الاتصالات السلكية و اللاسلكيةالانترنت والاتصالات
من كابلات الشبكة وتستخدم في البحار وللمسافات الطويلة وعالية الأداء
من كابلات الشبكة وتستخدم في البحار وللمسافات الطويلة وعالية الأداء
- تستخدم الألياف الضوئية في الكابلات لربط شبكات الاتصال والهواتف على مسافات بعيدة، دون التأثير على أدائها في النقل.
- تنتقل شبكات الإنترنت والكمبيوتر عبر مسافات شاسعة وتمر على طول الأنهار والبحار، ولهذا نستخدم أسلاك الألياف الضوئية لربط تلك الشبكات .
- تعد الألياف الضوئية موثوقة بسبب كفاءتها العالية وعدم تأثرها بالمسافة، لذلك تعد الخيار الأفضل لنقل شبكات الإنترنت والهاتف والكمبيوتر بين دول أو عبر البحار والمحيطات .
مكونات الألياف الضوئية
تُستخدم الألياف الضوئية لنقل الإشارات وشبكات التواصل والهاتف والإنترنت بكفاءة عالية وبصورة واضحة، رغم قطعها لمسافات طويلة، حيث تتكون الألياف الضوئية من زجاج نقي يُشكّل أنبوبًا رفيعًا جدًا ويصل سُمكه إلى أقل من سُمك الشعرة، وتكون طويلة، ويتكون الليف الضوئي من عدة أجزاء وهي:
- مصدر للضوء: يُسمى هذا بـ (المرسل الضوئي) وهو عبارة عن ضوء ليزر يعمل على تشفير إشارات الليزر.
- ألياف بصرية: وهي أساس نقل الإشارات إلى مسافات بعيدة.
- مستقبل ضوئي يتم استخدامه لتحويل الإشارات المشفرة إلى إشارات كهربائية.
- تعتمد تقنية الألياف الضوئية على ظاهرة الانعكاس
- الكلي حيث يتوجه الضوء بالانكسار.
تعريف الألياف الضوئية
الألياف الضوئية هي وصلات تنقل الإشارات والشبكات من مكان إلى آخر دون التأثير على كفاءتها في نقل المعلومات، وتتألف هذه الوصلات عمومًا من أنابيب طويلة مصنوعة من مواد مثل البلاستيك أو الزجاج أو الألياف، وتسمى الأنابيب التي تصنع من الألياف بالألياف الضوئية.
- تتميز الألياف البصرية بكفاءتها العالية في الأطوال البعيدة والمياه العميقة، ومن مميزات استخدامها في نقل الشبكات السرعة الفائقة في إرسال الإشارات والبيانات عبرها.
- تُنقل الترددات من خلال الألياف الضوئية عبر مسافات واسعة مما يزيد من فعالية النقل بجودة عالية، وبالتالي تكون سرعة النقل عالية أيضاً، وعلاوة على ذلك، يتم توصيل الإشارة عبر مسافات طويلة جداً.
تاريخ الألياف الضوئية
- دانيال كولادون وجاكيه بابنيه هما أول عالمان في الفيزياء قدما شرحًا لمبدأ توجيه الضوء بالانكسار في القرن التاسع عشر، حيث شرحا أن المرور من الهواء إلى الماء يسبب انكسارًا للضوء.
- تنحني الأشعة عندما تصطدم بسطح الماء، وتنكسر قبل أن تصل إلى العمود المقام على سطح الماء، وهذا ما يعرف بانكسار الضوء. وبعد 12 عامًا، شرح جون تندل خاصية الانعكاس الكلي الداخلي، وتوالت الأبحاث حول هذه الفكرة، والتي من خلالها تم التوصل إلى فكرة عمل الألياف الضوئية.
- في عام ١٨٨٠م، ابتكر السكندر جراهام بيل وسومنر تاينتر فوتوفون، وهو شكل متقدم للاتصالات اللاسلكية حيث يمر إشارة صوتية خلال شعاع ضوئي، ولكن من عيوبه أنه غير عملي.
- في عام ١٩٥٤، تم تطوير الألياف الضوئية وانتشار استخداماتها بشكل واسع، وأصبحت متاحة في عام ٢٠٠٠ .
استخدامات الألياف الضوئية
- تساعد في نقل الاتصالات السلكية وربط الشبكات في مجال الاتصالات.
- تنقل هذه الشبكات الإشارات بين مسافات طويلة، وتربط بين الشبكات في دول مختلفة، وتمر عبر الأنهار والبحار.
- تتم نقل الإشارات بكفاءة عالية دون التأثير على جودة المعلومات الخاصة بالإشارات.
- يبلغ معدل الألياف ١١١ جيجابايت في الثانية.
- يستخدم للاتصال بين الأجهزة على مدى قصير.
- تُستخدم في الأجهزة الاستشعارية، وتُساهم في تطبيقات الاستشعار عن بُعد والفوائد والاستخلاصات العديدة التي تنتج عنها.
- تستخدم الألياف الضوئية أيضًا في قياس درجة الحرارة والجهد الكهربائي.
- يمكن استخدام الألياف الضوئية لقياس الضغط).
- تُعَدُّ مادةً أساسية في أجهزة الاستشعار البيولوجية والاستشعار الكيميائي الضوئي.
- يتم نقل الطاقة عن طريق خلية كهروضوئية تحول الضوء إلى كهرباء.
- تستخدم في أجهزة الرنين المغناطيسي.
- تُستخدم في أجهزة قياس الإرسال ذات الجهد العالي.
- تُستخدم التصوير الطبي في العمليات الجراحية مثل تنظير المعدة لتقييم حالتها وتصوير أجزاء من الجسم من الداخل.
- تستخدم في تطبيقات الاتصالات والهاتف والإنترنت.
- يستخدم في علم الجينات وعلاج الأمراض الوراثية من خلال تفسير الشفرة الوراثية، وعلاج أمراض السكري وفقر الدم ومتلازمة داون.
- تستخدم هذه الإشارات في المجال العسكري لأنه من الصعب التجسس عليها.
- ايضاً في مجال التعليم.
تقسيمات الألياف الضوئية
يوجد ثلاث أنواع من الألياف الضوئية:
- ليف ذي نمط واحد: يشير اسم الألياف الضوئية الأحادية إلى أن الإشارات تسير فيها بنمط واحد، وتستخدم هذه الألياف في الربط بين شبكات الهواتف والربط بين كابلات التلفزيون، ويكون نصف قطرها صغيرًا جدًا ويبلغ 9 ميكرونات، ويتيح لها ذلك سرعة عالية في نقل المعلومات، وتمر الأشعة تحت الحمراء في نطاق الطول الموجي 1.3-1.55 نانومتر من خلالها.
- ليف متعدد الأنماط: تتم عملية النقل في الألياف الضوئية عبر عدد مختلف من الإشارات الضوئية، ويفضل استخدامها في شبكات الحاسوب، ويبلغ نصف قطرها حوالي ٦٢.٥ ميكرون وتنتقل أيضًا الأشعة تحت الحمراء من خلالها مثل الليف ذو النمط الواحد.
- الألياف ذات الأعراض الخاصة: تُستخدم هذه الألياف في بعض الأعراض المحددة وليست شائعة.
استخدامات الألياف الضوئية
- تحتوي الأسلاك العادية على نسبة أعلى من الألياف الضوئية مقارنةً بالسمك، وبالتالي فإن الألياف الضوئية تعد وسيلة فعالة لنقل الإشارات والمعلومات عبر الأسلاك العادية.
- يبلغ نطاق الألياف الضوئية حوالي 50 THZ مما يزيد قدرتها على نقل البث التلفزيوني وعرض عدد كبير من القنوات.
- يبلغ قطر الألياف الضوئية أقل من 0.635 سم، ويبلغ قطر الأسلاك النحاسية 7.62 سم، مما يمنح الألياف الضوئية القدرة على النقل تحت الأرض.
- يبلغ وزن الألياف الضوئية 3.6 كجم، بينما يبلغ وزن الأسلاك النحاسية الشائعة 94.5 كجم، لذلك يمكن استبدال الأسلاك النحاسية الثقيلة بالألياف الضوئية الأخف وزنًا.
- تظل كفاءة الإشارات عالية، حتى في حالة فقدان بعض الإشارات، ويكون الفقدان طفيفًا مقارنة بالفقدان الكبير الذي يحدث في الأسلاك النحاسية الشائعة والأسلاك العادية.
- يتم نقل الإشارات على مسافات بعيدة، سواء داخل البلدان أو بين البلدان، وقد تمر الإشارات عبر الأنهار والبحار، وعندما تتجمع الإشارات يمكن حدوث تداخل بينها في الأسلاك النحاسية الشائعة، في حين أن هذا لا يحدث في الألياف الضوئية.
- تتميز الألياف الضوئية بعدم حدوث تداخل للإشارات المارة من خلالها مع التداخلات الكهرومغناطيسية، مما يجعل المكالمات التي تتم من خلالها سرية تامة، ولها دور مهم في الأعمال العسكرية والمخابرات.
- تتميز الألياف الضوئية بأنها غير قابلة للاشتعال، وهذا يجعلها أكثر أمانًا من الأسلاك الموصلة الأخرى التي تشتعل بسهولة.
- حدث خسارة قليلة جداً في الألياف الضوئية، وهذا يوفر في المولدات، حيث تحتاج المولدات إلى طاقة أقل مقارنة بباقي المولدات المستخدمة في الأسلاك الأخرى.
- تتميز الألياف الضوئية بمميزات عديدة، ولا يمكننا الاستغناء عنها في حياتنا.
- تستخدم في مجالات عديدة مثل مجال الاتصالات والصناعة والطب والتعليم وشبكات الإنترنت ومواقع التواصل الاجتماعي والتصوير الطبي والمجسات التي تكون فعالة في قياس وتغيير درجة الحرارة والضغط ومجال الاستشعار عن بعد وتطبيقاتها.
- تم اكتشاف أنواع جديدة من الألياف الضوئية، وهي الألياف البلورية الفوتونية، والتي تمكن من نقل الضوء بكفاءة أعلى وأقل فقد في الطاقة.
