فكـرة عمــل الأليـــاف الضــوئيـــــــة ..

.. [size=24]الســلام
عليكم ورحمة الله وبركاته ..


الألياف البصرية هي ألياف مصنوعة من الزجاج النقي
طويلة ورفيعة لا يتعدى سمكها سمك الشعرة يجمع العديد من هذه الألياف في حزم
داخل الكيبلات البصرية وتستخدم في نقل الإشارات الضوئية لمسافات بعيدة
جداً .
ويتكون الليف الضوئي " البصري " من :

االقلب (Core) : وهو عبارة عن زجاج رفيع ينتقل فيه
الضوء.
العاكس ( Cladding): مادة تحيط بالقلب الزجاجي و هي مصنوعة من زجاج معامل
انكساره يختلف عن معامل انكسار الزجاج وتعمل على عكس الضوء مرة أخرى إلى
مركز الليف البصري.
مئات أو ربما الآلاف من هذه الألياف الضوئية تصطف معًا في حزمة لتكون الحبل
الضوئي الذي يحمى بغطاء خارجي يسمى جاكيت

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


[/size]

الألياف الضوئية يمكن أن تقسم بصفة عامة إلى نوعين
أساسيين :

single mode fiber-1

تنتقل من خلالها إشارة ضوئية واحدة فقط 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
حواليmicron 9 و تمر من خلاله أشعة الليزر تحت الحمراء ذات الطول الموجي
1.3-1.55 nm .

multi -mode fibers-2

و بها يتم نقل العديد من الإشارات الضوئية من خلال
الليفة الضوئية الواحدة مما يجعل استخدامها أفضل لشبكات الحاسوب. هذا النوع
من الألياف يكون نصف قطره اكبر حيث يصل إلى 62.5micron و تنتقل من خلاله
الأشعة تحت الحمراء.

كيفية انتقال الضوء في الألياف البصرية؟؟

تنتقل الإشارات الضوئية في الكيبلات البصرية خلال
الليف الزجاجي الرفيع (Core) وذلك عن طريق الانعكاسات المتتالية للضوء
والتي يحدثها العاكس(Cladding) المحيط بالقلب الزجاجي والذي يعمل كمرآة
عاكسة للضوء.

[size=24]ولأن العاكس لا يمتص الضوء الساقط عليه بل يقوم بعكسه إلى داخل الليف
البصري طوال رحلته فإن الضوء ينتقل لمسافات بعيدة دون أن يفقد أو يتضاءل
.ولكن في بعض الأحيان يحدث وأن تضعف الإشارات الضوئية نتيجة لوجود الشوائب
في مادة الزجاج الليفي ، وبشكل عام يمكن القول أن كفاءة الليف البصري ومدى
انتقال الإشارات الضوئية فيه لمسافات طويلة دون أن تفقد أو تضعف تعتمد على
عاملين:

درجة نقاء مادة الزجاج المصنوع منها الليف البصري
(Core).

الطول الموجي للضوء المستخدم ،فمثلاً في الأطوال الموجية (nm 850) تكون
نسبة الضعف في الإشارات الضوئية المرسلة حوالي( من 60% إلى 75% لكل
كيلومتر).وفي الأطوال الموجية(nm1.300) تتراوح النسبة من 50% إلى 60% لكل
كيلومتر.

وهناك أنواعا من الألياف البصرية ذات الكفاءة العالية والتي تعد نسبة الضعف
في إشاراتها الضوئية صغيرة جدا لا تزيد عن 10% لكل كيلومتر للضوء ذو الطول
الموجي (nm 1.300).
[/size]
تتكون وحدة الاتصالات بالألياف البصرية من:
[size=24]
جهاز الإرسال(Transmitter): يرسل الإشارات الضوئية
المشفرة.

الألياف البصرية( Optical Fibers): تعمل هذه الألياف على توصيل ونقل
المعلومات كإشارات ضوئية ولمسافات طويلة.
[size=9]
مجدد أو معزز الإشارات الضوئية(Optical Regenerator): وهذا ضروري لتعزيز
الإشارات وتقويتها حتى لا تضعف وتتلاشى خلال رحلتها الطويلة عبر الكيبلات
البصرية

جهاز الاستقبال(Receiver): يستقبل الإشارات الضوئية ويحل تشفيرها

جهاز الإرسال (Transmitter)

[size=24]فيه تدار الأجهزة لتعطي سلسلة من الومضات الضوئية
المتعاقبة التي تولد الشفرات أو الإشارات الضوئية المرسلة

معزز الإشارات الضوئية(Optical Regenerator):كما ذكر سابقاً أن هناك بعضاً من الإشارات الضوئية التي
تفقد أو تضعف خاصة عندما تسير لمسافات طويلة كالذي يحدث في الكيبلات
الممتدة تحت سطح البحر والتي تستخدم في أغراض الاتصالات بين السفن
والغواصات، وبالتالي تعالج هذه الكيبلات البصرية بمعززات لهذه الإشارات
تمتد على طول الكيبل وتعمل على تقوية الإشارات الضوئية .تتكون هذه المعززات
من ألياف بصرية مغلفة بمادة خاصة،وعندما تسقط الإشارات الضوئية الضعيفة
على جزيئات المادة فإنها تستثار لتعطي إشارات ضوئية قوية لها نفس خصائص
الإشارات الضوئية الساقطة،أي أن الغلاف يعمل عمل الليزر(تفخيم الضوء
الساقط) وهكذا تستمر عملية انتقال الضوء لمسافات طويلة دون أن تفقد.

المستقبل (Receiver):[/size]
[size=9]
تستخدم في هذه المستقبلات خلايا ضوئية( Photocell) أو
الثنائيات الضوئية (Photodiode) التي تتعرف وتكشف الإشارات الضوئية
المرسلة وتحل شفرتها إلى إشارات كهربية تدير الأجهزة المختلفة كالتلفزيون
،والكمبيوتر،والهاتف...وغيرها.
[/size][/size]
مزايا وفوائد الألياف البصرية

[size=24]أحدثت الألياف البصرية ثورة في عالم الاتصالات، فما
هو سبب هذه الثورة ؟ ولماذا يفضل استخدامها عن الأسلاك المعدنية
التقليدية؟

تتميز الألياف البصرية عن الأسلاك المعدنية بالخصائص التالية:

غير مكلفة: يمكن صنع أميال
من الكيبلات الضوئية بتكلفة أقل مقارنة بتلك الكيبلات المصنوعة من المعادن
كأسلاك النحاس.

رفيعة السمك:

تتميز الألياف البصرية بأنها رفيعة ودقيقة مقارنة
بالأسلاك المعدنية.وبما أن هذه الألياف رفيعة فإنه يمكن تجميع العديد منها
في حزم لتمتد في كيبلات أقطارها صغيرة وهذا لا يمكن عمله مع أسلاك النحاس.

كفاءتها عالية:فهناك القليل
فقط من الإشارات الضوئية التي تفقد أو تضعف مقارنة بالأسلاك المعدنية.

تستخدم الإشارات الضوئية لنقل المعلومات:

تنتقل المعلومات كإشارات ضوئية عبر الألياف البصرية على
عكس الأسلاك النحاسية التي تستخدم الإشارات الكهربية وهذه الإشارات
الضوئية المارة في أحد الألياف لا تتداخل مع إشارات الألياف الأخرى
الموجودة معها في نفس الحزمة داخل الكيبل،وهذا يعني عدم تداخل الخطوط خلال
المحادثات الهاتفية حيث يكون الصوت واضح ونقي.

تنقل الإشارات الرقمية:

تعد الألياف البصرية مثالية وملائمة لنقل الإشارات
الرقمية والمستخدمة في شبكات الكمبيوتر.

أمنة ضد الحرائق:

لا تستخدم الألياف الضوئية أي إشارات كهربية،ولذلك
تعتبر وسيلة آمنة لنقل المعلومات والإشارات الضوئية لمسافات طويلة دون
الخوف من أضرار الحرائق الناجمة عن الشحنات الكهربية.

[size=24]خفيفة الوزن:

تعد الألياف البصرية خفيفة الوزن مقارنة بأسلاك
النحاس،كما أنها تحتل مساحة صغيرة عند إمدادها تحت الأرض مقارنو بالمساحة
الكبيرة التي تحتلها كيبلات الأسلاك المعدنية.
[/size]
مرونتها عالية:

مما يميز الألياف البصرية أنها مرنة ولذلك فهي تستخدم
في الكاميرات الرقمية للأغراض التالية:

- لالتقاط الصور الطبية عن طريق استخدامها في المناظير
المختلفة(endoscope , laparoscope and bronchoscope.

- لتفحص عملية اللحام في أنابيب ومحركات الطائرات والسيارات
والصواريخ..وغيرها.

ولذلك يفضل استخدام الألياف البصرية صناعياً وفي الاتصالات وأسلاك وخطوط
الكمبيوترات.

و كمجسات عالية الجودة للتغير في درجة الحرارة و الضغط بما له من تطبيقات
في التنقيب في باطن الأرض.

كيف تصنع
الألياف الضوئية ؟؟
[/size]

كما سبق و ذكرنا تصنع الألياف الضوئية من زجاج على
درجة عالية من النقاء حيث وصفت إحدى الشركات ذلك بان قالت لو كان هناك
محيط من الألياف الضوئية يصل للعديد من الأميال و نظرت من على سطحه للقاع
يجب أن تراه بوضوح. صناعة الألياف الضوئية تتم كما يلي :
[size=24]
[COLOR=darkblue]1-عمل اسطوانة زجاجية غير مشكلة

2-سحب الألياف الضوئية من هذه الاسطوانة الزجاجية
[size=9]
3-اختبار الألياف الضوئية
[/size]
الزجاج المستخدم في عمل الاسطوانة الغير مشكلة يصنع من خلال عملية تسمى
modified chemical vapour deposition حيث يمرر الأكسجين على محلول من
كلوريد السليكون و كلوريد الجرمانيوم كيماويات أخرى ثم تمرر الأبخرة
المتصاعدة داخل أنبوب من الكوارتز موضوع في مخرطة خاصة عندما تدار يتحرك
مجمر حول أنبوب الكوارتز حيث تتسبب الحرارة العالية في حدوث شيئين
[/size]


1. [size=24]يتفاعل السليكون و الجرمانيوم مع الأكسجين لتكوين أكسيد السليكون و
أكسيد الجرمانيوم

2. يترسب أكسيد السليكون و أكسيد الجرمانيوم على جدار الأنبوب من الداخل و
يندمجان معا لتكوين الزجاج الخام المطلوب حيث يمكن التحكم بدرجة نقاء و
صفات الزجاج المتكون من خلال التحكم بالخليط. [/size]



[size=24]الآن يتم سحب الألياف من هذه اسطوانة الخام الغير مشكلة بوضعها في أداة
السحب حيث ينزل الزجاج الخام في فرن كربوني درجة حرارته 1,900-2,200 درجة
سليزية فتبدأ المقدمة في الذوبان حتى ينزل الذائب بتأثير الجاذبية و بمجرد
سقوطه يبرد مكونا الجديلة الضوئية. هذه الجديلة تعالج بتغليف متتابع أثناء
سحبها بواسطة جرار مع قياس مستمر لنصف القطر باستخدام ميكرومتر ليزري. تسحب
الألياف من القالب الخام بمعدل 10-20m/s .
[/size]


[size=24]يتم بعد ذلك اختبار الألياف من ناحية: معامل الانكسار، الشكل الهندسي و
خصوصا نصف القطر، تحملها للشد، تشتت الإشارات الضوئية خلالها، سعة حمل
المعلومات، تحملها لدرجات الحرارة و إمكانية توصيل الضوء تحت الماء

رغم إن استخدام الألياف الضوئية لنقل المعلومات عبر المسافات الطويلة
استحوذ على معظم الاهتمام إلا أنها تستخدم لنقل المعلومات عبر المسافات
القصيرة أيضا حيث تصل بين الكمبيوتر الرئيسي و الكمبيوترات الجانبية أو
الطابعة. بعيدا عن مجال الاتصالات ظهرت هناك استخدامات أخرى عديدة و مهمة
لهذه الألياف فمثلا نتيجة لمرونتها و دقتها دخلت في صناعة الكاميرات
الرقمية المتعددة المستخدمة في التصوير الطبي مثل التصوير الشعبي و
المناظير. كما دخلت في تصنيع الكاميرات المستخدمة في التصوير الميكانيكي
لفحص اللحام و الوصلات في الأنابيب و المولدات. و لفحص أنابيب المجاري
الطويلة من الداخل.

استخدمت الألياف الضوئية أيضا كمجسات لتحديد التغير في درجات الحرارة و
الضغط strain حيث تفضل على المجسات العادية لصغر حجمها و حساسيتها للتغيرات
الصغيرة و دقة أدائها. احد التطبيقات المهمة لها كمجسات لقياس strain يكون
بإدخالها في صناعة جدار بعض الطائرات مما يمنح الطائرة جدار مميز يحذر
الطيار من الضغط الواقع على أجنحة أو جسم الطائرة..

[/size]
.. [size=24]أرق التحــايــا ..


أهم المصــادر :[/size]
http://electronics.howstuffworks.com/fiber-optic.htm

http://www.tkne.net/

http://www.makphys.com/optical_fibers.htm

http://www.arcelect.com/fibercable.htm