تكنولوجيا الألياف ذات الانكسار الكبير تقدم في أنظمة الاتصالات العالمية

تخيل نظام اتصالات بالألياف الضوئية غير متأثر بتقلبات درجة الحرارة، مع استقرار إشارة صلبة كالصخرة وتحسين فعالية الإرسال بشكل كبير.هذا لم يعد حلم بعيدتكنولوجيا الألياف ذات الانكسار الثنائي العالي هي المحرك القوي الذي يجعل هذه الرؤية حقيقةتقديم حلول لمشاكل الاستقطاب في الألياف التقليدية مع إظهار أداء استثنائي في الليزر والأجهزة الاستشعارية للألياف.

يحدث الانكسار المزدوج عندما ينقسم الضوء الذي ينتشر عبر وسائط معينة إلى شعاعين يسافران بسرعة مختلفة على طول اتجاهات الاستقطاب العمودية. في الألياف البصرية،هذه الظاهرة تسبب تغييرات في حالة استقطاب الإشارة التي يمكن أن تضع في خطر جودة الاتصالالألياف الثنائية القطع تستخدم تصاميم ومواد متخصصة لخلق و التحكم في هذا التأثير من أجل إدارة الإشارة البصرية الدقيقة.

تظهر أهمية الألياف الثنائية الانكسار في العديد من المجالات الرئيسية:

• صيانة الاستقطاب:على عكس الألياف التقليدية ذات الوضع الواحد حيث تحدث تغيرات استقطاب عشوائية بسبب اختلافات درجة الحرارة والإجهاد الميكانيكيالألياف الثنائية الانكسار تحتفظ بحالات استقطاب مستقرة لنقل إشارة موثوق بها.
• مكونات عالية الأداء:هذه الألياف بمثابة مواد حاسمة لتصنيع أجهزة بصرية متقدمة بما في ذلك أجهزة التحكم في الاستقطاب ومقسّمات الشعاع والمرشحات البصرية مع تطبيقات عبر الاتصالات,أجهزة الاستشعار ونظم الليزر
• التطبيقات المتخصصة:من خلال التصميم الاستراتيجي للمعلمات الهيكليةالألياف الثنائية الانكسار تمكن وظائف بصرية فريدة مثل تعويض التشتت وتأثيرات غير خطية محسنة لمتطلبات تشغيلية متنوعة.

تمثل الألياف الكريستالية الفوتونية اختراقًا في تكنولوجيا الألياف ، حيث تتضمن بنيات صغيرة دورية (عادة ثقوب الهواء) للتلاعب في خصائص انتشار الضوء.يقدم PCF مزايا استثنائية بما في ذلك خصائص التشتت القابلة للتخصيص، معامل غير خطية عالية، والانكسار الثنائي المتفوقة - مما يجعلها مثالية لتطبيقات الألياف الانكسار الثنائي عالية الأداء.

بالمقارنة مع الألياف الثنائية الكسر التقليدية ، يوفر PCF:

• ارتفاع حدة الارتباط:السيطرة الدقيقة على أبعاد ثقوب الهواء وترتيباتها تمكن من ارتفاع حجم الانكسار الثنائي بأوامر أكبر من الألياف التقليدية.
• استقرار الحرارة:على عكس الألياف التقليدية التي تحافظ على الاستقطاب والتي تعتمد على مواد الزجاج مع معامل التوسع الحراري المختلف، فإن كسر ثنائي لـ PCF مشتق من الهياكل الهندسية،ضمان مقاومة درجة حرارة متفوقة.
• مرونة التصميم:يسمح درجة عالية من حرية التصميم في PCF بمعايير هيكلية مخصصة لتحقيق وظائف بصرية متخصصة.

يمكن قياس حجم الانكسار المزدوج من خلال عدة معايير ، مع اختلاف مؤشر الانكسار وطول ضربة الأكثر انتشاراً:

• الفرق في مؤشر الانكسار (ب):يمثل اختلاف مؤشر الانكسار الفعال بين اتجاهات الاستقطاب: B = n_eff_x - n_eff_y. القيم الأكبر تشير إلى تأثيرات الانكسار المزدوج الأقوى.
• طول ضربات (L_B):مسافة الانتشار المطلوبة لفرق مرحلة 2π بين حالات الاستقطاب: L_B = λ / B. تتوافق أطوال ضربات أقصر مع الانكسار المزدوج الأقوى.

تتميز المعلمات الإضافية مثل فرق تأخير المجموعة وانتشار وضع الاستقطاب بالانكسار المزدوج للتطبيقات المحددة.

• الهيكل الهندسي:يؤثر تصميم مقطع الألياف بشكل كبير على الانكسار الثنائي. في PCFs ، تؤثر تكوينات ثقوب الهواء بشكل حاسم على هذه الخصائص.
• الإجهاد المادي:تؤدي الإجهادات الداخلية إلى تأثيرات الانكسار الثنائي ، كما هو موضح في الألياف التقليدية للحفاظ على الاستقطاب التي تتضمن قضبان الإجهاد.
• تأثيرات درجة الحرارةالتوسع الحراري يغير كل من الهياكل الهندسية ومؤشرات انكسار المواد ، مما يؤثر على الانكسار الثنائي في التطبيقات الحساسة للاستقرار.
• تعتمد على طول الموجةعادة ما تختلف الانكسار الثنائي مع طول الموجة (التشتت) ، مما يتطلب النظر في تنفيذات النطاق العريض.

• الاتصالات بالألياف البصرية:يمنع بشكل فعال انتشار وضع الاستقطاب (PMD) لتحسين أداء نقل السرعة العالية.
• الليزر المصنوع من الألياف:يمكّن أنظمة الليزر المقفلة بالتمييز من إنتاج مخرجات مستقرّة للمقاييس الدقيقة وتطبيقات معالجة المواد.
• مستشعرات الألياف البصرية:يسهل تطوير أجهزة استشعار حساسة للغاية لمراقبة درجة الحرارة والضغط والإجهاد في المجالات البيئية والطبية الحيوية.
• البصريات غير الخطية:يعزز التأثيرات البصرية غير الخطيّة للأجهزة بما في ذلك المفاتيح البصريّة والمحدّدات والمضخّفات البارامريّة في معالجة المعلومات الفوتونية وأنظمة الاتّصال الكميّ.

• فرق مؤشر الانكسار:B = n_eff_x - n_eff_y يضع العلاقة الأساسية بين مؤشرات انكسار اتجاه الاستقطاب.
• تأثيرات الإجهاد:الصيغ n_x = β_x / k = n_x0 - C_1 σ^x - C_2 (σ^y + σ^z) و n_y = β_y / k = n_y0 - C_1 σ^y - C_2 (σ^z + σ^x) تصف تعديلات مؤشر الانكسار الناجمة عن الإجهاد.
• حساب الإجهاد الفعال:σ^s = ∫0^(2π) ∫0^∞ σ_s(r, θ) ∫0^∞ ∫2 r dθ / ∫0^(2π) ∫0^∞ ∫0^∞ ∫2 r dθ (s=x,y,z) يحدد متوسط توزيع الضغوط المزن.
• الإجهاد الناجم عن الانكسار:B_s = (C_2 - C_1) (σ^x - σ^y) يظهر العلاقة النسبية بين اختلافات الإجهاد والانكسار المزدوج الناتج.
• الإنتهاك الموسميB = (β_x - β_y) / k = δβ / k تعكس اختلافات ثابتة التنشر في اتجاه الاستقطاب.
• الآثار الناجمة عن الانحناء:B = n_fast - n_slow = -α (d_fiber / D_cylinder) ^ 2 يحدد مقدار الانكسار الثنائي المرتبط بالانحناء.

• المواد الجديدة:استكشاف زجاجات الكالكوجينيد والتيلوريت لتحسين خصائص الأداء.
• الهياكل المتقدمة:تطوير تصاميم PCF متعددة النواة والمتنوعة لتحسين الوظائف.
• تكامل النظام:الاندماج مع المكونات البصرية الأخرى للأنظمة المدمجة عالية الكفاءة.
• تحسين ذكي:تنفيذ تقنيات الذكاء الاصطناعي لتحسين عمليات التصميم والتصنيع.

تستمر تكنولوجيا الألياف ذات الانكسار الثنائي العالي في دفع الابتكار في الاتصالات البصرية والأنظمة الفوتونية ، مما يوفر قدرات تحويلية لتطبيقات الجيل التالي.