حاسبة انعكاس شبكة براغ من الألياف

شبكات براغ الليفية (FBGs) نوع من عاكسات براغ الموزعة، تُنشأ في جزء قصير من الليف الضوئي، تعكس أطوال موجية محددة للضوء وتُمرر جميع الأطوال الموجية الأخرى. تُستخدم لتصفية الأطوال الموجية، وتثبيت الليزر، واستشعار الإجهاد أو تغيرات درجة الحرارة في العديد من التطبيقات.

الخلفية التاريخية

مثل تطوير شبكات براغ الليفية تقدماً كبيراً في تكنولوجيا الاتصالات الضوئية وتقنيات الاستشعار. وقد ظهرت لأول مرة في أواخر القرن العشرين، وهي تستغل ظاهرة حيود براغ لتعكس أطوال موجية محددة بينما تسمح بمرور أخرى، مما يجعلها لا تقدر بثمن للعمليات الخاصة بطول الموجة.

صيغة الحساب

يعطى معامل الانعكاس (R) لشبكة براغ الليفية بالصيغة التالية:

\[ R = \tanh^2\left(\frac{\kappa L}{2}\right) \]

حيث:

• R هو معامل الانعكاس،
• κ هو معامل الاقتران (1/م)،
• L هو طول الشبكة.

مثال على الحساب

بالنسبة لشبكة براغ الليفية التي لديها معامل اقتران (κ) يساوي 1 م⁻¹ وطول (L) يساوي 10 مم:

\[ R = \tanh^2\left(\frac{1 \times 0.01}{2}\right) \approx 0.0001 \]

الأهمية وسيناريوهات الاستخدام

تُعد شبكات براغ الليفية ضرورية في الاتصالات السلكية واللاسلكية لتقسيم الطول الموجي المتعدد، وفي تطبيقات الاستشعار لقياس الإجهاد ودرجة الحرارة، وفي أنظمة الليزر لتثبيت الطول الموجي. يتم استغلال قدرتها على عكس الضوء بشكل انتقائي بناءً على الطول الموجي في أجهزة وأنظمة بصرية متنوعة.

الأسئلة الشائعة

1. ما هي شبكة براغ الليفية؟

   • شبكة براغ الليفية هي عاكس ضوئي موضوع في وسط الألياف البصرية يعكس أطوال موجية محددة للضوء ويُمرر الأخرى.

2. كيف يؤثر معامل الاقتران (κ) على انعكاسية شبكة براغ الليفية؟

   • يحدد معامل الاقتران كفاءة نقل الطاقة بين الأوضاع المنتشرة للأمام والخلف، وبالتالي يؤثر على الانعكاسية. قيم κ الأعلى تؤدي إلى انعكاسية أعلى.

3. هل يمكن استخدام شبكات براغ الليفية لاستشعار درجة الحرارة والإجهاد؟

   • نعم، شبكات براغ الليفية حساسة للغاية لتغيرات درجة الحرارة والإجهاد الميكانيكي، مما يُغير فترة الشبكة، وبالتالي طول موجة براغ. هذا يجعلها مفيدة لتطبيقات الاستشعار.

توفر هذه الآلة الحاسبة طريقة بسيطة لفهم وحساب انعكاسية شبكات براغ الليفية، مما يجعلها أداة قيّمة للطلاب والمهندسين والباحثين العاملين في تقنيات البصريات.