يتم استخدام الألياف الضوئية، كمكونات هامة للدليل الموجي البصري، بشكل متزايد عبر تطبيقات الاتصالات السلكية واللاسلكية والتحليل الطيفي والإضاءة وأجهزة الاستشعار. يعد فهم مبادئهم التشغيلية وتقنيات تحسين الأداء أمرًا ضروريًا لتعظيم إمكاناتهم في التطبيقات العملية.
تعمل الألياف الضوئية كأدلة موجية من خلال استخدام الانعكاس الداخلي الكلي (TIR) لحصر الضوء وتوجيهه داخل الهياكل الصلبة أو السائلة. يشتمل نوع الألياف الأكثر انتشارًا - الألياف ذات معامل الانكسار - على نواة ذات معامل انكسار أعلى محاطة بالكسوة. عندما يضرب الضوء واجهة الكسوة الأساسية بزاوية تتجاوز الزاوية الحرجة، يحدث TIR، مما يؤدي إلى احتجاز الضوء داخل النواة.
زاوية القبول (θلجنة التنسيق الإدارية) تحدد زاوية الحادث القصوى لـ TIR ويتم حسابها باستخدام قانون سنيل:
θلجنة التنسيق الإدارية= أركسين(√(نجوهر² - نيرتدون ملابس²) / ن)
حيث نجوهرو نيرتدون ملابستمثل مؤشرات الانكسار الأساسية والكسوة على التوالي، وتشير n إلى معامل الانكسار للوسط الخارجي. عادةً ما يميز المصنعون قدرة جمع الضوء من خلال الفتحة العددية (NA):
غ = √(نجوهر² - نيرتدون ملابس²)
بالنسبة للألياف متعددة الأوضاع ذات مؤشر خطوة كبيرة، توفر هذه الصيغة قيم NA دقيقة. يوفر التحديد التجريبي من خلال قياس ملف تعريف شعاع المجال البعيد (تحديد الزاوية التي تنخفض فيها الكثافة إلى 5٪ من الحد الأقصى) تحققًا بديلاً.
يشكل كل مسار ضوئي محتمل عبر الألياف وضعًا موجهًا. تحدد هندسة الألياف وخصائص المواد عدد الأوضاع، بدءًا من الوضع الفردي إلى آلاف الأوضاع. يقدر التردد الطبيعي (V-number) الأوضاع المدعومة:
V = (2πa/ẫ) × NA
حيث a هو نصف القطر الأساسي و lect هو الطول الموجي في الفضاء الحر. تعرض الألياف متعددة الأوضاع قيم V >>1 (على سبيل المثال، V≈40.8 للألياف 50 ميكرومتر/0.39NA عند 1.5 ميكرومتر)، وتدعم تقريبًا أوضاع V²/2. تحافظ الألياف أحادية الوضع على V <2.405 من خلال النوى الأصغر حجمًا وانخفاض NA.
| يكتب | صفات | استراتيجيات التخفيف |
|---|---|---|
| الانحناء الكلي | انحناء جسدي يتجاوز نصف القطر الحرج | الحفاظ على نصف قطر الانحناء المحدد من قبل الشركة المصنعة |
| الانحناء الدقيق | عيوب واجهة الكسوة الأساسية | عمليات التصنيع ذات الجودة |
| نوع التعرض | العتبة النظرية | المستوى العملي الآمن |
|---|---|---|
| عملية الأسلحة الكيميائية | ~1 ميجاوات/سم² | ~250 كيلو واط/سم² |
| 10ns البقول | ~5 جيجاوات/سم² | ~1 جيجاوات/سم² |
يتم استخدام الألياف الضوئية، كمكونات هامة للدليل الموجي البصري، بشكل متزايد عبر تطبيقات الاتصالات السلكية واللاسلكية والتحليل الطيفي والإضاءة وأجهزة الاستشعار. يعد فهم مبادئهم التشغيلية وتقنيات تحسين الأداء أمرًا ضروريًا لتعظيم إمكاناتهم في التطبيقات العملية.
تعمل الألياف الضوئية كأدلة موجية من خلال استخدام الانعكاس الداخلي الكلي (TIR) لحصر الضوء وتوجيهه داخل الهياكل الصلبة أو السائلة. يشتمل نوع الألياف الأكثر انتشارًا - الألياف ذات معامل الانكسار - على نواة ذات معامل انكسار أعلى محاطة بالكسوة. عندما يضرب الضوء واجهة الكسوة الأساسية بزاوية تتجاوز الزاوية الحرجة، يحدث TIR، مما يؤدي إلى احتجاز الضوء داخل النواة.
زاوية القبول (θلجنة التنسيق الإدارية) تحدد زاوية الحادث القصوى لـ TIR ويتم حسابها باستخدام قانون سنيل:
θلجنة التنسيق الإدارية= أركسين(√(نجوهر² - نيرتدون ملابس²) / ن)
حيث نجوهرو نيرتدون ملابستمثل مؤشرات الانكسار الأساسية والكسوة على التوالي، وتشير n إلى معامل الانكسار للوسط الخارجي. عادةً ما يميز المصنعون قدرة جمع الضوء من خلال الفتحة العددية (NA):
غ = √(نجوهر² - نيرتدون ملابس²)
بالنسبة للألياف متعددة الأوضاع ذات مؤشر خطوة كبيرة، توفر هذه الصيغة قيم NA دقيقة. يوفر التحديد التجريبي من خلال قياس ملف تعريف شعاع المجال البعيد (تحديد الزاوية التي تنخفض فيها الكثافة إلى 5٪ من الحد الأقصى) تحققًا بديلاً.
يشكل كل مسار ضوئي محتمل عبر الألياف وضعًا موجهًا. تحدد هندسة الألياف وخصائص المواد عدد الأوضاع، بدءًا من الوضع الفردي إلى آلاف الأوضاع. يقدر التردد الطبيعي (V-number) الأوضاع المدعومة:
V = (2πa/ẫ) × NA
حيث a هو نصف القطر الأساسي و lect هو الطول الموجي في الفضاء الحر. تعرض الألياف متعددة الأوضاع قيم V >>1 (على سبيل المثال، V≈40.8 للألياف 50 ميكرومتر/0.39NA عند 1.5 ميكرومتر)، وتدعم تقريبًا أوضاع V²/2. تحافظ الألياف أحادية الوضع على V <2.405 من خلال النوى الأصغر حجمًا وانخفاض NA.
| يكتب | صفات | استراتيجيات التخفيف |
|---|---|---|
| الانحناء الكلي | انحناء جسدي يتجاوز نصف القطر الحرج | الحفاظ على نصف قطر الانحناء المحدد من قبل الشركة المصنعة |
| الانحناء الدقيق | عيوب واجهة الكسوة الأساسية | عمليات التصنيع ذات الجودة |
| نوع التعرض | العتبة النظرية | المستوى العملي الآمن |
|---|---|---|
| عملية الأسلحة الكيميائية | ~1 ميجاوات/سم² | ~250 كيلو واط/سم² |
| 10ns البقول | ~5 جيجاوات/سم² | ~1 جيجاوات/سم² |
