اقرأ في هذا المقال
- أساسيات التقنيات البصرية
- ما هو تأثير التقنيات البصرية
- مبدأ عمل التقنيات البصرية
- ما هي المزايا الوظيفية للتقنيات البصرية
- ما هي المزايا الفيزيائية للتقنيات البصرية
يتطلب نشر التقنيات البصرية في الوصلات عالية الأداء مساحة تصميم مختلفة جذريًا، حيث تعتبر الطاقة والتكلفة والحجم ذات أهمية قصوى ولكن من المتوقع أيضًا وجود العديد من مستويات أداء الاتصالات، وتُعد البصريات المدمجة الهجينة والتكامل الإلكتروني البصري الشامل من التقنيات الرئيسية في هذا المجال.
أساسيات التقنيات البصرية
تتم مراقبة الاتصالات البصرية بين موقع مُدار وموقع بعيد، كما يتم إرسال الإشارة البصرية عبر الألياف البصرية وتمريرها عبر جهاز اختبار، ويتم ترشيح جزء من الإشارة البصرية الأصلية وتمريرها إلى وحدة المراقبة، وقد توجه وحدة المراقبة مفتاحًا واحدًا أو أكثر في جهاز الاختبار لتكرار الإشارة البصرية إلى الموقع المُدار، وبعد ذلك يمكن إجراء الاختبار والمراقبة في الموقع المدار وقد يوفر الجهاز مخرجات اختبار أو قد ينقل المعلومات إلى الموقع المُدار.
غالبًا ما تتطلب شبكات الاتصالات البصرية مراقبة واختبار روابط الألياف المختلفة أو المسارات البصرية التي تشكل الشبكة البصرية لضمان صلاحية واستمرارية وحالة روابط ومسارات الألياف هذه، كما تتطلب الروابط البصرية مراقبة لاكتشاف حالات الفصل والفواصل المادية والأعطال بحيث يمكن اتخاذ الإجراءات التصحيحية.
نظرًا لتزايد حجم نقل المعلومات بشكل كبير أصبحت أهمية اتصالات الألياف البصرية أكثر أهمية وقد توسع تطبيقه ليشمل نقل الاتصالات وشبكات المنطقة المحلية، ومراكز البيانات واستشعار السيارات و(AR / VR)، وقد انفجرت أنواع ومتطلبات الأجهزة ذات الصلة، وتعمل باستمرار على تحسين وتطوير تقنيات عملية جديدة وتبيع وحدات متكاملة لمكونات الألياف البصرية عالية الجودة لتلبية احتياجات العملاء.
ما هو تأثير التقنيات البصرية
تمتعت الاتصالات البصرية بتأثير هائل على مدار الخمسين عامًا الماضية، وبعد وقت قصير نسبيًا من الإبلاغ عن الاقتراح الملموس لاتصالات الألياف البصرية وإظهار الألياف منخفضة الفقد، أثرت الاتصالات القائمة على الألياف بشكل كبير على الطريقة التي ينقل بها المجتمع المعلومات، ومع ذلك هناك مجالات رئيسية أخرى بخلاف الاتصالات القائمة على الألياف والتي تم تصورها أيضًا منذ حوالي (50) عامًا ولكنها لم تظهر إلا مؤخرًا.
يرجع هذا الظهور إلى تعزيز احتياجات السعة والابتكارات الحاسمة بما في ذلك التطورات في الدوائر البصرية المتكاملة (PICs)، أمّا التطبيقات الناشئة للاتصالات البصرية فهي:
1- الاتصالات البصرية في الفضاء الحر
- على عكس الترددات الراديوية فإنّ الروابط البصرية لها اتجاهية عالية ونطاق ترددي كبير.
- هناك إثارة كبيرة في الظهور الأخير للوصلات البصرية للفضاء الحر المنتشرة، سواء كانت عبر الهواء أو الفضاء الخارجي.
- علاوةً على ذلك نظرًا للخسائر الكبيرة في الترددات الراديوية؛ فإنّ الروابط الموجودة تحت الماء في اللون الأزرق والأخضر تكتسب اهتمامًا كبيرًا.
ملاحظة:“PIC” هي اختصار لـ “Plastic Insulated Cable”.
2- الأطوال الموجية غير التقليدية
- توجد أنظمة الألياف بأغلبية كبيرة في استخدام الأشعة تحت الحمراء، في حين أنّ روابط الفضاء الحر يمكن أن تستفيد من نطاق تردد أوسع بكثير من (THz) إلى المرئي.
- قد تستخدم هذه الأنظمة المكونات الأصلية عالية السرعة وتقوم بتحويل نطاق الطول الموجي للقنوات القريبة من الأشعة تحت الحمراء إلى ترددات أخرى.
3- معالجة الإشارات البصرية OSP
- لطالما تعمل (OSP) بالتشغيل عالي السرعة وتجنب التحويل البصري والكهربائي البصري غير الفعال.
- على الرغم من أنّ نشر (OSP) كان محدودًا فإنّ التقدم في (PICs) وكفاءة الطاقة والتشغيل متعدد الأطوال الموجية قد يتيح قريبًا ظهور (OSP) للوظائف عالية الأداء.
ملاحظة:“OSP” هي اختصار لـ “optical signal processing”.
مبدأ عمل التقنيات البصرية
إنّ اتصالات الألياف البصرية هي طريقة اتصال يتم فيها استخدام الضوء كناقل للمعلومات وتستخدم الألياف البصرية كوسيط إرسال، حيث يتم تحويل الإشارة الكهربائية إلى إشارة ضوئية ثم تنتقل الإشارة البصرية عبر الألياف البصرية وهي نوع من الاتصالات السلكية، كما يمكن حمل الضوء بعد تعديله.
منذ الثمانينيات أحدثت أنظمة اتصالات الألياف البصرية ثورة في صناعة الاتصالات ولعبت دورًا مهمًا للغاية في العصر الرقمي، حيث تتمتع اتصالات الألياف البصرية بقدرة نقل كبيرة وسرية جيدة وأصبحت الاتصالات عبر الألياف البصرية الآن أهم شكل من أشكال الاتصال السلكي اليوم.
من حيث المبدأ فإنّ العناصر الأساسية المكونة لاتصالات الألياف البصرية هي الألياف البصرية ومصادر الضوء وأجهزة الكشف البصرية، وبالإضافة إلى التصنيف وفقًا لعملية التصنيع وتكوين المواد والخصائص البصرية غالبًا ما يتم تصنيف الألياف البصرية وفقًا لتطبيقاتها، ويمكن تصنيفها إلى ألياف بصرية للاتصالات وألياف بصرية للاستشعار.
كما تنقسم ألياف وسيط النقل إلى نوعين هما: الهدف العام والأهداف الخاصة وتشير ألياف الجهاز الوظيفي إلى الألياف البصرية؛ لأداء وظائف التضخيم والتشكيل وتقسيم التردد ومضاعفة التردد والتعديل والتذبذب البصري لموجات الضوء و غالبًا ما يستخدم لجهاز وظيفي معين.
عملية الإرسال في التقنيات البصرية
في نهاية الإرسال يتم تحويل المعلومات المرسلة مثل الصوت أولاً إلى إشارة كهربائية، ثم يتم تعديلها على شعاع الليزر المنبعث من الليزر، بحيث تتغير شدة الضوء مع اتساع (تردد) التيار الكهربائي إشارة وتمر عبر الألياف البصرية، وينتقل مبدأ الانعكاس الكلي عند الطرف المستقبل بعد استقبال الإشارة البصرية يقوم الكاشف بتحويلها إلى إشارة كهربائية وبعد إزالة التشكيل يستعيد المعلومات الأصلية.
يستخدم الاتصال البصري مبدأ الانعكاس الكلي، وعندما تفي زاوية حقن الضوء بشروط معينة يمكن للضوء أن يشكل انعكاسًا كليًا في الألياف البصرية، وبالتالي تحقيق الغرض من الإرسال لمسافات طويلة وتعتمد خصائص توجيه الضوء للألياف البصرية على الانعكاس الكلي لأشعة الضوء في واجهات اللب والكسوة، ممّا يحد من انتقال الضوء في اللب.
ما هي المزايا الوظيفية للتقنيات البصرية
- عرض النطاق الترددي لنقل كابلات الألياف البصرية أعلى من الكابلات المعدنية.
- كمية نقل البيانات أعلى في كابلات الألياف البصرية.
- فقدان الطاقة منخفض جدًا وبالتالي فهو مفيد في عمليات النقل لمسافات طويلة.
- توفر كابلات الألياف البصرية أمانًا عاليًا ولا يمكن استغلالها.
- كابلات الألياف البصرية هي الطريقة الأكثر أمانًا لنقل البيانات.
- كابلات الألياف البصرية محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي.
- لا تتأثر بالضوضاء الكهربائية.
ما هي المزايا الفيزيائية للتقنيات البصرية
- سعة هذه الكابلات أعلى بكثير من كابلات الأسلاك النحاسية.
- على الرغم من أنّ السعة أعلى، إلّا أنّ حجم الكابل لا يزيد كما هو الحال في نظام الكابلات النحاسية.
- المساحة التي تشغلها هذه الكابلات أقل بكثير.
- وزن هذه الكابلات (FOC) أخف بكثير من الكابلات النحاسية.
- نظرًا لأن هذه الكابلات ذات تيار كهربائي، فلا توجد مخاطر شرارة.
- هذه الكابلات أكثر مقاومة للتآكل من الكابلات النحاسية، حيث إنّها سهلة الانحناء ومرنة.
- المادة الخام لصناعة كابلات الألياف البصرية هي الزجاج وهو أرخص من النحاس.
- تدوم كابلات الألياف البصرية لفترة أطول من الكابلات النحاسية.
في النهاية، إنّ الاتصال البصري هو تقنية اتصال تعتمد على الألياف البصرية لنقل الإشارات ويتم استخدام تقنية الاتصال البصري لتوفير اتصالات العمود الفقري عالية السعة، ومع ذلك مع تطوير كابلات الألياف البصرية أصبحت الاتصالات البصرية من أكثر طرق الاتصال انتشارًا.
