الفتحة العددية للألياف الضوئية واشتقاقها

جرب أداة القضاء على المشاكل





الألياف الضوئية عبارة عن ألياف بلاستيكية أو شفافة تستخدم لنشر الضوء. مبدأ العمل في هذا هو الانعكاس الداخلي الكلي من جدران مختلفة تمامًا. لذلك يمكن أن ينتقل الضوء لمسافات طويلة لأن مرونة الألياف الضوئية كافية. لذلك يتم استخدام هذا في المجاهر ذات الحجم الصغير والبيانات تواصل ، في تصميم المناظير الدقيقة ، إلخ الألياف البصرية يشتمل الكابل على ثلاث طبقات مثل اللب والكسوة والسترة. يتم وضع طبقة أساسية من خلال كسوة. هنا يتم تصميم طبقة الكسوة عادة بالبلاستيك أو السيليكا. تتمثل الوظيفة الرئيسية للنواة داخل الألياف الضوئية في إرسال إشارة ضوئية بينما يوجه الغطاء الضوء في القلب. نظرًا لتوجيه الإشارة الضوئية عبر الألياف ، يطلق عليها اسم الدليل الموجي البصري. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على الفتحة العددية للألياف الضوئية.

ما هي الفتحة العددية للألياف الضوئية؟

تعريف: يُعرف قياس قدرة الألياف الضوئية على جمع شعاع الضوء الذي يحدث فيه بالفتحة العددية. الشكل المختصر لهذا هو NA الذي يوضح الكفاءة مع الضوء التي يتم جمعها داخل الألياف لتتكاثر. نحن نعلم أنه عندما ينتشر الضوء من خلال الألياف الضوئية أثناء الانعكاس الداخلي الكلي. لذلك تحدث العديد من الانعكاسات الداخلية الكلية داخل الألياف للانتقال من طرف إلى آخر.




كابل الألياف الضوئية مع انعكاس داخلي

كابل الألياف الضوئية مع انعكاس داخلي

بمجرد إنتاج شعاع الضوء من مصدر الألياف الضوئية ، يجب أن تكون الألياف الضوئية فعالة للغاية للحصول على أقصى قدر من الإشعاع المنبعث فيه. لذلك يمكننا القول أن كفاءة الضوء الذي يأتي من الألياف الضوئية هي الشخصية الرئيسية بمجرد إرسال إشارة عبر الألياف الضوئية.



الفتحة الرقمية متصلة بزاوية القبول لأن زاوية القبول هي أقصى زاوية أثناء انتقال الضوء عبر الألياف. لذلك ترتبط زاوية القبول لزمالة المدمنين المجهولين ببعضهما البعض.

الفتحة العددية لتجربة الألياف الضوئية

يظهر الرسم التخطيطي لتجربة الألياف الضوئية أدناه. في الصورة التالية ، يُشار إلى شعاع الضوء الذي ينتقل إلى الألياف الضوئية بـ 'XA'. هنا 'ƞ1' هو معامل الانكسار لللب و '2' هو الكسوة.

توضح الصورة التالية أن شعاع الضوء يركز على الألياف الضوئية. هنا ، ينتقل شعاع الضوء من وسط أكثر كثافة إلى وسيط نادر بزاوية 'α' عبر محور الألياف. زاوية 'α' تسمى زاوية القبول في كابل الألياف البصرية.


ينتقل هذا الشعاع الساقط داخل كابل الألياف لينعكس تمامًا من خلال واجهة الكسوة الأساسية. ومع ذلك ، يجب أن تكون زاوية السقوط أكبر عند تباينها مع الزاوية الحرجة وإلا ، إذا كانت زاوية السقوط منخفضة مقارنة بالزاوية الحرجة ، فإن الشعاع ينكسر بدلاً من انعكاسه.
استنادًا إلى قانون سنيل ، سينتقل الشعاع المنكسر وزاوية السقوط في نفس الزاوية.

الفتحة العددية للألياف الضوئية

الفتحة العددية للألياف الضوئية

لذلك ، بتطبيق هذا القانون على الوسط 1 (الهواء) والواجهة الأساسية ، ستكون المعادلة كذلك

Ƞ sin α = Ƞ1 sin θ

يمكن كتابة قيمة 'θ' من الصورة أعلاه كما يلي.

Θ = π / 2- θc

عن طريق استبدال قيمة 'θ' في المعادلة أعلاه

Ƞ sin α = Ƞ1 sin (π / 2- θc)

Ƞ sin α = Ƞ1 * sin (π / 2) - الخطيئة (θc)

من حساب المثلثات ، نعلم أن sin θ = cosθ و sin / 2 = 1

Ƞ sin α = Ƞ1cos (θc)

الخطيئة α = Ƞ1 / Ƞ cos (θc)

نعلم أن cos θc = √1-sin2θc

من خلال تطبيق قانون سنيل على واجهة الكسوة الأساسية ، يمكننا الحصول عليها

Ƞ1 sin θc = Ƞ2 sin π / 2

Ƞ1 sin θc = Ƞ2

هنا قيمة sin π / 2 هي '1' وفقًا لقيم حساب المثلثات القياسية

الخطيئة θc = Ƞ2 / Ƞ1

عوّض بقيمة sin c في معادلة cos θc ثم

cos θc = √1- cos θc = √1- (Ƞ2 / Ƞ1) 2

عوّض بقيمة cos θc في معادلة sin α ، ثم

الخطيئة α = 1 / Ƞ√1- (Ƞ2 / Ƞ1) 2

الخطيئة α = √ (Ƞ12- Ƞ22) / Ƞ

لقد ناقشنا بالفعل أن الوسيط 1 ليس سوى هواء ، لذا فإن معامل الانكسار (ƞ) سيكون 1. لذلك بشكل خاص يمكننا القول

الخطيئة α = √ (Ƞ12- Ƞ22)

NA = √ (Ƞ12- Ƞ22)

تم اشتقاق الفتحة العددية لصيغة الألياف الضوئية أعلاه. إذن هذه هي معادلة NA ، حيث 'ƞ1' هو معامل الانكسار لللب و 'ƞ2' هو معامل الانكسار للكسوة.

تطبيقات الفتحة العددية

تشمل تطبيقات زمالة المدمنين المجهولين ما يلي

  • الألياف البصرية
  • عدسة
  • هدف المجهر
  • الهدف الفوتوغرافي

أسئلة وأجوبة

1). ما هي الفتحة العددية (NA)؟

الفتحة العددية هي القدرة على جمع الضوء بخلاف سعة الألياف الضوئية.

2). ما هو تطبيق الفتحة العددية للألياف الضوئية؟

في الألياف الضوئية ، يصف نطاق الزوايا حيث يتم بث الضوء على الألياف الضوئية معه.

3). ما هو تطبيق الفتحة العددية؟

يستخدم NA بشكل عام في الفحص المجهري لوصف مخروط القبول

4) .ما هي زاوية القبول في كابل الألياف الضوئية؟

الزاوية القصوى المكتملة من خلال شعاع الضوء باستخدام محور الألياف لنشر الضوء عبر الألياف بعد الانعكاس الداخلي الكامل يُعرف بزاوية القبول.

5). ما هي صيغة الفتحة العددية؟

الصيغة الرئيسية للفتحة العددية (NA) هي = √ (Ƞ12- Ƞ22)

6). كيف تختار الألياف الضوئية؟

هناك العديد من المعلمات التي يجب أخذها في الاعتبار لتحديد الألياف الضوئية المناسبة في انتشار الإشارة .

7). ما هو مبدأ عمل كابل الألياف البصرية؟

مبدأ عمل كبل الألياف الضوئية هو انعكاس داخلي كامل حيث يمكن بث إشارات الضوء من موقع إلى آخر من خلال فقدان بسيط للطاقة.

وبالتالي ، هذا كله يتعلق بما هو موجود فتحة عددية في الألياف الضوئية ، اشتقاق الفتحة العددية للألياف الضوئية وتطبيقاتها من المعلومات المذكورة أعلاه أخيرًا ، يمكننا أن نستنتج أن القدرة على جمع الضوء تُعرف باسم NA. لذا يجب أن تكون قيمة NA عالية بحيث يمكن تحقيقها بمجرد ارتفاع الاختلاف بين مؤشري الانكسار. لهذا ، يجب أن تكون 1 عالية وإلا يجب أن تكون 2 أدناه. إليك سؤال لك ، ما قيمة زمالة المدمنين المجهولين؟