ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการแพร่กระจายของคานในงานวิศวกรรม

ถ้าคุณเป็นวิศวกรหรือนักศึกษาวิศวกรรม คุณจะรู้ว่าคลื่นคืออะไร

คลื่นเป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีหลายอย่างที่คุณใช้ทุกวัน ตั้งแต่สัญญาณวิทยุไปจนถึงภาพอัลตราซาวนด์

แต่คุณเคยคิดบ้างไหมว่าคลื่นเหล่านี้ทำอะไรเมื่อพวกเขาเคลื่อนตัวออกจากจุดเริ่มต้น? นี่คือที่มาของแนวคิดเรื่องการแพร่กระจายของลำแสง

การแพร่กระจายของลำแสงคือมุมที่ลำแสงแม่เหล็กไฟฟ้าหรืออะคูสติกเคลื่อนที่ออกจากแกนกลางเมื่อเคลื่อนที่ผ่านวัสดุ

การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการแพร่กระจายของลำแสงมีความสำคัญต่อการออกแบบและใช้ประโยชน์จากระบบวิศวกรรมต่างๆ เช่น ระบบแสง โซนาร์ และเลเซอร์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด

ผมจะพูดถึงการแพร่กระจายของลำแสงและเหตุใดจึงมีความสำคัญในด้านวิศวกรรมในบทความนี้

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการแพร่กระจายของลำแสง

คำนิยามอย่างเป็นทางการ:

มุมของการเบี่ยงเบนจากแกนกลางของลำแสงแม่เหล็กไฟฟ้าหรือเสียงขณะเคลื่อนที่ผ่านวัสดุ

การแพร่กระจายของลำแสงคือปริมาณที่ลำแสงแม่เหล็กไฟฟ้าหรืออะคูสติกเคลื่อนที่ออกจากแกนกลางเมื่อเคลื่อนที่ผ่านวัสดุ

โดยปกติจะวัดเป็นองศาและแสดงความกว้างของลำแสงจากแหล่งกำเนิดที่ระยะหนึ่ง

ในทางวิศวกรรม การแพร่กระจายของลำแสงเป็นแนวคิดสำคัญที่ช่วยในการพิจารณาว่าแสง เสียง และคลื่นวิทยุมีความเข้มและอยู่ในทิศทางใด

ลำแสงกระจายในแสงสว่าง

ในการจัดแสง การกระจายลำแสงเป็นวิธีวัดว่าแสงจากแหล่งกำเนิดที่มีตัวสะท้อนแสง เช่น หลอดไฟ ส่องไปได้ไกลแค่ไหน

วัดความกว้างของลำแสง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องทราบว่าคุณต้องการกำหนดปริมาณแสงที่จะส่องไปยังวัตถุหรือพื้นผิวหรือไม่

โคมรีเฟล็กเตอร์มีลำแสงเฉพาะจุดหรือลำแสงกว้างขึ้นอยู่กับขนาดของโคม

ความกว้างของลำแสงคือสิ่งที่ทำให้ลำแสงเฉพาะจุดแตกต่างจากลำแสงน้ำท่วม

ใช้สูตรง่ายๆ นี้เพื่อหาความกว้างของลำแสงจากระยะทางที่กำหนด: การกระจายลำแสง = มุมของลำแสง x.018 x ระยะทาง

ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณต้องการทราบว่าแสงจากฟลัดไลท์ 120 องศาจะส่องไปได้ไกลแค่ไหนจากระยะ 15 ฟุต คุณก็แค่ใส่ตัวเลขลงในสูตรนี้

ผู้ผลิตมักอธิบายไฟสปอตไลท์และไฟน้ำท่วมในรูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อย

การรู้ว่าการแพร่กระจายของลำแสงทำงานอย่างไรจะช่วยให้คุณเลือกแสงกลางแจ้งที่เหมาะสมสำหรับโครงการของคุณ

สำหรับระยะทางที่ไกลขึ้น ลำแสงที่แคบกว่าซึ่งส่องได้ไกลกว่าจะทำงานได้ดีที่สุด

หากคุณต้องการใช้ไฟลำแสงกว้างเพื่อสร้างบรรยากาศ ระยะห่างระหว่างไฟควรเท่ากับหรือมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงที่กระจายออกไป

ลำแสงกระจายเป็นคลื่นอะคูสติก

การแพร่กระจายของลำแสงสามารถเกิดขึ้นได้ในทรานสดิวเซอร์อัลตราซาวนด์ ซึ่งวัดเป็นมุมระหว่างกลีบหลักของลำแสงเสียงในฟิลด์ไกลและกลีบหลัก

ความแตกต่างของลำแสงเป็นอีกวิธีหนึ่งในการวัดว่าพลังงานเสียงแผ่กระจายออกไปมากน้อยเพียงใดเมื่อเคลื่อนออกจากแหล่งกำเนิด

ขึ้นอยู่กับความถี่ของทรานสดิวเซอร์ที่ใช้และขนาดของทรานสดิวเซอร์

แอพเพล็ตสามารถใช้เพื่อประมาณค่ามุมการเบี่ยงเบนของลำแสงอย่างคร่าว ๆ ซึ่งเป็นครึ่งหนึ่งของมุมการแพร่กระจายของลำแสง

สิ่งนี้ทำได้โดยคำนึงถึงเส้นผ่านศูนย์กลาง (D) ความถี่ (F) และความเร็วเสียง (V) ในตัวกลางที่เป็นของเหลวหรือของแข็ง

เหตุใด Beam Spread จึงไม่ใช่เรื่องน่าหัวเราะในทางวิศวกรรม

ยังยากที่จะเข้าใจ? ให้ฉันเปลี่ยนมุมมองเล็กน้อย:

ใครต้องกังวลกับสิ่งน่ารำคาญเช่นคานกระจายล่ะ? เพียงแค่ปล่อยให้คลื่นแสงหรือเสียงของคุณบินไปอย่างจำใจและหวังว่าจะได้สิ่งที่ดีที่สุด! ใครบ้างที่ต้องการความแม่นยำหรือความแม่นยำในการใช้งานด้านวิศวกรรม จริงไหม?

แน่นอนว่านี่ไม่เป็นความจริงแต่อย่างใด อย่างที่วิศวกรหรือนักศึกษาวิศวกรรมรู้

เมื่อออกแบบและปรับเทคโนโลยีต่างๆ ให้เหมาะสม การแพร่กระจายของลำแสงเป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุดที่ต้องคำนึงถึง

แต่บางครั้งเราต้องการอารมณ์ขันแดกดันเล็กน้อยเพื่อทำความเข้าใจว่าแนวคิดเช่นการแพร่กระจายของลำแสงมีความสำคัญเพียงใด

ตอนนี้กลับไปที่คำอธิบาย

ปัจจัยที่มีผลต่อการแพร่กระจายของลำแสง

สิ่งที่ส่งผลต่อการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นเสียงนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุที่พวกมันเดินทางผ่าน

เมื่อเลือกทรานสดิวเซอร์สำหรับอัลตราซาวนด์ มุมของลำแสงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึง

การแพร่กระจายของลำแสงทำให้เสียงสะท้อนมีเสียงดังน้อยลง เนื่องจากพลังงานเสียงจะกระจายออกไปเป็นบริเวณกว้าง

ความถี่และเส้นผ่านศูนย์กลางของทรานสดิวเซอร์ขึ้นอยู่กับความกว้างของลำแสง

เมื่อใช้ทรานสดิวเซอร์ความถี่ต่ำ การแพร่กระจายของลำแสงจะกว้างกว่าเมื่อใช้ทรานสดิวเซอร์ความถี่สูง

เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของทรานสดิวเซอร์ใหญ่ขึ้น การแพร่กระจายของลำแสงจะหดตัวลง

เมื่อลำเสียงไม่กระจายออกไป อัตราที่กระจายออกไปจะถูกกำหนดโดยค่าสัมประสิทธิ์การเลี้ยวเบน D ซึ่งสัมพันธ์กับความโค้งของพื้นผิวไอโซความถี่

การเลือกทรานสดิวเซอร์มีผลอย่างมากต่อความไว ความละเอียด การทะลุทะลวง และการแพร่กระจายของลำแสง

การเปลี่ยนความถี่ในการทำงานหรือรูปคลื่นมีผลเล็กน้อย

ปัจจัยที่มีผลต่อการแพร่กระจายของลำแสงในคลื่นแสง

การหักเหของแสงคือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นแสงเคลื่อนที่จากวัสดุหนึ่งไปยังอีกวัสดุหนึ่ง และเปลี่ยนความเร็วและทิศทาง

คลื่นแสงจะหักเหมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับมุมที่ตกกระทบพื้นผิวและดัชนีการหักเหของแสงของวัสดุทั้งสอง

ดัชนีการหักเหของแสงแสดงให้เห็นว่าวัสดุทำให้แสงช้าลงมากน้อยเพียงใดเมื่อเทียบกับสุญญากาศ

เมื่อแสงผ่านปริซึม ปริซึมจะงอสองครั้ง: ครั้งหนึ่งเมื่อส่องเข้าไปและอีกครั้งเมื่อส่องออกมา

แสงจะโค้งมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น แสงสีต่างๆ จึงโค้งงอในมุมที่ต่างกัน

สิ่งนี้เรียกว่าการกระจาย

เมื่อแสงส่องผ่านกระจก บางส่วนจะสะท้อนจากพื้นผิวและบางส่วนจะทะลุผ่านตรงไป

ปริมาณแสงที่สะท้อนจะขึ้นอยู่กับมุมที่แสงตกกระทบพื้นผิว และการที่อากาศและกระจกหักเหแสง

ดัชนีการหักเหของแสงของแก้วนั้นสูงกว่าของอากาศ ดังนั้นเมื่อแสงจากอากาศเข้าสู่กระจก มันจะช้าลงและโค้งไปทางปกติ (เส้นสมมติที่ตั้งฉากกับพื้นผิว)

เมื่อแสงจากแก้วไปสู่อากาศ แสงจะเร็วขึ้นและโค้งออกจากปกติ

กล่าวโดยย่อ คุณสมบัติของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน เช่นเดียวกับความถี่และขนาดของทรานสดิวเซอร์ เป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นเสียง

การหักเหของแสงจะเปลี่ยนความเร็วและทิศทางของคลื่นแสงเมื่อผ่านวัสดุต่างๆ

สิ่งนี้ส่งผลต่อระยะห่างของคลื่นแสง

การรู้ว่าสิ่งใดส่งผลต่อการแพร่กระจายของลำแสงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมและรับผลลัพธ์ที่คุณต้องการในการใช้งานด้านวิศวกรรมต่างๆ

การใช้บีมสเปรด

การแพร่กระจายของลำแสงเป็นส่วนสำคัญของการใช้งานด้านวิศวกรรมมากมาย เช่น ระบบแสงสว่าง ระบบโซนาร์ เทคโนโลยีการตรวจจับใต้น้ำ และอื่นๆ

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าการแพร่กระจายของลำแสงส่งผลต่อเทคโนโลยีเหล่านี้อย่างไร เพื่อให้คุณสามารถเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมและได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

ลำแสงกระจายในแสงสว่าง

ในการจัดแสง มุมที่แสงออกมาจากฟิกซ์เจอร์เรียกว่าการแผ่กระจายของลำแสง

พื้นที่มากขึ้นจะสว่างขึ้นโดยมีความเข้มของแสงน้อยลงหากลำแสงกว้างขึ้น

ในทางกลับกัน การแพร่กระจายของลำแสงที่แคบลงจะทำให้แสงส่องเข้ามาในพื้นที่ขนาดเล็กมากขึ้น

ด้วยหัวติดตามแบบกระจายลำแสงแบบหลายลำแสง สามารถเปลี่ยนมุมลำแสงได้ทันทีโดยการเลื่อนเลนส์

สเปรดบีมสามารถใช้เพื่อให้แสงสว่างในพื้นที่ขนาดใหญ่ ในขณะที่สเปรดสปอตไลต์สามารถใช้เพื่อเน้นบางส่วนของห้อง

แสงประเภทต่างๆ มีรูปแบบที่แตกต่างกันสำหรับวิธีการกระจายแสง ซึ่งสร้างขึ้นด้วยเหตุผลที่แตกต่างกัน

ไฟกระจายลำแสงมีรูปแบบลำแสงที่กว้างกว่าไฟสปอร์ตไลท์ ซึ่งให้ลำแสงที่โฟกัสมากกว่าซึ่งสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้ารถได้ไกลกว่า

ไฟตัดหมอกสามารถส่องผ่านชั้นหมอก ฝน หิมะ หรือฝุ่นละอองบนถนนได้ เนื่องจากไฟตัดหมอกมีความกว้างในแนวนอนแต่ช่องตัดแนวตั้งแคบ

ระบบการจำแนกประเภทการแพร่กระจายของลำแสง NEMA

สมาคมผู้ผลิตไฟฟ้าแห่งชาติ (NEMA) ได้คิดค้นวิธีการจำแนกการแพร่กระจายของแสง

ระบบนี้เรียกว่าการแพร่กระจายลำแสง NEMA

หมายถึงขอบทั้งสองด้านที่ความเข้มของแสงกระจายในแนวนอนและแนวตั้งถึง 10% ของความเข้มลำแสงสูงสุด และสัมพันธ์กับว่าแสงที่ส่งออกนั้นแคบมาก กว้างมาก หรือบางแห่งอยู่ระหว่างนั้น

มุมของการกระจายลำแสงแนวนอนและแนวตั้งใช้เพื่อบอกความแตกต่างระหว่างประเภท NEMA

ระบบการจำแนกมุมของลำแสง NEMA ที่เป็นมาตรฐานช่วยให้ทุกคนในอุตสาหกรรมมีวิธีที่สอดคล้องกันในการหาวิธีที่โคมกระจายแสง

หกประเภทที่ตั้งชื่อโดย NEMA ใช้สำหรับสิ่งต่าง ๆ

คุณจะได้รับการกระจายแสงที่เหมาะสมสำหรับโครงการของคุณโดยใช้โคมที่มีการจำแนกประเภท NEMA ที่เหมาะสม

ลำแสงกระจายในระบบโซนาร์

ในระบบโซนาร์ การแพร่กระจายของลำแสงหมายถึงพื้นที่ครอบคลุมของคลื่นเสียงที่ปล่อยออกมาจากทรานสดิวเซอร์

โซนาร์แบบมัลติบีมจะส่งบีมโซนาร์หลายตัวพร้อมกันในรูปแบบรูปพัดซึ่งมองไปใต้ท้องเรือและด้านข้าง

เมื่อเปรียบเทียบกับโซนาร์แบบลำแสงเดียว ทำให้สามารถสแกนพื้นที่ขนาดใหญ่ของก้นทะเลได้เร็วกว่าและแม่นยำกว่า

ความถี่ที่แตกต่างกันจะเผยให้เห็นระดับรายละเอียดที่แตกต่างกันในข้อมูลโซนาร์

พัลส์ความถี่สูงแสดงรายละเอียดได้มากแต่ไม่สามารถลงไปในน้ำได้ลึก

ในทางกลับกัน คลื่นความถี่ต่ำจะลงน้ำได้ลึกกว่าแต่แสดงรายละเอียดน้อยกว่า

ลำแสงกระจายในเทคโนโลยีตรวจจับใต้น้ำ

การแพร่กระจายของลำแสงยังส่งผลต่อเทคโนโลยีสำหรับการตรวจจับใต้น้ำ เช่น การสื่อสารด้วยแสงที่มองเห็นได้ (UVLC)

UVLC ใช้ช่วงความถี่ระหว่าง 450 ถึง 550 นาโนเมตร เนื่องจากสัญญาณความถี่วิทยุสูญเสียความแรงเร็วกว่ามากในน้ำทะเล

สิ่งนี้ทำให้ผู้คนสามารถพูดคุยใต้น้ำได้ แม้ว่าน้ำทะเลจะไม่ได้มีอุณหภูมิเท่ากันเสมอไป และตัวเรือจะเคลื่อนที่เมื่อคลื่นกระทบ

กล่าวโดยย่อ การแพร่กระจายของลำแสงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึงในการใช้งานด้านวิศวกรรมหลายอย่าง เช่น แสงสว่าง ระบบโซนาร์ และเทคโนโลยีสำหรับการตรวจจับสิ่งที่เกิดขึ้นใต้น้ำ

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าการแพร่กระจายของลำแสงส่งผลต่อเทคโนโลยีเหล่านี้อย่างไร เพื่อให้คุณสามารถเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมและได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

วิธีการใดที่สามารถใช้เพื่อควบคุมหรือเปลี่ยนแปลงการแพร่กระจายของลำแสงในสถานการณ์ต่างๆ ได้?

การสร้างลำแสงและการบังคับเลี้ยว

การปรับลำแสงและการบังคับเลี้ยวเป็นเทคนิคสำคัญที่ใช้ในอุปกรณ์สมัยใหม่หลายอย่าง เช่น เลนส์กล้องและแหนบออปติคอล

ในวิธีนี้ ลำแสงจะเปลี่ยนในรูปแบบต่างๆ เพื่อให้ได้การแพร่กระจายที่ต้องการ

วิธีหนึ่งที่ได้รับความนิยมในการเปลี่ยนรูปร่างของลำแสงคือการใช้องค์ประกอบออพติคอลแบบเลี้ยวเบน (DOE)

DOE สามารถเปลี่ยนวิธีกระจายลำแสงในแง่ของเฟสและแอมพลิจูดเพื่อให้ได้ลำแสงกระจายตามที่ต้องการ

นอกจากนี้ แหนบออปติคัลโฮโลแกรมยังใช้โฮโลแกรมที่สร้างโดยคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างรูปร่างและกำหนดทิศทางของลำแสงเพื่อสร้างกับดักในพื้นที่ 3 มิติ

metasurfaces อิเล็กทริก

ไดอิเล็กทริกเมตาพื้นผิวเป็นชั้นบาง ๆ ของโครงสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่น ซึ่งสามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของแสงได้ขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสง ระยะเวลา มุมตกกระทบ และรูปร่างภาคตัดขวาง

พวกเขาสามารถเปลี่ยนความแรงของลำแสง เฟส และโพลาไรซ์ ซึ่งทำให้พวกเขาสร้างรูปแบบลำแสงที่ซับซ้อนได้

เลนส์ ตัวสะท้อนแสง และตะแกรงกระจายแสง

ในบางสถานการณ์ สามารถใช้เลนส์ ตัวสะท้อนแสง หรือตะแกรงกระจายแสงเพื่อควบคุมระยะที่ลำแสงจะกระจายออกไปได้

เลนส์สามารถเปลี่ยนรูปร่างของลำแสงเพื่อทำให้แคบลงหรือกว้างขึ้นได้ และตัวสะท้อนแสงสามารถเปลี่ยนลำแสงไปในทิศทางที่กำหนดได้

การเลี้ยวเบนของแสงสามารถแยกลำแสงออกเป็นลำแสงมากกว่าหนึ่งลำแสงหรือทำให้โค้งงอเป็นรูปแบบเฉพาะได้

รูรับแสงหรือม่านตา

โดยการเปลี่ยนขนาดของช่องเปิด สามารถใช้รูรับแสงหรือม่านตาเพื่อเปลี่ยนขนาดของลำแสงได้

ในการถ่ายภาพ วิธีนี้มักใช้เพื่อควบคุมปริมาณแสงที่เข้าสู่กล้องและเพื่อให้ได้ระยะชัดลึกที่เหมาะสม

การเคลื่อนย้ายชิ้นงานหรือเลเซอร์

เมื่อใช้เลเซอร์ในการตัดหรือเชื่อม เช่น ลำแสงสามารถเปลี่ยนได้โดยการย้ายชิ้นงานหรือเลเซอร์

วิธีนี้ใช้เพื่อทำการตัดหรือเชื่อมที่มีความแม่นยำมากและเพื่อควบคุมระยะที่ลำแสงจะกระจายออกไป

เครื่องเร่งอนุภาค

เครื่องเร่งอนุภาคสามารถควบคุมหรือเปลี่ยนการแพร่กระจายของลำแสงได้หลายวิธี

ซึ่งรวมถึงวิธีการฉีดและการสกัด การทำให้เย็นด้วยลำแสง การขนส่งแบบหมุน โพลาไรเซชัน การวิเคราะห์การเลี้ยวครั้งแรก วิธีปรับแต่งที่ใกล้เคียงที่สุด การชดเชยเสียงสะท้อนรวม

วิธีการเหล่านี้ใช้เพื่อให้แน่ใจว่าลำแสงคงที่ มีโฟกัสดี และอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง

สรุปได้ว่า มีหลายวิธีในการควบคุมหรือเปลี่ยนวิธีการกระจายของลำแสง และวิธีที่ดีที่สุดจะขึ้นอยู่กับการใช้งานและความต้องการ

สิ่งสำคัญคือต้องเลือกเทคนิคที่เหมาะสมเพื่อให้ลำแสงกระจายตามที่คุณต้องการ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าการใช้งานนั้นได้ผล

เทคนิคการควบคุมและจัดการกับการแพร่กระจายของลำแสง

การแพร่กระจายของลำแสงเป็นปัจจัยสำคัญในการใช้งานด้านวิศวกรรมจำนวนมาก รวมถึงระบบแสงสว่าง ระบบโซนาร์ และเครื่องเร่งอนุภาค

การใช้งานที่แตกต่างกันต้องการวิธีที่แตกต่างกันในการควบคุมหรือเปลี่ยนการกระจายของลำแสง

การคำนวณการแพร่กระจายของลำแสง

คุณสามารถหาค่าการกระจายของลำแสงที่ถูกต้องสำหรับการออกแบบแสงสว่างของคุณได้ง่ายๆ โดยการคูณมุมของลำแสงด้วยค่าคงที่ 0.018 แล้วตามด้วยระยะทาง

ตัวอย่างเช่น หากคุณต้องการคำนวณพื้นที่ครอบคลุม (ขนาดจุด) ของลำแสง 10° ที่ติดตั้งเหนือพื้น 25 ฟุต (ระยะการโยน) คุณสามารถใช้สูตรนี้ได้: 10° x 0.018 x 25 ฟุต = 4.5 ฟุต

โคมสะท้อนแสงสามารถมีลำแสงเฉพาะจุดหรือลำแสงน้ำท่วมก็ได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของโคม

การมีทั้งสองประเภทช่วยให้คุณมีทางเลือกมากขึ้นในการให้แสงสว่างแก่ทรัพย์สินของคุณ

เมื่อเลือกหลอดไฟสำหรับพื้นที่ของคุณ ให้คิดถึงบรรยากาศที่คุณต้องการสร้าง

ไฟสปอตไลต์มักเป็นหลอดไฟที่มีลำแสงแคบ เช่น 12°

ไฟน้ำท่วมหรือไฟล้างคือหลอดไฟที่มีลำแสงกว้างกว่า เช่น 60° หรือมากกว่านั้น

Beam Shaping และพวงมาลัย

การปรับลำแสงและการบังคับเลี้ยวเป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีสมัยใหม่หลายอย่าง เช่น แหนบออปติคอลและเลนส์กล้อง

องค์ประกอบออพติคัล เช่น เลนส์ กระจก และตะแกรงถูกนำมาใช้เพื่อเปลี่ยนรูปร่างของลำแสงและกำหนดทิศทางหรือโฟกัสไปที่เป้าหมาย

วิธีนี้ยังใช้ในการควบคุมลำแสงที่มีดัชนีการหักเหของแสง คาบ มุมตกกระทบ และรูปร่างภาคตัดขวางที่แตกต่างกันในพื้นผิวเมตาอิเล็กทริก

ลดการแพร่กระจายของลำแสง

ในเทคโนโลยีอัลตราซาวนด์ คุณสามารถทำให้ลำแสงที่กระจายมีขนาดเล็กลงได้โดยใช้ทรานสดิวเซอร์ที่มีความถี่สูงหรือโดยการทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของทรานสดิวเซอร์ใหญ่ขึ้น

ด้วยการเคลื่อนไมโครสเฟียร์ที่ดักจับด้วยแสงผ่านลำแสง ทำให้สามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของลำแสงในอุปกรณ์ออปโตฟลูอิดิคได้

เครื่องเร่งอนุภาคมีหลายวิธีในการควบคุมหรือเปลี่ยนแปลงการแพร่กระจายของลำแสง เช่น วิธีการฉีดและการสกัด การทำให้เย็นของลำแสง การขนส่งแบบหมุน โพลาไรเซชัน การวิเคราะห์การเลี้ยวครั้งแรก

นอกจากนี้ยังมีวิธีต่อไปนี้ในการทำให้ลำแสงแคบลง:

การใช้ตัวขยายลำแสง: สามารถใช้ตัวขยายลำแสงเพื่อลดความแตกต่างของลำแสง และตรวจสอบให้แน่ใจว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงไม่เกินขีดจำกัดที่กำหนดเมื่อลำแสงส่งออกอยู่ไกลออกไป

ด้วยการทำให้ลำแสงใหญ่ขึ้นภายในระบบ เส้นผ่านศูนย์กลางอินพุตก็จะใหญ่ขึ้น ซึ่งทำให้ความแตกต่างมีขนาดเล็กลง

• การใช้ collimator: สามารถใช้ collimator เพื่อลดการแพร่กระจายของลำแสงเลเซอร์และทำให้ได้ collimator มากขึ้น
• การใช้รูรับแสงที่เล็กลง: ขนาดของรูที่ลำแสงเลเซอร์ทะลุผ่านอาจส่งผลต่อระยะห่างของลำแสง

ส่วนใหญ่แล้วรูรับแสงที่เล็กลงจะทำให้ลำแสงกระจายน้อยลง

• การใช้เลนส์ที่มีทางยาวโฟกัสยาวขึ้น: สามารถใช้เลนส์ที่มีทางยาวโฟกัสยาวขึ้นเพื่อโฟกัสลำแสงเลเซอร์ไปยังจุดที่เล็กกว่า ซึ่งสามารถลดการแพร่กระจายของลำแสงได้

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าเทคนิคเหล่านี้สามารถช่วยลดการแพร่กระจายของลำแสงได้ แต่ทำได้มากเท่านั้น

นอกจากนี้ เทคนิคบางอย่างอาจทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนทางแสงอื่นๆ เช่น ความคลาดเคลื่อนทรงกลม ซึ่งอาจทำให้คุณภาพของลำแสงลดลงได้

สิ่งสำคัญคือต้องคิดอย่างรอบคอบเกี่ยวกับความต้องการของระบบและเลือกวิธีที่เหมาะสมเพื่อลดการแพร่กระจายของลำแสง

ลำแสงเสียงกระจายไปในทุ่งไกล

มีหลายสิ่งหลายอย่างที่ส่งผลต่อการแพร่กระจายของลำแสงเสียงในระยะไกล

ซึ่งรวมถึงขนาดและรูปร่างของแหล่งกำเนิดอัลตราซาวนด์ ความถี่ของลำแสง วิธีโฟกัสของลำแสง และขนาดหรือรูรับแสงของทรานสดิวเซอร์

ทุ่งไกล

ฟิลด์ไกลคือพื้นที่ที่เส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงห่างจากแหล่งกำเนิดมากกว่าหนึ่งความยาวของโซนใกล้

เส้นผ่านศูนย์กลางของทรานสดิวเซอร์และความถี่ของอัลตราซาวนด์

ปริมาณลำแสงเสียงที่กระจายออกไปในสนามที่ไกลขึ้นกับขนาดของทรานสดิวเซอร์ที่เรียกว่า รูรับแสง และความถี่ของคลื่นเสียง

คริสตัลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้นทำให้เกิดเสียงที่มีความถี่สูงขึ้น ทำให้เกิดลำแสงที่เบี่ยงเบนน้อยลงในสนามที่ไกลออกไป

คริสตัลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าและมีความถี่ต่ำกว่าจะสร้างลำแสงที่กระจายออกไปในระยะไกล

ขนาดและรูปร่างของแหล่งอัลตราซาวนด์

ความกว้างของลำแสง ความยาวของ Fresnel zone และมุมของความแตกต่างที่เลยระยะ Near field ล้วนได้รับผลกระทบจากขนาดของแหล่งกำเนิดอัลตราซาวนด์

สำหรับทรานสดิวเซอร์ที่ไม่มีการโฟกัส ความยาวของโซน Fresnel จะถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของทรานสดิวเซอร์และความยาวคลื่น

ลำแสงโฟกัส

วิธีการโฟกัสของลำแสงยังเปลี่ยนรูปลักษณ์ในระยะไกลอีกด้วย

การโฟกัสลำแสงจะทำให้ลำแสงกระจายน้อยลงในระยะไกล

ในทางกลับกัน การใช้ทรานสดิวเซอร์ที่ไม่โฟกัสลำแสงจะทำให้ลำแสงกระจายมากขึ้น

กล่าวโดยย่อ เส้นผ่านศูนย์กลางหรือรูรับแสงของทรานสดิวเซอร์ ความถี่ของอัลตราซาวนด์ ขนาดและรูปร่างของแหล่งกำเนิดอัลตราซาวนด์ และวิธีการโฟกัสของลำแสง ล้วนส่งผลต่อปริมาณของลำแสงเสียงที่แผ่ออกไปในขอบเขตที่ไกลออกไป

เมื่อทราบเกี่ยวกับปัจจัยเหล่านี้ วิศวกรและนักวิจัยสามารถสร้างระบบอัลตราซาวนด์ที่ทำงานได้ดีที่สุดสำหรับความต้องการของพวกเขา

ความยาวคลื่น Nearfield การคำนวณการแพร่กระจายของลำแสง

เคล็ดลับ: เปิดปุ่มคำอธิบายภาพหากต้องการ เลือก "การแปลอัตโนมัติ" ในปุ่มการตั้งค่า หากคุณไม่คุ้นเคยกับภาษาพูด คุณอาจต้องคลิกที่ภาษาของวิดีโอก่อนจึงจะสามารถแปลภาษาที่คุณชื่นชอบได้

บทสรุป

เมื่อเราสรุปการอภิปรายเกี่ยวกับการแพร่กระจายของลำแสง คุณควรสละเวลาสักครู่เพื่อพิจารณาผลกระทบอย่างลึกซึ้งที่แนวคิดนี้มีต่อโลกวิศวกรรม

การแพร่กระจายของลำแสงเป็นแนวคิดที่สำคัญมากในการทำความเข้าใจว่าคุณต้องการออกแบบระบบไฟส่องสว่างสำหรับสนามกีฬา ปรับปรุงภาพโซนาร์สำหรับเรือดำน้ำ หรือสร้างเทคโนโลยีเลเซอร์สำหรับการใช้งานทางการแพทย์

วิศวกรสามารถทำงานได้อย่างแม่นยำและมีประสิทธิภาพมากกว่าที่เคย โดยการควบคุมอย่างระมัดระวังและเปลี่ยนพฤติกรรมของคลื่นขณะที่มันเคลื่อนที่ผ่านวัสดุต่างๆ

ดังนั้น ครั้งต่อไปที่คุณกำลังทำงานในโครงการวิศวกรรม อย่าลืมนึกถึงพลังของการแพร่กระจายของลำแสงและวิธีที่จะช่วยให้คุณบรรลุเป้าหมายได้

ด้วยจินตนาการและความคิดสร้างสรรค์เล็กน้อย สิ่งที่คุณสามารถทำได้ไม่มีขีดจำกัดจริงๆ