شبكية حقل مسطح

أنواع شبكات الحقل المسطح

شبكات الحقل المسطح هي أجهزة بصرية تُستخدم لتشتيت الضوء إلى أطوال موجاته المكونة. تتميز بسطح مسطح حيث يتم توجيه الضوء وعكسه. وتشمل أنواع مختلفة من شبكات الحقل المسطح ما يلي:

• شبكات عاكسة

  تعكس هذه الشبكات الضوء الساقط بدلاً من نقله. تصنف على النحو التالي:

  - شبكات منحوتة: يتم إنشاؤها باستخدام آلة نقش تقوم بعمل أخاديد على الشبكة. يمكن أن تكون الأخاديد على شكل حرف V أو U أو مسننة. تتمتع هذه الشبكات بكفاءة عالية وتكلفة منخفضة.

  - شبكات هولوجرافية: تتكون هذه الشبكات من شبكة رئيسية تم تطويرها عن طريق تعريض مادة حساسة للضوء لأنماط التداخل التي تتشكل بواسطة أشعة الليزر. تُعرف عملية تصنيعها باسم التصوير الضوئي. لا تحتوي على ضوء متناثر أو انتشار ضئيل.

  - شبكات مشعرة: يتم نقشها أو صناعتها هولوجرافيًا. تمتلك شكلًا مسننًا غير متماثل. يمكن توجيه الأخاديد بزوايا مختلفة، اعتمادًا على طول الموجة المطلوب. تعتمد زاوية تشتت الضوء على زاوية سقوطه على الشبكة. تتميز بكفاءة عالية عند أطوال موجات محددة.

• شبكات ناقلة

  تنقل هذه الشبكات الضوء من خلالها بدلاً من عكسه. وتشمل:

  - شبكات نقل منحوتة: تتميز بأخاديد متوازية يمكنها حيود ضوء بأطوال موجات مختلفة. تُصنع عادةً من الزجاج أو الكوارتز.

  - شبكات نقل هولوجرافية: تُصنع هذه الشبكات من خلال عملية تُنشئ اختلافًا دوريًا في معامل الانكسار. تعمل التغيرات كسطح حيود. تنقل الضوء من خلالها وتتميز بكفاءة عالية.

• شبكات مركبة

  تجمع هذه الشبكات بين خصائص العكس والانتقال. صُممت لتحقيق كفاءة عالية على نطاق واسع من أطوال الموجات وزوايا السقوط.

وظيفة وميزات شبكة الحقل المسطح

هناك أنواع مختلفة من شبكات الحيود ذات الحقل المسطح البصرية، وكلها تتميز بميزات فريدة. ومع ذلك، تتميز جميعها ببعض الميزات المشتركة، بما في ذلك ما يلي:

• سطحية مسطحية

  مسطحية الحقل هي خاصية أساسية لشبكات الحيود ذات الحقل المسطح. تضمن أن السطح الذي ينحرف فيه الضوء مسطح قدر الإمكان. هذه الميزة ضرورية لأنها تقلل من الانحرافات البصرية.

  تساعد المسطحية في الحفاظ على دقة أنماط التداخل التي تم الحصول عليها. تسمح هذه الميزة للشبكات بإنتاج حيود موحد عبر السطح بأكمله.

• كفاءة عالية

  كفاءة الحيود العالية هي ميزة أساسية لشبكات الحيود ذات الحقل المسطح. تضمن أن جزءًا كبيرًا من الضوء الوارد يتم حيوده إلى الزاوية المطلوبة.

  ينتج عن ذلك إشارة خرج ساطعة وواضحة. تعتبر الكفاءة العالية ضرورية عند استخدام مصادر ضوء أحادية اللون.

  تؤدي إلى إنتاج أطياف عالية الجودة يمكن استخدامها في تطبيقات مختلفة.

• التخصيص

  التخصيص هو ميزة فريدة لشبكات الحيود ذات الحقل المسطح. يسمح بتكييف الشبكات لتطبيقات محددة. مما يزيد من تنوعها وفائدتها في مجالات مختلفة. يمكن تخصيص أنواع مختلفة من شبكات الحيود ذات الحقل المسطح لامتلاك كثافات أخاديد مختلفة.

  سوف يؤدي ذلك إلى حيود أطوال موجات مختلفة من الضوء بكفاءة.

• نطاق واسع من أطوال الموجات

  نطاق واسع من أطوال الموجات هو ميزة حيوية لشبكات الحيود ذات الحقل المسطح. يعني أن الشبكات يمكنها العمل مع أطوال موجات مختلفة من الضوء. مما يحسن من تنوع الشبكات.

  كما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تنطوي على نطاقات طيفية متعددة. يمكن استخدام مجموعة واسعة من شبكات الحيود ذات الحقل المسطح في ضوء الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء.

تطبيقات شبكة الحقل المسطح

شبكات الحقل المسطح تُستخدم في مختلف الصناعات لتطبيقات متنوعة. فيما يلي بعض سيناريوهات الاستخدام الشائعة:

• مطيافية

  تُستخدم شبكات الحيود ذات الحقل المسطح بشكل أساسي في المطيافية. فهي تُشتت الضوء إلى أطوال موجاته المكونة. يُستخدم هذا التطبيق في مجالات مختلفة، مثل الفلك والكيمياء والفيزياء. يساعد على تحليل أطياف انبعاث وامتصاص المواد المختلفة. تُستخدم شبكات الحقل المسطح أيضًا في المطيافية رامان. فهي تُعزز إشارات رامان الضعيفة لتحليل تفصيلي.

• التلسكوبات والمُقَوّمات

  تُستخدم هذه الشبكات في التلسكوبات الفلكية. وتشمل تلسكوب هابل الفضائي والمرصدات الأرضية. تساعد الشبكات في الحصول على أطياف عالية الدقة للأجرام السماوية. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم شبكات الحقل المسطح في المُقَوّمات. هذه هي الأجهزة البصرية التي تُعزل أطوال موجات محددة من الضوء من طيف واسع. يُعد التطبيق شائعًا في الأبحاث العلمية والعديد من العمليات الصناعية.

• أنظمة التصوير

  تُستخدم شبكات الحيود ذات الحقل المسطح في أنظمة التصوير. على سبيل المثال، كاميرات CCD و CMOS. يُمكن هذا التطبيق من التقاط دقيق للمعلومات الطيفية عبر مجال الرؤية بالكامل. وهذا مهم في تطبيقات مثل التصوير متعدد الأطياف والتصوير فائق الطيف. تُحسن الشبكات أيضًا من التجانس المكاني والدقة الطيفية في المجاهر الضوئية.

• أنظمة الليزر

  تُستخدم هذه الشبكات بشكل شائع في تشكيل الحزمة واختيار طول الموجة لبعض أنظمة الليزر. وهذا يشمل ليزر الصبغة والليزر الصلبة القابلة للضبط. توفر شبكات الحقل المسطح كفاءة واستقرارًا عالين. مما يضمن إخراجًا ثابتًا لأشعة الليزر في أطوال موجات مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم الشبكات في مضاعفة التردد ومذبذبات المعلمات الضوئية. توفر شروط مطابقة الطور للتفاعلات البصرية غير الخطية.

• اتصالات الألياف الضوئية

  تُستخدم شبكات الحقل المسطح في أنظمة ت multiplex تقسيم طول الموجة (WDM). هذه الأنظمة مسؤولة عن فصل و demultiplex قنوات أطوال الموجات المختلفة في الألياف الضوئية. يُمكن هذا التطبيق من زيادة عرض النطاق الترددي وسعة نقل البيانات لشبكات الاتصالات. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم الشبكات في مُضاعفات إضافة وإسقاط الضوء. فهي تُمكن من إضافة أو إسقاط قنوات أطوال موجات محددة من تدفق الألياف الضوئية.

• تطبيقات أخرى

  علاوة على ذلك، تُستخدم شبكات الحقل المسطح في العديد من الأدوات البصرية. على سبيل المثال، أجهزة قياس الطيف وأجهزة قياس الألوان. مما يوفر قياسات وتحليلات طيفية دقيقة. يمكن أيضًا دمج هذه الشبكات في أنظمة الواقع المعزز (AR) والواقع الافتراضي (VR). مما يُحسن من عرض المعلومات الهولوجرافية والطيفية. وتشمل التطبيقات الأخرى: مجهر الفلورة، مراقبة البيئة، تصنيع أشباه الموصلات، والتشخيصات الطبية الحيوية.

أسئلة وأجوبة حول شبكة الحقل المسطح

س 1: ما هي الفوائد الرئيسية لشبكة الحقل المسطح؟

ج 1: تشمل الفوائد الرئيسية تحسين جودة الصورة، وزيادة كفاءة الضوء، وتحسين الدقة الطيفية. كما تسمح بالكشف المتزامن متعدد أطوال الموجات وتقلل من التشويه البصري.

س 2: ما هي التحديات الرئيسية عند استخدام شبكة الحقل المسطح؟

ج 2: تشمل التحديات الرئيسية تقليل الضوء المتناثر، وتحقيق إضاءة موحدة عبر الطيف، وإدارة التشتت. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون الحفاظ على دقة وكفاءة عالية على نطاق واسع من أطوال الموجات أمرًا صعبًا.

س 3: كيف تقارن شبكة الحقل المسطح مع شبكة محدبة؟

ج 3: توفر شبكة الحقل المسطح تركيزًا موحدًا عبر مستوى التشتت، بينما تُنتج شبكة محدبة نقطة بؤرية تتغير خطيًا مع طول الموجة. تُفضل شبكات الحقل المسطح عندما يكون التوحيد أمرًا بالغ الأهمية، بينما يمكن أن تكون شبكات محدبة أكثر إحكاما.

س 4: ما هي العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار شبكة الحقل المسطح؟

ج 4: ضع في اعتبارك نطاقات أطوال الموجات المحددة للتطبيق ومتطلبات الدقة. ضع في اعتبارك أيضًا الكفاءة ومادة الركيزة وهندسة التركيب البصري. من المهم مراعاة خصائص التشتت وشروط الإضاءة أيضًا.