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 البصرية كنوع من الكابلات لربط شبكات الاتصال والهواتف على مسافات طويلة، دون أن تؤثر على أداء النقل.
- تنتقل شبكات الإنترنت والكمبيوتر عبر مسافات بعيدة جدا وتعبر البحار والأنهار، ولذلك نستخدم أسلاك الألياف الضوئية لربط الشبكات .
- تتمتع الألياف الضوئية بكفاءة عالية ولا تتأثر بالمسافة، ولذلك تفضل استخدامها في نقل شبكات الإنترنت والهاتف والكمبيوتر بين الدول وفي المحيطات والبحار .
مكونات الألياف الضوئية
تستخدم الألياف الضوئية لنقل الإشارات وشبكات الاتصال والهاتف والإنترنت بشكل واضح وفعال على الرغم من المسافات الطويلة التي تمر بها. تتألف الألياف الضوئية من زجاج نقي يشكل أنبوبة رفيعة جدا تكون أقل سمكا من الشعرة. تكون الألياف الضوئية طويلة. يتكون الليف الضوئي من عدة أجزاء وهي:
- مصدر للضوء: يسمى بالمرسل الضوئي وهو عبارة عن ضوء ليزر، يعمل على تشفير إشارات الليزر.
- ألياف بصرية: هو الوسيلة الرئيسية لنقل الإشارات على مسافات بعيدة.
- جهاز استقبال ضوئي يحول الإشارات المشفرة إلى إشارات كهربائية.
- تعتمد فكرة 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 أن يؤثر ذلك على كفاءتها في نقل المعلومات. وتتكون الوصلات عموما من أنبوب طويل مصنوع من مواد مثل البلاستيك أو الزجاج أو الألياف. وتسمى الأنابيب المصنوعة من الألياف بالألياف الضوئية.
- تتميز الألياف الضوئية بكفاءتها العالية في المسافات البعيدة وعلى البحار والأنهار، ومن مميزاتها عند استخدامها في شبكات النقل: أولا، سرعة إرسال الإشارات والشبكات من خلالها سريعة جدا.
- تنتقل الترددات عبر الألياف الضوئية على مدى واسع، مما يزيد من كفاءة نقل البيانات بجودة عالية أيضا، وثالثا يتم التوصيل على مسافات طويلة جدا.
تاريخ الألياف الضوئية
- دانيال كولادون وجاكيه بابنيه هما أول عالمان فيزياء قاما بشرح مبدأ توجيه الضوء بالانكسار وذلك في القرن التاسع عشر، حيث شرحوا أنه عندما يمر الضوء من الهواء إلى الماء.
- عندما يسقط الضوء على سطح الماء، ينكسر بالقرب من العمود المنتصب على سطحه، وبعد ١٢ عاما، شرح جون تندل خاصية الانعكاس الكلي الداخلي، وبدأت الأبحاث في هذه الفكرة وأدت إلى فهم عمل الألياف البصرية.
- عند اختراع السكندر جراهام بيل وسومنر تاينتر فوتوفون عام ١٨٨٠م، تم استخدام إشارة صوتية تمر عبر شعاع ضوئي، وهو نموذج متقدم للاتصالات اللاسلكية، لكن لديه عيوب تجعله غير عملي.
- وفي عام ١٩٥٤م تطورت الألياف الضوئية وانتشرت تطبيقاتها بشكل واسع، وسميت بالألياف الضوئية أو الألياف البصرية، وأصبحت الألياف الضوئية متاحة عام ٢٠٠٠م .
استخدامات الألياف الضوئية
- تستخدم في مجال الاتصالات لنقل الاتصالات السلكية وربط الشبكات.
- تنقل الإشارات وتربط بين الشبكات عبر مسافات طويلة، وبين الدول وبعضها البعض وفي الأنهار والبحار.
- تنقل الإشارات بكفاءة عالية دون التأثير على كفاءة وجودة معلومات الإشارات.
- تصل معدلات الألياف إلى ١١١ جيجابايت في الثانية.
- تستخدم للاتصال بين الأجهزة خلال فترة قصيرة.
- تستخدم في المستشعرات، حيث يتم استخدامها في أجهزة الاستشعار عن بعد وبالتالي تسهم في تطبيقات الاستشعار عن بعد والاستفادة من العديد من الفوائد والنتائج المستخرجة.
- يمكن أيضا استخدام الألياف البصرية في قياس درجة الحرارة والجهد.
- يمكن استخدام الألياف الضوئية لقياس الضغط.
- تعتبر مكونا أساسيا في أجهزة الاستشعار البيولوجية وأجهزة الاستشعار الكيميائية الضوئية.
- تنقل الطاقة من خلال خلية كهروضوئية تحول الضوء إلى كهرباء.
- تستخدم في أجهزة الرنين المغناطيسي.
- يستخدم في أجهزة قياس الإرسال ذات الجهد العالي.
- تستخدم في المجال الطبي للتصوير أثناء إجراء العمليات مثل تنظير المعدة لمعرفة حالة العضو وتصوير أجزاء الجسم من الداخل.
- تستخدم في تطبيقات الاتصالات والهاتف والإنترنت.
- تستخدم في علم الجينات وعلاج الأمراض الوراثية عن طريق فك شفرة الجينات ومعالجة أمراض مثل السكري وفقر الدم ومتلازمة داون.
- في المجال العسكري لأنه من الصعب التجسس على هذه الإشارات.
- ايضاً في مجال التعليم.
تقسيمات الألياف الضوئية
يوجد ثلاث أنواع من الألياف الضوئية:
- ليف ذي نمط واحد: تعني أن الإشارات تجتاز الليف الضوئي بنمط واحد، يتم استخدام هذا النوع من الألياف لربط شبكات الهواتف وكابلات التلفزيون، وله قطر صغير جدا يبلغ ٩ ميكرون، وصغر قطره يوفر سرعة نقل المعلومات، وتمر الأشعة تحت الحمراء بطول الموجة 1.3-1.55 نانومتر.
- ليف متعدد الأنماط: يتم نقل عدد مختلف من الإشارات الضوئية عبر الألياف الضوئية، ويفضل استخدامها في شبكات الحاسوب، ويبلغ قطره النصفي حوالي ٦٢.٥ ميكرون ويمكن أيضا نقل الأشعة تحت الحمراء من خلاله مثل الليف ذي النمط الواحد.
- الألياف ذات الأعراض الخاصة: إنها ألياف غير معروفة لأنها تستخدم في أعراض محددة وليست شائعة.
استخدامات الألياف الضوئية
- الألياف الضوئية أرقى من الأسلاك العادية في السمك، وبالتالي تستطيع الألياف الضوئية نقل الإشارات والمعلومات بسهولة أكبر من الأسلاك العادية.
- نطاق الألياف الضوئية يصل إلى حوالي 50 تيراهرتز، مما يزيد من قدرتها على نقل البث التلفزيوني وعرض عدد كبير من القنوات.
- يكون قطره أقل من 0.635 سم، في حين يكون قطر الأسلاك النحاسية 7.62 سم، مما يعطي الألياف البصرية القدرة على النقل تحت الأرض.
- وزن الألياف البصرية يبلغ 3.6 كجم، بينما يبلغ وزن الأسلاك النحاسية العادية 94.5 كجم، لذا يمكننا استبدال هذه الأسلاك النحاسية الثقيلة بألياف بصرية أخف وزنا.
- تبقى فعالية الإشارات عالية، حتى في حالة فقدان الإشارات المرسلة، يكون الفقدان طفيفا مقارنة بالفقدان الكبير الذي يحدث في الأسلاك النحاسية العادية.
- تنقل الإشارات عبر مسافات بعيدة يمكن أن تكون بين البلدان أو عبر الأنهار والبحار، حيث تتجمع الإشارات ويمكن أن يحدث تداخل بينها في الأسلاك النحاسية الشائعة، بينما لا يحدث ذلك في الألياف الضوئية.
- لا يحدث تداخل للإشارات المارة من خلال الألياف الضوئية مع التداخلات الكهرومغناطيسية، مما يجعل المكالمات سرية تامة، وهذا يلعب دورا مهما في الأعمال العسكرية والمخابرات.
- مثلما تكون الألياف الضوئية غير قابلة للاشتعال بالمقارنة مع باقي الأسلاك الموصلة، فإن ذلك يجعل الألياف الضوئية أكثر أمانا من الأسلاك الشائعة.
- يحدث نقص ضئيل جدا في الألياف الضوئية، وهذا يؤدي إلى توفير في المولدات، حيث تحتاج المولدات إلى طاقة أقل مقارنة بالأسلاك الأخرى المستخدمة.
- تتمتع الألياف الضوئية بالعديد من المزايا التي تجعلنا نعتمد عليها في حياتنا.
- تستخدم في العديد من المجالات مثل الاتصالات والصناعة والطب والتعليم وشبكات الإنترنت ووسائل التواصل الاجتماعي والتصوير الطبي والاستشعار عن بعد وتطبيقاتها، وتتميز بفعاليتها في قياس وتغير درجات الحرارة والضغط.
- تم اكتشاف أنواع جديدة من الألياف الضوئية، وتسمى ألياف البلورة الفوتونية، وتستخدم لنقل الضوء بكفاءة أعلى وفقدان أقل للطاقة.