انتقلت اتصالات الألياف البصرية Optical Fibers من أنظمة بسيطة لإيصال الضوء إلى أماكن يصعب الوصول إليها إلى أنظمة تؤثر على حياتنا كالتي أحدثتها الإلكترونيات والحاسبات. تمتلك الألياف البصرية مزايا عديدة كقلة الفقد وخفة الوزن، ولكن الميزة الهامة هي سعة نطاقها العالية جداً التي تصل إلى آلاف البلايين من الخامات لكل ثانية. لقد احتلت الألياف البصرية مكاناً متميزاً في مجال الاتصالات إذ حلت محل الأسلاك النحاسية في العديد من الاستخدامات كالربط بين المقاسم الهاتفية والخطوط بعيدة المدى وعبر البحار تطورت تقنية البصريات الليفية Fiber Optics تطوراً سريعاً خلال العقود الماضية فاقت كل التوقعات مما جعلها تتربع موقعاً تنافس فيه وسائل الاتصالات الأخرى.

مما أدى إلى شيوع استخدام أنظمة الاتصالات الليفية البصرية في جميع مجالات الاتصالات بدءاً من الوصلات للمستخدم حتى الاتصالات بعيدة المدى سواءً في اليابسة أو عبر البحار.

• النظام الليفي البصري Optical Fibers System.

يبين الشكل (32) مخططاً صندوقيا لنظام ليفي بصري يحتوي على الآتي:

1. دارات تشغيل تقوم بتحويل الإشارة الكهربائية ويحولها إلى تيار لتشغيل المنبع الضوئي.
2. منبع ضوئي يقوم بإيصال الإشارة الضوئية إلى الليف البصري.
3. الليف البصري هو القناة اللازمة لنقل الإشارات.
4. كاشف ضوئي يقوم بتحويل الإشارات البصرية إلى إشارات كهربائية.
5. مستقبل يتولى تضخيم الإشارات القادمة من الكاشف ويرسلها إلى المستخدم.
6. موصلات ومقارن ووصلات دائمة لربط العناصر المختلفة لنظام الاتصالات الليفي البصري.

تمثل الألياف البصرية العنصر الأساسي في أنظمة الاتصالات الليفية البصرية وهي مكونة من مواد عازلة زجاجية أو بلاستيكية لها شكل أسطواني يسمى اللب محاطاً بطبقة أخرى تسمى الكساء. تستخدم الألياف البصرية كقنوات اتصال لنقل الضوء المحمل بالمعلومات من مكان إلى آخر.

عند دخول الضوء بزاوية معينة تحدث انعكاسات داخل الليف عندما تتقابل مع الكساء، ويتطلب ذلك أن يكون معامل انكسار اللب أكبر من معامل انكسار الكساء. يبين الشكل (32) مقطعاً لليف بصري نرى انعكاس الضوء داخل الليف.

شكل (32) اجزاء الليف البصري

• ميزات الألياف البصرية

للألياف البصرية مزايا عديدة جعلتها تتفوق على النظم الأخرى المستخدمة في مجال الاتصالات ومن هذه المميزات ما يلي:

1. عرض نقاطها عال جداً.
2. قطرها صغير ووزنها خفيف.
3. لا يوجد تداخل بينها مهما قربت المسافة بينها.
4. لا تتأثر بالحث أو التداخل الكهرومغناطيسي.
5. انخفاض في سعر تكلفة المكالمات.
6. أكثر أماناً وسلامة.
7. حياتها طويلة.
8. تتحمل درجات حرارة عالية ولا تتأثر بالمواد الكيميائية.
9. سهولة الصيانة كما يمكن الاعتماد عليها.

• الفوائد الرئيسية للألياف البصرية

1. قطرها صغير ووزنها خفيف، يبلغ سمك الليفة البصرية سمك الشعرة، وعلى الرغم من أن هناك طبقات واقية توضع فوقها إلا أنها لا تزال اقل حجماً ووزناً من الأسلاك الهاتفية أو المحورية ومثالاً على ذلك أن ليفاً بصرياً بقطر يبلغ 125 مايكرو متر ضمن كابل يبلغ قطره 6 ملم يمكن له أن يحل محل كابل هاتفي قطرة 8 سم ويحتوي على 900 زوج من الخطوط السلكية النحاسية، وهذا يعني أن الحجم قد انخفض بنسبة تزيد عن 10 : 1 وكمثال آخر على صغر حجم الكابلات البصرية فإن كابلات محورية بطول 230 متراً وقطر 46 سم وتزن 7 أطنان كانت تستخدم في نظام رادار متقدم على ظهر أحد السفن تم استبدالها بكابلات بصرية تزن 18 كغم وقطرها 2.5سم. مما سبق يتضح لنا إمكانية إضافة كابلات بصرية في نفس مسارات الكابلات النحاسية والمحورية في شتى مجالات الاتصالات السلكية ونظرا لهذه الميزة فقد تم استبدال الكابلات النحاسية في كثير من الطائرات والبواخر بألياف بصرية. وبسبب صغر الحجم وقلة الوزن فإن نقلها وتركيبها يتم بصورة أسهل وأسرع من الكابلات النحاسية وهذا يعني تكلفة أقل.
    
2. نلاحظ أحيانا عند إجراء محادثة هاتفية سماع أصوات محادثات هاتفية أخرى، وهو ما يطلق عليه باللغط، وهذا النوع من التداخل لا يحدث عند استخدام الألياف البصرية مهما قربت المسافة بينهما.
    
3. تتمتع الألياف البصرية لكونها مصنعة من مواد عازلة بعدم تأثرها بالحث الكهرومغناطيسي الصادر من مصادر الكهرومغناطيسية الصناعية كالمحركات والمولدات وأجهزة الكهربائية المختلفة أو الطبيعية كالبرق.
    
4. تصنع معظم الألياف البصرية في وقتنا الحاضر من مادة السليكا والموجودة بكثرة في الرمل والتي يقل سعرها كثيراً عن معدن النحاس الذي بدأ ينفد في أماكن كثيرة من العالم، ونظراً للميزات التي ذكرناها فإن ثمن نقل المعلومات بأنواعها المختلفة سيقل عن الأنظمة المختلفة الأخرى نظراً لأن الضوء هو الوسط الناقل للمعلومات في الألياف البصرية، ولا يولد هذا الضوء أي مجال مغناطيسي خارج الكابل فإن من الصعوبة بمكان التجسس ومعرفة المعلومات التي يحويها الكابل البصري، كما أن من الصعوبة معرفة وجود الكابل البصري بسبب المادة المصنع منها ولا يوجد جزء معدني إلا في بعض الحالات، حيث تتم إضافة كابل فولاذي لتقوية الكابل البصري، أو تسليح معدني لحماية الكابل من القوارض والأحمال الخارجية. أما الميزة الأخرى فهي سلامة الألياف البصرية؛ لأن الضوء الناقل لا يمكنه أن يحدث شرارا أو دارة قصر لعدم وجود تيار كهربائي فيه؛ ولهذا السبب يمكن استخدام الألياف البصرية في المحلات الحاوية على غازات أو مواد قابلة للاحتراق ومستودعات المواد الخطرة، كما أن احتمال كهربة العاملين في الألياف البصرية غير وارد.
5. يتوقع أن يكون عمر الألياف البصرية في حدود 25 عاماً مقارنة بخمسة عشر عاماً للنظم الأخرى، حيث إن المكونات الأساسية للألياف هي الزجاج الذي لا يصدأ.
    
6. يمكن للزجاج أن يتعرض لدرجات حرارة متفاوتة من حيث الانخفاض والارتفاع، كما يمكن استخدامه في أجواء تحتوي على مواد كيماوية مختلفة دون أن يتعرض للتلف.
    
7. وضعت المكررات Repeaters على مسافة 100 كم بين مكرر وآخر، وهذا يقلل من عدد المكررات وبالتالي من صيانة النظم، كما يزيد من الاعتماد على النظام لقلة الأجهزة المستخدمة، بينما المسافة بين المكررات في النظام الهاتفي المستخدم حالياً تتراوح بين 4 إلى 6 كم.

• تطبيقات الألياف البصرية Optical Fiber Applications

مما لا شك فيه أن كثيراً من الحقول في المجالات المدنية والعسكرية بدأت تستفيد من فوائد الألياف البصرية ومن الصعب جداً التعرف على كل المجالات الممكن استخدام الألياف البصرية فيها، وسنقوم في هذا القسم بالتعرف على بعض الاستخدامات العامة.

1. الاتصالات الهاتفية Telephone Communications
    
2. الاتصالات التلفزيونية TV Communications:
    ترکیب خطوط كابلات تلفزيونية تصل للمنازل مما يعطي المشتركين نطاقا واسعاً للتطبيقات المختلفة ولا يقتصر استخدامها على النقل التلفزيوني فحسب، بل يستخدم للدارات المغلقة والأنظمة الأمنية والنقل التلفزيوني عالي الوضوح.
    
3. محطات القوى Power Stations 
   نظراً لعدم تأثر الألياف البصرية بالمجال المغناطيسي أو الحث الناتج عن المولدات الكهربائية أو خطوط الضغط العالي، فقد تم تركيب الألياف البصرية في محطات القوى الكهربائية لنقل المكالمات الهاتفية ونقل المعلومات، كما تم تركيبها جنباً إلى جنب مع خطوط الضغط العالي لنقل المعطيات Data transmission والسيطرة control.
    
4. الشبكات المحلية (Local Area Networks (LAN
   يطلق هذا الاسم على شبكات الاتصالات المستخدمة لتبادل المعلومات بين الحسابات والمستخدمين، وهذه الشبكات تكون في نطاق جغرافي محدود كمكاتب الشركات أو الجامعات أو المستشفيات أو غيرها ومجالاتها ما بين 100 متر إلى 10 كم وسعة نطاقها فوق المليون وحدة ثنائية / ثانية.
    
5. الاستخدامات العسكرية Military Applications.
    
6. أدى الطلب المتزايد على خطوط نقل ذات سعات عالية وبصفة خاصة ما يتعلق بتطبيقات الإنترنت إلى اتساع الأبحاث في مجال الألياف البصرية المواكبة لهذا الطلب.
    
7. نقل المعطیات Data transmission
    
8. الكابلات المغمورة Undersea Cables

مواضيع ذات صلة

الحساسات النانوية لرصد وتعقب حرائق الغابات

التكامل بين تكنولوجيا النانو وتكنولوجيا الاستشعار من بعد لرصد تلوث الهواء الجوي

الحساسات النانوية للحالة الصلبة

الحساسات النانوية لرصد ملوثات الهواء

تكنولوجيا النانو وصناعة الحساسات

الحساسات النانوية

تقنية النانو في الطباعة على الأسطح Nano–Lithography

تقنية الطباعة على الأسطح Lithography

التنافس العالمي في إنتاج الحاسبات المعتمدة على تكنولوجيا النانو

قانون مور

تركيب الترانزستور وكيفية عمله

ماهية الترانزستورات