اقرأ في هذا المقال
التطبيق النموذجي للألياف البلاستيكية هو نقل البيانات الضوئية قصير المدى على سبيل المثال في البيئات الصناعية والمنازل والسيارات، حيث تكون المناولة الأبسط والمتانة الأكبر مفيدة وفي حين أنّ خسارة الانتشار الأعلى مقبولة، كما تُستخدم “POF” أيضاً لأغراض الإضاءة، حيث تقوم بتوزيع الضوء الذي يتم إنشاؤه على سبيل المثال مع الثنائيات الباعثة للضوء.
ما هي الألياف الضوئية البلاستيكية
الألياف الضوئية البلاستيكية: هي ألياف ضوئية مصنوعة في جميع أنحاء المواد البصرية البوليمر، كما يتكون كل من لب الألياف والغطاء من بوليمرات، وليس فقط بعض الطلاءات والسترات العازلة، وفي حين أنّ الألياف الضوئية البلاستيكية لا يمكن أن تصل إلى حد بعيد إلى أداء الألياف الزجاجية من نواحٍ مختلفة مثل خسائر الانتشار وسعة نقل البيانات، فهي أكثر قوة من الناحية الميكانيكية وتسمح بحلول ألياف بصرية أرخص في بعض مجالات التطبيق.
- “POF” هي اختصار لـ “Plastic Optical Fiber”.
ما هي
- غالبًا ما تستخدم مادة البولي ميثيل ميثا اكريلات والبوليسترين والبولي كربونات في تطبيقات كتلة الألياف الضوئية الرخيصة، وكمثال نموذجي قد يحتوي “POF” على لب “PMMA” محاط بكسوة مفلورة ولها معامل انكسار أقل، وبدلاً من ذلك قد يتم تخدير اللب ببعض عامل رفع المؤشر ومع ذلك بالنسبة لمعدلات البيانات المرتفعة يُفضل استخدام بعض البوليمرات المشبعة بالفلور مثل بولي (بيرفلورو-بيوتينيل فينيل إيثر)، حيث إنّها تعرض خسائر انتشار أقل بكثير ويمكن تشغيلها بأطوال موجية أطول.
- وحيث يمكن استخدام المرسلات والمستقبلات كما تم تطويرها للألياف الزجاجية، وحتى مع ألياف “PVBVE”، على سبيل المثال لا تزال خسائر الانتشار عادةً في حدود “50 ديسيبل / كم” أي عدة أوامر من حيث الحجم أعلى من الألياف الزجاجية.
- ويمكن استخلاص الألياف الضوئية البلاستيكية من التشكيلات في عملية مماثلة كما تستخدم غالباً لألياف السيليكا، وفقط مع درجة حرارة أقل بكثير وعلى سبيل المثال “200 درجة مئوية” من التشكيل كما يمكن تصنيع التشكيل بدءاً من أنبوب مجوف من مادة الكسوة، والذي يتم ملؤه بعد ذلك بمزيج سائل من المونومر وبعض العوامل التفاعلية لبلمرة القلب.
- بدلاً من ذلك يمكن وضع مادة شائبة على السطح الداخلي للأنبوب وانتشارها في المادة ثم يتم طي الأنبوب لاحقاً، كما يمكن ضبط هذه العمليات للحصول على مجموعة متنوعة من ملفات تعريف معامل الانكسار، وكبديل للطريقة القائمة على التشكيل هو استخدام عمليات البثق وكما تم استخدام هذه التقنيات في الأصل لألياف “PMMA” ذات المؤشر التدريجي.
- ولكن هناك أيضًا متغيرات للمواد المشبعة بالفلور، وعلى الرغم من إدخال مادتين مختلفتين فقط من البوليمر في الطارد، يمكن تحقيق تصميمات مؤشر التدرج من خلال استخدام عملية انتشار يتم التحكم فيها بعناية.
- معظم “POF” عبارة عن ألياف متعددة الأنماط ذات مؤشر متدرج كبير بقطر نموذجي يبلغ “1 مم” وهذا الحجم الكبير يجعل من السهل إقران الكثير من الضوء من المصادر، ولا يلزم أن تكون الموصلات عالية الدقة ونتيجةً لذلك تتراوح تكاليف الموصل النموذجية من “10%” إلى “20%” مقارنةً بالألياف الزجاجية، وقد يكون الإنهاء سهلاً مثل القطع بشفرة حلاقة وعدم التلميع أو الحد الأدنى من التلميع وكونها بلاستيكية فهي أيضاً متينة وسهلة التركيب دون خوف من التلف.
- كما إنّ “POF” التقليدي أقل بكثير في الأداء من الألياف الزجاجية توهين أعلى وعرض نطاق أقل، ولديها خسارة قدرها “0.15 ديسيبل ” – “0.2 ديسيبل” لكل متر عند “650 نانومتر”، وعرض النطاق الترددي الخاص بها مقيد بمظهرها الجانبي الكبير “NA” ومؤشر الخطوة.
- ومع ذلك فهو مناسب لتشغيل روابط قصيرة مثل داخل الأجهزة أو داخل غرفة لتوصيلات سطح المكتب حتى “50 متراً”.
ملاحظة:“PMMA” هي اختصار لـ “Polymethyl methacrylate”.
الفرق بين الألياف الزجاجية والألياف البلاستيكية
- تختلف الألياف الضوئية البلاستيكية بشدة عن الألياف الزجاجية من نواحٍ مختلفة:
- العديد من “POF” لها الحد الأدنى من فقدانها عند الأطوال الموجية المرئية أو في الأشعة تحت الحمراء القريبة عند “<1.3 ميكرومتر” في حالة البوليمرات المشبعة بالفلور، وللمقارنة يكون فقدان ألياف السيليكا أقل من “1.5 ميكرومتر” وبعض الزجاجات الأخرى حتى بأطوال موجية أطول بكثير.
- يحتوي “POF” النموذجي على خسائر انتشار عالية مثل “50 ديسيبل / كم” أو “100 ديسيبل / كم” في حين أنّ ألياف السيليكا يمكن أن تحقق بضع “ديسيبل / م” أي ألياف متعددة الوسائط، أو حتى أقل بكثير من “1 ديسيبل / كم” أي ألياف أحادية الوضع، لذلك يقتصر نقل البيانات باستخدام “POF” على مسافات أقصر بكثير.
- عادةً ما تكون “POF” عبارة عن ألياف متعددة الأنماط ذات لب كبير وقطرها من “1 مم” وفتحة عددية عالية مثل 0.4 وبالتالي تدعم عدداً كبيراً من الأنماط الموجهة، كما يكون هذا مفيداً عند استخدام الثنائيات الباعثة للضوء كأجهزة إرسال بيانات، وكما هو الحال بالنسبة للألياف الزجاجية يمكن تقليل التشتت المتعدد الوسائط باستخدام تصميمات ملف تعريف مؤشر متدرج ويبدو أنّ “POF” غير مناسب للتوجيه أحادي الوضع.
- “POF” هي ميكانيكياً أكثر قوة ومرونة، وإنّ توجيههم متعدد الأوضاع مع نواة كبيرة و”NA” مرتفع بشكل كبير يخفف من التفاوتات بالنسبة للموصلات، بحيث يمكن استخدام الأجزاء البلاستيكية البسيطة دون الحاجة إلى تدريب متطور، ونظراً لهذه الأسباب وليس المواد الأرخص ثمناً تتيح “POF” توفيراً كبيراً في التكلفة في التطبيقات المختلفة.
- يمكن أن تكون كابلات “POF” أرق وخفيفة الوزن من كابلات الألياف الزجاجية المحمية ميكانيكياً جيداً.
- من المتوقع أن يؤدي نقل البيانات الضوئية باستخدام الألياف البصرية البلاستيكية إلى زيادة حجم التطبيقات في الأسواق الاستهلاكية، مثل الشبكات المنزلية وصناعة السيارات والطائرات والإضاءة هي مجال التطبيق المهم الآخر والذي يستفيد من التحسين السريع للديودات الباعثة للضوء.
- الألياف الزجاجية لها مكانة مهيمنة في الاتصالات البصرية، لكن لديها بعض الضعف القاتل بما في ذلك الكثافة المنخفضة والأداء الضعيف في مقاومة الانحناء والمقاومة السيئة للإشعاع، منذ ما يقرب من “20 عاماً” كان العلماء يبحثون عن وسيلة نقل جديدة، ووجدوا أنّ الألياف الضوئية البلاستيكية كوسيلة ممكنة في نقل الضوء ونفذوها في الحياة الواقعية لبعض التطبيقات.
- تم استخدام المنتجات التجارية المصنوعة من الألياف الضوئية البلاستيكية على نطاق واسع في بعض المجالات مثل الإضاءة ونقل المعلومات، وحتى الألياف الضوئية البلاستيكية تمكنت من استبدال الألياف الزجاجية في بعض المناطق.
- يحتوي “POF” على بنية من النوع التدريجي لبشرة الألياف الأساسية، ويشير إلى المستوى الشعاعي الذي يحتوي على محاور ضوئية للمستوى يسمى خط الطول، وهو مسار انتشار الضوء الذي يكون دائماً في نفس المستوى ويكون الضوء الشعاعي والمحور البصري دائماً تقاطع انتشار الضوء في وسط متجانس يمثل انتشاراً خطياً.
- عندما ينتقل الضوء من وسيط إلى سطح وسيط آخر فإنّ الانعكاس والانكسار المتزامنين العامين إذا كان الضوء من معامل الانكسار لضعف الضوء صغيراً متوسطاً وكبيراً لمعامل الانكسار للضوء ينطلق إلى وسط كثيف، وعندما ينطلق الضوء من الضوء إلى وسط ضوئي رقيق فإنّ زاوية الانكسار المتوسطة الكثيفة ستكون أكبر من زاوية السقوط، بحيث عندما ينطلق الضوء من الضوء إلى وسط كثيف ترقق بصري فمن المحتمل أن يحدث فقط عندما يكون الوسط بدون انكسار ظاهرة الانعكاس، وهي انعكاس كلي.
- والانعكاس الكلي هو تأثير حدودي لانكسار الضوء على سبيل المثال من وسيط شفاف إلى وسط آخر توجد فيه ظاهرة منحنية، و”POF” من خلال مبدأ الانعكاس الداخلي الكلي لنقل الضوء.
