تُعتبر الألياف البصرية أحد العناصر الأساسية في عصر المعلومات اليوم، حيث تساهم في نقل البيانات عبر الإنترنت وشبكات التلفزيون والهواتف، مما يلعب دورًا محوريًا في حياتنا اليومية. إن تطور هذه التقنية لا يتوقف، مما يعكس أهمية الألياف البصرية في مجتمعنا الحالي.
تستخدم الألياف البصرية في مجموعة واسعة من المجالات العلمية والتقنية، حيث تُظهر القدرة على نقل كميات ضخمة من البيانات بكفاءة عالية. ينتظر الجميع أن تصبح الألياف البصرية جزءًا لا يتجزأ من منازلنا لنقل الإشارات إلى التلفزيونات وأجهزة الكمبيوتر، مما يجعلها متاحة لأكبر عدد من الناس.
ومع ذلك، يجدر بالذكر أنه ينبغي أن ندرك المخاطر المحتملة المرتبطة باستخدام الألياف البصرية.
نظرة عامة على الألياف البصرية وتأثيرها على الإنسان
- يعتقد البعض أن استخدام الألياف الزجاجية آمن لعدم احتوائها على الكهرباء، إلا أن الضوء الذي تنتجه (الفوتونات) قد يكون مصدرًا لمشكلات عديدة، ومن المؤسف أن العديد من الحوادث تحدث بناءً على هذا الاعتقاد.
- تتكون الألياف البصرية من كابلات رقيقة مصنوعة من الزجاج أو البوليمر، ولديها أسطوانة محورية تشبه الشعر الناعم، وتحمي هذه الألياف من الخدوش والكسور.
- ينقل الضوء (بصورة موجات أو نبضات) بسرعات عالية ومع خسائر ضئيلة، ويتم إحاطته بقشرة مصممة لحمايته.
- تشمل المواد المستخدمة في تصنيع الألياف أيضًا المطاط والمواد الأخرى التي تعمل على حمايتها وتجعلها مرنة وسهلة الاستخدام.
تركيب الألياف البصرية
- بناءً على أطوال الموجات المختلفة، تنقسم الألياف إلى نوعين رئيسيين، الأول يعرف بالألياف أحادية النمط.
- هذا النوع قادر على التعامل مع طول موجة واحد فقط، ويتراوح قطر قلب الألياف أحادية النمط بين 8 إلى 10 ميكرومترات.
- أما النوع الآخر فهو الألياف متعددة النمط، القادرة على تمرير عدة أطوال موجية في آن واحد.
- ويبلغ قطر قلب هذا النوع ما بين 50 إلى 625 ميكرومتر، ويتراوح قطر القشرة بين 250 و900 ميكرومتر.
الأطوال الموجية للمصادر الضوئية المستخدمة في أنظمة الاتصالات بالألياف البصرية
تستخدم نوعين رئيسيين من مصادر الضوء في أنظمة الاتصالات الضوئية:
- 1. LED: يُستخدم بشكل محدود نظرًا لضعفه.
- 2. الليزر: يعتبر الخيار الأكثر شيوعًا بفضل مميزاته الفائقة في نقل البيانات.
خصائص المصادر الضوئية في أنظمة الألياف البصرية
- تتراوح القوة الضوئية المستخدمة في هذه الأنظمة بين 50 نانو ثانية و10 مللي ثانية، وهي قيمة منخفضة بالنسبة للأطوال الموجية المستخدمة.
- تتواجد هذه الأطوال في نطاق من 800 إلى 1600 نانومتر، وتعرف بالأشعة تحت الحمراء.
الطيف الكهرومغناطيسي
- على الرغم من عدم وجوب النظر مباشرة إلى هذا الضوء، إلا أنه يمكن أن يسبب تلفًا للعين.
- ويمكننا رؤية أطوال موجية مثل 633 أو 780 نانومتر، ولكن الأطوال الأكثر شيوعًا تظهر في الجدول.
الأطوال الموجية الشائعة في أنظمة الاتصالات بالألياف البصرية
- الطول الموجي لمصدر الضوء (بالنانومتر) نوع الألياف البصرية
- 1300/ 1330/ 1520/ 1550/ 1625 أحادية النمط
- 850/ 1310 متعددة الأنماط.
تتعدد الأسباب التي تدعو إلى استخدام تلك الأطوال المحددة، بينما السبب الرئيسي هو أن امتصاص الضوء في هذه الأطوال الموجية منخفض، مما يتضح من البيانات المتوفرة.
مميزات الألياف البصرية
تتمتع الألياف البصرية بالكثير من المزايا، مما ساعد في انتشار استخدامها واستبدال الكابلات التقليدية:
1- العزل الكهربائي
- توفر الألياف البصرية عزلًا كهربائيًا على مدى نقاط الإرسال والاستقبال، حيث تعمل بطاقة ضوئية وليس كهربائية، مما يسهل استخداماتها.
- كما أن تركيب الألياف لا يتطلب خبراء، مما يجعلها آمنة للاستخدام العام.
- تحظى الألياف البصرية بقدرة عالية على منع حدوث الشرارات عند تعرضها للتلف.
2- العزل الحراري
- تستطيع الألياف نقل الضوء دون التأثير على درجة حرارة البيئة المحيطة، مما يقلل من الحاجة إلى أنظمة التبريد.
- تمتاز بأنها غير قابلة للاشتعال ويمكنها العمل في درجات حرارة مرتفعة.
3- تقليل الحاجة للصيانة
- ليس هناك حاجة لصيانة دورية للألياف البصرية بعد تركيبها، مما يجعلها مثالية في المواقع التي يصعب الوصول إليها.
4- التشغيل الاقتصادي
- تستطيع الألياف نقل الضوء من مصدر واحد إلى عدة نقاط، مما يقلل من التكاليف اللازمة.
- تعطي كابلات الألياف البصرية وزنًا أقل مقارنة بالأسلاك النحاسية.
الفرق بين كابلات النحاس وكابلات الألياف البصرية من حيث الحجم
- تعتبر الألياف البصرية خيارًا مثاليًا لتقليل وزن الكابلات، خاصة في الطائرات والسفن الفضائية.
- تؤثر خسارة الوزن بشكل إيجابي على نقل كميات كبيرة من البيانات.
- كما أن الألياف البصرية ليست متأثرة بالحقول الكهربائية والمغناطيسية، مما يعزز من أمان نقل المعلومات.
- تعد تكلفة الرمل المستخدم في تصنيع الألياف البصرية أقل من تكلفة النحاس.
استخدامات الألياف البصرية
يعتقد معظم الناس أن الألياف البصرية تقتصر على الاتصالات، إلا أن لها استخدامات متنوعة تتجاوز ذلك، إذ تسعى شركات الاتصالات إلى استبدال الكابلات النحاسية بالألياف الضوئية لنقل الصوت والصورة بكفاءة:
1- الإضاءة
- يمكن استخدام الألياف الزجاجية لنقل الضوء إلى مواقع بعيدة دون الحاجة لمصدر كهربائي قريب.
- تسمح بتوفير إضاءة آمنة في المساحات مثل برك السباحة وغرف المؤتمرات، دون التأثير على درجة حرارة المحيط.
2- في الطب
- تُستخدم الألياف الزجاجية بشكل خاص في المجال الطبي، حيث تمكن الأطباء من رؤية داخل جسم الإنسان بدقة.
- كما تساهم في توجيه الضوء أثناء العمليات الجراحية، مما يساعد في استهداف المناطق الحرجة بدقة عالية.
