الالياف الضوئية | استخدامات الالياف الضوئية | دليل كامل2021

1

الالياف الضوئية | استخدامات الالياف الضوئية | بحث شامل عن الالياف الضوئية

كيف تعمل الألياف البصرية ؟ وما هي الالياف الضوئية ؟ وما استخدامات الالياف الضوئية في الاتصالات ؟  وما طريقة تركيب الالياف الضوئية ؟ كل هذا سنتعرف عليه في هذه المقالة 

الالياف الضوئية
الالياف الضوئية

ماهي الالياف الضوئية | كيف تعمل الالياف الضوئية


الالياف الضوئية (البصرية) بالانجليزية Optical Fiber هي عبارة عن الياف شفافة مصنوعة من مادة السليكا اومصنوعة من مادة البلاستيك وقطرها اسمك من قطر الشعر وتكمن اهميتها في الاتصالات الضوئية البصرية وذلك لقدرتها على بث وارسال البيانات الرقمية لمسافات كبيرة وبسرعة هائلة بخلاف الاسلاك التقليدية المكونة والمصنوعة من مادة النحاس مثلا.

ويتم استخدام الالياف الضوئية بدلا عن الاسلاك المعدنية وذلك لان خطر فقدان البيانات اقل بكثير من الاسلاك التقليدية وايضا لان الالياف الضوئية محمية من التداخلات الكهرومغناطيسة المحيطة التي تحدث بسبب الاجهزة الكهربائية والرقمية والتردادت الناتجة عنها .

يعود الاستخدام الاول لاستخدام تقنية الألياف البصرية في عام 1977 م

كيفية صناعة الالياف الضوئية


يمكنك التعرف على كيفية صناعة الالياف الضوئية من خلال الفيديو الوثائقي التالي :

 

الأطوال الموجية ل الألياف الضوئية في الاتصالات للمصادر الضوئية

هناك نوعان من المصادر الضوئية التي تستخدم في انظمة الاتصالات التي تعتمد على تقنية الالياف الضوئية وهي على النحو التالي :

اولا: الثنائي الباعث للضوء LED
هو مصدر ضوئي يتميز  بشدة وتركيز ضعيف بالنسبة لشعاع ضوئي صغير ويتميز يضا بتكلفة اجمالية رخيصة .
ثانيا: وهو شعاع  الليزر

 هو الاكثر استخداما في الوقت الحالي في انظمة الاتصالات التي تعتمد على تقنية الالياف الضوئية  وذلك لانه يتميز بطاقة عالية وتردد عالي وطول موجة اقل وايضا من اهم مميزاته التي فضلته عن النوع الاول هي الاتجاهية بمعنى يمكن توجيه باي اتجاه يراد وتركيزه على نقطة معينة مستهدفة بحد ذاتها وايضا يتميز باحادية اللون وغيرها من المميزات العديدة الاخرى .

 ما هي اهم مميزات الالياف الضوئية :


مميزات  الالياف الضوئية او الضوئية  عديدة وتعد  السبب الاول  في انتشار استخدام الالياف الضوئية  واستبدال الكوابل والأسلاك النحاسية والمعدنية  بالالياف الضوئية,  ومن  اهم هذه المزايا  والخصائص نذكر منها ما يلي:

1- العزل الكهربائي

الألياف الضوئية  توفر  خاصية العزل الكهربائي  من نقطة تسمى  الإرسال إلى نقطة الاستقبال, وذلك لان  الطاقة المنقولة  من خلالها هي  عبارة عن طاقة ضوئية (فوتونات) وليست طاقة كهربائية (الكترونات) اي الطاقة الناتجة من اشعاع الالكترون داخلها  وهذا ما يسهل العمل بها.


 والعمل في مجال تركيب الالياف الضوئية هو عبارة عن عمل  لا يتطلب انسانا  مختصا  او محترف في هذه المهنة لان استخدامها آمن ويمكننا  الاستفادة منها في الأماكن العامة  وفي الأماكن المفتوحة الغير ضيقة و المعرضة للهواء الطلق والأمطار والثلوج وظروف طبيعة مختلفة وتغيرات مناخية وذلك لضمان  عدم حدوث  شرارة عند تعرضها للقطع أو الخدش او الاستخدام الغير صحيح
2- من مميزات الالياف الضوئية العزل الحراري

يمكننا ان نستخدم  الألياف البصرية و الألياف الضوئية لغرض نقل الإضاءة خلالها وبضمان عدم إحداث أي ضرر لانها لا تعمل على رفع درجة حرارة المساحة التي تحيط بها وهذ يعني عدم ضرورة الحاجة إلى نظام تبريد لها , وأيضاحيث تتميز  بالقدرة على العمل في  ظروف تكون فيها درجات الحرارة عالية ومرتفعة , وما يميزها ايضا أنها غير قابلة للاشتعال والاحتراق .


3- من مزايا الالياف الضوئية التقليل من عمليات الصيانة

بعد  ما يتم التركيب الأول لأسلاك وكوابل الألياف الضوئية  فلن تحتاج لعمل  صيانة دورية, وهذا يعطيها ميزة  من افضل مزاياها حتى يتمكن من استخدامها  في الأماكن التي يصعب فيها استخدام الكوابل التقليدية والمعدنية على سبيل المثال لا الحصر الأسقف العالية وتحت والمحيطات حيث يتم تزويد العالم وجعله قرية صغيرة من خلال مرور كابل من الألياف البصرية تحت المحيطات ليربط دول العالم كلها ويزودها بخدمة الانترنت ونقل البيانات بسرعة عالية.



 الاستخدامات الاضافية لكوابل الالياف الضوئية

  1.  استخدامات الالياف الضوئية في الاضاءة 


الألياف الضوئية تعمل على  نقل الضوء  من خلالها فقط إلى المكان المراد إضاءته وتنويره,  ويكون مصدر الضوء والكهرباء المستخدمة قد تبعد مسافات بعيدة  عن ذلك المكان او المنطقة الانية  والذي قد يكون مثلا  منزلا أو قاعة اجتماعات  بعيدة  أو نافورة .

 وكما  تعتبر أنظمة الإنارة   باستخدام تقنية الالياف الضوئية  عبارة عن افضل  وسيلة آمنة للإضاءة والانارة ,  حيث ان الالياف الضوئية لاتعمل على نقل الحرارة وبهذا فإننا سوف نزود  بضوء من دون  انتاج حرارة وبهذا يمكننا تجنب  أضرار التسخين و الحرق للجهاز  المضاء , اذ ان  الفرق واضح وبشكل خاص  عندما يتم انارة مواد تتأثر سلبيا بالحرارة مثل الطعام والأزهار واللوحات الفنية.

وهذه  الألياف الضوئية  يمكنها ان توفر إضاءة تخلو  من الأشعة فوق بنفسجية التي تؤدي لمشاكل في العين البشرية اذا ما تم مشاهدتها  وهذه الميزة  هي ما جعلت الكثير  من المتاحف الكبرى في العالم  تستبدل أنظمة الانارة  لديها بالألياف الضوئية وذلك  للحفاظ على كنوزها الأثرية والتاريخية  ولا سيما ايضا حمايتها من التلف .

اسلاك الالياف الضوئية

تعتبر اسلاك الألياف البصرية او اسلاك وكوابل الالياف الضوئية الوسيلة المناسبة لنقل البيانات بسرعة عالية وعادة يتم استخداماها في الاتصالات وشبكات الانترنت لتزويد العالم بتقنية من معالجة البيانات وارسال واستقبال البيانات بسرعة وجودة عالية وفائقة.

لا يقتصر استخدام اسلاك الألياف البصرية في مجال شبكات الاتصالات والانترنت بل يتم استخدامها ايضا في التلفزيونات وخطوط الهاتف النقال.

تعتبر الالياف الضوئية احدى التقنيات التي تعتمد على تقنية الضوء بشكل اساسي حيث يتم نقل البيانات في بعض انواع الكابلات الضوئية او اسلاك الألياف البصرية والبصرية الى ما يقارب 20 جيجا بت في الثانية , لذلك تعتبر تقنية الألياف البصرية من التقنيات الحديثة التي احدثت تطور هائل في معالجة البيانات .

كابل الألياف البصرية و طريقة عمل الألياف البصرية 

تعمل الالياف الضوئية على نقل البيانات بسرعة فائقة بسرعة الضوء وذلك من خلال موجات حاملة للطاقة بترددات معينة من خلال الاشعة الباعثة للضوء او باستخدام تقنية الليزر.

استخدام الألياف البصرية في الاتصالات


لقد احدثت تقنية الالياف الضوئية في تكنولوجيا الاتصالات ثورة كبيرة , حيث تعمل الالياف الضوئية على نقل البيانات من خلال كوابل مخصصة بوساطة موجات كهرومغناطيسية حاملة للاشارات المنقولة وحاملة للموجات الصوتية التي يتم معالجتها الى موجات كهرومغناطيسة اتية من مكالمة المستخدم من جهازه الخلوي .

من مميزات الالياف الضوئية عن النقل الكهربائي العادي بالسرعة في الدرجة الاولى فقد حلت هذه التقنية الرائعة مكان تلك الكوابل النحاسية التي قد تكون سريعة من الاسلاك الاخرى كالحديد مثلا الا انها لم تتفوق على الالياف الضوئية من ناحية السرعة.

خطوات انتقال البيانات في الألياف البصرية في الاتصالات

  1. يتم خلق الاشارة الضوئية عبر الكوابل المخصصة ل الالياف الضوئية من خلال المستخدم المرسل
  2. يتم انتقال الاشارة عبر كابل الالياف الضوئية حتى وصولها الى جهة المستقبل .
  3. يتم استقبال الاشارة الضوئية بعد مرورها بكابل الليف البصري من جهة المستقبل.
  4. يتم تحويل الاشارة الضوئية الى اشارة كهربائية .
  5. يتم تحويل الاشارة الكهربائية الى اشارة صوتية وموجات صوتية يستطيع المستقبل فهمها.

 ما هو شكل الألياف البصرية ؟

يعتبر شكل الالياف الضوئية شكلا اسطواني ويكون الضوء المنقول من خلال كوابل الالياف الضوئية عبارة عن امواج كهرومغناطيسية حاملة للبيانات .

مشاكل الألياف البصرية


من ابرز المشاكل المتعلقة بتقنية الالياف الضوئية انها تساهم في نقل البيانات في اتجاه واحد فقط , لذلك في تقنيات الاتصالات والانترنت فانه لا يمكن ل الليف الواحد في الاتجاهين في نفس الوقت في حال كان الاتصال ثنائي.

وللتغلب على هذه المشكلة فانه يمكن اضافة كابلين متزامنين من الألياف البصرية يمكنهما تحقيق الاتصال الثنائي معا.

ايجابيات الألياف الضوئية | مميزات الألياف البصرية

السرعة


من افضل ايجابيات الألياف البصرية هي سرعتها الفائقة في نقل البيانات ومعالجتها عبر مسافات بعيدة جدا وحول العالم.

تمنع مشاكل الحلقات الارضية

تمنع الألياف البصرية ما يسمى بالحلقات الارضية وكما تمنع مشاكل التماس الذي يحدث بالمنازل عند توصيل صاعقة البرق.


خفيفة الوزن

تعتبر الألياف البصرية خفيفة الوزن بشكل مثالي مقارنة بكوابل وملفات اسلاك النحاس حيث تصل نسبة كتلة الالياف الضوئية من كتلة اسلاك النحاس الى 30 % تقريبا .

عيوب الألياف الضوئية

الصيانة

تعتبر صيانة الالياف البصرية معقدة وهي صعبة التركيب ولانها غالبا ما تكون مصنوعة من الزجاج فان النواة الزجاجية تتعرض للانكسار عند تعرضها للانحنائات الشديدة الا اذا كانت النواة مصنوعة من البلاستيك لكن في هذه الحالة لن تستطيع الالياف التي تكون نواتها من البلاستيك حمل ونقل البيانات الى مسافات شاسعة وطويلة .



التكلفة

بالنسبة للتكلفة فان تكلفة اعداد وشراء هذه الكوابل الضخمة من الالياف الضوئية مرتفعة في البداية , لكن اذا ما قورنت هذه التكلفة والتي تسمى في علم الاقتصاد ب Capital cost  على المدى البعيد سنجد حتما ان هذه الالياف افضل من كوابل اسلاك النحاس العادية.فميزة التكلفة هي ايجابية وسلبية في نفس الوقت , خاصة اذا احتاجت لنفقات الصيانة والفحص و الاعداد وغيرها.

تركيب الالياف البصرية | توصيل الالياف البصرية داخل المنزل

يتم اعتماد الخطوات التالية عند تركيب الالياف البصرية بالترتيب والخطوات التالية  :
  1. ناخذ قياس بطاقة التركيب الخاصة بنا ونقوم بتعليم ووضع علامة في الجزء المقابل للليف البصري
  2. نستخدم كماشة مخخصة لتعرية كابل الليف البصري لازالة الغلاف الخارجي ل الليف البصري ونقوم بعد ذلك باستخدام قطعة من القماش لتنظيف كابل الالياف البصرية من اي بقايا عازلة نتيجة التعرية.
  3. نقوم بحقن غراء الوصلة ونسمر في الحقن حتى يخرج الجزء الصغير من خارج الوصلة التي معنا.
  4. نقوم بادخال الليف الضوئي الى حين خروجه من وصلة التركيب ثم نضع الليف الضوئي مع الوصلة في فرن حراري لتسخين الهواء حتى يجف الغراء الذي قمنا بوضعه داخل الوصلة المستخدمة.
  5. نعمل على كسر الجزء الزائد من كابل الألياف البصرية ونعمل على ازادة  الغراء الزائد .
  6. نقوم بتركيب القرص الخاص باجراء عملية التنعيم باستخدام ورق مخصص لاجراء التنعيم وذلك بفركها بشكل دائري على الليف البصري.
  7. نقوم بتنظيف النهايات الخاصة بكابل الألياف البصرية ونقوم بتركيب الكابل خارج المنزل.

الالياف الضوئية

مكونات الألياف الضوئية

  1. النواة : تعتبر النواة المركز الزجاجي الذي ينتقل من خلاله  الضوء عبر الألياف البصرية
  2. الكسوة : تعتبر الكسوة المادة الخارجية التي تحيط تحيط في اللب في الألياف البصرية حيث تعكس الضوء مرة اخرى في القلب.
  3. طلاء خارجي عازل : يحيط بكابل الألياف البصرية غلاف خارجي عازل للرطوبة يحمي الليف الضوئي من التلف.

أنواع الألياف الضوئية

أنواع الألياف الضوئية حسب نوع المادة

  1. الياف الكوارتز : تعتبر ألياف الكوارتز الضوئية من الألياف البصرية الاكثر شيوعا حيث تستند خيوط هذه النوعية من الالياف الى ذوبان الاكاسيد في مواد البناء بما في ذلك عنصر السيليكا.تتميز بمتانة وقوة ميكانيكية عالية .
  2. الياف البلاستيك الضوئية :عبارة عن ألياف ضوئية مضيئة تتكون من البلاستيك.
  3. الياف الفلورايد البصرية: حيث يعتبر الفلورايد من فئة النظارات البصرية غير المؤكسدة.

أنواع الألياف الضوئية حسب طريقة انتشار الضوء

مزايا الالياف الضوئية

  1. اقتصادية الاستخدام على المدى البعيد وتحد من نفقات الصيانة.
  2. الياف رقيقة وفير قابلة للاحتراق او الاشتعال.
  3. استهلاك اقل للطاقة المستخدمة.
  4. خفيفة الوزن ومرنة
  5. سريعة في نقل البيانات
  6. لها استخدامات في الطب
  7. لها اهمية كبيرة في الهندسة .

استخدامات الألياف الضوئية في الطب

تستخدم الالياف الضوئية في الطب وذلك في العمليات الجراحية كليزر ودليل ضوئي  وكادة تشخيص وتصوير طبي.

اقرأ ايضا :

في حال اعجبك المقال لاتنسى مشاركتنا رايك في التعليقات في الاسفل , سيسعدنا مشاركتك لمعلومة مفيدة حول الالياف الضوئية وسنقوم بالرد عليك 🙂

الالياف الضوئية
الالياف الضوئية

مميزات الألياف الضوئيةمميزات الألياف البصرية ماهي الالياف الضوئية 

تعليق 1
  1. ِAli Abu Hatab يقول

    شكرا جزيلا على المعلومات المفيدة

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.