اقرأ في هذا المقال
- ما هي اتصالات الألياف البصرية؟
- آلية عمل اتصالات الألياف البصرية
- العناصر الأساسية لنظام اتصالات الألياف البصرية
- أجزاء كابل الألياف الضوئية
- أنواع الألياف الضوئية
- لماذا يستخدم الضوء بدلا من الكهرباء؟
بالنسبة لجيجابت وما وراء نقل البيانات، فإنّ اتصال الألياف الضوئية هو الخيار الأمثل، حيث يُستخدم هذا النوع من الاتصالات لنقل الصوت والفيديو والقياس عن بعد، ونقل المعلومات من خلال مسافات طويلة وشبكات المنطقة المحلية أو شبكات الكمبيوتر، كما يُستعمل نظام الاتصالات بالألياف البصرية تقنية الموجة الضوئية لإرسال البيانات عبر الألياف من خلال تبديل الإشارات الإلكترونية إلى ضوء.
ما هي اتصالات الألياف البصرية؟
اتصالات الألياف البصرية: تقنية نقل البيانات من موقع إلى آخر عن طريق إرسال نبضات ضوء الأشعة تحت الحمراء باستخدام الألياف الضوئية، يكون الضوء في شكل إشارة حاملة تم تغييرها للاحتفاظ بالبيانات، كما تحل كابلات الألياف الضوئية محل الكابلات الكهربائية عندما تكون المسافة الطويلة وعرض النطاق الترددي العالي ومقاومة التداخل الكهرومغناطيسي ضرورية.
تُستخدم اتصالات الألياف البصرية بشكل أساسي لإرسال الصوت “Voice” والفيديو “Video” والقياس عن بُعد باستعمال الشبكات المحلية، حيث أنّ العديد من شركات الاتصالات “communications companies” تستعمل الألياف الضوئية لإرسال إشارات الهاتف وإشارات تلفاز الكابلواتصالات الإنترنت، وفي “Bell Labs” حقق الباحثون ووصلوا إلى رقم قياسي لمسافة طول موجي “100 بيتابت × كيلومتر لكل ثانية” باستخدام اتصال الألياف الضوئية.
آلية عمل اتصالات الألياف البصرية:
على عكس الإرسال القائم على الأسلاك النحاسية يقوم الإرسال بالاعتماد الكلي على الإشارات الكهربائية التي تمر عبر الكابل، فإنّ إرسال الألياف الضوئية يشمل على إرسال الإشارات على هيئة ضوء من نقطة إلى أخرى، وعلاوةً على ذلك تتضمن شبكة اتصالات الألياف الضوئية من دوائر إرسال واستلام ومصدر ضوئي وأجهزة كشف.
عندما يتم إعطاء بيانات الإدخال في شكل إشارات كهربائية لدائرة الإرسال، فإنّها تحولها إلى إشارة ضوئية من خلال منشأ الضوء، وهذا المصدر من “LED” الذي يجب أن يبقى اتساعه وتردده ومراحله ثابتة وخالية من التقلبات من أجل الحصول على نقل مناسب، يتم إرسال شعاع الضوء من المصدر من خال كابل ألياف بصرية إلى دائرة الوجهة، حيث يتم إرسال البيانات مرة أخرى إلى الإشارة الكهربائية بواسطة دائرة استقبال.
تحتوي دائرة الاستقبال من جهاز كشف ضوئي إلى جانب دائرة إلكترونية مناسبة قادرة على قياس حجم وتكرار وطور المجال البصري، كما يُستخدم هذا النوع من الاتصالات الأطوال الموجية بالقرب من نطاق الأشعة تحت الحمراء الموجود فوق النطاق المرئي مباشرةً، حيث يمكن استعمال كل من “LED” والليزر كمنبع للضوء اعتماداً على التطبيق.
- “LED” هي اختصار لـ “Light Emitting Diode”.
العناصر الأساسية لنظام اتصالات الألياف البصرية:
تُعد الملحقات مثل الموصلات والمفاتيح والمقارنات وأجهزة تعدد الإرسال ومكبرات الصوت والوصلات هي أيضاً عناصر أساسية في نظام الاتصالات البصرية.
أولاً: مصدر ضوء مضغوط:
اعتماداً على التطبيقات مثل شبكات المنطقة المحلية وأنظمة الاتصالات طويلة المدى، تختلف متطلبات مصدر الضوء، كما تتضمن متطلبات المصادر الطاقة والسرعة وعرض الخط الطيفي والضوضاء والصلابة والتكلفة ودرجة الحرارة وما إلى ذلك، ويتم استعمال عنصرين كمصادر للضوء من الثنائيات الباعثة للضوء “LED” وثنائيات الليزر.
تُستعمل الثنائيات الباعثة للضوء للمسافات القليلة وتطبيقات معدل البيانات القليل نظراً لانخفاض عرض النطاق الترددي وقدرات الطاقة، حيث يتضمن اثنان من هياكل “LED” هذه أنظمة انبعاث السطح والجوانب والثنائيات الباعثة للسطح بسيطة في الإنشاء وموثوق بها، ولكن نظراً لعرضها الأوسع للخط وتردد التعديل.
تستخدم الثنائيات الباعثة للحافة في الغالب، كما تتميز الثنائيات الباعثة للحافة بإمكانيات عالية للطاقة وعرض خط أضيق، حيث للمسافات الطويلة ونقل معدل البيانات العالي يُفضل استخدام الثنائيات الليزرية نظراً لقدرتها العالية وسرعتها العالية وخصائص عرض الخط الطيفي الضيق، لكن هذه بطبيعتها غير خطية وأكثر حساسية لتغيرات درجة الحرارة.
ثانياً: ألياف ضوئية منخفضة الخسارة:
الألياف الضوئية منخفضة الخسارة: هي عبارة عن كابل، ويُعرف أيضاً باسم الدليل الموجي العازل الأسطواني المكون من مادة منخفضة الفقد، كما تهتم الألياف الضوئية أيضاً معلمات مثل البيئة التي تعمل فيها وقوة الشد والمتانة والصلابة، وكابل الألياف الضوئية مصنوع من زجاج مقذوف عالي الجودة “si” أو بلاستيك وهو مرن، حيث يتراوح قطر كابل الألياف الضوئية بين “0.25 مم” و”0.5 مم” أي أسمك قليلاً من شعرة الإنسان.
أجزاء كابل الألياف الضوئية:
يتكون كابل الألياف الضوئية من أربعة أجزاء، وهي:
1- النواة “Core”:
النواة “Core”: هو جوهر كابل الألياف عبارة عن أسطوانة من البلاستيك تعمل على طول كابل الألياف وتوفر الحماية عن طريق الكسوة، كما يعتمد قطر النواة على التطبيق المستخدم، وبسبب الانعكاس الداخلي يعكس الضوء المنتقل داخل القلب من القلب وحدود الكسوة، كما يجب أن يكون المقطع العرضي الأساسي دائرياً لمعظم التطبيقات.
2- الكسوة “Cladding”:
الكسوة “Cladding”: هي عبارة عن مادة بصرية خارجية تحمي اللب، كما تتمثل الوظيفة الرئيسية للكسوة في أنّها تعكس الضوء مرة أخرى إلى القلب، وعندما يدخل الضوء من اللب أي مادة كثيفة إلى الكسوة أي مادة أقل كثافة، فإنّه يغير زاويته وبعد ذلك ينعكس مرة أخرى إلى القلب.
3- المتعادل “Buffer”:
تُعد الوظيفة اأساسية للمخزن المؤقت في حماية الألياف من التلف، وهذه الحزم محمية من خلال الغطاء الخارجي للكابل والذي يسمى الغلاف.
4- السترة “JACKET”:
تتوفر سترات كابل الألياف الضوئية بألوان مختلفة تتيح للمستخدم التعرف بسهولة على اللون الدقيق للكابل الذي نتعامل معه، كما يدل اللون الأصفر بوضوح على كابل أحادي الوضع، ويدل اللون البرتقالي على وضع متعدد.
ثالثاً: كاشف الصور:
الهدف من أجهزة الكشف الضوئي هو تبديل إشارة الضوء “Light signal” مرة أخرى إلى إشارة كهربائية حيث يتم استعمال نوعين من أجهزة الكشف الضوئي، وبشكل أساسي للمستقبلات الضوئية في أنظمة الاتصالات الضوئية، وهي الثنائي الضوئي “PN” والثنائي الضوئي الانهيار الجليدي، واستناداً على الأطوال الموجية للاستخدام يختلف التركيب المادي لهذه الأجهزة، كما تحتوي على المواد السيليكون والجرمانيوم و”InGaAs” وما إلى ذلك.
أنواع الألياف الضوئية:
أولاً: الألياف أحادية الوضع:
تُستعمل الألياف أحادية الوضع لنقل إشارة واحدة لكل ليف، كما تُستعمل هذه الألياف في أجهزة الهاتف والتلفاز، حيث تحتوي الألياف أحادية الوضع على نوى صغيرة.
ثانياً: ألياف متعددة الأوضاع:
تُستعمل الألياف متعددة الأوضاع لنقل العديد من الإشارات لكل ليف، كما يتم استعمال هذه الإشارات في شبكات الكمبيوتر والشبكات المحلية التي تتضمن على نوى أكبر.
لماذا يستخدم الضوء بدلا من الكهرباء؟
في اتصالات الألياف الضوئية، يتم استخدام ضوء الليزر للإرسال؛ لأنّ مصدر الضوء هذا له طول موجي واحد وبالمقارنة مع مصادر الضوء الأخرى، مثل ضوء المصباح أو ضوء الشمس لها أطوال موجية متعددة للضوء وبالتالي إذا تم استخدام مصدر ضوء آخر مثل ضوء الشمس لهذا الاتصال، فسوف يولدون شعاعاً شمسياً أقل قوة، بينما يولد ضوء الليزر شعاعاً أكثر قوة، لذا فإنّ مصدر ضوء الليزر هو أفضل خيار للاتصال بسبب التشتت المنخفض، ممّا يولد عدداً من الإشارات في وقت أقل.
