اتصالات الألياف البصرية

الألياف البصرية هي ألياف مصنوعة من الزجاج النقي، تكون
طويلة ورفيعة ولا يتعدى سمكها سمك الشعرة. يجمع العديد من هذه الألياف في
حزم داخل الكيبلات البصرية، وتستخدم في نقل الإشارات الضوئية لمسافات
بعيدة جداً.



مكونات الليف البصري

* اللب(Core): وهو عبارة عن زجاج رفيع ينتقل فيه الضوء.

* الحاجب (Cladding): مادة تحيط باللب الزجاجي وتعمل على حفظ الضوء في مركز الليف البصري

* الغطاء الواقي (Buffer Coating): غلاف بلاستيكي يحمي الليف البصري من الرطوبة أو ويحميه من الضرر و الكسر.

مئات أو ربما الآلاف من هذه الألياف الضوئية تصطف معا في حزمة لتكون الحبل الضوئي الذي يحمى بغطاء خارجي يسمى جاكيت.



تقسيمات الالياف الضوئية

1. (single mode fiber) تنتقل من خلالها إشارات ضوئية نسق ونمط موحد
في كل ليفة ضوئية من ألياف الحزمة و هي تستخدم في شبكات التلفون و كوابل
التلفزيون. هذا النوع من الألياف يتميز بصغر نصف قطر القلب الزجاجي حيث
يصل إلى حوالي micron 9 و تمر من خلاله أشعة الليزر تحت الحمراء ذات الطول
الموجي 1.3-1.55 nm .

multi -mode fibers -2و بها يتم نقل العديد من الأنماط للإشارات
الضوئية من خلال الليفة الضوئية الواحدة مما يجعل استخدامها أفضل لشبكات
الحاسوب. هذا النوع من الألياف يكون نصف قطره أكبر حيث يصل إلى 62.5
micron و تنتقل من خلاله الأشعة تحت الحمراء.

نظام الألياف الضوئية

1. (transmitter) وهو الذي ينتج و يشفر الإشارة الضوئية حيث يكون الجزء
الأساسي به هو المصدر الضوئي الذي قد يكون ليزر أو الدايود الضوئي فإذا
أردنا مثلا نقل إشارة تلفزيونية أو أي معلومة فانه من الضروري تحوير
الشارة الضوئية طبقا للمعلومة المراد نقلها. تحوير الإشارة الضوئية قد يتم
بتغيير شدتها ارتفاعا و انخفاضا analogue modulation أو إشعالها و إطفائها
في تتابع و هو ما يعرف ب digital modulation

fiber-optic -2 و هو الذي يقوم بتوصيل الإشارة الضوئية عبر المسافات و هو الجزء الذي تم شرحه بالتفصيل.

3. receiver يستقبل الإشارة الضوئية و يفك شفرتها ليحولها إلى إشارة كهربية ترسل إلى المستخدم الذي قد يكون التلفزيون أو التلفون



مميزات الألياف الضوئية

لقد أحدثت الألياف الضوئية ثورة في عالم الاتصالات لتميزها على أسلاك التوصيل العادية فهي

1. أكثر قدرة على حمل المعلومات لان الألياف الضوئية ارفع من الأسلاك
العادية فانه يمكن وضع عدد كبير منها داخل الحزمة الواحدة مما يزيد عدد
خطوط الهاتف أو عدد قنوات البث التلفزيوني في حبل واحد. يكفي أن تعرف إن
عرض النطاق للألياف الضوئية يصل إلى 50THZ في حين إن أكبر عرض نطاق يحتاجه
البث التلفزيوني لا يتجاوز 6Mhz .

2. أقل حجما حيث أن نصف قطرها أقل من نصف قطر الأسلاك النحاسية التقليدية
فمثلا يمكن استبدال سلك نحاسي قطره 7.62سم بآخر من الألياف الضوئية قطره
لا يتجاوز0.635سم وهذا يمثل أهمية خاصة عند مد الأسلاك تحت الأرض.

3. أخف وزنا فيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها 94.5كجم بأخرى من الألياف الضوئية تزن فقط 3.6كجم.

4. فقد أقل للإشارات المرسلة

5. عدم إمكانية تداخل الإشارات المرسلة من خلال الألياف المتجاورة في
الحبل الواحد مما يضمن وضوح الإشارة المرسلة سواء أكانت محادثة تلفونية أو
بث تلفزيوني. كما أنها لا تتعرض للتداخلات الكهرومغناطيسية مما يجعل
الإشارة تنتقل بسرية تامة مما له أهمية خاصة في الأغراض العسكرية.

6. غير قابلة للاشتعال مما يقلل من خطر الحرائق

7. تحتاج إلى طاقة أقل في المولدات لأن الفقد خلال عملية التوصيل قليل

بسبب هذه المميزات فإن الألياف الضوئية دخلت في الكثير من الصناعات وخصوصا
الاتصالات وشبكات الكمبيوتر. كما تستخدم في التصوير الطبي بأنواعه وكذلك
كمجسات عالية الجودة للتغير في درجة الحرارة والضغط بما له من تطبيقات في
التنقيب في باطن الأرض.

هناك انواع حديثة للالياف البصرية اكتشفت مؤخرا وتسمى الالياف البلورية
الفوتونية، لانها تصنع من البلورات الفوتونية التي تتميز بنقل الضوء فيها
باقل خسارة.



تطبيقات الألياف البصرية Optical Fiber Applications

تعرضنا في الأقسام السابقة إلى فوائد الألياف البصرية وإمكانات النظام
الليفي البصري، ومما لا شك فيه أن كثيراً من الحقول في المجالات المدنية
والعسكرية بدأت تستفيد من هذه الفوائد ومن الصعب جداً التعرف على كل
المجالات الممكن استخدام الألياف البصرية فيها وسنقوم في هذا القسم
بالتعرف على بعض الاستخدامات العامة .

الاتصالات الهاتفية Telephone Communications

لعبت الأسلاك المجدولة والكابلات المحورية دوراً كبيراً في السنوات
الماضية في مجال الاتصالات الهاتفية وبصفة خاصة بين البدالات ، وحيث إن
أحد الصفات الهامة هي سعة الألياف البصرية ، فقد بدأت كثير من الشركات
بالتفكير في بناء خطوط هاتفية جديدة وإحلال بعض الخطوط القديمة سواء كانت
أسلاكاً مجدولة أو كابلات محورية، وأول خط تجاري يستخدم الألياف البصرية
في الولايات المتحدة بدأ تشغليله في 22 ابريل 1977م وقد استخدم الإرسال
الرقمي في هذا الخط، كما أن المكررات كانت على مسافة 3.6 كيلومتر واستخدمت
الثنائيات الباعثة للضوء Light Emitting Diodes في أجهزة الارسال وثنائيات
الضوء الجرفية avalanche photodiodes في أجهزة الاستقبال، وكانت سعة هذا
الخط 24 مكالمة آنية وقد استخدم تشكيل الرمز النبضي Pulse code modulation
في هذا الخط وقد شاع استخدامها لهذا الغرف من قبل شركات الاتصالات في
أنحاء العالم، وعلى سبيل المثال نجد أن أطوال الكابلات البصرية في الصين
تبلغ 173000كيلومتراً، وطول الألياف البصرية يتعدى مليون كيلومتر خاصة إذا
ما علمنا أن معدل الزيادة السنوية في عدد الهواتف تصل الى 40 مليون خط حتى
عام 2020 ليصل المجموع الكلي للهواتف الى 1000مليون خط، ولولا وجود السعة
الكافية للألياف وإمكانية توسيعها مستقبلا لما أمكن إنجاز ذلك .



الاتصالات التلفزيونية TV Communictions

بدأ أول استخدام الألياف البصرية بربط الكاميرات التلفزيونية بسيارات
النقل التلفزيوني وفي الدوائر المغلقة، ثم استخدمت في إيصال لخدمات
تلفزيونية للمنازل، وقد استخدمت لنقل قناة واحدة فقط وتستخدم الآن لنقل
عشرات القنوات التلفزيونية والفيديو ضمن الكابل التلفزيوني ( Cable
television ( CATV وتراهن إحدى الشركات الامريكية على انفاق 116 بليون
دولارلتركيب خطوط كابلات تلفزيونية تصل للمنازل مما يعطي المشتركين نطاقا
واسعاً للتطبيقات المختلفة، ولايقتصر استخدامها على النقل التلفزيوني فحسب
بل يستخدم للدوائر المغلقة والأنظمة الأمنية والنقل التلفزيوني عالي الوضوح