http://www.elshami.com

fiber optics
الألياف الضوئية

يشير المصطلح إلى الوسيط والتقنية المستخدمة لبث البيانات على هيئة نبضات ضوئية عبر كبلات زجاجية أو بلاستيكية (ليفية). ونظام الألياف الضوئية يشبه نظام الأسلاك النحاسية، ولكن الفرق بينهما هو أن نظام الألياف الضوئية يستخدم نبضات ضوئية لإرسال المعلومات خلال الخطوط الليفية بدلا من النبضات الإلكترونية التي ترسل خلال الخطوط النحاسية. والألياف الضوئية عبارة عن خيوط أو جدائل مصنوعة من الزجاج أو أي مادة أخرى شفافة. ويحتوي كبل الألياف الضوئية على عشرات، بل ومئات من تلك الخيوط. والألياف الضوئية لها مقاومة عالية ضد التشويش الكهرومغناطيسي. ومعظم شركات الهاتف تستخدم الألياف الضوئية في المكالمات الدولية.

fiber optic

 

 

وحيث أن المجال الطيفي الكهرومغناطيسي للضوء يكون أعلى من أي إشعاعات أخرى، مثل الموجات اللاسلكية، فإن قناة ليفية بصرية واحدة يمكنها حمل كميات هائلة من المعلومات أكثر من الوسائل الأخرى المستخدمة لبث المعلومات.

وهذه التقنية مبنية على فكرة الانعكاس الداخلي للضوء. فالليفة الضوئية تتألف من قلب  core  من الزجاج ذو درجة عالية من النقاء يمر من خلاله الضوء وتحيط به مادة من الزجاج  cladding  الذي يختلف معامل انكساره عن معامل انكسار القلب الزجاجي وهو ما يسمح بعدم تسرب الأشعة من القلب. ويغطي الكبل من الخارج غلاف بلاستيكي ليحمي الألياف الزجاجية التي قد يصل عددها إلى المئات داخل الكبل. وحيث أن الضوء ينتقل عبر خطوط مستقيمة فإن الضوء ينعكس أو ينكسر وفقا لزاوية سقوطه على أي سطح. وفي الألياف الضوئية، ينتقل الضوء بواسطة الانعكاس المستمر عن الجدار المحاذي للقلب الزجاجي  cladding انعكاسا داخليا كليا. ولأن هذا الجدار لا يمتص أي من الضوء الساقط عليه فان الإشارة الضوئية يمكنها الانتقال لمسافات طويلة. وعلى الرغم من ذلك فإن جزءا من الضوء يمكن أن يفقد نتيجة امتصاصه بواسطة الشوائب الموجودة في القلب الزجاجي.  ولكيفية عمل هذه التقنية، راجع:    Mode Theory

وهناك نوعان أساسيان من الألياف، هما الألياف أحادية النمط  single-mode fiber-SM  والألياف متعددة الأنماط  multi-mode fiber-MM

1. الألياف أحادية النمط  single-mode fiber: هذا النوع من الألياف يتميز بصغر نصف قطر القلب الزجاجي الذي يتراوح قطره ما بين  8.3  ميكرون إلى حوالي 10 micron  (الميكرون يساوي واحد على مليون من المتر) وهذا يسمح بمرور إشارة ضوئية واحدة فقط ذات نسق موحد في كل ليفة ضوئية من ألياف الحزمة باستخدام الأشعة تحت الحمراء بطول موجي حوالي  1300nm  إلى  1320nm. وهو يستخدم في المسافات البعيدة مثل شبكات التليفون وكوابل التلفزيون. ومعظم التطبيقات تستخدم ليفتين فقط. ويطلق على هذا النوع من الألياف عدة مسميات، منها:

mono-mode optical fiber; single-mode optical waveguide; uni-mode fiber

2. الألياف متعددة الأنماط  multi-mode fiber: هذا النوع يكون نصف قطره أكبر ويكون إما 50 أو 62.5  أو 100 ميكرون وهذا يسمح لمئات الأنماط من الضوء بالبث خلال الألياف في نفس الوقت باستخدام الأشعة تحت الحمراء بسرعات عالية ما بين 10 إلى 100 ميجابت في الثانية وقد تصل إلى جيجابت في الثانية لمسافة  275 متر إلى 2 كيلومتر. ويستخدم هذا النوع في الأنظمة قصيرة المدى (أقل من 2 كيلومتر)، مثل الاتصالات داخل المباني وفي شبكات البيانات الخاصة. وفي المسافات البعيدة (أطول من 3000 قدم أي 914.4  متر) فإن الممرات المتعددة للضوء تتسبب في تشويش الإشارة عند استقبالها. وعلى ذلك فإن مصممي الشبكات يفضلون استخدام الألياف أحادية النمط .

مكونات نظام الألياف الضوئية
تتألف وحدة الاتصالات بالألياف الضوئية من ثلاثة أجزاء أساسية:
1- جهاز إرسال  transmitter  لإرسال الإشارات الضوئية المشفرة على شكل ومضات ضوئية متعاقبة.
2- الألياف الضوئية  optical fibers  ومهمتها توصيل ونقل المعلومات في شكل إشارات ضوئية.
3- مجدد أو معزز الإشارات الضوئية  optical regenerator  ومهمته تنشيط الإشارات وتقويتها حتى لا تضعف وتتلاشى خلال انتقالها عبر الكبلات الضوئية. وهذه المعززات تمتد على طول الكبل وتتألف من ألياف بصرية مطلية بمادة خاصة عندما تسقط عليها الإشارات الضوئية الضعيفة، فإنها تستثار لتعطي إشارات ضوئية قوية لها نفس خصائص الإشارات الضوئية الساقطة، وهكذا تستمر عملية انتقال الضوء لمسافات طويلة دون أن تفقد.
4- جهاز الاستقبال  receiver، وهو الجهاز الذي يستقبل الإشارات الضوئية ويفك شفرتها باستخدام خلايا ضوئية  photocell أو ثنائيات ضوئية  photodiode  مهمتها التعرف على الإشارات الضوئية التي تستقبلها وتحولها إلى إشارات كهربائية يمكن  للأجهزة (مثل التليفزيونات والكمبيوترات، الخ.) التعرف عليها والاستجابة لها.

أما الشبكات التي تستخدم الألياف الضوئية فأهمها ما يلي:

10BaseF; 10BaseFB; 10BaseFL; 10BaseFP; 1000Base-F; 1000Base-LH; 1000Base-LX; 1000Base-SX; 1000Base-X; 1000Base-ZX; 10GBase-E; 10GBase-ER; 10GBase-EW; 10GBase-L; 10GBase-LR; 10GBase-LW; 10GBase-LX4; 10GBase-S; 10GBase-ZR

وهناك شبكات محلية، منها:  100VG-AnyLAN  يستخدم فيها أكثر من نوع واحد من الأسلاك بأن يكون أحدها أسلاك نحاسية مجدولة  twisted pair ويكون الآخر ألياف بصرية، وفي هذه الحالة يستخدم محول fiber optic transceiver-FOT  لتحويل الإشارات الكهربائية من الأسلاك النحاسية االمجدولة الى إشارات بصرية تجري في الألياف الضوئية وبالعكس. ومن  الممكن أن يكون هذا المحول قائما بذاته أو يكون مدمجا في مكررات الإشارة repeaters أو الجسور  bridges أو أجهزة التوجيه (الرواتر)  routers.

See also: network