الألياف الضوئية واستخداماتها

امعلومات عن الألياف الضوئية

الألياف الضوئية أو الألياف البصرية هي عبارة عن ألياف شفافة مرنة مصنوعة من زجاج السيلكا النقي، أو من البلاستيك عالي الجودة، وهي ألياف طويلة، ورفيعة لا يتعدى سمكها سمك الشعرة، تجمع داخل كابلات ضوئية، وتعتمد في مبدئها على ظاهرة الانعكاس الكلي.

تتكون الألياف الضوئية من إسطوانتين تتحد في المركز، الأولى تسمى القلب وهو عبارة عن أسطوانة من الزجاج الرفيع النقي يمر من خلالها الضوء، يحيط بها أسطوانة أخرى تدعى بالغلاف، وتعمل على حفظ الضوء، وهي محاطة بغلاف واقي بلاستيكي يعزل الرطوبة عن الليف الضوئي، ويحميه من الكسر، والعوامل الخارجية، ثم الغلاف الخارجي للكابل.

تتميز الألياف الضوئية عن الأسلاك المعدنية بقدرتها على نقل الإشارات الضوئية لمسافات بعيدة جدًا دون الحاجة إلى أجهزة تكرار الإشارة، وهي تخفف من خطر فقد هذه الإشارات، كما أنها لا تتأثر بالتداخلات الالكترومغناطيسية، كما أنها غير موصلة للكهرباء، هذا فضلاً عن قلة تكلفتها مقارنةً بالكابلات التقليدية التي تحتاج إلى كميات كبيرة من النحاس، كما أنها آمنة، وتوفر الحماية اللازمة لنقل المعلومات.

استخدامات الألياف الضوئية

هناك العديد من الاستخدامات المميزة للألياف الضوئية والتي تجعلها الحل الأفضل للعديد من المجالات، ونذكر من هذه الاستخدامات:

الاتصالات

إن من أبرز استخدامات الألياف الضوئية هي أنها وسيلة للاتصالات السلكية، وبخاصة الاتصالات بعيدة المدى، كما تستخدم لربط الانترنت بسبب مرونتها، وبسبب انتشار الضوء في ألياف رقيقة حيث تتشكل لكل قناة في الألياف الضوئية مجموعة من الإشارات الضوئية، ويمكن لكل ليف حمل العديد من القنوات المستقلة.

أما في الاتصالات قصيرة المدى فإن الألياف الضوئية أكثر توفيرًا من الكابلات الكهربائية من حيث المساحة، فالليف الواحد يمكنه نقل بيانات أكثر بكثير، كما يمكن لهذه الألياف منع التشويش الالكتروني، ومنع التقاط الضوضاء الخارجية، وهي غير موصلة للكهرباء لذلك تعد الحل الأمثل في مشاريع توليد الطاقة، أو الاتصالات التي يمكن أن تتعرض لضربات البرق، وخطر الاشتعال، أو لمشكلة التنصت.

الاستشعار عن بعد

تستخدم الألياف الضوئية لتوصيل أجهزة الاستشعار إلى نظام القياس، وهي فعالة جدًا في هذا المجال نظرًا لصغر حجمها، كما أنها لا تحتاج إلى الطاقة الكهربائية في المناطق التي لا تتوفر فيها الكهرباء، فضلاً عن توفيرها للوقت بشكل كبير.

وتستخدم الألياف الضوئية أيضًا لقياس الإجهاد، ودرجات الحرارة، والضغط، إذ أنها يمكن أن توفر قياسات عالية من خلال دمج عناصر أجهزة الاستشعار مع مجموعة من الألياف، ويمكن من خلالها قياس درجات الحرارة داخل محركات الطائرات النفاثة، وفي قياس درجة الحرارة الداخلية للمحولات الكهربائية.

كما تستخدم هذه الألياف الضوئية في تصنيع أجهزة الاستشعار الكيميائية الضوئية، والبيولوجية.

نقل الطاقة

تستخدم الألياف الضوئية في نقل الطاقة من خلال تحويل الضوء إلى كهرباء، وتفيد في الحالات التي يفضل فيها عدم وجود موصل معدني، مثل استخدامها بالقرب من أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي نظرًا لما تصدره هذه الأجهزة من مجالات مغناطيسية قوية.

في المجال الطبي

حيث تمكن هذه الألياف من رؤية الأجزاء الداخلية للجسم، وذلك عند إجراء العمليات الجراحية الدقيقة مثل عمليات التنظير كتنظير المعدة والقولون وغيرها، وتستخدم أيضًا في تصنيع الكاميرات الرقمية التي تستخدم في التصوير الطبي.

كما يمكنها تفكيك الشيفرة الوراثية، ومنع بعض الأمراض الوراثية، مثل مرض السكري، ومتلازمة داون، وفقر الدم، وغيرها.

استخدامات أخرى للألياف الضوئية:

• في مجال التدريس، وإجراء العمليات الحسابية.
• في المجال العسكري، وفي أنظمة الأمن المتقدمة حيث يصعب التجسس، أو التنصت عليها، أو سحب الإشارة.
• في المجال الصناعي حيث تستخدم في فحص الوصلات في الأنابيب الطويلة من الداخل، وفحص المولدات، وغيرها.

ميزات الألياف الضوئية

الخصائص التي تتميز بها الألياف الضوئية تجعلها ضرورية في الكثير من الأمور، نذكر من أهم هذه المزايا:

• قدرتها العالية على حمل المعلومات، ونقلها إلى مسافات بعيدة جدًا، حيث تساعد الألياف الضوئية الرقيقة والمتواجدة بأعداد كبيرة داخل الحزمة الواحدة على زيادة عدد قنوات البث التلفزيوني في الحبل الواحد، على سبيل المثال.
• أقل حجمًا من الأسلاك النحاسية التقليدية، كما أنها أخف وزنًا بشكل ملحوظ.
• تحد من مشكلة فقد الإشارة حيث تكون نسبة هذا الفقد صغيرة جدًا، أو معدومة.
• وضوح الاتصالات التي تتم عبر الألياف الضوئية بسبب استحالة تداخل الإشارات التي ترسل من خلالها، فضلاً عن سرية نقل هذه المعلومات.
• هي ألياف غير قابلة للاشتعال، وبالتالي تحد من خطر حدوث الحرائق.
• توفر في استهلاك الطاقة أكثر بكثير من الأسلاك العادية.

أنواع الألياف الضوئية

يمكن تقسيم الألياف الضوئية إلى نوعين أساسيين:

• النوع الأول: هو الذي تنتقل فيه إشارة ضوئية واحدة في كل ليف ضوئي، كتلك المستخدمة في كوابل التلفون، وغيرها.
• النوع الثاني: وتنتقل فيه العديد من الإشارات الضوئية في ليف ضوئي واحد، مما يجعلها تناسب شبكات الحاسوب، وغيرها.

نظام الألياف الضوئية

يتكون نظام الألياف الضوئية من ثلاثة أجزاء وهي:

• الجزء الأول Transmitter

وهو الجزء المسؤول عن تشفير الإشارات الضوئية، وتحويلها إلى المعلومة المراد نقلها وذلك عن طريق تغيير شدتها.

• الجزء الثاني Fiber Optic

وفي هذا الجزء يتم توصيل الإشارة الضوئية إلى مسافات طويلة.

• الجزء الثالث Reciver

يتم في هذا الجزء استقبال الإشارة الضوئية، وفك تشفيرها، وتحويلها إلى إشارة كهربائية، وذلك من أجل إرسالها إلى المستخدم المطلوب كالتلفزيون، أو التلفون.

في النهاية نتمنى أن نكون قد قدمنا لكم بحث مفيد عن الألياف الضوئية، واستخداماتها، وكيفية عملها، وغيرها من المعلومات القيمة التي تهمكم في هذا المجال.