ما هو الألياف بيند؟

نظرة عامة على الألياف بيند

أجهزة استشعار الألياف الضوئية صغيرة الحجم ويمكن ثنيها. ويمكن تركيبها في عينات في مساحات صغيرة. سيؤدي نصف قطر الانحناء الصغير جدًا إلى فقدان الإشارة الضوئية ويؤثر على دقة قياسات الاستشعار. ومع ذلك، في العديد من سيناريوهات التطبيق العملي، يكون لدى مستشعرات الألياف الضوئية حتمًا نصف قطر انحناء صغير أثناء تركيبها. أصبحت كيفية حل الخسارة الناجمة عن ثني الألياف الضوئية محط اهتمام الناس. دعونا نلقي نظرة على الآثار الضارة لانحناء الألياف الضوئية العادية ومبدأ العمل لنصف قطر الانحناء الصغير للألياف الضوئية المقاومة للانحناء.

لماذا لا ينبغي ثني الألياف الضوئية بشكل مفرط؟

عندما ينتقل الضوء من وسط إلى آخر، ينكسر وينعكس عند السطح البيني بين الوسطين. وكلما زادت زاوية السقوط، أصبح الضوء المنعكس أقوى، والضوء المنكسر أضعف. عندما تكون زاوية السقوط كبيرة بما فيه الكفاية، يختفي الضوء المنكسر تمامًا، ويبقى الضوء المنعكس فقط. وتسمى هذه الظاهرة الانعكاس الكلي.

ظاهرة الانعكاس الكلي

تتكون الألياف الضوئية من هيكل ثلاثي الطبقات: النواة والكسوة والطلاء. معامل انكسار النواة أكبر من معامل انكسار الكسوة. يمكن للضوء أن يحقق انتقال الانعكاس الكلي في القلب.

 الانعكاس الكلي في الألياف الضوئية

بشكل عام، يبلغ معامل الخسارة للألياف الضوئية أحادية الوضع القياسية عند الطول الموجي 1550 نانومتر حوالي 0.2 ديسيبل/كم، وهو ما يمثل خسارة إرسال منخفضة. إذا كانت الألياف الضوئية مثنية (انحناء كلي أو انحناء دقيق)، فإن انتقال الضوء لا يفي بحالة الانعكاس الكلي، ويتسرب جزء من الضوء من الكسوة، مما يؤدي إلى انخفاض في الطاقة الضوئية وفقدانها.

حالة الانحناء للألياف الضوئية

كيفية تقليل فقدان الانحناء

السبب الرئيسي لفقد وصلات الألياف الضوئية هو وجود انحناءات ذات زاوية كبيرة في المواقع المحلية للألياف الضوئية أثناء تركيبها وتخطيطها، وهي شائعة في وصلات ومنعطفات الألياف الضوئية. وهذا النوع من فقدان الانحناء قابل للعكس. زيادة نصف قطر الانحناء الألياف البصرية سوف يحسن كثيرا من فقدان الارتباط. ما هو مسار انتقال الضوء في الألياف الضوئية؟

إذا استخدمنا معدات OFDR لقياس وصلات الألياف الضوئية، فسنحصل على منحنى توزيع OFDR (كثافة المسافة/الانعكاس). يمكن أن يعكس المنحنى الخسارة عند كل موضع في وصلة الألياف الضوئية. ويتم عرض الخسارة بشكل أساسي على شكل خطوات، كما هو موضح في الشكل أدناه. يمكن للمستخدمين استخدام منحنى OFDR لتحليل والعثور على موضع الانحناء وإجراء التعديلات.

منحنى OFDR عند ثني الألياف الضوئية

يمكن للمستخدمين أيضًا اختيار الألياف الضوئية غير الحساسة للانحناء (المقاومة للانحناء) كأجهزة استشعار، والتي يمكن أن تقلل من تأثير خسائر الانحناء. يمكن للألياف الضوئية المقاومة للانحناء أن تتحمل نصف قطر انحناء أصغر. على سبيل المثال، يبلغ الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء للألياف الضوئية المقاومة للإجهاد ذات الحرارة العالية أحادية الوضع (الطراز: Pl125) حوالي 5 مم. يبلغ الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء للكابل البصري لاستشعار الضغط ذو الغلاف الضيق (الطراز: SS-0.9mm) حوالي 8 مم.

مقدمة للألياف الضوئية المقاومة للانحناء

من المستحسن أن يكون نصف قطر الانحناء للألياف الضوئية التقليدية أحادية الوضع (نوع G.652) أكبر من 5 مم (قطر 1 سم)، وإلا سيتم فقدان الإشارة الضوئية بشكل كبير، مما يؤدي إلى انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء قياس الاستشعار ونتائج القياس غير مستقرة. فيما يتعلق بالحد الأدنى لنصف قطر الانحناء، فإن القاعدة الأساسية هي: بالنسبة للتطبيقات طويلة المدى، يجب أن يتجاوز نصف قطر الانحناء 150 مرة قطر غلاف الألياف؛ وبالنسبة للتطبيقات قصيرة المدى، يجب أن يتجاوز نصف القطر 100 مرة قطر الكسوة. يبلغ قطر الكسوة للألياف الضوئية أحادية النمط التقليدية 125 ميكرومترًا، ويبلغ الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء للنوعين المذكورين أعلاه 19 مم و13 مم على التوالي.

تعمل الألياف الضوئية المقاومة للانحناء (نوع G.657) بشكل أساسي على تحسين مقاومة الانحناء عن طريق تغيير التصميم الهيكلي للألياف الضوئية. هناك مؤشر مشترك في الصناعة لتقييم حساسية الانحناء: قيمة MAC.

صيغة ماك

قيمة MAC هي نسبة قطر مجال الوضع والقطعoff الطول الموجي في ألياف الدليل الموجي ذات مؤشر الخطوة القريبة. كلما انخفضت قيمة MAC، قلت حساسية الألياف للانحناء. تتضمن بعض الأساليب الأساسية لتصميم ألياف غير حساسة للانحناء تقليل قطر مجال الوضع أو زيادة القطعoff الطول الموجي، أو القيام بالأمرين معاً. تشمل الطرق المحددة ما يلي:

(1) قم بتقليل قطر مجال الوضع لتحسين التحكم في الضوء. مثل تقليل القطر الأساسي أو زيادة معامل الانكسار الأساسي.

(2) تقليل قطر كسوة الألياف لزيادة مقاومة الانحناء. وسيتم تقليل قطر الألياف الضوئية المقاومة للانحناء الموجودة من 125 ميكرون إلى 80 ميكرون، بل وقد ظهر قطر خارجي يبلغ 60 ميكرون.

(3) إضافة طبقة تكسية من الخنادق ذات معامل الانكسار المنخفض. تشبه الوظيفة زيادة معامل الانكسار لنواة الألياف.

يمكن لجميع الطرق المذكورة أعلاه التحكم بشكل أفضل في نقل حزم الضوء في قلب الألياف، وبالتالي تقليل تأثير ثني الألياف في قياسات الاستشعار. النوع الشائع الاستخدام من الألياف الضوئية المقاومة للانحناء في السوق هو G.657B3. يتم عرض معلمات نصف قطر الانحناء وفقدان الانحناء في الجدول أدناه.

معلمات الألياف المقاومة للانحناء