الألياف البصرية Fiber Optic

الألياف البصرية أحدثت صدى كبير جدا في وسائط نقل الإشارات بكفاءة وسرعة عالية جدا، فالأليف البصرية المصنوعة من الزجاج بتقنيات خاصة ألهمت العلماء للبحث المستمر عن تحسبن جودة الارسال والاستقبال بجميع مكوناته المادية.

تصنيع الألياف البصريّة 

تسمى أيضا بالألياف الزجاجية اشارة إلى العصب الأساسي في تصنيع هذه النوع من وسائط النقل وهو الزجاج. 

الألياف البصرية 

تتم عملية التصنيع باستخدام زجاج بدرجة نقاوة عالية جدا، وتتم هيكلة الليف على شكل خيط طويل وبسماكة لا تتجاوز سمك شعرة الإنسان، ثم تجمع الألياف على شكل حزم صغيرة لتتنج لنا الكابلات البصرية بمساعدة عدة طبقات حماية.

ألية العمل للألياف البصرية  

تعتمد تقنية النقل للاشارات عبر الألياف البصرية، على مبدأ انكسار الضوء أي أن الليف البصري يقوم بقيادة شعاع الليزر الحامل للاشارة من بداية الليف إلى نهايته بسلسلة لا نهائية من الانكسارات للشعاع بحيث يبقى متركّز في المنتصف، والسبب الحقيقي وراء الانكسار، يتجلى بمفهوم قرينة الانكسار.

قرينة الانكسار

معامل يختلف من وسط لأخر، فالزجاج مثلا، يمتلك معامل انكسار 1.5 مقارنة مع الفراع الذي لا يؤثر على مسار الشعاع الضوئي، أي سرعة الضوء تنخفض بمقدار 0.67 عند مروره في وسط زجاجي. ويظهر استغلال هذا المفهوم بطريقة تغليف وحماية الليف البصري

طبقات الليف البصري

الغلاف الواقي Buffer coating:   عبارة عن غلاف بلاستيكي مصصم لحماية الكيبل البصري 

القشرة الزجاجية Cladding :  مادة زجاجية تحتضن الليف الضوئي وبمعامل انكسار مختلف عن معامل زجاج الليف، بحيث يبقى الشعاع مركّز في المنتصف 

القالب الزجاجي Core:  الليف البصري الذي يقوم بنقل الاشارات، وهو محور حديثنا في هذه المقالة.

أنواع الأليف البصرية

الألياف أحادية النمط  Single mode fiber

يكون ارسال الاشارات تتابعي، بحيث يتم ارسال اشارة واحدة في كل ليف ضوئي ، تنحصر الاستخدامات في الاحتياجيات الأساسية غير المعقدة، الهاتف الأرضي، التلفزيون،وتميز هذا النوع بصغر نصق قطر القلب الزجاجي 9 مايكرومتر.

الألياف متعددة الأنماط  Multi mode fiber

 يتم الارسال بشكل تفرعي على نفس الليفة الضوئية، بحيث يتم التغير في التردد للاشارات حتى نتمكن من استغلال امثل لليف البصري، وهذا الاستخدام رائج في شبكات الحاسب كمثال ، ويكون نصف قطر القلب الزجاجي أكبر من النوع السابق بحيث يصل الى 62 مايكرومتر 

 مكونات النظام البصري 

المرسل Transmitter 

 يحتاج النظام البصري معدات خاصة للاستفادة من المزايا الجديدة عن النظم النحاسية الاسلاك، لابد من أجهزة قادرة على معالجة الاشارة الضوئية عوضا عن الاشارة الكهربائية المعتادة لذلك المرسل هنا خاص بالارسال الضوئي

وسط النقل Media  

الوسط الحامل للاشارة من المرسل الى المستقبل، وهنا الوسط يتمثل بالألياف البصرية 

المستقبلReceiver  

كما هو الحال مع المرسل، وجبت الاشارة الى كون المستقبل أيضا لزوم قدرته على التعامل مع الاشارات الضوئية بدلا من الكهربائية 

 في بعض الحالات بتم اللجوء الى طرفيات خاصية للتحويل من الاشارات الضوئية الى الاشارات الكهربائية تجنبا لارتفاع اسعار النظام البصري كاملا، أي يتم تركيب قطعة الكترونية عند المرسل للتحويل من اشارة كهربائية الى اشارة ضوئية  وأخرى عند المستقبل لتعمل بالعكسل، عندها نكون قد طورنا النظام القديم ليصبح قادر على مواكبة التطوارت المتلاحقة وبتكلفة أقل.

ميزات الألياف البصرية

• الوزن الخفيف مقارنة بالاسلاك النحاسية ذات الكتل الضخمة نوعا ما. 
• جودة ارسال واستقبال عالية لعدم تداخل الاشارات بين الكابلات المتجاورة.
• ارسال كمية معلومات أكبر بكثر من النظم السابقة من خلال استغلال النطاق الترددي التي تقدمة الألياف والبالغ بحدد 6THz.
• الحجم الصغير، وبالتالي مساحات أقل أثناء التنصيب. 
• الضياع في الاشارات صغير جدا وبالتالي كمية الطاقة المستهلكة صغير جدا.

مساوئ وعيوب الألياف البصرية

• السعر المرتفع للألياف مقارنة بالاسلاك النحاسية
• أجهزة الارسال والاستقبال يجب أن تكون خاصة لمعالجة الاشارات الضوئية بدلا من الكهربائية
• معدات خاصة للتوصيل والتحليم، تحتاج لأشخاص ذوي خبرة عالية للتعامل مع الوصلات
• لا تنقل اشارات كهربائية، بالتالي تكلفة اضافية لتأمين مصدر طاقة لمحطات البث 

المراجع: 

ويكيبيديا