導波管のカットオフ波長とは何ですか?
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導波管のカットオフ波長
導波管のカットオフ波長は、導波管モードを伝搬できる光の最大波長です。この波長を超えると、モードはエバネッセントになり、導波管の伝搬方向に沿って指数関数的に減衰し、エネルギーを効果的に伝送できなくなります。
カットオフ波長の重要性
カットオフ波長を理解することは、導波路の動作帯域幅を決定するため、光学システムの設計に不可欠です。これは、光伝播の正確な制御が求められる通信、センサー、その他の光子デバイスでは特に重要です。
カットオフ波長に影響を与える要因
- 導波管の形状（幅、高さなど）
- コアとクラッド材料の屈折率のコントラスト
- 導波路材料の分散
カットオフ波長の計算
カットオフ波長は、導波管の物理的寸法とコアおよびクラッド材料の屈折率を使用して計算できます。正確な計算式は、導波管のタイプ (長方形、円形など) と対象モード (TE、TM など) によって異なります。
例
単純なステップインデックスファイバーの場合、基本モードのカットオフ波長は次のように近似できます。
λ c ≈ (2πa√(n 1 2 - n 2 2 ))/V c
ここで、 aはコアの半径、 n 1とn 2 はそれぞれコアとクラッドの屈折率、 V cはカットオフ V 数、つまり無次元パラメータです。
結論
カットオフ波長は、導波管の設計と分析における基本的なパラメータです。カットオフ波長は、導波管が特定の波長の光を導く能力に影響し、光ネットワークやシステムにおけるデバイスのパフォーマンスに影響を与えます。