عمل الاليافالضوئية

كيف تعمل الالياف الضوئية؟

…التقنية التي جعلت الملايين من المشترآين يحصلون على خدمات رائدة في الإتصالات بدقائق
..التقنية التي حولت إتصالات العالم و نقلت الإنترنت عبر القارات و البحار
!تقنية الألياف الضوئية… و سيلة الإتصال في العصر الحديث
بسم الله الرحمن الرحيم
فكرة عمل الألياف الضوئية Fiber Optics
ما هي الألياف البصرية؟
سمكها سمك الشعرة يجمع العديد من هذه الألياف الألياف البصرية هي ألياف مصنوعة من الزجاج النقي طويلة ورفيعة لا يتعدى
.البصرية وتستخدم في نقل الإشارات الضوئية لمسافات بعيدة جدًا في حزم داخل الكيبلات
: ويتكون الليف البصري من
االقلب (Core) : .وهو عبارة عن زجاج رفيع ينتقل فيه الضوء
العاآس ( Cladding): مادة تحيط باللب الزجاجي وتعمل على عكس الضوء مرة أخرى إلى مرآز الليف
.البصري
الغطاء الواقي (Buffer Coating): غلاف بلاستيكي يحمي الليف البصري من الرطوبة أو ويحميه من
.الضرر و الكسر
الآلاف من هذه الألياف الضوئية تصطف معا في حزمة لتكون الحبل الضوئي الذي يحمى مئات أو ربما
.بغطاء خارجي يسمى جاآيت
الألياف الضوئية يمكن أن تقسم بصفة عامة إلى نوعين أساسيين:
single:
تنتقل من خلالها إشارة ضوئية واحدة فقط في آل ليفة ضوئية mode fiber-1
من ألياف الحزمة و هي تستخدم في شبكات التلفون و آوابل التلفزيون. هذا النوع
micron من الألياف يتميز بصغر نصف قطر القلب الزجاجي حيث يصل إلى حوالي
١٫٥٥- ٩ و تمر من خلاله أشعة الليزر تحت الحمراء ذات الطول الموجي ١٫٣
. nm
و بها يتم نقل العديد من الإشارات الضوئية من خلال الليفة الضوئية multi -mode fibers-1
الواحدة مما يجعل استخدامها أفضل لشبكات الحاسوب. هذا النوع من الألياف يكون
micron نصف قطره اآبر حيث يصل إلى ٦٢٫٥
و تنتقل من خلاله الأشعة تحت الحمراء.
آيف تعمل الألياف
الضوئية و آيف توصل الضوء
افترض انك تريد
أن توصل ومضة ضوئية خلال مسار طويل مستقيم آل ما عليك هو أن توجه الضوء
خلال
هذا المسار و لان الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة فانه سيصل للطرف الآخر بلا
مشاآل.
لكن ماذا لو آان المسار به انحناء؟ بسهولة يمكن أن تتغلب على ذلك بوضع مرآة
عند
الانحناء لتعكس الضوء إلى داخل المسار مرة أخرى . و بنفس الطريقة تحل
المشكلة
لو آان المسار آثير الانحناءات حيث تصف مرايا على طول المسار لتعكس الضوء
باستمرار
من جانب لأخر ليبقى في مساره. هذه بالضبط هي فكرة عمل الألياف الضوئية.
حيث ينتقل
(cladding) الضوء بواسطة الانعكاس المستمر عن الجدار المحاذي للقلب الزجاجي
انعكاسا داخليا آليا. و لان هذا الجدار لا يمتص أي من الضوء الساقط عليه فان
الإشارة الضوئية يمكن أن تسافر مسافات طويلة. و لكن يحدث أحيانا أن يفقد جزء
من الضوء حيث تمتصه الشوائب الموجودة في القلب الزجاجي.
يتكون نظام
الألياف الضوئية من ثلاث أجزاء أساسية
-١
transmitter
و هو الذي ينتج
و يشفر الإشارة الضوئية حيث يكون الجزء الأساسي به هو المصدر الضوئي الذي
قد
يكون ليزر أو الدايود الضوئي فإذا أردنا مثلا نقل إشارة تلفزيونية أو أي معلومة
فانه من الضروري تحوير الشارة الضوئية طبقا للمعلومة المراد نقلها. تحوير الإشارة
الضوئية قد يتم بتغيير شدتها ارتفاعا و انخفاضا
أو analogue modulation
إشعالها و إطفائها في تتابع و هو ما يعرف ب
digital modulation
-٢
fiber-optic
و هو الذي يقوم
بتوصيل الإشارة الضوئية عبر المسافات و هو الجزء الذي تم شرحه بالتفصيل.
receiver-٣
يستقبل الإشارة
الضوئية و يفك شفرتها ليحولها إلى إشارة آهربية ترسل إلى المستخدم الذي قد
يكون
التلفزيون أو التلفون
مميزات الألياف
الضوئية
لقد أحدثت الألياف
الضوئية ثورة في عالم الاتصالات لتميزها على أسلاك التوصيل العادية فهي
١-أآثر قدرة
على حمل المعلومات لان الألياف الضوئية ارفع من الأسلاك العادية فانه يمكن وضع
عدد آبير منها داخل الحزمة الواحدة مما يزيد عدد خطوط الهاتف أو عدد قنوات البث
التلفزيوني في حبل واحد. يكفي أن تعرف إن عرض النطاق للألياف الضوئية يصل
إلى
THZ٥٠
Mhz في حين إن اآبر عرض نطاق يحتاجه البث التلفزيوني لا يتجاوز ٦
.
٢-اقل حجما
حيث أن نصف قطرها اقل من نصف قطر الأسلاك النحاسية التقليدية فمثلا يمكن
استبدال
سلك نحاسي قطره ٧٫٦٢ سم بآخر من الألياف الضوئية قطره لا يتجاوز ٠٫٦٣٥ سم و
هذا
يمثل أهمية خاصة عند مد الأسلاك تحت الأرض.
٣-اخف وزنا
فيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها ٩٤٫٥ آجم بأخرى من الألياف
الضوئية تزن فقط
٣٫٦ آجم.
٤-فقد اقل للإشارات
المرسلة
٥-عدم إمكانية
تداخل الإشارات المرسلة من خلال الألياف المتجاورة في الحبل
الواحد مما يضمن
وضوح الإشارة المرسلة سواء أآانت محادثة تلفونية أو بث
تلفزيوني. آما إنها لا
تتعرض للتداخلات الكهرومغناطيسية مما يجعل الإشارة تنتقل
بسرية تامة مما له أهمية
خاصة في الأغراض العسكرية.
٦- غير قابلة
للاشتعال مما يقلل من خطر الحرائق
٧-تحتاج إلى
طاقة اقل في المولدات لان الفقد خلال عملية التوصيل قليل
بسبب هذه المميزات
فان الألياف الضوئية دخلت في الكثير من الصناعات و خصوصا الاتصالات و شبكات
الكمبيوتر.
آما تستخدم في التصوير الطبي بأنواعه و في آمجسات عالية الجودة للتغير في
درجة
الحرارة و الضغط بما له من تطبيقات في التنقيب في باطن الأرض.
آيف تصنع الألياف
الضوئية
آما سبق و ذآرنا
تصنع الألياف الضوئية من زجاج على درجة عالية من النقاء حيث وصفت إحدى
الشرآات
ذلك بان قالت لو آان هناك محيط من الألياف الضوئية يصل للعديد من الأميال و
نظرت
من على سطحه للقاع يجب أن تراه بوضوح. صناعة الألياف الضوئية تتم آما يلي
١-عمل اسطوانة
زجاجية غير مشكلة
٢-سحب الألياف
الضوئية من هذه الاسطوانة الزجاجية
٣-اختبار الألياف
الضوئية
الزجاج المستخدم
في عمل الاسطوانة الغير مشكلة يصنع من خلال عملية تسمى
modified chemical
حيث يمرر الأآسجين على محلول من آلوريد السليكون و آلوريد الجرمانيوم vapour deposition
آيماويات أخرى ثم تمرر الأبخرة المتصاعدة داخل أنبوب من الكوارتز موضوع في مخرطة
خاصة عندما تدار يتحرك مجمر حول أنبوب الكوارتز حيث تتسبب الحرارة العالية في
حدوث شيئين
١. يتفاعل السليكون
و الجرمانيوم مع الأآسجين لتكوين أآسيد السليكون و أآسيد
الجرمانيوم
٢. يترسب أآسيد
السليكون و أآسيد الجرمانيوم على جدار الأنبوب من الداخل و
يندمجان
معا لتكوين الزجاج الخام المطلوب حيث يمكن التحكم بدرجة نقاء
و صفات الزجاج المتكون
من
خلال التحكم بالخليط .
الآن يتم سحب
الألياف من هذه اسطوانة الخام الغير مشكلة بوضعها في أداة السحب حيث ينزل
الزجاج
٢،٢٠٠ درجة سليزية فتبدأ المقدمة في - الخام في فرن آربوني درجة حرارته ١،٩٠٠
الذوبان
حتى ينزل الذائب بتأثير الجاذبية و بمجرد سقوطه يبرد مكونا الجديلة
الضوئية.
هذه الجديلة تعالج بتغليف متتابع أثناء سحبها بواسطة جرار مع قياس
مستمر لنصف
- القطر باستخدام ميكرومتر ليزري. تسحب الألياف من القالب الخام بمعدل ١٠
m/s٢٠
.
يتم بعد ذلك
اختبار الألياف من ناحية: معامل الانكسار، الشكل الهندسي و خصوصا نصف القطر،
تحملها للشد، تشتت الإشارات الضوئية خلالها، سعة حمل المعلومات، تحملها
لدرجات
الحرارة و إمكانية توصيل الضوء تحت الماء
رغم إن استخدام
الألياف الضوئية لنقل المعلومات عبر المسافات الطويلة استحوذ على معظم
الاهتمام
إلا أنها تستخدم لنقل المعلومات عبر المسافات القصيرة أيضا حيث تصل بين
الكمبيوتر
الرئيسي و الكمبيوترات الجانبية أو الطابعة. بعيدا عن مجال الاتصالات ظهرت
هناك استخدامات أخرى عديدة و مهمة لهذه الألياف فمثلا نتيجة لمرونتها و دقتها
دخلت في صناعة الكاميرات الرقمية المتعددة المستخدمة في التصوير الطبي مثل
التصوير
الشعبي و المناظير. آما دخلت في تصنيع الكاميرات المستخدمة في التصوير
الميكانيكي
لفحص اللحام و الوصلات في الأنابيب و المولدات. و لفحص أنابيب المجاري الطويلة
من الداخل.
استخدمت الألياف
الضوئية أيضا آمجسات لتحديد التغير في درجات الحرارة و الضغط
strain
حيث تفضل على المجسات العادية لصغر حجمها و حساسيتها للتغيرات الصغيرة و
دقة
أدائها. احد التطبيقات المهمة لها آمجسات لقياس
strain
يكون بإدخالها في صناعة جدار بعض الطائرات مما يمنح الطائرة جدار مميز يحذر
الطيار
من الضغط الواقع على أجنحة أو جسم الطائرة




تحيــــــــــــ البرنس العراقي ـــــــــــــــاتي