القائمة الرئيسية

الصفحات

مقالات متنوعه

ماهى فكرة عمل الالياف الضوئية Optical Fiber وكيف يتم تصنيعها وفيما تستخدم

سؤال وجواب للمعلومات والسيارات

عندما يتحدث الكثير من الناس عن انظمة التليفون او التليفزيون التى تعمل بالكوابل او شبكات الانترنت يقترن دائما الحديث بذكر الالياف الضوئية . فهي بنا نتعرف على الالياف الضوئية Optical Fiber وماهى الية عملها .؟؟؟

الالياف الضوئية هى عباره عن جدائل طويلة من الزجاج عالى الدرجة والنقاء ويصل رفعها الى حد يماثل سمك شعرة الانسان . وتصطف هذه الجدائل معا فى حزمه تسمى الحبل الضوئى Optical Cable  واذا نظرت عن قرب لاحد هذه الالياف الضوئية ستجد انه عباره عن :



الـ Core  وهو عباره عن قلب من الزجاج الفائق النقاء ويقوم بتمثيل المسار الذى ينتقل من خلاله الضوء Cladding  وهو الماده الخارجيه التى تحيط بالقلب الزجاجى وهو مصنوعه من زجاج يختلف معامل الانكسار فيه عن معامل انكسار الزجاج الذى يصنع منه القلب Core  ويقوم  بعكس الضوء باستمرار وذلك من اجل ان  يظل فى داخل القلب الزجاجى Buffer Coating  . 
 
وهو عباره عن الغلاف البلاستيكى الذى يقوم بدور حماية القلب من الضرر .ونجد انه المئات وربما الالاف من هذه الالياف الضوئية تقوم بالاصطفاف معا  فى حزمة واحده من اجل ان تقوم بتكوين الحبل الضوئى الذى يتم حمايته بغطاء خارجى يسمى الجاكيت .



-    -  نجد ان الالياف الضوئية يتم تقسيمها بصفه عامه على كل حال الى نوعين اساسيين :

1 - النوع الاول Single Mode Fiber :

وفى هذا النوع تنتقل اشارة ضوئية واحده فقط فى كل ليفه ضوئية من الياف الحزمه وهى تستخدم فى شبكات التليفونات وكوابل التليفزيون وهذا النوع من الالياف الضوئية يتميز بانه صغير حيث ان نصف قطرقلبه الزجاجى يصل الى حوالى " 9 micron  " وتمر من خلاله اشعة الليزر تحت الحمراء او ذات الطول الموجى nm.1.55-1.3 "  "  .

2 - النوع الثانى Multi – Mode Fibers :

وفى هذا النوع يتم نقل العديد من الاشارات الضوئية من خلال الليفة الضوئية الواحده مما يجعل استخدامها افضل لشبكات الحاسوب . وهذا النوع فى الطبيعى يكون نصف قطره اكبر حيث انه يصل الى " 62.5 Micron  " وتنتقل من خلاله الاشعه تحت الحمراء 




-     -  ماهى كيفية عمل الالياف الضوئية وكيف يتم توصيل الضوء من خلالها :

عليك  بافتراض مثلا انك تريد ان تقوم بتوصيل ومضة ضوئية خلال مسار مستقيم وطويل ففى هذه الحاله كل ماعليك هو ان تقوم بتوجيه الضوء من خلال هذا المسار وذلك لان الضوء ينتقل فى خطوط مستقيمه وذلك لانه يصل الى الطرف الاخر بدون اى مشكله .

ولكن ماذا ان كان هذا المسار يوجد به انحناءات ؟؟!! ففى تلك الحاله  يمكنك التغلب عليها بسهولة من خلال ان تقوم  بوضع مراّه عن الانحناء من اجل ان تقوم  بعكس الضوء الى داخل المسار مره اخرى وبنفس الطريقة تحل المشكله  لو كان المسار كثير الانحناءات بحيث يتم عمل صف للمرايا على طول المسار من اجل ان تعكس الضوء بصوره مستمره عن الجدار المحاذى للقلب الزجاجى " Cladding  " على شكل انعاكس داخلى كلى . ولان  هذا الجدار لا يمتص اى ضوء ساقط عليه فان الاشاره الضوئية من الممكن ان تسافر الى مسافات ابعد واطول ولكن فى بعض الاحيان يحدث ان يتم فقد جزء من الضوء ويرجع السبب فى ذلك الى ان الشوائب المتواجده فى القلب الزجاجى تقوم بامتصاصه .




- مما يتكون نظام الالياف الضوئية :

نجد ان نظام الالياف الضوئية  يتكون من ثلاثة اجزاء وسيتم التحدث عنهم بالتفصيل ...

1 – الجزء الاول " Transmitter " :

وهو عباره عن الجزء الذى ينتج ويشفر الاشاره الضوئية بحيث يكون الجزء الاساسى به هو عباره عن المصدر الضوئى والذى قد يكون عباره عن ليزر او الدايود الضوئى فاذا اردنا مثلا ان نقوم بنقل اشارة تليفزيونيه او اى معلومه فانه من الضرورى ان نقوم بتحوير تلك الاشاره الضوئية طبقا للمعلومه التى نريد نقلها . وتحوير تلك الاشاره الضوئية نجد انه قد يتم بتغيير شدتها سواء ارتفاعا او انخفاضا " analogue modulation "  او تشغيلها او ايقافها فى تتابع وهو فى تلك الحاله مايعرف باسم  " Digital Modulation "  .

2 – الجزء الثانى " Fiber optic " :

وهو الذى من خلاله يتم توصيل الاشاره الضوئية عبر مسافات طويلة وهو الجزء الذى سبق وتم شرحه اعلى بالتفصيل يمكنك الرجوه اليه وقرائته من جديد .

3 – الجزء الثالث " reciver " :

وهو يقوم باستقبال الاشاره الضوئية ويقوم  بفك تشفيرها من اجل ان يحولها الى اشاره كهربائية من اجل ان يقوم  بارسالها الى المستخدم والذى يكون : التليفزيون او التليفون .

- من مميزات الالياف الضوئية :

نجد ان الالياف الضوئية احدثت ثوره كبيره فى عالم الاتصالات وذلك يرجع الى تميزها على اسلاك التوصيل العاديه وذلك يرجع الى عدة مميزات منها :

1 – انها لديها القدره العاليه على حمل ونقل المعلومات لان الالياف الضوئية ارفع بكثير من الاسلاك العاديه ومن الممكن بالطبع وضع عدد كبير منها بداخل الحزمه الواحده وذلك يساعد على زيادة عدد خطوط الهاتف او عدد قنوات البث التليفزيونى فى الحبل الواحد . ويكفينا ان نعرف ان عرض النطاق للالياف الضوئية يصل الى " 50 THZ " فى حين اننا نجد ان اكبر عرض للنطاق يحتاجه البث التليفزيونى لا يتجاوز " 6 MHz " .


2 – الالياف الضوئية تتميز بانها اقل حجما حيث ان قطرها اقل من نصف قطر الاسلاك العاديه النحاسيه المعروفه والتقليديه فمثلا من الممكن ان نقوم باستبدال سلك نحاسى قطره 7.62 سم بسلك اخر من الالياف الضوئية ولكن قطره لا يتجاوز 0.635 سم وهذا بالطبع يمثل اهمية كبيره خاصة عند مد الاسلاك تحت سطح الارض .

3 – تتميز الالياف الضوئية ايضا بانها اخف وزنا فمن الممكن ان يتم استبدال الاسلاك النحاسيه التى وزنها مثلا 94.5 كيلو جرام باخرى من الالياف الضوئية التى تزن فقط 3.6 كيلو جرام .

4 – من مميزاتها ايضا ان فقدها للاشاره قليل جدا ويكاد يكون معدوم والنسبه الصغيره للفقد يكون سببها فى الشوائب التى توجد فيها فقط .

5 – من المستحيل ايضا تداخل الاشارات التى يتم ارسالها من خلال الالياف المجاوره فى نفس الكابل الواحد وذلك يضمن بالطبع وضوح الاشاره المرسله سواء اكانت محادثه تليفونيه او بث تليفزيونى الخ ... كما انها من مميزاتها ايضا انها لا تتعرض للتداخلات الكهرومغناطيسية ومما يجعل الاشاره تنتقل بسرية تااامه وذلك بالطبع له اهميه كبيره جدا فى الاغراض العسكريه بالذات .

6 – من مميزاتها الرائعه ايضا انها غير قابله للاشتعال وذلك يساعد على التقليل من خطر الحرائق .

7 – ايضا نجد انها تمتاز باستهلاك اقل للطاقه وبالتالى تحتاج الى عدد مولدات اقل وذلك يرجع الى ان الفقد فيها خلال عملية التوصيل يكون قليل جدا .

ان هذه الاسباب الرائعه والمميزه هى التى جعلت الالياف الضوئية دخلت فى العديد والكثير جدا من الصناعات وخصوصا مجال الاتصالات والشبكات . وتستخدم ايضا فى التصوير البطئ بكل انواعه وفى المجسات عالية الجوده للتغير فى درجة الحراره والضغط لانها تستخدم فى التنقيب فى باطن الارض .

- كيف يتم صنع الالياف الضوئية :

كما سبق وتم الذكر تصنع الالياف الضوئية من زجاج يمتاز بدرجه عاليه جدا من النقاء حيث قامت احدى الشركات بوصفه بذلك . وقالت ان لو هناك محيط من الالياف الضوئية يصل لاميال كبيره وقمت انت بالنظر من على سطحه فى الاعلى الى القاع فسترى القاع بكل وضوح بسهوله . ويتم صنع الالياف الضوئية كالتالى :

1 – صناعة وعمل اسطوانه زجاجيه غير مشكله .
2 – يتم سحب الالياف الضوئية من هذه الاسطوانه الزجاجيه .
3 – يتم اختبار الالياف الضوئية .

- الزجاج الذى يتم استخدامه فى عمل الاسطوانه الغير مشكله تلك يتم صناعته من خلال عمليه تسمى Modified Chemical Vapour Deposition حيث يتم تمرير الاكسجين على محلول من كلوريد السليكون وكلوريد الجرمانيوم وكيماويات اخرى ايضا ثم بعد ذلك يتم تمرير الابخره المتصاعده داخل انبوب من الكوارتز موضوعا فى مخرطه خاصه تقوم بهذا العمل وعندما يتم تدويرها يتحرك جهاز حرارى درجة حرارته عاليه يسمى المجمر حول الكوارتز حيث تتسبب الحراره العاليه فى حدوث شيئان مهمان جدا :

1 - يقوم السليكون بالتفاعل والجرمانيوم مع الاكسجين من اجل تكوين اكسيد السليكون واكسيد الجرمانيوميتر بعد ذلك يتم صب اكسيد السليكون واكسيد الجرمانيوم على جدار الانبوب من الداخل ويندمجان معا من اجل تكوين الزجاج الخام المطلوب حيث من الممكن وقتها التحكم فى درجة نقاء وصفاء الزجاج المتكون من خلال التحكم بالخيط .

2 – يتم بعد كل هذا سحب الالياف من هذه الاسطوانه الخام والغير مشكله بعد ويتم وضعها فى اداه السحب حيث يتم انزال الزجاج الخام فى فرن كربونى درجة حرارته 1900 : 2200 درجه سليزيه فتبدأ مقدمتها فى الذوبان حتى ينزل المذاب منها بتأثير الجاذبيه وبمجرد سقوطه يقوم وقتها بتكوين الجديله الضوئية . هذه الجديله يتم معالجتها من خلال تغليف متتابع اثناء سحبها بواسطة جرار او سحاب مع قياس مستمر لنصف القطر باستخدام ميكروميتر ليزرى وتسحب الالياف من القالب الخام بمعدل 10- 20 M/S .

وبعد ذلك يتم اختبار الالياف من ناحيه : معامل الانكسار فيها والشكل الهندسى وبالاخص نصف القطر وتحملها ومقاومتها للشد وتشتت الاشارات الضوئية من خلالها وسعة تحملها للمعلومات وتحملها لدرجات الحراره وامكانية توصيل الضور وهى تحت الماء .


بالرغم من ان استخدام الالياف الضوئية لنقل المعلومات عبر المسافات الكبيره والطويله قام بالاستحواذ على معظم الاهتمام الا انها تستخدم لنقل المعلومات الى مسافات قصيره ايضا حيث تقوم بالتوصيل بين الكمبيوتر الرئيسى والكمبيوترات الجانبيه او الطابعه . وبعيدا عن مجال الاتصالات فقد ظهرت هناك الكثير من الاستخدامات الاخرى العديده والمهمه لهذه الالياف . فعلى سبيل المثال ونتيجة الى مرونتها ودقتها قد دخلت فى تصنيع الكاميرات الرقميه المتعدده الاستخدامات فى التصوير الطبى مثل التصوير بالمناظير والتصوير الشعبى . كما انها دخلت ايضا فى تصنيع الكاميرات المستخدمه فى التصوير الميكانيكى من اجل فحص اللحام والوصلات فى الانابيب والمولدات ولفحص ايضا انابيب المجارى الطويلة من الداخل .

وتم استخدام الالياف الضوئية ايضا كمجسات من اجل تحديد التغير فى درجات الحراره المختلفه والضغط Strain حيث انها من اجل جودتها تم تفضيلها على المجسات العاديه بالطبع ولصغر حجمها وحساسيتها المختلفه الصغيره ودقة ادائها ونجد ان من احد التطبيقات المهمه لها فى استخدامها كمجسات لقياس الضغط Strain يكون من خلال ادخالها فى صناعة جدار بعض الطائرات مما يمنح الطائره جدارا مميزا يقوم بتحذير الطيار من الضغط الجوى الواقع على اجنحة او جسم الطائره الخارجى . فنجد فى النهاية ان الالياف الضوئية تعتبر بمثابة ثورة تكنولوجيه رائعه فى مجالات مختلفه منها الاتصالات والشبكات وصناعة الالكترونيات والطائرات  .
...........................................

- لاتنسى الاشتراك فى قناتنا على يوتيوب وتفعيل جرس التنبيهات ليصلك المزيد ...



أخر المواضيع من قسم : مقالات متنوعه