پروژه بررسي ترانسهاي ولتاژ نوري

مروري برمبحث نورشناسي

مقدمه:

در سالهاي اخير، مبحث نورشناسي به صف مقدم تفكر علمي وتكنولوژي راه يافته است . يك رشته كارهاي قابل ملاحظه در اين زمينه انجام شده و دلايلي براي اميد داشتن به چيزهاي شگفتي آفرين در افقهاي آينده خود نمايي ميكند. اين علم به اعتبار و سابقه و تعبيري كه بر شالوده ساختار نظريه الكترومغناطيس بنا نهاده شده است ، هرگز مرجعيت خود را از دست نداده است .  در طول تاريخ فيزيك مفاهيم مربوط به نور شناسي توسعه و گسترش فراواني يافته است به طوريكه در حال حاضر ، دستگاههاي نور شناختي بطور فزايندهاي در زمينه هاي پزشكي و بهداشت ، صنعت ، كشاورزي و موارد متعدد ديگر ، مورد استفاده قرار مي گيرند . از جمله صنايعي كه در سالهاي اخير ، دستگاههاي نور شناختي در آن كاربرد فراواني پيدا كرده است ، صنعت برق است . در اين صنعت براي انتقال اطلاعات استفاده از فيبر نوري رايج است و استفاده از المانهاي نوري براي اندازه گيري جريان و ولتاژ هم در حال گسترش است . در اين فصل براي آشنايي با دستگاههاي نوري ، مروري بر  و ماهيت و مباني نور مي شود و به تعدادي از پديده هاي مربوط به انتشار نور در محيط هاي مادي پرداخته مي شود .

ماهيت نور:

در طول تاريخ مفاهيم مربوط به ماهيت نور دچار تغييرات چند ي شده است  ، تا اوايل قرن هفدهم عقيده بر اين بود كه نور متشكل از جريان ذرات بسيار ريزي است كه ا زمنابع روشنايي انتشار مي يابد . بعداً در سال 1864 ماكسول به شكل تئوري نشان داد كه امواج نوري از جنس امواج الكترو مغناطيسي هستند . به علاوه مشاهده آثار پلاريزاسيون معلوم كرد كه امواج نوري از نوع عرضي هستند يعني حركت موج عمود  برجهتي است كه در آن موج عبور مي كند. امواج نوري زير مجموعه اي از امواج الكترومغناطيس هستند كه فركانس آنها در محدوده 10¹⁴*9/3 تا 10¹⁴*9/7 قرار دارد به طور معادل طيف نوري در فضاي آزاد با طول موج ^nm380 تا ^nm760 مشخص مي شود.

هر موج الكترومغناطيسي از تركيب دو ميدان الكتريكي  Eو ميدان مغناطيسيB تشكيل مي شود . توزيع ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي در يك رديف امواج الكترومغناطيس صفحه اي و در يك لحظه معين از زمان، در شكل (13) ملاحظه مي شود. براساس معادلات ما كسول مي توان نشان داد كهE  وB  هر دو بر جهت انتشار موج K  عمودند به علاوه ميدانهايE وB خودشان نيز بر يكديگر عمودند. در اين صورت همانطور كه در شكل 3-1 هم مشخص است بردارهاي E  وB   و K تشكيل بردارهاي قائم را مي دهند.

بررسي نور پلاريز ه شده:

همانطور كه قبلاً اشاره شده نور را مي توان با نوسانات ميدان الكتريكي و ميدان مغناطيسي كه بر جهت انتشار موج و نيز بر يكديگر عمودند نشان داد. بنابر تعريف پلاريزاسيون، مشخصات زماني و مكاني بردار الكتريكي موج نور، نوع پلاريزاسيون نور را مشخص مي كند اگربردار الكتريكي يك پرتو نور هميشه در يك صفحه باشد ، به آن نور پلاريزه خطي مي گويند. در اين صورت بردار الكتريكي نور روي يك خط ثابت حركت مي كند و مقدار و علامت آن تغيير مي كند . صفحه اي كه بردار الكتريكي در آن نوسان مي كند، را صفحه ارتعاش مي نامند. اين صفحه علاوه بر بردار الكتريكي شامل بردار انتشار نيز هست و به اين صفحه ، صفحه پلاريزاسيون  هم مي گويند. توجه به اين نكته لازم است كه بدليل آنكه در موج نور شدت ميدانE بزرگتر از ميدان B است حالت ، پلاريزاسيون نور با جهت ميدان الكتريكيE بيان مي شود.

حال فرض كنيد كه دو موج نوري داريم كه بطور خطي پلاريزه شده اند فركانس آنها يكسان است و همچنين در يك راستا در حال حركت هستند اگر بردارهاي الكتريكي اين دو موج با هم همراستا باشند تركيب دو موج ، موجي با پلاريزاسيون خطي است . اگر ميدانهاي الكتريكي دو موج برهم عمود باشند پلاريزاسيون موج برايند بستگي به اختلاف فاز نسبي دو موج و دامنه آنها دارد . براي درك بهتر اين موضوع، فرض كنيد كه بتوان دو موج اشاره شده را بصورت زير نوشت :

( 3-1 )

( 3-2 )

در اينجاو نشان دهنده دامنه موج وh ثابت انتشار موج است كه برابر l/p2 است و l هم طول موج نور مي باشد . همچنينj اختلاف فاز نسبي دو موج است وf p2=wكه f فركانس نورمي باشد . اين دو معادله نشان دهنده امواجي هستند كه در جهت محورZ حركت مي كنند . در اين حال موج بر آيند برابر است :

( 3-3 )

كهi و j  بردارهاي واحد محورهايx و y  هستند . موج برآيند با توجه به حالتهاي معادلات (3-1) و (3-2) مي تواند داراي پلاريزاسيون خطي يا دايره يا بيضوي باشد در ادامه اين حالتها را بررسي مي كنيم.

3-3-1- نور پلاريزه شده خطي    

اگر در معادله (3-2) ،j صفر يا مضرب صحيحي ازp2 باشد دو موج با يكديگر هم فازند بنابراين موج برآيند يك موج با پلاريزاسيون خطي خواهد بود كه برابر است با

( 3-4 )

در اين حالت بردار پلاريزاسيون با محورx زاويه

( 3-5 )

مي سازد كه  بزرگي موج برآيند هم برابر است با

( 3-6 )

3-3-2- نورپلاريزه شده دايره اي

اگر معادلات (3-1) و (3-2) داراي شرايط زيرباشند :

( 3-7 )

( 3-8 )

آنگاه موج برآيند برابر است با :

( 3-9 )

در اينجا دامنه ثابت است ولي راستاي آن با زمان تغيير مي كند و حركت آن محدود به يك صفحه نيست چنين موجي را پلاريزه دايره اي راستگرد مي نامند . در اين حالت انتهاي بردار الكتريكي روي يك دايره حركت مي كند . اگر معادله ( 3-7 ) به صورت :

( 3-10 )

دربيايد و شرط( 3-8 ) همچنان برقرار باشد ، آنگاه موج برآيند موج پلاريزه دايره اي چپگرد خواهد بود . با توجه به روابط موج پلاريزه دايروي راستگرد و چپگرد و مقايسه آنها با موج پلاريزه خطي ملاحظه مي شود كه موج پلاريزه خطي را مي توان به صورت تركيبي از دو موج پلاريزه دايروي راستگرد و چپگرد نوشت .

پروژه بررسي ترانسهاي ولتاژ نوري