السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
الحمدلله والصلاة والسلام على رسول الله وعلى آله وصحبه أجمعين
بسم الله الرحمن الرحيم
أحدثت الألياف البصرية ثورة في عالم الاتصالات، فما هو سبب هذه الثورة ؟ ولماذا يفضل استخدامها عنالأسلاك المعدنية التقليدية؟
تعريف الألياف البصرية :
الألياف البصرية (Fiber Optics) هي أزواج من الأسلاك الزجاجيةالرفيعة التي تمثل وسط نقل الطاقة• وكل من هذه الأزواج ذو سُمْك لا
يزيد على سُمْك الشعرة، ومصنوع من مادة زجاجية نقية، ويحمل الخيط الليفي الواحد نبضات قصيرة من شعاع الليزر وهي عبارة عن ومضات
بالغة القصر من أشعة الليزر بمعدل سرعة يبلغ مئات ملايين ومضة في الثانية،
وقد أمكن للشركات العالمية تطوير استخدام هذه الألياف بإمكانية حشد ألوف المكالمات الهاتفية عبر زوج واحد من الألياف الزوجية الضوئية
وبذلك تصبح تكلفة أسلاك الزجاج عن استخدامها بأحجام كبيرة في نقل المكالمات والمعلومات من قبل الحكومات وشركات الاتصال أقل بكثير من
تكلفة الكابلات النحاسية مما يشكل منافساً كبيراً لها
فقد امكن نقل المكالمات التليفونيه باستخدام كوابل الالياف البصره بكمية أكبر حوالى عشره اضعاف من الكوابل النحاسيه التقليديه و تستخدم
كوابل الالياف البصريه البحريه في التى تستخدم في ربط الدول عن طريق البحار و المحيطات و لعل احدث هذه الكابلات هو الكابل البحرى flag
الذى تم الانتهاء من تركيبه عام 1996 بطوله 17000 ميل و يأخذ شكل حزام حول
الارض و يربط بين السواحل البريطانيه و السواحل اليابانيه و من خلال الكابلات ترتبط معظم دول العالم ببعضها.
ولا تستطيع الألياف الزجاجية نقل المكالمات الهاتفية فقط وإنما نقل المكالمات التلفازية أيضا، وهذا ما لا يمكن تحقيقه باستخدام الكابلات النحاسية، ذلك أن الصورة التلفازية فيها من التفاصيل المرئية ما تعجز أسلاك النحاس عن حملها (في كل صورة تلفازية حوالى 100 ألف نقطة مضيئة على الشاشة تكّونْ الشكل العام للصورةالتلفازية)
ونظرالصغر حجم الألياف البصرية وخفة وزنها فإن كثيرا من شركات الاتصالات والطيران والبواخر والغواصات والأقمار الصناعية بدأت
باستبدال الكابلات النحاسية بألياف بصرية ولتوضيح ذلك فإن
كابلا من الألياف البصرية زنته 3.6 كيلوغرام يمكن أن يحل محل كابل نحاسي وزنه 95 كغم• من هذه المقارنة يتضح أن صغر الحجم وقلة
الوزن يؤديان إلى خفض تكاليف الإنشاء وسهولة التمديد والنقل مقارنة بالكبلات النحاسية
بعض استخدامات الألياف البصرية .
يمكن لحزم الألياف أن تتسلل لترى ما لا يمكن الوصول إليه من دونها، وهذا ما جعل لها قيمة خاصة في الطب،حيث يراقب الأطباء ما يحدث
داخل جسم الإنسان بواسطة المناظير الباطنية الليفية - البصرية، وبإمكان الحزم الليفية أن تستخدم كـ >أنابيب ضوئية< لتركيز الضوءعلى
أمكنة صغيرة يصعب الوصول إليها
أما الاستعمال الأوسع والأشهر فهو في ميدان الاتصالات، إذ يمكن لليف مفرد أن يحمل إشارة بصرية بين مرسل ومستقبل، وتوفرالألياف
المزدوجة اتصالات في اتجاهين، ويمكنها أن تنقل الإشارات إلى مسافات أبعد وبسرعات أكبر من الأسلاك من دون تضخيم أو تقوية في
الاتصالات الهاتفية والتلفازية والحاسوبية
وقد قطعت هذه التقنية مسافة كبيرة بسرعة هائلة، حتى أنه يتم اليوم اختبار وصلات ليفية بصرية سوف تنقل خدمات اتصالات جديدة في المنازل
فالفائدةالرئيسية لأنظمة الألياف البصرية بالنسبة للاتصالات هي أنها يمكنها أن تبث معلوماتأ كثر لمسافات أطول مما تفعل الأسلاك•
ومقاومة الأسلاك الثخينة التي توصل الكهرباء إلى المنازل ضئيلة، وبالتالي فإنها لا تفقد إلا قليلا من القدرة، ولكنها لا تستطيع نقل معلومات
مفيدة بسرعة عالية•
ويمكن لأنواع أخرى من الكابلات المعدنية أن تنقل المعلومات بسرعات عالية، ولكن ليس لمسافات بعيدة، نظراً لأن لها مقاومة عالية
أماالألياف البصرية فتنقل كمية كبيرة من المعلومات دون فقد قدرة كبيرة
كيفية انتقال الضوء في الألياف البصرية
تنتقل الإشارات الضوئية في الكيبلات البصرية خلال الليف الزجاجي الرفيع(Core) وذلك عن طريق الانعكاسات المتتالية للضوء والت ييحدثها العاكس(Cladding) المحيط بالقلب الزجاجي والذي يعمل كمرآة عاكسة للضوء.
ولأن العاكس لا يمتص الضوء الساقط عليه بل يقوم بعكسه إلى داخل الليف البصري طوال رحلته فإن الضوء ينتقل لمسافات بعيدة دون أن يفقد أو يتضاءل .
ولكن في بعض الأحيان يحدث وأن تضعف الإشارات الضوئية نتيجة لوجود الشوائب في مادةالزجاج الليفي ، وبشكل عام يمكن القول أن كفاءة الليف البصري ومدى انتقال الإشاراتالضوئية فيه لمسافات طويلة دون أن تفقد أو تضعف تعتمد على عاملين:
· درجة نقاء مادةالزجاج المصنوع منها الليف البصري(Core).
· الطول الموجي للضوء المستخدم ،فمثلاً في الأطوال الموجية(nm 850) تكوننسبة الضعف في الإشارات الضوئية المرسلة حوالي( من60% إلى 75% لكل كيلومتر).وفي الأطوال الموجية(nm1.300) تتراوحالنسبة من 50% إلى 60% لكل كيلومتر.
وهناك أنواعا من الألياف البصرية ذاتالكفاءة العالية والتي تعد نسبة الضعف في إشاراتها الضوئية صغيرة جدا لا تزيد عن 10% لكل كيلومتر للضوء ذو الطول الموجي (nm 1.300).
استخدام الألياف البصرية في الاتصالات
تتكون وحدة الاتصالات بالألياف البصرية من:
· جهاز الإرسال(Transmitter): يرسل الإشارات الضوئية المشفرة.
· الألياف البصرية( Optical Fibers): تعمل هذه الأليافعلى توصيل ونقل المعلومات كإشارات ضوئية ولمسافات طويلة.
· مجدد أو معزز الإشارات الضوئية(Optical Regenerator): وهذا ضروري لتعزيزالإشارات وتقويتها حتى لا تضعف وتتلاشى خلال رحلتها الطويلة عبر الكيبلاتالبصرية.
· جهاز الاستقبال(Receiver): يستقبل الإشارات الضوئية ويحل تشفيرها.
جهاز الإرسال (Transmitter)
فيه تدار الأجهزة لتعطي سلسلة منالومضات الضوئية المتعاقبة التي تولد الشفرات أو الإشارات الضوئيةالمرسلة.
معزز الإشارات الضوئية(Optical Regenerator):
كماذكر سابقاً أن هناك بعضاً من الإشارات الضوئية التي تفقد أو تضعف خاصة عندما تسيرلمسافات طويلة كالذي يحدث في الكيبلات الممتدة تحت سطح البحر والتي تستخدم في أغراضالاتصالات بين السفن والغواصات، وبالتالي تعالج هذه الكيبلات البصرية بمعززات لهذه الإشارات تمتد على طول الكيبل وتعمل على تقوية الإشارات الضوئية .
تتكون هذه المعززات من ألياف بصرية مغلفة بمادة خاصة،وعندما تسقط الإشارات الضوئية الضعيفةعلى جزيئات المادة فإنها تستثار لتعطي إشارات ضوئية قوية لها نفس خصائص الإشارات الضوئية الساقطة،أي أن الغلاف يعمل عمل الليزر(تفخيم الضوء الساقط) وهكذا ستمرعملية
انتقال الضوء لمسافات طويلة دون أن تفقد.
المستقبل (Receiver):
تستخدم في هذه المستقبلات خلاي اضوئية( Photocell) أو الثنائيات الضوئية (Photodiode) التي تتعرف وتكشف الإشارات الضوئية المرسلةوتحل شفرتها إلى إشارات كهربية تدير الأجهزة المختلفة كالتلفزيون،والكمبيوتر،والهاتف...وغيرها.
مزايا وفوائد الألياف البصرية
أحدثت الألياف البصرية ثورة في عالم الاتصالات، فما هو سبب هذه الثورة ؟ ولماذا يفضل استخدامها عنالأسلاك المعدنية التقليدية؟
تتميز الألياف البصرية عن الأسلاك المعدنيةبالخصائص التالية:
· غير مكلفة:
يمكن صنعأميال من الكيبلات الضوئية بتكلفة أقل مقارنة بتلك الكيبلات المصنوعة من المعادنكأسلاك النحاس.
· رفيعة السمك:
تتميزالألياف البصرية بأنها رفيعة ودقيقة مقارنة بالأسلاك المعدنية.وبما أن هذه الأليافرفيعة فإنه يمكن تجميع العديد منها في حزم لتمتد في كيبلات أقطارها صغيرة وهذا لايمكن عمله مع أسلاك النحاس.
· كفاءتها عالية:
فهناكالقليل فقط من الإشارات الضوئية التي تفقد أو تضعف مقارنة بالأسلاكالمعدنية.
· تستخدم الإشاراتالضوئية لنقل المعلومات:
تنتقلالمعلومات كإشارات ضوئية عبر الألياف البصرية على عكس الأسلاك النحاسية التي تستخدمالإشارات الكهربية وهذه الإشارات الضوئية المارة في أحد الألياف لا تتداخل معإشارات الألياف الأخرى الموجودة معها في نفس الحزمة داخل الكيبل،وهذا يعني عدمتداخل الخطوط خلال المحادثات الهاتفية حيث يكون الصوت واضح ونقي.
· تنقل الإشارات الرقمية:
تعد الألياف البصرية مثالية وملائمة لنقل الإشارات الرقمية والمستخدمةفي شبكات الكمبيوتر.
· أمنة ضد الحرائق:
لا تستخدمالألياف الضوئية أي إشارات كهربية،ولذلك تعتبر وسيلة آمنة لنقل المعلومات والإشاراتالضوئية لمسافات طويلة دون الخوف من أضرار الحرائق الناجمة عن الشحناتالكهربية.
· خفيفة الوزن:
تعدالألياف البصرية خفيفة الوزن مقارنة بأسلاك النحاس،كما أنها تحتل مساحة صغيرة عندإمدادها تحت الأرض مقارنو بالمساحة الكبيرة التي تحتلها كيبلات الأسلاكالمعدنية.
· مرونتها عالية:
مما يميزالألياف البصرية أنها مرنة ولذلك فهي تستخدم في الكاميرات الرقمية للأغراضالتالية:
-
لالتقاط الصور الطبية عن طريق استخدامها في المناظيرالمختلفة(endoscope , laparoscope and bronchoscope.
-
لتفحص عملية اللحام في أنابيبومحركات الطائرات والسيارات والصواريخ..وغيرها. ولذلك يفضلاستخدام الألياف البصرية صناعياً وفي الاتصالات وأسلاك وخطوط الكمبيوترات.
