پروژه بررسی ترانسهای ولتاژ نوری

مروری برمبحث نورشناسی

مقدمه:

در سالهای اخیر، مبحث نورشناسی به صف مقدم تفکر علمی وتکنولوژی راه یافته است . یک رشته کارهای قابل ملاحظه در این زمینه انجام شده و دلایلی برای امید داشتن به چیزهای شگفتی آفرین در افقهای آینده خود نمایی میکند. این علم به اعتبار و سابقه و تعبیری که بر شالوده ساختار نظریه الکترومغناطیس بنا نهاده شده است ، هرگز مرجعیت خود را از دست نداده است .  در طول تاریخ فیزیک مفاهیم مربوط به نور شناسی توسعه و گسترش فراوانی یافته است به طوریکه در حال حاضر ، دستگاههای نور شناختی بطور فزایندهای در زمینه های پزشکی و بهداشت ، صنعت ، کشاورزی و موارد متعدد دیگر ، مورد استفاده قرار می گیرند . از جمله صنایعی که در سالهای اخیر ، دستگاههای نور شناختی در آن کاربرد فراوانی پیدا کرده است ، صنعت برق است . در این صنعت برای انتقال اطلاعات استفاده از فیبر نوری رایج است و استفاده از المانهای نوری برای اندازه گیری جریان و ولتاژ هم در حال گسترش است . در این فصل برای آشنایی با دستگاههای نوری ، مروری بر  و ماهیت و مبانی نور می شود و به تعدادی از پدیده های مربوط به انتشار نور در محیط های مادی پرداخته می شود .

ماهیت نور:

در طول تاریخ مفاهیم مربوط به ماهیت نور دچار تغییرات چند ی شده است  ، تا اوایل قرن هفدهم عقیده بر این بود که نور متشکل از جریان ذرات بسیار ریزی است که ا زمنابع روشنایی انتشار می یابد . بعداً در سال 1864 ماکسول به شکل تئوری نشان داد که امواج نوری از جنس امواج الکترو مغناطیسی هستند . به علاوه مشاهده آثار پلاریزاسیون معلوم کرد که امواج نوری از نوع عرضی هستند یعنی حرکت موج عمود  برجهتی است که در آن موج عبور می کند. امواج نوری زیر مجموعه ای از امواج الکترومغناطیس هستند که فرکانس آنها در محدوده 10¹⁴*9/3 تا 10¹⁴*9/7 قرار دارد به طور معادل طیف نوری در فضای آزاد با طول موج ^nm380 تا ^nm760 مشخص می شود.

هر موج الکترومغناطیسی از ترکیب دو میدان الکتریکی  Eو میدان مغناطیسیB تشکیل می شود . توزیع میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در یک ردیف امواج الکترومغناطیس صفحه ای و در یک لحظه معین از زمان، در شکل (13) ملاحظه می شود. براساس معادلات ما کسول می توان نشان داد کهE  وB  هر دو بر جهت انتشار موج K  عمودند به علاوه میدانهایE وB خودشان نیز بر یکدیگر عمودند. در این صورت همانطور که در شکل 3-1 هم مشخص است بردارهای E  وB   و K تشکیل بردارهای قائم را می دهند.

بررسی نور پلاریز ه شده:

همانطور که قبلاً اشاره شده نور را می توان با نوسانات میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی که بر جهت انتشار موج و نیز بر یکدیگر عمودند نشان داد. بنابر تعریف پلاریزاسیون، مشخصات زمانی و مکانی بردار الکتریکی موج نور، نوع پلاریزاسیون نور را مشخص می کند اگربردار الکتریکی یک پرتو نور همیشه در یک صفحه باشد ، به آن نور پلاریزه خطی می گویند. در این صورت بردار الکتریکی نور روی یک خط ثابت حرکت می کند و مقدار و علامت آن تغییر می کند . صفحه ای که بردار الکتریکی در آن نوسان می کند، را صفحه ارتعاش می نامند. این صفحه علاوه بر بردار الکتریکی شامل بردار انتشار نیز هست و به این صفحه ، صفحه پلاریزاسیون  هم می گویند. توجه به این نکته لازم است که بدلیل آنکه در موج نور شدت میدانE بزرگتر از میدان B است حالت ، پلاریزاسیون نور با جهت میدان الکتریکیE بیان می شود.

حال فرض کنید که دو موج نوری داریم که بطور خطی پلاریزه شده اند فرکانس آنها یکسان است و همچنین در یک راستا در حال حرکت هستند اگر بردارهای الکتریکی این دو موج با هم همراستا باشند ترکیب دو موج ، موجی با پلاریزاسیون خطی است . اگر میدانهای الکتریکی دو موج برهم عمود باشند پلاریزاسیون موج برایند بستگی به اختلاف فاز نسبی دو موج و دامنه آنها دارد . برای درک بهتر این موضوع، فرض کنید که بتوان دو موج اشاره شده را بصورت زیر نوشت :

( 3-1 )

( 3-2 )

در اینجاو نشان دهنده دامنه موج وh ثابت انتشار موج است که برابر l/p2 است و l هم طول موج نور می باشد . همچنینj اختلاف فاز نسبی دو موج است وf p2=wکه f فرکانس نورمی باشد . این دو معادله نشان دهنده امواجی هستند که در جهت محورZ حرکت می کنند . در این حال موج بر آیند برابر است :

( 3-3 )

کهi و j  بردارهای واحد محورهایx و y  هستند . موج برآیند با توجه به حالتهای معادلات (3-1) و (3-2) می تواند دارای پلاریزاسیون خطی یا دایره یا بیضوی باشد در ادامه این حالتها را بررسی می کنیم.

3-3-1- نور پلاریزه شده خطی    

اگر در معادله (3-2) ،j صفر یا مضرب صحیحی ازp2 باشد دو موج با یکدیگر هم فازند بنابراین موج برآیند یک موج با پلاریزاسیون خطی خواهد بود که برابر است با

( 3-4 )

در این حالت بردار پلاریزاسیون با محورx زاویه

( 3-5 )

می سازد که  بزرگی موج برآیند هم برابر است با

( 3-6 )

3-3-2- نورپلاریزه شده دایره ای

اگر معادلات (3-1) و (3-2) دارای شرایط زیرباشند :

( 3-7 )

( 3-8 )

آنگاه موج برآیند برابر است با :

( 3-9 )

در اینجا دامنه ثابت است ولی راستای آن با زمان تغییر می کند و حرکت آن محدود به یک صفحه نیست چنین موجی را پلاریزه دایره ای راستگرد می نامند . در این حالت انتهای بردار الکتریکی روی یک دایره حرکت می کند . اگر معادله ( 3-7 ) به صورت :

( 3-10 )

دربیاید و شرط( 3-8 ) همچنان برقرار باشد ، آنگاه موج برآیند موج پلاریزه دایره ای چپگرد خواهد بود . با توجه به روابط موج پلاریزه دایروی راستگرد و چپگرد و مقایسه آنها با موج پلاریزه خطی ملاحظه می شود که موج پلاریزه خطی را می توان به صورت ترکیبی از دو موج پلاریزه دایروی راستگرد و چپگرد نوشت .

پروژه بررسی ترانسهای ولتاژ نوری