Prism coupler
پرزم کوپلر ایک پرزم ہے جسے روشنی کے بیم (مثال کے طور پر لیزر بیم) میں موجود طاقت کے کافی حصے کو ایک پتلی فلم میں جوڑنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے جسے فلم کے کنارے کی صحت سے متعلق پالش کی ضرورت کے بغیر ویو گائیڈ کے طور پر استعمال کیا جائے، بیم اور فلم کے کنارے کی ذیلی مائکرو میٹر صف بندی کی درستگی کی ضرورت کے بغیر، اور بیم کے عددی یپرچر کو فلم سے ملنے کی ضرورت کے بغیر۔ پریزم کوپلر کا استعمال کرتے ہوئے، ایک پتلی فلم میں جوڑی گئی بیم کا قطر فلم کی موٹائی سے سینکڑوں گنا زیادہ ہو سکتا ہے۔ کوپلر کی ایجاد نے انٹیگریٹڈ آپٹکس کے نام سے جانے والے مطالعہ کے شعبے کے آغاز میں اہم کردار ادا کیا۔ پریزم کوپلر پر مبنی نظریہ سب سے پہلے سوویت یونین میں شائع ہوا تھا۔ یہ کام امریکہ میں معلوم نہیں تھا۔ 1969 میں شروع کرتے ہوئے، واشنگٹن یونیورسٹی میں شوبرٹ، ہیرس، اور پولکی، اور بیل لیبارٹریز میں آزادانہ طور پر، ٹائن، الریچ، اور مارٹن نے پریزم جوڑے اور اس کے بنیادی نظریہ کے ساتھ پہلے تجربات کو بیان کیا۔ یہ پتلی فلموں کے ڈیوائس ایپلی کیشنز کو مدنظر رکھتے ہوئے کیا گیا تھا۔ ترتیب ایک پرزم کوپلر کا استعمال ایک واقعے لیزر بیم سے طاقت کو پتلی فلم میں جوڑنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ فلم ایک سبسٹریٹ جیسے گلاس مائکروسکوپ سلائیڈ پر واقع ہے اور اس میں واقع روشنی کی طول موج کی ترتیب کی موٹائی ہو سکتی ہے (سبز روشنی کے لیے 0.550 μm)۔ فلم کا ریفریکٹیو انڈیکس گلاس سلائیڈ سے زیادہ بنایا گیا ہے، فلم گلاس انٹرفیس (اور فلم ایئر انٹرفیس) سے مکمل اندرونی عکاسی کے ذریعے روشنی کے لیے ڈائی الیکٹرک پلانر ویو گائیڈ کے طور پر کام کر سکتی ہے۔ پریزم کوپلر ہائی ریفریکٹیو انڈیکس گلاس کے قریب مکعب اور نیچے ایک دوسری پتلی فلم پر مشتمل ہوتا ہے جو ویو گائیڈ فلم سے رابطہ کرتا ہے اور جوڑے کے فاصلے پر گائیڈڈ لہر کو جزوی طور پر رکھنے کا کام کرتا ہے۔ پریزم کے نچلے حصے میں پتلی فلم کو ٹنلنگ پرت کہا جاتا ہے۔ ٹنلنگ پرت میں ویو گائیڈ فلم کے مقابلے میں کم ریفریکٹیو انڈیکس ہونا چاہیے اور اسے دراصل ہوا کی پرت کے طور پر لاگو کیا جا سکتا ہے۔ ٹنلنگ پرت کی موٹائی طول موج کے ایک حصے کی ترتیب پر ہوگی (نظر آنے والی روشنی کے لیے دسیوں سے سینکڑوں نینو میٹر)۔ پریزم اور ٹنلنگ پرت کو ویو گائیڈ فلم کے خلاف دبایا جاتا ہے۔ بیم پریزم کے اگلے چہرے میں داخل ہوتا ہے اور پرنزم کے داخلی چہرے کے سامنے چہرے سے نصف بیم کی چوڑائی سے کچھ زیادہ دور ٹنلنگ پرت سے ٹکرا جاتا ہے۔ مشترکہ کوپلر اور ویو گائیڈ ڈھانچے کے چار خطوں کے ریفریکٹیو انڈیکس کی درجہ بندی مندرجہ ذیل ہونی چاہیے: شیشے کی سلائیڈ اور ٹنلنگ پرت کا ریفریکٹیو انڈیکس سب سے کم ہونا چاہیے، اگلا گائیڈ فلم کا ریفریکٹیو انڈیکس ہے، اور سب سے زیادہ پرنزم کا انڈیکس ہے۔ نظریہ ایک پریزم کوپلر کی وضاحت باہمی نظریہ کے لحاظ سے کی جا سکتی ہے۔ باہمی نظریہ ایک واقع بیم کے ذریعہ پتلی فلم میں منسلک رشتہ دار طاقت کو حل سے باہمی مسئلے تک شمار کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ باہمی مسئلہ میں، فلم میں ایک ویو گائیڈ موڈ (پہلی شکل میں بائیں طرف سفر کرنا) پرزم کوپلر پر واقع ہوتا ہے۔ پرزم انٹرفیس پر نمایاں بکھرنے کو چھوڑ کر، باہمی مسئلے میں ویو گائیڈ موڈ اپنی شکل کو ایک موڈ کے طور پر برقرار رکھتا ہے اور پرزم کے نیچے پھیلتا ہے، طاقت کھو دیتا ہے کیونکہ یہ پرزم میں تابکاری کی وجہ سے پھیلتا ہے۔ پریزم میں طاقت ایک ایسے زاویے پر ایک کولیمیٹڈ بیم کے طور پر ابھرتی ہے جس کا تعین ویو گائیڈ موڈ کے پھیلاؤ مستقل اور پریزم کے اضطراری اشاریہ سے ہوتا ہے۔ پریزم میں تابکاری اس لیے ہوتی ہے کیونکہ ویو گائیڈ موڈ کی غیر معمولی دم پریزم کے نچلے حصے کو چھوتی ہے۔ ویو گائیڈ موڈ ٹنلنگ پرت سے گزرتا ہے۔ فلم میں روشنی کا موثر جوڑا اس وقت ہوتا ہے جب واقع بیم (پہلی شکل میں دکھائے گئے بائیں سے آنے والا)، جس کا جائزہ پریزم کے نچلے حصے میں لیا جاتا ہے، اسی شکل کا ہوتا ہے جو باہمی مسئلے میں تابکاری بیم کی ہوتی ہے۔ جب واقع بیم اور باہمی ویو گائیڈ موڈ دونوں میں طاقت کو معمول پر لایا جاتا ہے، تو فریکشنل جوڑی طول و عرض کو واقع لہر اور تابکاری باہمی میدان کے پروڈکٹ پر ایک لازمی طور پر ظاہر کیا جاتا ہے۔ انٹیگرل ایک سطحی انٹیگرل ہے جو پریزم کے نچلے حصے پر لیا جاتا ہے۔ اس طرح کے انٹیگرل سے ہم تین کلیدی خصوصیات کا اندازہ لگاتے ہیں: انسیٹنٹ پاور کے ایک اہم حصے میں جوڑنے کے لیے، انسیٹنٹ بیم کو اس زاویے پر پہنچنا چاہیے جو اسے ویو گائیڈ موڈ سے مماثل فیز بناتا ہے۔ فلم میں لانچ کیے گئے ویو گائیڈ موڈ کا ٹرانسورس رویے (پھیلاؤ کی سمت میں ٹرانسورس) بنیادی طور پر واقع بیم کا ہوگا۔ اگر ٹنلنگ پرت کی موٹائی کو مناسب طریقے سے ایڈجسٹ کیا جائے تو، اصولی طور پر، بیم میں موجود تقریبا تمام روشنی کو ویو گائیڈ فلم میں جوڑنا ممکن ہے۔ فیلڈز کے لیے نمائندگی کے ٹرانسورس حصے کو دبانا، اور شکل میں x کو بائیں طرف کی سمت کے طور پر لینا۔ 1، باہمی مسئلے میں ویو گائیڈ موڈ یک سنگی طور پر کم ہونے والی شکل اختیار کرتا ہے جہاں α (x) تخفیف کی شرح ہے اور ویو گائیڈ موڈ کا پھیلاؤ مستقل ہے۔ پریزم کے نچلے حصے میں منسلک ٹرانسورس فیلڈ A کے ساتھ ایک معمول کا مستقل شکل اختیار کرتا ہے۔ انسیٹنٹ بیم کے ٹرانسورس فیلڈ کی وہ شکل ہوگی جہاں f (x) ایک نارملائزڈ گاؤسیئن، یا دیگر بیم فارم ہے، اور βin انسیٹنٹ بیم کے پھیلاؤ مستقل کا طول البلد جزو ہے۔ جب βin = βw ہوتا ہے، تو انضمام سے جوڑی کا طول و عرض حاصل ہوتا ہے۔ α (x) کو ایڈجسٹ کرنے سے جوڑے کو اتحاد تک پہنچنے کی اجازت ملتی ہے، جس میں اہم جیومیٹری پر منحصر انحراف کے اثرات کو چھوڑ دیا جاتا ہے۔ تبصرے گوس-ہنچن شفٹ آپٹیکل بیم کے مرکز نقطہ کی نقل مکانی کو بیان کرتا ہے جب یہ مختلف ریفریکٹیو انڈیکس کے دو نیم لامحدود علاقوں کے درمیان انٹرفیس سے کل عکاسی سے گزرتا ہے۔ نقل مکانی عام طور پر روشنی کی طول موج کی ترتیب کی ہوتی ہے۔ اگر سینڈوچ ڈھانچے سے کسی بیم کی عکاسی جو نیم لامحدود پریزم، ٹنلنگ پرت، ویو گائیڈ فلم پرت، اور نیم لامحدود شیشے کی سلائیڈ پر مشتمل ہے، کی تحقیقات کی جاتی ہے، تو گائیڈڈ لہر کے جوش و خروش کے نتیجے میں شفٹ بہت بڑی پائی جائے گی۔ واقعے کے بیم کے وسط نقطہ سے بالکل آگے اوپری (پریزم) خطے کو ختم کرنا فلم میں ویو گائیڈ موڈ میں بیم کی روشنی کو پھنساتا ہے۔ واقعے کے بیم کے ذریعہ گائیڈڈ لہر کی حوصلہ افزائی کو جوڑے ہوئے طریقوں میں ایک مسئلہ کے طور پر بھی دیکھا جا سکتا ہے، موڈ ویو گائیڈ موڈ اور واقعے کے بیم کی نمائندگی کرتے ہیں۔ جوڑے ہوئے موڈ ڈھانچے کی ایک شاخ میں متعارف کرائی گئی طاقت ڈھانچے کے ساتھ دوسری شاخ میں منتقل ہو سکتی ہے۔ پیمائش کی ایپلی کیشنز پرزم کوپلر ایسے آلات ہیں جو ریفریکٹیو انڈیکس/بائیرفرنجیننس اور ڈائی الیکٹرک اور پولیمر فلموں کی موٹائی کی پیمائش کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ چونکہ کسی مادے کے اضطراری اشاریہ جات کا انحصار برقی مقناطیسی تابکاری کے منتقل شدہ طول موج پر ہوتا ہے، اس لیے معروف اضطراری اشاریہ کے پریزم کے ساتھ مل کر یک رنگ لیزر کا استعمال کیا جاتا ہے۔ لیزر بیم کو جھکا ہوا، پریزم کے ایک طرف سے ہدایت کی جاتی ہے، اور عام طور پر فوٹو ڈیٹیکٹر میں مخالف طرف سے واپس جھلکتا ہے۔ تاہم، واقعے کے زاویے تھیٹا کی بعض اقدار پر، بیم بیک آؤٹ کی عکاسی نہیں کرتا ہے، بلکہ اس کے بجائے بیس کے ذریعے فلم کے نمونے میں منتقل ہوتا ہے۔ ان زاویوں کو "موڈ اینگلز" کہا جاتا ہے۔ کمپیوٹر سے چلنے والی روٹری ٹیبل لیزر کے واقعے کے زاویے کو تبدیل کرتی ہے۔ پایا جانے والا پہلا موڈ اینگل ریفریکٹیو انڈیکس کا تعین کرتا ہے، اور ایک موڈ سے دوسرے موڈ میں زاویہ کا فرق نمونے کی موٹائی کا تعین کرتا ہے۔ پرزم کاپلر ویو گائیڈ کے کراس سیکشن (ایج کاپلنگ) کو بے نقاب کیے بغیر ویو گائیڈ کے اندر اور باہر روشنی کو جوڑنے کی بھی اجازت دیتے ہیں۔ اس کو حاصل کرنے کے لیے ویو گائیڈ میں mth موڈ کے پھیلاؤ مستقل اور ویو گائیڈ کی سطح سے عام زاویے پر واقع روشنی کے درمیان فیز میچنگ کی شرط درکار ہوتی ہے۔ پریزم کے اضطراب کا اشاریہ کہاں ہے۔ ہوا کا اشاریہ (~ 1) کہاں ہے اور ویو گائیڈ کا پھیلاؤ مستقل ہے۔ گائیڈڈ موڈ حاصل کرنے کے لیے،۔ اس کا مطلب یہ ہوگا کہ جو ممکن نہیں ہے۔ حوالہ جات پریزم (آپٹکس)