الألياف الأساسية

جوهر الألياف عبارة عن أسطوانة مزدوجة المركز متحدة المركز مع منطقة مقطع عرضي صغيرة مصنوعة من زجاج الكوارتز. إنه هش وسهل الكسر ويحتاج إلى طبقة واقية. يمكن تقسيمها إلى الألياف البصرية ذات البنية المجهرية والاستقطاب الذي يحافظ على الألياف الضوئية ، والتي تشمل بشكل أساسي العسكرية والدفاع الوطني والفضاء والطاقة وحماية البيئة والتحكم الصناعي والطب والصحة والقياس والاختبار وسلامة الأغذية والأجهزة المنزلية والعديد من المجالات الأخرى.

في عام 1966 ، اقترح السيد جاو كون لأول مرة استخدام الألياف الضوئية العازلة لنقل المعلومات مع الناقل البصري في مقال ، وبالتالي وضع الأساس النظري للألياف الضوئية كوسيلة لنقل الضوء. بعد عدة سنوات من البحث ، أنتجت شركة Corning في الولايات المتحدة أول ألياف ضوئية بخسارة 20 ديسيبل / كم في عام 1970 ، مما قلل بشكل كبير من فقدان الإرسال للألياف الضوئية وجعل تطوير تقنية اتصالات الألياف البصرية ممكنًا. اكتشف الباحثون في السنوات الأخيرة أن تقنية استشعار الألياف الضوئية أصبحت أحد الفروع النشطة في مجال التكنولوجيا الإلكترونية الضوئية نظرًا لحساسيتها العالية وقدرتها القوية على التداخل الكهرومغناطيسي المضاد وصغر حجمها وسهولة تكاملها.

تغطي تقنية استشعار الألياف الضوئية مجموعة واسعة من المجالات ، بما في ذلك المجال العسكري والدفاع الوطني والفضاء والطاقة وحماية البيئة والرقابة الصناعية والطبية والصحية والقياس والاختبار وسلامة الأغذية والأجهزة المنزلية والعديد من المجالات الأخرى. تشمل المستشعرات الرئيسية المعنية بشكل أساسي: جيروسكوبات الألياف البصرية ، وهيدروفونات الألياف الضوئية ، وأجهزة استشعار درجة حرارة شبكة الألياف الضوئية ، ومحولات تيار الألياف البصرية وغيرها من تقنيات استشعار الألياف الضوئية. أصبحت الألياف الدقيقة الهيكلية والألياف التي تحافظ على الاستقطاب العمود الفقري لمجال استشعار الألياف الضوئية نظرًا لبنيتها المرنة وخصائصها الفريدة.

يمكن تقسيم الألياف المجهرية (Microstructure dfiber، MOF) إلى الفئتين التاليتين وفقًا لهيكلها وآلية النقل: الأولى هي ألياف البنية المجهرية الموجهة بمؤشر الانكسار ؛ الآخر هو الفوتون من نوع فجوة النطاق مع ترتيب ثقب الهواء الدوري. تشتمل ألياف البنية المجهرية الموجهة بالفهرس بشكل أساسي على الألياف الشعرية وألياف الصفيف المتوازية الأساسية والألياف متعددة النواة وفقًا لهيكلها. تم اقتراح الألياف الشعرية لأول مرة بواسطة Hidaka et al. في عام 1981. كما يوحي الاسم ، فإن الألياف الشعرية عبارة عن بنية مجوفة داخل قلبها ، مما يؤدي إلى العديد من الخصائص الخاصة. في مجال الاستشعار ، تتمتع الألياف الشعرية بمزايا فريدة في قياس السوائل والغازات. في عام 1997 ، استخدمت مجموعة البحث ITO.H الألياف الضوئية المجوفة للتحكم في حركة ذرات الروبيديوم الساخنة لتحقيق فهم أعمق للحقل الذري. يدرك مختبر المواد الذكية والهيكلية لعلوم وتكنولوجيا الفضاء في جامعة نانجينغ للملاحة الجوية والملاحة الفضائية تشخيص وإصلاح المواد المركبة عن طريق حقن الغراء على الألياف المجوفة ، وبالتالي تحقيق تطبيق الهيكل الخاص للألياف الشعرية. يشير الألياف الأساسية للصفيف المتوازي إلى ليف يتم فيه ترتيب نوى متعددة وفقًا لقاعدة معينة وتشترك في نفس الكسوة. سيؤدي هذا إلى اقتران متبادل بين النوى ، وبالتالي ينتج العديد من الخصائص الغريبة. أنتج مختبر استشعار الألياف الضوئية بجامعة هاربين الهندسية سلسلة من الألياف الضوئية ذات البنية المجهرية متعددة النواة الموجهة بالفهرس. تم اقتراح الألياف الضوئية متعددة النواة في أواخر السبعينيات. والغرض الرئيسي منه هو دمج لب الألياف في ليف ضوئي واحد ، بحيث يمكن تقليل تكلفة تصنيع الألياف الضوئية والكابلات بشكل كبير ، ويمكن تحسين تكامل الألياف الضوئية. في عام 1994 ، أنتجت فرانس تيليكوم لأول مرة أليافًا أحادية الوضع رباعية النوى. في عام 2010 ، قامت شركة OFS الأمريكية B. Zhu وآخرون بتصميم وإنتاج ألياف بصرية متعددة النوى بسبعة نوى ، وتم ترتيب النوى السبعة في شكل سداسي منتظم. في عام 2012 ، قام R.Ryf و S.Randel et al. تستخدم أليافًا قليلة النمط لإنتاج ألياف مجهرية ثلاثية النواة ، مما قلل من الحديث المتبادل الأساسي للألياف متعددة النواة. على الرغم من أن هذه الألياف البصرية من نوع الدليل الموجي لديها مشاكل مثل الاقتران البصري بين النوى والتداخل في اتصالات الألياف الضوئية لمسافات طويلة ، فإن هذا بلا شك يقدم فكرة جديدة لمجال استشعار الألياف الضوئية.

هناك نوعان من> المتعامدين ؛ حالات الاستقطاب في ألياف أحادية الوضع. في الحالة المثالية التي يكون فيها هيكل الألياف متماثلًا تمامًا ، يكون انتشار هذين الوضعين متساويًا. ومع ذلك ، في الإنتاج والتطبيق الفعليين ، نظرًا لأن الألياف أحادية النمط تتأثر بالبيئة الخارجية مثل درجة الحرارة والإجهاد والضغط الناتج أثناء التصنيع ، فهناك دائمًا درجة معينة من الإهليلجية وتوزيع معامل الانكسار وعدم تناسق الإجهاد. هناك اختلاف في ثابت الانتشار ، لذلك يحدث اختلاف طور إضافي أثناء التكاثر ، وهو ما يسمى الانكسار في البصريات. سيؤدي هذا النوع من الانكسار حتمًا إلى تشتت وضع الاستقطاب. في مجالات استشعار الألياف الضوئية وقياس الألياف الضوئية ، من الضروري أن يكون للضوء المنتشر في الألياف الضوئية حالة استقطاب مستقرة. في العديد من الأجهزة البصرية المتكاملة ، تكون حالة الاستقطاب لضوء الإدخال انتقائية أيضًا. بسبب ظاهرة تشتت وضع الاستقطاب ، تحد الألياف الضوئية العادية أحادية النمط من تطور استشعار الألياف الضوئية والمجالات الأخرى ، ويتم إنتاج الألياف الضوئية التي تحافظ على الاستقطاب.

في الوقت الحاضر ، هناك طريقتان رئيسيتان لحل مشكلة عدم استقرار حالة الاستقطاب في الألياف أحادية الوضع. الأول هو: محاولة تقليل الخصائص غير المتماثلة للألياف أحادية الوضع ، ومحاولة حل تأثير الانحراف والضغط الداخلي المتبقي للألياف ، بحيث يتم تقليل تأثير الانكسار لهذه الألياف أحادية الوضع إلى وضعين يمكن أن تتحلل بشكل متبادل. عندما يكون ثابت انتشار الانكسار الطبيعي B أقل من 10 ^ -6 ، فإن هذا النوع من الألياف يسمى عادةً الألياف المنخفضة الانكسارية (LBF). الطريقة الثانية هي زيادة عدم تناسق الألياف أحادية الوضع ، وزيادة خصائص الانكسار ، وجعل الضوء بين الوضعين صعب الاقتران ببعضهما البعض. نسمي هذا النوع من الألياف التي تحافظ على استقطاب الألياف عالية الانكسار (الألياف عالية الانكسار ، يشار إليها باسم HBF) ، وثابت انتشار الانكسار الطبيعي B أكبر من 10 ^ -5. يمكن تقسيم الألياف التي تحافظ على الاستقطاب عالي الانكسار إلى ألياف ثنائية الاستقطاب وألياف أحادية الاستقطاب وفقًا لخصائص انتشارها. يفصل ليف الاستقطاب المزدوج بين وضعي الاستقطاب بحيث يظل وضع الاستقطاب دون تغيير بشكل أساسي أثناء عملية النقل ؛ بينما يمكن لليف الاستقطاب الفردي أن ينقل فقط وضعًا واحدًا من وضعي الاستقطاب المتعامدين ، بينما يتم قمع الوضع الآخر ولا يمكنه الانتشار. نسمي هذه الألياف ألياف أحادية الاستقطاب أو ألياف أحادية الوضع مطلقة.

وفقًا للطرق المختلفة للانكسار في الألياف الضوئية ، يمكن تقسيم ألياف الحفاظ على الاستقطاب إلى ألياف ذات تأثير هندسي وألياف ناتجة عن الإجهاد. كما هو مبين في الشكل ، هناك العديد من هياكل الوجه النهائي للألياف التي تحافظ على الاستقطاب. من بينها ، ربطة العنق ، الباندا ، الكسوة الداخلية البيضاوية ، والألياف المستطيلة المكسوة بالإجهاد للحفاظ على الاستقطاب هي ألياف حساسة للإجهاد ؛ النواة الإهليلجية ، الفتحة الجانبية ، ألياف الحفاظ على الاستقطاب مثل نوع النفق الجانبي هي ألياف نوع تأثير الشكل الهندسي. في الوقت الحاضر ، يتم تصنيع معظم الألياف التي تحافظ على الاستقطاب بطرق تولد إجهادًا متبقيًا في الألياف.