Хвилевід — структура, призначена для передачі хвиль, електромагнітних, звукових, або іншої природи, в якій хвиля обмежена в одному чи двох вимірах повним внутрішнім відбиттям на межі. Електромагнітний хвилевід (радіохвилевід), наприклад, застосовується для передавання мікрохвильового випромінювання і має вигляд металевої труби. В оптичному діапазоні електромагнітного спектра хвилеводами є оптоволокна. Прикладом звукового хвилеводу є стетоскоп.
Зазвичай поперечні розміри хвилеводу одного порядку з довжиною хвилі, яка в ньому розповсюджується. Електромагнітні хвилі, з довжиною, набагато більшою від поперечних розмірів хвилеводу, в ньому не розповсюджуватимуться. В акустичному хвилеводі з жорсткими стінками поширюється плоска хвиля з довільною довжиною. Якщо довжина хвилі набагато менша від розмірів хвилеводу, втрати в ньому збільшуються внаслідок розсіяння хвилі, при якому кут її падіння на стінки стає більшим від кута повного внутрішнього відбиття.
Моди плоского хвилеводу На перший погляд в оптичному хвилеводі може поширюватись безліч світлових променів, для яких спостерігається повне внутрішнє відбивання на границях хвилеводного шару. Однак, світлові хвилі при поширенні в оптичному хвилеводі інтерферують одна з одною. Інтерференція – це явище взаємодії світлових хвиль, в результаті якої відбувається підсилення або послаблення амплітуди результуючого сигналу. Якщо дві хвилі, які знаходяться у фазі, взаємодіють одна з одною, то амплітуда результуючого сигналу буде підсилюватись. Така інтерференція називається конструктивною. Якщо дві взаємодіючі хвилі знаходяться у протифазі, то амплітуда результуючого сигналу буде послаблюватись. Така інтерференція називається деструктивною. Отже, для хвиль, які поширюються у хвилеводі під одним кутом, буде спостерігатись конструктивна інтерференція, а для хвиль, які поширюються під іншим кутом – деструктивна інтерференція. З цього випливає, що світлові хвилі будуть поширюватись у хвилеводі не при всіх кутах, а лише при таких, при яких вони будуть конструктивно інтерферувати між собою. Напрямки поширення хвиль у хвилеводі, при яких спостерігається їх конструктивна інтерференція, називаються хвилеводними модами. Інакше кажучи, під модою хвилеводу у геометричній оптиці розуміють сукупність світлових хвиль, які поширюються в хвилеводі під таким кутом, при якому відбувається їх конструктивна інтерференція. В результаті інтерференції світлових хвиль моди формується стабільна інтерференційна картина, поперечний розподіл інтенсивності світлового поля якої залишається незмінним у будь-якому перерізі оптичного хвилеводу. Якщо розглядати моду з позицій хвильової оптики, то можна представити її у вигляді деякої хвилі, розподіл поля якої є сумою полів усіх світлових хвиль, які складають моду. Звідси і випливає друге означення для моди хвилеводу з точки зору хвильової оптики. Під модою хвилеводу у хвильовій оптиці розуміють електромагнітну хвилю, яка має певний розподіл інтенсивності і поляризацію, які є незмінними в будь-якому перерізі оптичного хвилеводу.
Зазвичай у хвилеводі існує одна або кілька нормальних мод, тобто конфігурацій поля хвилі.
Збудження хвилевідних мод відбувається двома шляхами: з торця хвилеводу та призмовим методом. Збудження з торця не підходить для збудження окремих мод, тому при лабораторних дослідженнях спектра хвилевідних мод в інтегрально-оптичних структурах користуються, як правило, методом призми з порушеним повним внутрішнім відбиттямМелешко В. В., Маципура В. Т., Улітко І. А., 2013. — ISBN 978-966-439-627-6.
Див. також Коефіцієнт укорочення Розподілений бреггівський відбивач
Примітки
Джерела Левин Л. Теория волноводов: Методы решения волноводных задач: пер. с англ. / Л. Левин. — М.: Радио и связь, 1981. — 311 с. Мелешко В. В., Маципурв В. Т., Улітко І. А. Теорія хвилеводів. — К.: ВПЦ «Київський університет», 2013. — 413 с. — ISBN 978-966-439-627-6 Анісімов І. О.Коливання та хвилі. Навчальний посібник.—К: Академпрес,2003.—280 с.ISBN 966-7541-25-8.
Посилання