الامارات 7 - آلية عمل الألياف البصرية
الألياف البصرية (optical fiber) هي تقنية تستخدم لنقل المعلومات على شكل موجات أو نبضات ضوئية عبر كيبل مصنوع من ألياف زجاجية أو بلاستيكية. يمكن توضيح آلية عمل الألياف الضوئية من خلال النقاط التالية:
نقل المعلومات: تقوم الألياف البصرية بنقل المعلومات عبر جزيئات ضوئية تُعرف بالفوتونات (photons). هذه الفوتونات تمر من خلال كيبل الألياف البصرية، التي قد تكون مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك، مع اختلاف في معامل الانكسار لكل مادة.
الانعكاس الداخلي: تنعكس الإشارات الضوئية داخل الألياف بسبب مرورها عبر الزجاج، مما يؤدي إلى تقليل سرعتها بحوالي 30% مقارنة بسرعة الضوء في الفراغ. يتم هذا الانعكاس بشكل متعرج (zig-zag) عبر الألياف، وتعرف هذه العملية باسم الانعكاس الكلي الداخلي (total internal reflection).
إعادة الإرسال: لتحديد الإشارات الضوئية، خصوصًا على المسافات الطويلة، يتم إعادة إرسالها وتحويلها إلى إشارة كهربائية ثم إشارة ضوئية. تستخدم المكررات لإعادة إرسال الإشارات الضوئية مرة أخرى، حيث إن السرعة داخل الألياف البصرية أقل من سرعة الضوء العادي بسبب تآكل الإشارات على طول مسيرها نتيجة لعدم نقاوة الزجاج المستخدم.
نظام عمل الألياف البصرية
نظام عمل الألياف البصرية يتكون من عدة مكونات رئيسية:
جهاز الإرسال: يقوم بتشغيل الإشارات الضوئية وإرسالها.
الألياف البصرية: هي الوسط الناقل الذي تمر من خلاله الإشارات الضوئية.
المولد/المجدد البصري: الجهاز الذي يعيد إرسال الإشارات الضوئية.
المستقبل البصري: الجهاز الذي يستقبل الإشارة الضوئية ويعالجها لعرضها.
أنواع الألياف البصرية
يمكن تقسيم الألياف البصرية إلى نوعين رئيسيين:
الألياف البصرية الفردية: يكون قطرها حوالي 5-10 ميكرومتر، مما يسمح بنقل الإشارات الضوئية بخط مستقيم دون ارتدادات، مثل كابلات التلفاز والإنترنت. هذه الألياف قادرة على نقل المعلومات لمسافات تصل إلى 100 كم.
الألياف البصرية المتعددة: تكون أكبر بنحو 10 مرات من الألياف الفردية، مما يعني أن الإشارات الضوئية يمكن أن تنتقل عبر عدة مسارات. تُستخدم هذه الكابلات عادةً في المسافات القصيرة ولتوصيل كميات كبيرة من البيانات، مثل الشبكات الكمبيوترية.
استخدامات الألياف البصرية
تستخدم الألياف البصرية في العديد من التطبيقات المهمة، مثل:
شبكات الكمبيوتر: تُستخدم لنقل المعلومات لمسافات طويلة، حيث إنها لا تفقد البيانات أو تضعف أثناء النقل، مما يجعلها أكثر موثوقية مقارنةً بالكابلات النحاسية.
البث الإذاعي والتلفزيوني: تُستخدم الألياف الضوئية في نقل المعلومات اللازمة لبث الراديو والتلفاز.
الطب: تُستخدم في عمليات المسح الطبي والتنظير، حيث يتم إدخال الألياف البصرية داخل جسم المريض لنقل صور دقيقة عن الحالة الداخلية، مما يسهل عملية التشخيص.
الجيش: تُستخدم الألياف البصرية نظرًا لتكلفتها المنخفضة وقوتها وقدرتها على نقل المعلومات بشكل آمن وموثوق دون إشعاعات كهرومغناطيسية، مما يحميها من الاستهداف.
الألياف البصرية (optical fiber) هي تقنية تستخدم لنقل المعلومات على شكل موجات أو نبضات ضوئية عبر كيبل مصنوع من ألياف زجاجية أو بلاستيكية. يمكن توضيح آلية عمل الألياف الضوئية من خلال النقاط التالية:
نقل المعلومات: تقوم الألياف البصرية بنقل المعلومات عبر جزيئات ضوئية تُعرف بالفوتونات (photons). هذه الفوتونات تمر من خلال كيبل الألياف البصرية، التي قد تكون مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك، مع اختلاف في معامل الانكسار لكل مادة.
الانعكاس الداخلي: تنعكس الإشارات الضوئية داخل الألياف بسبب مرورها عبر الزجاج، مما يؤدي إلى تقليل سرعتها بحوالي 30% مقارنة بسرعة الضوء في الفراغ. يتم هذا الانعكاس بشكل متعرج (zig-zag) عبر الألياف، وتعرف هذه العملية باسم الانعكاس الكلي الداخلي (total internal reflection).
إعادة الإرسال: لتحديد الإشارات الضوئية، خصوصًا على المسافات الطويلة، يتم إعادة إرسالها وتحويلها إلى إشارة كهربائية ثم إشارة ضوئية. تستخدم المكررات لإعادة إرسال الإشارات الضوئية مرة أخرى، حيث إن السرعة داخل الألياف البصرية أقل من سرعة الضوء العادي بسبب تآكل الإشارات على طول مسيرها نتيجة لعدم نقاوة الزجاج المستخدم.
نظام عمل الألياف البصرية
نظام عمل الألياف البصرية يتكون من عدة مكونات رئيسية:
جهاز الإرسال: يقوم بتشغيل الإشارات الضوئية وإرسالها.
الألياف البصرية: هي الوسط الناقل الذي تمر من خلاله الإشارات الضوئية.
المولد/المجدد البصري: الجهاز الذي يعيد إرسال الإشارات الضوئية.
المستقبل البصري: الجهاز الذي يستقبل الإشارة الضوئية ويعالجها لعرضها.
أنواع الألياف البصرية
يمكن تقسيم الألياف البصرية إلى نوعين رئيسيين:
الألياف البصرية الفردية: يكون قطرها حوالي 5-10 ميكرومتر، مما يسمح بنقل الإشارات الضوئية بخط مستقيم دون ارتدادات، مثل كابلات التلفاز والإنترنت. هذه الألياف قادرة على نقل المعلومات لمسافات تصل إلى 100 كم.
الألياف البصرية المتعددة: تكون أكبر بنحو 10 مرات من الألياف الفردية، مما يعني أن الإشارات الضوئية يمكن أن تنتقل عبر عدة مسارات. تُستخدم هذه الكابلات عادةً في المسافات القصيرة ولتوصيل كميات كبيرة من البيانات، مثل الشبكات الكمبيوترية.
استخدامات الألياف البصرية
تستخدم الألياف البصرية في العديد من التطبيقات المهمة، مثل:
شبكات الكمبيوتر: تُستخدم لنقل المعلومات لمسافات طويلة، حيث إنها لا تفقد البيانات أو تضعف أثناء النقل، مما يجعلها أكثر موثوقية مقارنةً بالكابلات النحاسية.
البث الإذاعي والتلفزيوني: تُستخدم الألياف الضوئية في نقل المعلومات اللازمة لبث الراديو والتلفاز.
الطب: تُستخدم في عمليات المسح الطبي والتنظير، حيث يتم إدخال الألياف البصرية داخل جسم المريض لنقل صور دقيقة عن الحالة الداخلية، مما يسهل عملية التشخيص.
الجيش: تُستخدم الألياف البصرية نظرًا لتكلفتها المنخفضة وقوتها وقدرتها على نقل المعلومات بشكل آمن وموثوق دون إشعاعات كهرومغناطيسية، مما يحميها من الاستهداف.