كيف تعمل الألياف البصرية؟

آلية عمل الألياف البصرية

الألياف البصرية (optical fiber) هي تكنولوجيا تقوم على نقل المعلومات على شكل موجات أو نبضات ضوئية، بحيث تعبر خلال كيبل مصنوع من ألياف زجاجية أو بلاستيكية، ويمكن شرح آلية عمل الألياف الضوئية من خلال النقاط الآتية:^[١]

• تقوم الألياف البصرية، والتي تكون على شكل كيبل؛ على نقل المعلومات على شكل جزيئات ضوئية، أو ما يسمى بالفوتونات (photons).
• تمر هذه الفوتونات من خلال كيبل الألياف البصرية المصنوعة من الزجاج أو البلاستيك كما ذكر سابقًا، ولكن الذي يختلف هنا؛ هو مقدار معامل الانكسار في كل مادة.
• تنعكس الإشارة الضوئية داخل الألياف جراء مرورها عبر الزجاج، الأمر الذي يجعل سرعتها أقل بنحو 30% عن سرعة الضوء الطبيعي.
• انعكاس الإشارات الضوئية داخل كيبل الألياف الزجاجية يكون على شكل خط متعرج من الارتدادات (zig-zag)، ليكون كامل الانعكاس (total internal reflection) أبطأ من سرعة الضوء العادي، وتسمى عملية الانعكاس هذه ب (cladding).
• يتم تحديد الإشارات الضوئية خلال مسيرها خصوصًا في المسافات الطويلة، فيتم إعادة إرسالها وتحويلها على شكل إشارة كهربائية، من ثم إشارة ضوئية.
• تستخدم المكررات لإعادة إرسال الإشارة الضوئية من جديد، حيث إن السرعة داخل الألياف البصرية أبطأ من الضوء العادي، بسبب حصول تكسر وانحلال في الإشارات الضوئية طوال رحلة مسيرها، وذلك عائد لعدم نقاوة الزجاج المستخدم في الألياف بنسبة 100%.^[٢]

ما هو نظام عمل الألياف البصرية؟

يقوم نظام عمل الألياف البصرية على الآتي:^[٢]

• جهاز الإرسال: وهو ببساطة من يعمل على تشغيل الإشارات الضوئية وإرسالها.
• الألياف البصرية: وهي الوسط الناقل والمسافة التي تقطعها الإشارات الضوئية.
• المولد/ المجدد البصري: الجهاز المسؤول عن إعادة إرسال الإشارات الضوئية مرةً أخرى.
• المستقبل البصري: وهو الجهاز المستقبل للإشارة الضوئية والباث لها بغرض العرض.

ما هي أنواع الألياف البصرية؟

يمكن قسمة أنواع الألياف البصرية إلى نوعين رئيسيين، وهما:^[٣]

الألياف البصرية الفردية

وهي ذات قطر يبلغ 5-10 مايكرومتر في المنتصف، أي الجزء المسؤول عن نقل الإشارات الضوئية، بحيث يتم نقلها خلاله بخط مستقيم واحد دون أية ارتدادات عن الحواف، مثال على ذلك كيبل التلفاز العادي، كيبل الإنترنت، وكيبل الهاتف، إذ يتم نقل الإشارات إليها عبر خطوط ألياف بصرية فردية، ملتفة حول بعضها البعض على شكل حزمة ضخمة، وتجدر الإشارة هنا أن هذا الكيبل قادر على نقل المعلومات من مسافة 100 كم.

الألياف البصرية المتعددة

مصطلح متعددة الوضع يشير إلى أنها أكبر وأضخم من الفردية، وهي فعلًا أكبر بنحو 10 مرات من الفردية، وهذا يعني انتقال الإشارات الضوئية خلال أكثر من مسار واحد على عكس الفردية، ولذلك تستخدم هذه الكيبلات للمسافات القصيرة، ولتوصيل أمور تحتاج كميات معلومات أكبر، من مثل شبكات الكمبيوتر.

ما هي استخدامات الألياف البصرية؟

تستخدم الألياف البصرية في العديد من التطبيقات المهمة من مثل:^[٣]

شبكات الكمبيوتر

تستخدم بشكل أساسي في نقل المعلومات لشبكات الحواسيب، وذلك لكونها تحمل المعلومات لمسافات طويلة، وتعد أفضل من الأنماط القديمة في نقل المعلومات من حيث كونها:

• لا تفقد المعلومات أو تضعف أثناء نقلها، فتنتقل المعلومات حتى 10 مرات في الألياف البصرية قبل الحاجة إلى تضخيمها ومعالجتها.
• عدم تداخل المعلومات أثناء نقلها نظرًا لعدم وجود تداخل كهرومغناطيسي بين الألياف البصرية كونها زجاجية أو بلاستيكية، على عكس الكيبلات النحاسية، الأمر الذي يجعلها أكثر موثوقية في نقل المعلومات، مع جودة إشارة أقوى وأوضح.
• نقل كميات بيانات أكبر كون الألياف البصرية ذات نطاق أكبر وأعلى.

شبكات البث

المقصود هنا بث الراديو والتلفاز، حيث يعتمد نقل المعلومات وبثها عبر الإذاعة أو شاشة التلفاز على استخدام الألياف الضوئية في الوقت الحالي.

الطب

تستخدم الألياف الضوئية في عمليات المسح الطبي، والتنظير والتشخيص، فتتغلل في جسم المريض ناقلة صورة بسرعة كبيرة عن ما يحدث بداخله، الأمر الذي يساعد في تشخيص وتحديد أسباب المرض وغيره، ومن خلال تقنية (lab on a fiber)؛ سيتم إدخال مستشعرات دقيقة من الألياف البصرية إلى جسم المريض، لتقوم برحلة تعريفية عما يحصل في الداخل، وهي تقنية حديثة ومستقبلية.

الجيش

يستخدم الجيش الألياف البصرية لكونها منخفضة التكلفة وقوية أمام أي اعتداء، وذات بث ونقل معلومات أمن وموثوق، دون أية إشعاعات كهرومغناطيسية لكي لا يلتقطها العدو.

المراجع

1. ↑ Jennifer English,, "fiber optics (optical fiber)", techtarget, Retrieved 4/1/2022.
2. ^ ^{أ ب} Craig Freudenrich, Ph.D., "How Fiber Optics Work", computer.howstuffworks, Retrieved 4/1/2022.
3. ^ ^{أ ب} Chris Woodford (10/1/2021), "Fiber optics", explainthatstuff, Retrieved 4/1/2022.