (2D confinement) or slab waveguides (1D confinement). The latter ARROWs are practically formed by a low index layer, embedded between higher index layers. Note that the refractive indices of these ARROWs are reversed, when comparing to usual waveguides. Light is confined by total internal reflection (TIR) on the inside of the higher index layers, but achieves a lot of modal overlap with the lower index central volume. This strong overlap can be made plausible in a simplified picture imagining "rays", as in geometrical optics. Such rays are refracted into a very shallow angle, when entering the low index inner layer. Thus, one can use the metaphor that these rays "stay very long inside" the low index inner layer. Note this is just a metaphor and the explanatory power of ray optics is very limited for the micrometer scales, at which these ARROWs are typically made.
Приложения
Стрелы (ARROW) часто используются для направления света в жидкостях, особенно в фотонных лабораториях на чипе аналитических систем (PhLoC). Обычные волноводы основаны на принципе полного внутреннего отражения, который может возникать только в том случае, если показатель преломления материала направляющего ядра выше, чем показатели преломления окружающей среды. Однако материалы, используемые для изготовления направляющего ядра, как правило, являются полимерными и кремниевыми, которые имеют более высокие показатели преломления (n = 1,4–3,5) по сравнению с водой (n = 1,33). В результате, обычный волновод с полым сердечником перестает работать при заполнении водным раствором, что делает PhLoC неработоспособными. ARROW, напротив, может быть заполнен жидкостью, поскольку он полностью удерживает свет посредством интерференции, что требует, чтобы показатель преломления направляющего ядра был ниже, чем показатель преломления окружающих материалов. Таким образом, ARROW являются идеальными конструктивными элементами для PhLoC. Несмотря на значительные преимущества ARROW перед обычными волноводами при создании PhLoC, они не лишены недостатков. Основная проблема ARROW – нежелательные потери света. Потери света в ARROW снижают отношение сигнал/шум в PhLoC. Для решения этой проблемы были разработаны и протестированы различные модификации ARROW.
ARROW are often used for guiding light in liquids, particularly in photonic lab on a chip analytical systems (PhLoCs). Conventional waveguides rely on the principle of total internal reflection, which can only occur if the refractive index of the guiding core material is greater than the refractive indexes of its surroundings. However, the materials used to make the guiding core are typically polymer and silicon based materials, which have higher refractive indexes (n=1.4 3.5) than that of water (n = 1.33). As a result, a conventional hollow core waveguide no longer works once it's filled with water solution, making the PhLoCs useless. An ARROW, on the other hand, can be liquid filled since it confines light completely by interference, which requires that the refractive index of the guiding core to be lower than the refractive index of the surrounding materials. Thus, ARROWs become the ideal building blocks for PhLoCs. Though ARROWs carry big advantage over conventional waveguide for building PhLoCs, they are not perfect. The main problem of ARROW is its undesirable light loss. Light loss of ARROWs decreases the signal to noise ratio of the PhLoCs. Different versions of ARROWs have been designed and tested in order to overcome this problem.