ما هي الألياف البصرية و ما هي استخداماتها و أنواعها بالتفاصيل
تشير الالياف البصرية أو الالياف الضوئية ( Fiber Optic ) إلى الوسيط والتكنولوجيا المرتبطة بنقل المعلومات و البيانات من خلال أنبوب زجاجي أو بلاستيكي أو ألياف و تستخدم الألياف البصرية أيضًا بشكل شائع في خدمات الاتصالات مثل الانترنت والتلفزيون والهواتف.
تُستخدم كابلات الألياف البصرية لأنها تمتلك خصائص لا تمتلكها الكابلات النّحاسية مثل عرض النطاق الترددي العالي وسرعات الإرسال الكبيرة و يمكن أن يحتوي كبل الألياف البصرية على عدد متفاوت من هذه الألياف الزجاجية و يحيط بنواة الألياف الزجاجية طبقة زجاجية أخرى تسمى الكسوة تحميها الطبقة المعروفة باسم الأنبوب العازل وتعمل طبقة الغلاف كطبقة واقية نهائية .
طريقة عمل الألياف البصرية
الألياف البصرية تنقل البَيانات في شكل جسيمات ضَوئية – أو فوتونات تنبض عبر كَابل وعندما يتم إِرسال الإِشارات الضوئية عبر كابل الألياف فإنها تنعكس وتدخل في سلسلة من الارتدادات المتعرجة من خلال عملية تسمى الانعكاس الداخلي الكلي.
لا تنتقل الإشارات الضوئية بسرعة الضَوء بسبب طبقات الزجاج الكثيفة و مع ذلك فإنها تنتقل بِسرعة عالية جدا و لتقوية الإِشارة في المسافات الطويلة يتم تَركيب مكررات على مسافات بعيدة لتجديد الإِشارة الضوئية عن طريق تحويلها إلى إِشارة كهربائية ومعالجة تلك الإِشارة الكهربائية وإعادة إرسال الإِشارة الضوئية.
و مع التقدم الحاصل اليوم تتجه كَابلات الألياف نحو دعم إشارات تصل إلى 10 جيجابت في الثانية و عادةً مع زيادة سعة عرض النّطاق الترددي لكابل الألياف البصرية ترتفع اسعارها.
أنواع كَابلات الألياف البصرية
كَابلات الألياف المتعددة وكابلات الألياف الأحادية هما النوعان الأساسيان لكابلات الألياف البصرية فالألياف الأحادية تُستخدم للمسافات الطويلة نظرًا للقطر الأصغر لنواة الألياف الزجاجية مما يقلل من إمكانية ضعف قوة الإِشارة و الفتحة الأصغر تعزل الضوء في شعاع واحد مما يوفر مسارًا مباشراً ويسمح للإشارة بالانتقال لمسافة أطول.
و تتميز الألياف الأحادية أيضًا بنطاق ترددي أعلى بكثير من الألياف المتعددة. و غالبا ما يكون مصدر الضّوء المستخدم للألياف الأحادية هو الليزر و عادةً ما تكون الألياف الأحادية أكثر تكلفة لأنها تتطلب حسابات دقيقة لنقل ضوء الليزَر في فتحة أصغر.
وتستخدم الألياف المتعددة في المسافات القصيرة لأن الفتحة الأساسية الأكبر تسمح للإشارات البصرية بالارتداد والانعكاس أكثر على طول الطريق و يسمح القطر الأكبر بإرسال نبضات ضوئية متعددة عبر الكابِل في وقت واحد مما يؤدي إلى نقل المزيد من البيانات وهذا يعني أيضًا أن هناك احتمالًا أكبر لفقدان الإِشارة أو تقليلها أو تداخلها و عادةً ما تُستخدم الألياف البصرية المتعددة LED لإنشاء نبضة الضوء.
في السابق كانت الكَابلات النّحاسية هي الخيار التقليدي للاتصالات السلكية واللاسلكية والشبكات وتوصيلات الكَابلات لسنوات لكن اليوم أصبحت الألياف البصرية بديلاً شائعًا فمعظم خطوط المسافات الطويلة الخاصة بشركات الهاتف مصنوعة الآن من كَابلات الألياف البصرية.
تحمل معلومات أكثر من الأسلاك النّحاسية التقليدية بسبب عرض النّطاق الترددي العالي والسرعات العالية ونظرًا لأن الزجاج لا يوصل الكهرباء فإن الألياف البصرية لا تخضع للتداخل الكهرومغناطيسي ويتم تقليل فقد الإِشارة إلى الحد الأدنى.
مزايا وعيوب الالياف البصرية
تُستخدم كَابلات الألياف البصرية أساسًا لمزاياها على الكَابلات النّحاسية و تشمل المزايا ما يلي :
- دعم قدرات عرض النّطاق الترددي العالي.
- يمكن للضوء أن ينتقل لمسافات أبعد دون الحاجة إلى قدر كبير من تقوية الإشارة.
- أقل عرضة للتداخل مثل التداخل الكهرومغناطيسي.
- يمكن غمرها في الماء حيث تُستخدم الالياف في بيئات أكثر عرضة للخطر مثل الكَابلات البحرية.
- كَابلات الأَلياف أقوى وأرق وأخف من الكَابلات النّحاسية.
- لا تحتاج إلى صيانتها أو استبدالها بِشكل متكرر.
ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أن لها عيوب يجب أن يعرفها المستخدمون و تشمل هذه العيوب ما يلي :
- غالبًا ما تَكون الأسلاك النحاسية أرخص من الألياف .
- تتطلب الالياف الزجاجية مزيدًا من الحماية داخِل كابل خارجي أكبر من النحاس.
- يتطلب تَركيب الكَابلات الجديدة عمالة كبيرة.
- غالبًا ما تَكون كَابلات الالياف الضوئية أكثر هشاشة. على سبيل المثال ، يمكن أن تنكسر الالياف أو يمكن أن تفقد إشارة إذا كان الكابل منحنيًا حول نصف قطر يبلغ بضعة سنتيمترات.
مكونات الألياف البصرية أو الألياف الضوئية
تتألف الألياف البصرية أو الضوئية من مجموعة من المكونات التي تتحد معًا لتكوينها، وتتمثل بما يلي :
- الحاجب، وهي تلك المادة التي تحتضن اللب الزجاجي وتحيط به، ويتمثل ورها بالحفاظ على بقاء الضوء في مركز الليف البصري، وتعرف بالإنجليزية باسم Cladding.
- الغطاء الواقي، ذلك الجزء المحيط بالليف البصري ومصنوع من مادة بلاستيكية، يقع على عاتقه مسؤولية حماية الليف من التلف والتضرر وأيضًا أضرار الرطوبة، وبالإنجليزية Buffer coating.
- اللب، حيز زجاجي يمتاز بأنه رفيع جدًا ووظيفته نقل الومضات الضوئية، بالإنجليزية Core.
استخدامات الألياف الضوئية في الطب
لم تقتصر أهمية الألياف البصرية أو الضوئية على التكنولوجيا فحسب، بل تخطت ذلك لتشمل استخدامات الألياف الضوئية في الطب على النحو الآتي :
- ألياف ضوئية محسنة تستخدم في إتمام وإنجاح العمليات دون الحاجة للجراحة، وعادة تستخدم الألياف ذات الأطوال الموجية بين 500-2500 نانومتر.
- توظيف الألياف الضوئية في سياق التبخير بالمنظار.
- استئصال الكتل السرطانية في بعض مناطق الجسم منها الشعب الهوائية.
- علاج حالات أوردة الدوالي.
- التصوير عامةً والإضاءة بواسطة المناظير.
- الكشف عن الموقع المحدد للجراحة دون أخطاء غالبًا.
- استشعار مواقع الضغط في الجسم لغايات التشخيص.
مقالات قد تعجبك : كيفية تقوية اشارة مودم الالياف البصرية المقدم من stc
كيفية تقوية اشارة مودم الالياف البصرية المقدم من stc
ما الفرق بين الألياف الضوئية والبصرية؟
يكمن الفرق بين الألياف البصرية والضوئية بأن البصري هو ذلك الجزء الخارجي ويعرف أيضًا بالكبل البصري النهائي، بينما تشكل الألياف الضوئية ذلك الجزء الداخلي المخصص لغايات الإرسال ضمن الكيبل البصري.
استخدامات الألياف الضوئية
شبكات الكمبيوتر هي مثال شائع لاستخدامات الأَلياف نظرًا لقدرة الألياف الضوئية على نقل البَيانات وتوفير نطاق ترددي عالٍ. وبالمثل ، تُستخدم الأَلياف بشكل متكرر في البث التلفزيوني والإلكترونيات لتَوفير اتصالات وأداء أفضل.
الإنترنت والتلفزيون من أكثر المجالات استخداماً للألياف الضَوئية و يمكن تركيب الأَلياف الضَوئية لدعم الاتصالات بعيدة المدى بين شبكات الكمبيوتر في مواقع مختلفة.
تستفيد الصناعات العسكرية والفضائية أيضًا من الأَلياف الضوئية كوسيلة للاتصال ونقل الإشارات بالإضافة إلى قدرتها على استشعار درجة الحرارة و يمكن أن تَكون كابلات الأَلياف الضوئية مفيدة بسبب وزنها الخفيف وصغر حجمها.
تُستخدم الأَلياف الضوئية بِشكل متكرر في مجموعة متنوعة من الأدوات الطبية لتوفير إضاءة دقيقة كما أنها تُمكّن بِشكل متزايد أجهزة الاستشعار الطبية الحيوية المستخدمة في العمليات الطبية و نظرًا لأن الأَلياف الضوئية لا تخضع للتداخل الكهرومغناطيسي فهي مثالية للاختبارات المختلفة مثل فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي و تشمل التطبيقات الطبية الأخرى للألياف الضوئية التصوير بالأشعة السينية والتنظير الداخلي والعلاج بالضوء والفحص المجهري الجراحي.
ختامًا، فقد تم التعرف في السطور المتواضعة ما هي الألياف وما هي استخداماتها وأنواعها بالتفصيل إضافة إلى استخدامات الألياف الضوئية في الطب، ويشار إلى أنها تستخدم أيضًا في مجالات عديدة منها التكنولوجيا والاتصالات والكثير من مناحي الحياة البشرية.
