¿Alguien sabe cómo podemos excitar un determinado modo, por ejemplo, el modo de segundo orden, en una guía de ondas? Estoy un poco confundida. De acuerdo con la teoría de la óptica de rayos, los modos están relacionados con los ángulos de incidencia, lo que significa que al garantizar un cierto rango de ángulo de incidencia podemos excitar un modo deseado. Sin embargo, basado en la teoría de ondas donde cada modo tiene una distribución de energía espacial diferente. Pensando de esta manera, parece que lo que necesitamos es asegurarnos de que la forma del perfil de potencia de la luz incidente coincida con el perfil del modo deseado y también que la luz se proyecte en la posición correcta en la cara final de la guía de ondas. . Y en este caso, el ángulo de incidencia no importa.
Parece extraño que estas dos teorías den resultados diferentes que no concuerdan entre sí. ¿Alguien puede ver dónde está el problema? ¡Gracias!
El concepto de modos de guía de ondas se origina en la teoría de ondas y, por lo tanto, la óptica de ondas es la forma correcta de abordar esta cuestión.
Para excitar un modo en una guía de onda, desea maximizar la integral de superposición entre el campo del modo y su excitación. En otras palabras, desea hacer coincidir tanto la intensidad espacial como el perfil de fase del modo (a menudo también llamado su amplitud compleja). Una falta de coincidencia en el perfil de excitación también excita otros modos, o conduce a una reflexión parcial.
La conexión con la óptica de rayos se encuentra a través de los frentes de fase del campo de ondas. Los frentes de fase son hiperplanos isofásicos espaciales analizados para un punto fijo en el tiempo. Los rayos en la interpretación de la óptica de rayos son líneas normales a los frentes de fase.
Los modos de orden superior suelen tener frentes de fase inclinados (con respecto al eje óptico o la dirección de propagación en la guía de ondas) y, por lo tanto, una descripción correspondiente en términos de óptica de rayos proporciona un ángulo de incidencia inclinado específico del modo.
En este sentido, ambas teorías son consistentes, aunque la óptica de rayos no es un buen 'lenguaje' para discutir los modos de guía de ondas.
basado en la teoría de ondas donde cada modo tiene una distribución de energía espacial diferente. Pensando de esta manera, parece que lo que necesitamos es asegurarnos de que la forma del perfil de potencia de la luz incidente coincida con el perfil del modo deseado y también que la luz se proyecte en la posición correcta en la cara final de la guía de ondas. .
Así es como excitaría un modo específico en una guía de ondas.
Parece extraño que estas dos teorías den resultados diferentes que no concuerdan entre sí.
Recuerde que la óptica de rayos es un modelo simplificado en comparación con la óptica de ondas. Es muy común en física usar un modelo simplificado para muchos análisis diarios, pero sepa que ese modelo es incorrecto en ciertos casos. Cuando tenemos que analizar esos casos, tenemos que recurrir al modelo más complejo.
Por ejemplo, la mecánica newtoniana predice que si se aplica una fuerza constante, una masa puede acelerarse indefinidamente. La relatividad especial dice que eso no es cierto. Sabemos que la mecánica newtoniana es solo un subconjunto simplificado de la relatividad especial, y cuando las velocidades se convierten en una fracción sustancial de c tenemos que considerar el modelo más complejo dado por la relatividad especial (o general).
Para agregar a la respuesta correcta de Ed Cetera : la óptica de ondas es siempre el enfoque correcto, y la óptica de rayos funciona perfectamente bien cuando la ecuación de Eikonal es sólida: explico las condiciones para que esto sea correcto en esta respuesta aquí .
En fibra óptica, el trazado de rayos funciona bien cuando las fibras son muy multimodo, es decir , el parámetro es muy grande. Para una fibra de un modo o de pocos modos, la óptica de rayos es totalmente inaplicable.
Consulte el Capítulo 10 de Snyder & Love, "Teoría de la guía de onda óptica", Chapman & Hall, 1983
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