اقرأ في هذا المقال
- ما هي الألياف الزجاجية الضوئية
- كيفية تحسين ناقل الحركة في الألياف الزجاجية
- ما هي الألياف الزجاجية في أوضاع فردية ومتعددة
- فوائد الألياف الزجاجية الضوئية في الاتصالات
- أنواع الزجاج المستخدم في الألياف الزجاجية
- أساسيات الألياف الزجاجية
- مزايا الألياف الزجاجية الضوئية
- عيوب الألياف الزجاجية الضوئية
جعلت أدلة الموجات الضوئية الزجاجية ذات التوهين الأقل من “20 ديسيبل / كم” من الممكن اتباع نهج جديد للاتصالات الضوئية، حيث تلبي هذه الألياف الزجاجية متطلبات النقل عبر أطوال كيلومترات باستخدام أنظمة تجريبية تستخدم الأجهزة الموجودة للمصادر وأجهزة الكشف.
ما هي الألياف الزجاجية الضوئية
الألياف الزجاجية الضوئية: هي ألياف مهمة جداً في العديد من الصناعات اليوم وتلعب الدقة دوراً مهماً في إنتاجها، حيث يستخدم الزجاج الإلكتروني الدقيق “PEG” أحدث معدات الفحص لإجراء قياسات غير مدمرة للأشكال المعقدة، كما تُعد هذه القياسات عالية الدقة ضرورية لتلبية المواصفات الصارمة وضمان الاتساق في الأجزاء الزجاجية المستخدمة في الألياف الضوئية للأدوات الطبية والعلمية والتحليلية والصناعية.
الألياف الضوئية عبارة عن خيوط مفردة دقيقة الشعر مستمدة من زجاج السيليكا المصهور، حيث تحل هذه الألياف محل الأسلاك المعدنية كوسيط نقل في أنظمة الاتصالات عالية السرعة وعالية السعة، كما يقومون بتحويل المعلومات إلى ضوء ونقلها عبر كابل الألياف الضوئية، وتُعد شركات الهاتف أكبر جهات نشر كابلات الألياف الضوئية ومع ذلك فإن التكنولوجيا موجودة أيضاً في أنظمة توزيع الطاقة وشبكات الكمبيوتر المحلية ونقل الفيديو.
كيفية تحسين ناقل الحركة في الألياف الزجاجية
الألياف الضوئية: هي عبارة عن ألياف مرنة وشفافة مصنوعة عن طريق سحب الزجاج أي السيليكا أو البلاستيك بقطر أكثر سمكاً قليلاً من قطر شعرة الإنسان، كما تُستخدم الألياف الضوئية في أغلب الأحيان كوسيلة لنقل الضوء بين طرفي الألياف وإيجاد استخدام واسع في اتصالات الألياف الضوئية، وذلك لأنّها تسمح بالإرسال عبر مسافات أطول وبنطاق ترددي أعلى أي معدلات بيانات من الكابلات الكهربائية.
تُستعمل الألياف بدلاً من الأسلاك المعدنية لأنّ الإشارات تنتقل خلالها مع خسارة أقل، بالإضافة إلى أنّ الألياف لا تتعرض للتداخل الكهرومغناطيسي الذي يسبب مشاكل في الأسلاك المعدنية، كما تُستعمل الألياف أيضاً للإضاءة والتصوير “lighting and photography” وغالباً ما يتم لفها في حزم، حيث تحمل هذه الحزم الضوء أو الصور من الأماكن الضيقة “narrow” كما في حالة منظار الألياف، وتُستعمل الألياف المصنعة لمجموعة مختلفة من التطبيقات الأخرى بعضها عبارة عن مستشعرات الألياف الضوئية وليزر الألياف.
ما هي الألياف الزجاجية في أوضاع فردية ومتعددة
تتضمن الألياف الضوئية أحياناً على قلب محاط بمادة “cladding” شفافة بمؤشر انكسار أقل، حيث يتم حماية الضوء في القلب من خلال الانعكاس الداخلي الكلي، والذي يجعل الألياف تتفعل كدليل موجي وتسمى الألياف التي تتضمن العديد من الطرق أو الأوضاع المستعرضة ألياف متعددة الأوضاع، بينما تُعد الألياف التي تدعم مساراً واحداً الألياف أحادية الوضع “SMF”.
تنفرد الألياف متعددة الأنماط بقطر نواة أوسع وتُستعمل لوصلات الاتصال قليلة المسافة وللتطبيقات التي يجب فيها إرسال طاقة عالية، كما تُستعمل الألياف أحادية الوضع لمعظم روابط الاتصال التي يرتفع طولها عن “1000 متر” أي 3300 قدم”، كما تعد الكفاءة على الدمج في الألياف الضوئية ذات الفقد القليل شيئاً مهماً في اتصالات الألياف الضوئية.
وبالنسبة للتطبيقات التي تحتاج اتصالاً دائماً يُعد ضم الانصهار معاً أمراً شائعاً، كما يقوم القوس الكهربائي على إذابة أطراف الألياف معاً، وطريقة أخرى معروفة هي دمج ميكانيكي، حيث يتم دمج حواف الألياف بقوة ميكانيكية وتُعد الروابط المرحلية أو شبه الدائمة بوصلات ألياف ضوئية محددة.
فوائد الألياف الزجاجية الضوئية في الاتصالات
- الألياف الزجاجية الضوئية متينة وتتحمل درجات حرارة منخفضة إلى عالية في النطاق من “-40 درجة فهرنهايت” إلى “+ 900 درجة فهرنهايت”، ولهذا السبب فهي مفيدة للأجهزة ذات درجة الحرارة المرتفعة مثل الأفران والمكثفات وغيرها، بالإضافة إلى المناطق ذات درجة الحرارة المنخفضة مثل مستودعات التخزين البارد.
- نظراً لانخفاض الخسارة في الكيلومتر فإنّ الألياف الزجاجية هي الأفضل للاتصال لمسافات طويلة.
- يمكن لبصريات الألياف الزجاجية أن تدعم نقل إشارة النطاق الترددي العالي، ونتيجة لذلك فهو مثالي للشبكات المنزلية.
- كابل الألياف الضوئية الزجاجي محصن ضد التداخل الكهرومغناطيسي “EMI” والتداخل المغناطيسي الراديوي “RMI”.
- الألياف الزجاجية الضوئية رقيقة وخفيفة الوزن، لذلك فهي مثالية للمساحات الصغيرة والأهداف الصغيرة.
أنواع الزجاج المستخدم في الألياف الزجاجية
تستخدم الألياف المصنوعة من الألياف الزجاجية المخصصة مجموعة متنوعة من أنواع الزجاج، وعلى سبيل المثال تشمل هذه السيليكا والفلورايد والفوسفات وزجاج الكالكوجينيد، كما يُعتبر زجاج السيليكا هو الأكثر استخداماً في التصنيع لأنّه يُظهر إرسالاً بصرياً جيداً إلى حد ما على نطاق واسع من الأطوال الموجية.
كما يمكن تعديل السيليكا إلى ألياف عند درجات حرارة عالية بشكل مناسب ولها نطاق تشكيل زجاجي كبير إلى حد ما، وإحدى المزايا الأخرى هي أنّ الربط الانصهار والشق لألياف السيليكا نشيطان نسبياً كما تتمتع ألياف السيليكا بقوة ميكانيكية عالية ضد السحب والانحناء، وهذا يعتمد على سمك الألياف وكذلك التحضير المناسب للأسطح أثناء المعالجة.
تعرض ألياف السيليكا أيضاً عتبة عالية للضرر البصري، حيث تضمن هذه الخاصية ميلاً قليلاً للانهيار الناجم عن الليزر وهذا مهم لمكبرات الألياف عند استعمالها لتضخيم النبضات القصيرة، وبسبب هذه الصفات تُعد ألياف السيليكا هي المادة المعتمدة في العديد من التطبيقات البصرية، مثل الاتصالات وليزر الألياف ومضخمات الألياف وأجهزة استشعار الألياف الضوئية، وعملت الجهود الكبيرة المصنوعة في تطوير أنواع متنوعة من ألياف السيليكا إلى رفعأداء هذه الألياف على المواد الأخرى.
أساسيات الألياف الزجاجية
يتم تصنيع الألياف الزجاجية الضوئية من شعيرات صغيرة من الزجاج يتم ضمها معاً داخل غلاف خاص بالتطبيق مثل الفولاذ المقاوم للصدأ من أجل المتانة ودرجات الحرارة العالية، كما يتم توصيلها بأجهزة استشعار كهروضوئية معينة وضوء توجيه من رأس الاستشعار إلى الهدف وتتمتع الألياف الزجاجية الضوئية بنطاق درجة حرارة مثير للإعجاب.
والتطبيقات الرئيسية للألياف الزجاجية هي الاتصالات وأجهزة الاستشعار ونظام القياس، كما يمكن أيضاً استخدام بعض أنواع كابلات الألياف الزجاجية الضوئية في البيئات القاسية، مثل البيئات المسببة للتآكل والبيئات الرطبة.
مزايا الألياف الزجاجية الضوئية
- يمكن استخدام كابلات الألياف الزجاجية في تطبيقات ذات درجات حرارة عالية مثل الأفران والمكثفات والمحركات الكبيرة، وكذلك في مناطق درجات الحرارة المنخفضة للغاية مثل مستودعات التخزين البارد.
- نظراً لأنّ النوى الزجاجية فعالة في نقل الضوء وتتيح بسرعات نقل أعلى بشكل ملحوظ، يمكن استخدام الألياف الزجاجية الضوئية على مسافات استشعار طويلة.
- تمكّنك الألياف الزجاجية الضوئية من استخدام مستشعر كهروضوئي في المناطق التي يتعذر عليك عادةً استخدامها فيها، ومع هذه الميزة يمكنك اختيار أجهزة استشعار مع مجموعة واسعة من العلب وأنماط التركيب والميزات لتطبيقك المحدد.
- نظراً لأنّ كابلات الألياف الزجاجية رقيقة وخفيفة فقد تم تحسينها للمساحات الصغيرة والأهداف الصغيرة.
عيوب الألياف الزجاجية الضوئية
- يتطلب تركيب الألياف الزجاجية الضوئية فنيين مدربين تدريباً عالياً، وعادة ما تكون الأدوات والمعدات لإنهاء الألياف باهظة الثمن.
- القطر الأساسي للألياف الزجاجية صغير جداً وبالتالي فهي تتطلب متطلبات تقنية أعلى لربط الضوء بالمنطقة الأساسية، مثل مصادر الضوء.
- الألياف الزجاجية الضوئية هشة ويمكن كسرها إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح.
