ما مجموعة الألياف ؟

تعرف صفيفات الألياف الضوئية أحادية أو ثنائية الأبعاد باسم صفيفات الألياف أو صفيفات الألياف البصرية أو وحدات صفيف الألياف. بدلاً من تشكيلها على طول الألياف بالكامل ، توجد مثل هذه المصفوفة بشكل متكرر فقط لنهاية حزمة الألياف. تتضمن وظيفة المصفوفة هذه عادةً اقتران الضوء من صفيف المصدر إلى الألياف أو من الألياف إلى مكون آخر ، مثل مجموعة من أدلة الموجات المستوية على دائرة متكاملة ضوئية. تشمل التوضيحات التالية العديد من التطبيقات الأخرى.

يتم إدخال الألياف الفردية بشكل متكرر في الأخاديد التي تم إنشاؤها على سطح صلب لإنشاء مجموعة ألياف خطية. مجموعة دقيقة من الثقوب في الزجاج أو البوليمر أو الصفيحة المعدنية ، على سبيل المثال ، يمكن استخدامها لوضع الألياف في صفيف ثنائي الأبعاد. إن الشبكة المربعة المباشرة هي النوع الأكثر شيوعًا لمصفوفة ثنائية الاتجاه ، على الرغم من وجود أنواع أخرى ممكنة أيضًا. على الرغم من أن أنماط أكثر تعقيدًا وغير منتظمة ممكنة ، إلا أنه يتم تشكيل بنية بسيطة ومنتظمة جدًا دائمًا تقريبًا. على سبيل المثال ، يمكن أن تحتوي صفيفات الألياف على عدة مجموعات من الألياف ، أي أن بعض الألياف تكون متباعدة عن بعضها على نطاق أوسع. حزم الألياف ، من ناحية أخرى ، هي هياكل غير متماثلة حقا. بالإضافة إلى ذلك ، قد تشكل الألياف حزمة غير منتظمة في بعض الأماكن بينما تشكل صفيف منتظم تمامًا في النهاية ، والذي سيكون بمثابة الواجهة.

يتم الحفاظ على تباعد الألياف في كثير من الأحيان إلى الحد الأدنى ، ولكن في بعض الحالات ، يتم استخدام مصفوفات الألياف مع تباعد أكبر بشكل ملحوظ لتطبيقات محددة.

الألياف المستخدمة.غالبية الألياف المستخدمة في صفيفات الألياف هي ألياف السيليكا ، والتي يمكن استخدامها في مجموعة من النطاقات الطيفية ، من الأشعة تحت الحمراء القريبة إلى الأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك ، يمكن أيضًا صنعها من ألياف متخصصة محددة. اعتمادًا على التطبيق ، يتم استخدام الألياف أحادية النمط ومتعددة الأوضاع. هناك حالات تستخدم فيها ألياف الحفاظ على الاستقطاب (على سبيل المثال من نوع الباندا).

التعبئة والتغليف.إن التأكد من محاذاة نهايات الألياف تمامًا بجميع الأبعاد أمر بالغ الأهمية عند صنع صفيفات الألياف. بالإضافة إلى ذلك ، تحتاج نهاية الإدخال أو الإخراج بشكل متكرر إلى تعبئتها بحيث يمكن التعامل مع مجموعة الألياف بالكامل بسهولة وأمان. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون نهاية مجموعة الألياف عبارة عن كتلة من مادة الزجاج البصري التي يتم تشكيلها بشكل مناسب وقد يكون لها ميزات مساعدة في المحاذاة ، مثل موصل الألياف. قد يحيط المرء أيضًا بصفيف بشفة معدنية ، خاصة بالنسبة للصفوفات ثنائية الأبعاد.

يتم تقليل خسائر الاقتران بشكل كبير من خلال تطبيق طلاء مضاد للانعكاس ، والذي يمكن استخدامه أيضًا مع نهايات الألياف العارية.

الشق والربط.الشق كل الألياف المعنية بشكل فردي غير مرغوب فيه لتصنيع الحجم. نتيجة لذلك ، تم إنشاء العمليات القائمة على الليزر التي يمكن أن تشق صفيفات كاملة.

نهايات الألياف عادة ما تكون مقلوبة بشكل عمودي ، ولكن في بعض الأحيان تحتاج إلى أن تكون مصقولة بزاوية تتعلق بمحور الألياف. بعد دمج الألياف بشكل صارم في هيكل زجاجي ، يتم صقلها عادة معًا وليس بشكل فردي.

يمكن أيضًا استخدام الربط الانصهار لتجميع صفيفات الألياف بالكامل ، بدلاً من الألياف المفردة فقط [1]. وقد تم تطوير هذه الإجراءات ، مثل تليين الألياف ينتهي مع ليزر ثاني أكسيد الكربون. للألياف متعددة الأوضاع ، على الأقل ، يمكن أن تكون خسائر لصق الناتجة ضئيلة للغاية.

اقتران إلى مجموعة العدسات. وكثيرا ما تتوازى مع مصفوفة عدسات (أو مصفوفة ميكرورولين) ، وخصوصا عندما يتم إرسال إخراج الألياف إلى مساحة فارغة. بطبيعة الحال ، يجب أن يتطابق تباعد الألياف بدقة مع تباعد العدسة ، والمحاذاة الدقيقة ضرورية لأنها تؤثر بشكل كبير على اتجاه ومستوى موازاة الحزمة الناتجة.

تطبيقات مجموعة الألياف

هناك العديد من الاستخدامات المختلفة لمصفوفات الألياف.

اقتران الدوائر المتكاملة الضوئية.من الضروري ربط الدوائر المتكاملة الضوئية والأجهزة الإلكترونية البصرية المماثلة مع العالم الخارجي ، وذلك باستخدام الألياف البصرية في المقام الأول. في كثير من الأحيان يكون عدد المدخلات والمخرجات كبيرًا جدًا ؛ يتم توجيه إشارات مختلفة في عدة أدلة موجية على الدائرة ، وتتطلب تلك التي تصل إلى حافة الرقاقة اقتران بألياف بصرية. بطبيعة الحال ، وهذا يؤدي إلى استخدام صفيفات الألياف.

نظرًا لصغر حجمها ، يجب وضع أدلة الموجات ونوى الألياف بدقة شديدة فيما يتعلق ببعضها البعض. المحاذاة النشطة فقط ، أي ، يمكنها تحقيق ذلك. ه. مع قياس ناقل الحركة أثناء عملية المحاذاة ، في كثير من الأحيان تحت التحكم الآلي.

البيانات وتطبيقات الاتصالات.لتوزيع إشارة بيانات على العديد من المخرجات ، من الضروري في كثير من الأحيان تقسيم الإشارة. يعد تلفزيون الكابل مثالًا شائعًا ، حيث يتم توزيع نفس المجموعة من البرامج التلفزيونية على مختلف الجماهير. تستخدم دوائر الدليل الموجي المستوي ، التي يجب أن تقترن مخرجاتها بألياف ، في كثير من الأحيان لتقسيم الإشارات (غالبًا بعد مضخم الألياف). وبالتالي ، من الأفضل تحقيق اقتران الألياف بالفاصل باستخدام صفيف من الألياف.

في مضاعفة تقسيم الطول الموجي ، حيث قد تترافق كل ألياف من مجموعة خطية مع طول موجي مركزي مختلف ، ومفاتيح الألياف البصرية لتوجيه الشبكة ، توجد أيضًا مشكلات مماثلة.

في اتصالات الألياف الضوئية ، يمكن نقل البيانات بمعدلات البتات الفلكيه وربما في كلا الاتجاهين في وقت واحد. ومع ذلك ، فإن استخدام ألياف متعددة مطلوب أحيانًا. ثم ، استخدام واجهات (موصلات الألياف) على أساس صفيفات الألياف أمر مرغوب فيه لتبسيط الاتصالات. يتأكد المرء من عدم تبادل الألياف عن غير قصد أثناء إنشاء اتصال لجميع الألياف ذات الصلة في عملية توصيل واحدة.

يعد التوجيه المرن لإشارات البيانات باستخدام صفيفات الألياف 1D أو 2D بالاقتران مع صفيفات الخلايا الدقيقة وصفوفات المرآة المتحركة المصنوعة من تقنية MEMS تطبيقًا آخر في قطاع الاتصالات. يمكن جعل هذه الأجهزة الصغيرة تعمل كمفاتيح توصيل بصرية سريعة ومرنة.

هذه التقنيات مفيدة ليس فقط لمزودي الاتصالات ، ولكن أيضًا في مجموعة واسعة من الصناعات الأخرى ، بما في ذلك استشعار الألياف الضوئية ومراقبة البنية التحتية وأتمتة المصانع.

اقتران صفيفات الصمام الثنائي بالليزر/صفيفات VCSEL.توجد مجموعة قياسية من بواعث الليزر في صفيفات الصمام الثنائي بالليزر ، والمعروفة أيضًا باسم قضبان الصمام الثنائي. يمكن اقتران مجموعة الألياف ومثل هذا الجهاز بحيث يدخل إشعاع كل صورة ألياف مختلفة. لصفوفات VCSEL ، يمكن استخدام أساليب مماثلة.

شعاع الجمع.يجمع الشعاع الطيفي بين الأعمال بشكل جيد خاصة مع صفيفات الألياف الخطية. يمكن استخدام صريف حيود لدمج الحزم من كل ألياف في الصفيف لإنشاء ليزر ليفي واحد ، على سبيل المثال.

كل فتحة طول موجي في مجموعة الباعث على اليسار بها ألياف واحدة. يحتوي الإخراج على تراكب كامل لجميع مكونات الطول الموجي.

مع مجموعة من الألياف ثنائية الدقة ومجموعة عدسات مناسبة لتوازي الضوء ، فإن دمج الحزمة المتماسكة أمر ممكن أيضًا [8 ، 9]. هنا ، يتم تغذية خرج مضخم الألياف أحادي التردد ، المستقر على الطور لكل ألياف. لكي يتمتع الإخراج بجودة شعاع عالية ، يجب وضع جميع المكونات بدقة شديدة.