ما هو الألياف الأساسية المجوفة (HCF)؟
تختلف الألياف البصرية الأساسية عن الألياف البصرية الصلبة أو الألياف الأساسية البلاستيكية ، حيث أن الداخلية فارغة ويمكن ملؤها بالهواء أو الغاز الخامل أو الفراغ. هذه طريقة التصميم الهيكلي الفريدة تغير بشكل كبير خصائص الانتشار البصري للألياف البصرية ، مما يمنحهم مزايا أداء متعددة على الألياف البصرية الزجاجية الصلبة التقليدية. نظرًا لسرعة الانتشار الأسرع للضوء في الهواء مقارنةً بالزجاج ، فإن الألياف البصرية المجوفة لديها زمن انتقال أقل وخسائر مقارنة بالألياف البصرية التقليدية. تدعي Microsoft Lumnense أن سرعة الألياف البصرية المجوفة هي أسرع بنسبة 47 ٪ من زجاج الكوارتز القياسي. بالإضافة إلى ذلك ، لا تلتقط الألياف الأساسية المجوفة الضوء ويمكنها بسهولة دعم الضوء في نطاقات متعددة مثل O و S و E و C و L و U ، إلخ.
تتكون الألياف الأساسية المجوفة ، مثل الألياف الأساسية الزجاجية التقليدية ، من ثلاثة أجزاء: CORE ، الكسوة ، والطلاء. الفرق الرئيسي يكمن في النواة والكسوة. جوهر الألياف المجوفة هو الهواء ، وتم تصميم الكسوة بناءً على البنية المجهرية ، التي تتكون عادةً من سلسلة من ثقوب الهواء الصغيرة مرتبة في هيكل عسل مثل قرص العسل. عندما يكون الضوء حادثًا على الواجهة بين جوهر الألياف والكسوة ، فإنه منتشرة بقوة من خلال فتحات الهواء المترتبة بشكل دوري في الكسوة. ينتج هذا الانتثار المتعدد التماسك ، مما يسمح للموجات الضوئية التي تلبي أطوال موجية محددة وزوايا الحوادث للعودة إلى الطبقة الأساسية ومواصلة الانتشار. تتمثل وظيفة البنية المجهرية في حصر الإشارات البصرية داخل جوهر الألياف للانتشار ، ويتم تحديد أداء الألياف الأساسية المجوفة بشكل رئيسي بواسطة البنية المجهرية.
يقلل الألياف المجوفة من انكسار الضوء بواسطة الوسط بسبب انتشار الضوء في الهواء ، مما يقلل بشكل كبير من تأخير الإرسال. يكون فقدان إشارة الألياف المجوفة أقل بكثير من تلك الموجودة في الألياف التقليدية ، مما يجعله مناسبًا لنقل المسافات الطويلة للغاية ويقلل من الحاجة إلى مضخمات الإشارة. الألياف الأساسية المجوفة تقلل بشكل كبير من التأثيرات غير الخطية (مثل تعديل الطور الذاتي داخل الألياف) أثناء الإرسال البصري عالي الطاقة ، مما يجعله قابلاً للتطبيق على نطاق واسع في انتقال الليزر عالي الطاقة والاتصالات الكمومية.
يمكن تصنيف الألياف الأساسية المجوفة ببساطة إلى فئتين بناءً على تصميم البنية المجهرية ومبدأ العمل: ألياف Core المجوفة للفرقة الضوئية (PBG-HCF) والألياف الأساسية المضادة للرنين (AR-HCF). لقد مرت تطوير الألياف البصرية الأساسية المجوفة بشكل أساسي بعملية التطور من ألياف جاب الفوتونيات إلى الألياف المضادة للرنين.
تعتمد الألياف الأساسية الفوتون بفرقة الفوتون على التركيب البلوري الضوئي في الكسوة الألياف لتشكيل فجوة نطاق ضوئي لتقييد انتشار عوارض الضوء في النواة المجوفة. الفرق في مؤشر الانكسار من البلورات الضوئية يعني أن شعاع الضوء لا يمكن أن ينتشر إلا في القلب ولا يمكن أن يتسرب إلى الكسوة. ومع ذلك ، فإن هذا الهيكل عرضة للخسائر ، مع خسارة متوقعة تبلغ حوالي 4 ديسيبل لكل كيلومتر ، مما يحد من استخدامه في شبكات المسافات الطويلة.
تعكس الألياف المجوفة المضادة للرنين الضوء بشكل متماسك بين الأفلام الزجاجية الأنبوبية داخل الألياف ، مما يقتصر على الضوء بالقرب من قلب الهواء ونقله على طول المحور. مبدأ مكافحة الرنين معقد للغاية ، ويجادل بعض البشر بأنه يشبه تدخل الفيلم الرقيق. يستخدم هذا النوع من الألياف البصرية مبدأ انعكاس مضاد للرنين ويشكل بنية مجهرية معقدة من خلال التصميم الهيكلي الخاص ، مثل تصميم طبقات متعددة من الشعيرات الدموية المُرتبة خصيصًا. يمنع هذا الهيكل الانعكاس الكامل للضوء أثناء الإرسال ، ويمكن للهيكل المتداخل للشعيرات الدموية أن يقلل بشكل كبير من توهين الألياف البصرية الأساسية.
