اقتران الألياف البصرية
من أجل الحصول على كفاءة اقتران جيدة ، يجب مطابقة خصائص الحزمة المركزة (عادةً شعاع الليزر) مع معلمات الألياف. تتمثل الإرشادات العامة في أن (1) يجب أن تكون البقعة المركزة قابلة للمقارنة مع الحجم الأساسي ، (2) يجب أن تكون الحزمة المركزة في وسط النواة ، و (3) يجب ألا تتجاوز زاوية المخروط الحادث الفتحة العددية للألياف. يتم عرض الشروط (1) و (2) على الجانب الأيسر من الشكل 1 ، ويظهر الشرط (3) على الجانب الأيمن من الشكل 1. بالنسبة للألياف متعددة الأدوار ، يتم تكييف الشرطين الأولين بسهولة بسبب القطر الأساسي الكبير. لذلك ، فإن مطابقة عدسة الاقتران مع الفتحة العددية NA للألياف تحقق كفاءة اقتران جيدة في ألياف الأدوار المتعددة.
من وجهة النظر هذه ، فإن الاقتران إلى الألياف الوضعية هو مشكلة أكثر صعوبة. يتطلب القطر الأساسي الأصغر للألياف الوضع الواحد المزيد من العناصر الميكانيكية البصرية لتمكين الحزمة المركزة من أن تقترن بدقة تحديد المواقع دون الميكرون. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يتطابق وضع الليزر الحادث مع وضع الألياف. بمعنى آخر ، تعتمد كفاءة الاقتران على تكامل التداخل في الوضع الغوسي لحزمة ليزر المدخلات والوضع الأساسي الغوسي الألياف التقريبي.
الشكل 1 مخطط تخطيطي للاقتران البصري في ألياف متعددة أو أحادية الوضع (يسار). ظروف الإصابة في الألياف متعددة الأدوار بحيث تفيض الضوء (أعلى يمين) و Underfills (أسفل اليمين) الألياف.
أنواع الألياف البصرية
يمكن أن تظهر العديد من أنواع الألياف البصرية المختلفة ، كما هو مبين في الشكل 2. الألياف الواحدة الواحدة القياسية المستخدمة في الاتصالات لها أقطار أساسية صغيرة (أقل من 10 ميكرون) ، في حين أن الألياف المتعددة الأدوار لها أقطار أساسية تتراوح من ستين إلى عدة مئات من الميكرون. قد يكون للألياف متعددة الأدوار ملفات تعريف مؤشر الانكسار التدريجي أو الخطوة. الألياف المتخصصة شائعة أيضًا ، بما في ذلك الألياف المحفوظة للتحيز ، والكابلات البصرية ذات الألياف ذات الطاقة العالية ، والألياف غير الحساسة للانحناء ، والألياف لدرجات الحرارة القصوى.
الشكل 2 أنواع الألياف المختلفة
نظرًا لانتشارها وفائدتها ، يتم وصف نوعين محددين من الألياف المتخصصة بالتفصيل أدناه: ألياف مخدر عناصر الأرض النادرة والألياف البلورية الضوئية (PCF).
ألياف مخدر عناصر الأرض النادرة: يمكن استخدام ألياف العناصر النادرة للأرض ذات أهمية خاصة بالنسبة لليزر الألياف لأن هذه المنشطات (على سبيل المثال ، yb و er-yb مشترك) يمكن استخدامها كوسائط كسب الليزر. يتيح استخدام الألياف المخدرة للعنصر النادر ذات العناصر النادرة المزدوجة مطابقة فعالة لحزمة المضخة ، إما عن طريق التركيز على مساحة حرة أو عن طريق الإرسال عبر ألياف أخرى ، ويمكن أيضًا استخدام هذه الألياف المخططة لتكوين فهرس من المواد المقلدة (FBG).
يمكن بناء FBGs عالية الجودة من النمط الدوري لضوء الأشعة فوق البنفسجية التي تتعرض لها الألياف الحساسة للضوء (تمتص العناصر الأرضية النادرة بقوة الأشعة فوق البنفسجية). تتشكل حواجز شبكية عندما تتعرض الألياف لأنماط دورية من ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، والتي يتم إنشاؤها عادةً بواسطة قناع الطور. من وجهة نظر الإنتاج ، تكون طريقة التصنيع هذه سريعة وموثوقة وجذابة بوضوح. Bragg Lankings (FBGs) قادرة على تحقيق انعكاس عالٍ (تصل إلى 99 ٪) على نطاقات الطول الموجي الضيق (انظر الشكل 3) ، وهو مفيد لتوليد مرايا تجويف في أشعة الليزر الألياف أو للاستخدام كمرشحات طيفية في أنظمة التواصل الألياف البصرية.
الألياف البلورية الضوئية (PCF): البلورات الضوئية هي مواد مجهرية حيث يختلف مؤشر الانكسار بشكل دوري مع الموضع. في PCF ، يتم تحقيق هذا التباين الدوري عن طريق الوظائف الشاغرة العادية أو ثقوب الهواء الموازية للمحور (انظر الشكل 2). على عكس الألياف البصرية التقليدية ، يتم صنع كل من النواة والكسوة من نفس المادة. لذلك ، تنشأ جميع خصائص توجيه الموجة في PCFs من وجود الوظائف الشاغرة. عادة ما يتم تقسيم PCFs إلى فئتين رئيسيتين: الألياف الموجهة مؤشر الانكسار مع النوى الصلبة وألياف زناشة النطاق الضوئية مع وجود عناصر ميكراتية دورية ومواد تنقلية واحدة مصنوعة من مواد الانكسار (على سبيل المثال ، الحافلات الزمنية). يتم استخدام أقطار حقل الوضع الكبيرة من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء ، والخطي العالي للغاية ، والقدرة على الحصول على قيم لـ NA PCFs على نطاق واسع في التحليل الطيفي ، والقياس ، والطبية الحيوية ، والتصوير ، والاتصالات ، والمعالجة الصناعية ، وتطبيقات الدفاع.
الشكل 3 FBG أطياف الانتقال والانعكاس التمثيلية.
