Melao-motheo ea Motheo ea Optics ho Boenjiniere ba Motlakase
Optics ke lekala la fisiks le ithutang lesedi, kamoo le jalang, le sebelisanang le taba kateng, le kamoo le ka sebelisoang kateng bakeng sa merero e fapaneng. Moelelong oa "elektroniki" (boenjiniere ba motlakase le ba elektroniki), optics ha e utloisisoe feela e le khopolo e hloekileng ea 'mele, empa hape e le motheo oa bohlokoa bakeng sa mahlale a mangata a sejoale-joale: ho tloha ho li-sensor, litsamaiso tsa puisano tsa fiber-optic, lisebelisoa tsa ho nka litšoantšo, ho ea ho likarolo tsa semiconductor tse kang li-LED le li-photodiode. Sengoloa sena se tšohla melao-motheo ea motheo ea bohlokoa ka ho fetisisa ea optics lefapheng la boenjiniere ba motlakase, ha e ntse e li amahanya le lits'ebetso tse sebetsang.
1. Leseli joaloka Maqhubu le Likaroloana
E 'ngoe ea melao-motheo ea bohlokoa ka ho fetisisa ho optics ke bobeli ba leseli: leseli le ka utloisisoa e le leqhubu la motlakase le karoloana (photon). Mokhoeng oa leqhubu, leseli le na le bolelele ba leqhubu, maqhubu le mohato. Likamano tsa motheo ke tsena:
– Lebelo la leseli: c = λf
moo c e leng lebelo la khanya ka har'a vacuum (≈ 3×10⁸ m/s), λ bolelele ba leqhubu, le f maqhubu.
Mokhoeng oa likaroloana, matla a leseli a amana ka ho toba le maqhubu a lona:
– Matla a fotone: E = hf
ka kamehla ea h Planck.
Kutloisiso ena e bohlokoa bakeng sa lefats'e la lisebelisoa tsa elektroniki hobane lisebelisoa tse kang li-photodiode, lisele tsa letsatsi, le li-sensor tsa CMOS li sebetsa tšebelisanong ea li-photon le thepa ea semiconductor. Liketsahalo tse kang phello ea photoelectric ke mehlala e tiileng ea mohopolo o kang oa likaroloana oa leseli o sebelisoang theknolojing.
2. Ho Nahana le Molao oa Snell
Ho bonahatsa khanya ke ketsahalo eo khanya e otlang bokaholimo 'me e khutlela sepakapakeng sa pele. Ho bonahatsa khanya, ho na le melao ea motheo:
– Sekhutlo sa ketsahalo = sekhutlo sa ponahatso
Molao-motheo ona o bonahala o le bonolo, empa ke senotlolo sa moralo oa lisebelisoa tsa mahlo tse kang liipone litsamaisong tsa ho lekola, li-optic tsa laser, le likarolo tse bonahatsang li-sensor tse itseng. Indastering ea motlakase, li-reflection le tsona li tlameha ho laoloa hobane li ka baka tahlehelo ea lets'oao le tšitiso holim'a lilense, khalase e sireletsang li-sensor, kapa lipheletsong tsa likhoele tsa mahlo.
3. Ho qhetsola ka har'a litsamaiso tsa mahlo le likhoele tsa mahlo
Ho kgutla ha lesedi ho etsahala ha lesedi le tloha moyeng o mong ho ya ho o mong o nang le index e fapaneng ya ho kgutla ha lesedi, le fetola tsela eo le ikatisang ka yona. Molao wa motheo wa ho kgutla ha lesedi o boletswe ke Molao wa Snell:
– n₁ sebe θ₁ = n₂ sebe θ₂
Letšoao la refractive (n) le hlalosa hore na leseli le tsamaea butle hakae ka har'a seaplane ha le bapisoa le vacuum. Khopolo ena e bohlokoa boenjiniere ba motlakase hobane ke motheo oa likhoele tsa optical. Likhoele tsa optical li sebelisa refraction le ponaletso ea kahare ka botlalo ho lumella leseli ho tsamaea maeto a malelele ka tahlehelo e fokolang.
Mohlala, likhoele tsa optical li na le khubu e nang le index e phahameng ea refractive ho feta cladding. Ha leseli le kena ka lehlakoreng le itseng, le "notlelloa" ka hare ho khubu ka lebaka la khanya e felletseng ea kahare, e lumellang phetiso ea data ea sebaka se selelele.
4. Pontšo e Felletseng ea Kahare le Angle e Bohlokoa
Kganya yohle ya kahare e etsahala ha lesedi le tswang sepakapakeng se nang le index e phahameng ya refractive le kena sepakapakeng se nang le index e tlase ka sekhutlo sa ketsahalo se fetang sekhutlo sa bohlokwa. Sekhutlo sa bohlokwa (θc) se ka balwa ka:
– sin θc = n₂ / n₁ (ka n₁ > n₂)
Ketsahalo ena ke ea bohlokoa theknolojing ea puisano ea fiber-optic. Litsamaisong tsa puisano tsa sejoale-joale, data e fetisetsoa e le li-pulse tsa leseli tse feto-fetotsoeng. Boleng ba phetisetso bo susumetsoa haholo ke khetho ea bolelele ba leqhubu, mofuta oa fiber, le taolo ea tahlehelo e bakoang ke ho fokotseha, ho hasana le ho bonahatsa.
5. Ho Hasana ha Leseli le Tšusumetso ea Lona Litsamaisong tsa Motlakase
Ho hasana ke ketsahalo eo ho yona lesedi le nang le maqhubu a fapaneng a maqhubu le tsamayang ka lebelo le fapaneng ka hara seaplane, e leng se etsang hore letshwao le atolohe (ho pharallela ha pulse). Moelelong wa puisano ya fiber-optic, ho hasana ho ka etsa hore di-pulse tsa data di kopane, qetellong ho eketsa diphoso tsa ho bala data.
Ho na le mefuta e 'maloa ea ho hasana, mohlala:
– Ho hasana ha thepa: hobane index ea refractive ea thepa e itšetlehile ka bolelele ba leqhubu.
– Ho hasana ha modal: haholo-holo ka har'a likhoele tsa multimode, hobane leseli le hasana ka litsela tse 'maloa (mekhoa) tse nang le bolelele bo fapaneng ba tsela.
Boenjiniere ba motlakase bo rarolla bothata bona ka ho khetha mefuta ea faeba ea mokhoa o le mong, ho sebelisa puseletso ea ho hasana, le ho rala litsamaiso tse betere tsa ho feto-fetoha le ho lemoha.
6. Polarization ho Ditsamaiso tsa Optical-Electronic
Polarization ke tataiso ea ho thothomela ha tšimo ea motlakase ea leqhubu la leseli. Litšebelisong tsa motlakase, polarization hangata ke ntlha ea bohlokoa litsamaisong tsa puisano ea optical, li-sensor le lisebelisoa. Mohlala:
– Ka har'a fiber ea optical, liphetoho tsa polarization li ka baka ho hasana ha mokhoa oa polarization (PMD) e leng se sitisang boleng ba lets'oao.
– Likrineng tsa LCD, polarization e sebelisoa ho laola matla a khanya e tsoang phanele.
Ho utloisisa polarization ho boetse ho amana le lisebelisoa tse kang li-filter tsa polarization le li-modulator tsa optical tse sebelisetsoang ho ntlafatsa ts'ebetso ea sistimi.
7. Tšitiso le Phapang: Metheo ea Li-sensor tse Nepahetseng
Tšitiso e etsahala ha maqhubu a mabeli a khanya a kopana, e leng se fellang ka keketseho (e hahang) kapa ho fokotseha (e senyang) ho latela phapang ea mekhahlelo. Tšitiso e sebelisoa haholo li-sensor tse nang le nepahalo e phahameng, tse kang li-interferometer bakeng sa ho lekanya sebaka se senyenyane, botenya, kapa ho thothomela.
Phapang ke ho kobeha ha lesedi ha le feta lesobeng le lesesaane kapa moeding wa ntho. Lefatsheng la dieleketeroniki, phapang e bapala karolo ho:
– Moralo oa li-grating tsa diffraction ho li-spectrometer tsa optical (bakeng sa tlhahlobo ea spectrum ea leseli).
– Meeli ea qeto mabapi le litsamaiso tsa ho nka litšoantšo tsa khamera ea dijithale le microscope.
Li-sensor tsa khamera lisebelisoa tsa elektroniki, tse kang li-smartphone kapa litsamaiso tsa pono ea indasteri, li tlameha ho etsoa ho nahanoa ka moeli oa phatloho ho boloka boleng bo botle ba setšoantšo.
8. Mehloli ea Mabone: Li-LED le Li-Laser ho Boenjiniere ba Motlakase
Mehloli e 'meli e tloaelehileng ea leseli litsamaisong tsa motlakase ke li-LED le li-laser. Li-LED li hlahisa leseli le nang le sephara se pharaletseng le se hasaneng, 'me hangata li sebelisoa e le lisupo, khanya le li-transmitter puisanong ea nako e khuts'oane. Li-laser li hlahisa leseli le kopaneng, le tataisang le sephara se moqotetsane, e leng se etsang hore li be ntle bakeng sa puisano ea fiber-optic, li-scanner le lits'ebetso tsa ho lekanya ka nepo.
Khetho ea mohloli oa leseli ke moralo oa bohlokoa hobane e ama bokhoni, sebaka, tšebeliso ea matla, le ho lumellana le sesebelisoa sa ho lemoha.
9. Lisebelisoa tsa ho lemoha leseli: Li-photodiode, Li-LDR, le Li-sensor tsa Litšoantšo
Litsamaisong tsa motlakase, leseli hangata le hloka ho fetoloa lets'oao la motlakase. Phetoho ena e etsoa ke li-detector tse kang:
– Photodiode: karabelo e potlakileng, e tloaelehileng puisanong ea optical.
– LDR (Leseli le Itšetlehileng ka Leseli): e theko e tlase, empa e lieha, e sebelisoa lits'ebetsong tse bonolo.
– Li-sensor tsa CMOS/CCD: li sebelisoa lik'hamera tsa dijithale le litsamaisong tsa pono ea khomphutha.
Molao-motheo oa ts'ebetso ka kakaretso o thehiloe tlhahisong ea lipara tsa li-elektrone-lesoba ka lebaka la ho monngoa ha li-photon thepa ea semiconductor. Ka ho atolosoa le ho sebetsoa ha lets'oao ho loketseng, sistimi e ka lemoha matla a leseli, 'mala, esita le tlhahisoleseling ea sebaka (litšoantšo).
Qetello
Melao-motheo ea motheo ea optics e bapala karolo ea bohlokoa lefatšeng la lisebelisoa tsa elektroniki. Likhopolo tsa ho bonahatsa, ho refraction, ho bonahatsa ka hare ka botlalo, ho hasana, polarization, ho sitisa le ho hasanya ha lintho ha se feela fisiks ea khopolo-taba, empa hape ke motheo oa theknoloji eo re e sebelisang letsatsi le letsatsi. Ho tloha puisanong ea fiber-optic e potlakileng ho ea ho li-sensor tsa khamera le lisebelisoa tsa laser, kutloisiso ea optics e thusa baenjiniere ba motlakase ho rala litsamaiso tse sebetsang hantle, tse nepahetseng le tse tšepahalang haholoanyane. Ka tsoelo-pele ea photonics le optoelectronics, kopanyo ea optics le boenjiniere ba motlakase e tla ba ea bohlokoa haholo lintlheng tse ncha tse tlang.
Haeba o lakatsa, nka boela ka ntshetsa pele sengoloa sena hore e be mofuta wa botekgeniki haholoanyane (ka diforomo tse felletseng haholoanyane, mehlala ya dipalo, le ditshwantsho tsa mehopolo), kapa ka se fetola bakeng sa mesebetsi ya koleche ka sebopeho sa selelekela-tlhahlobo ya khopolo-taba-puisano-qetello.
