الألياف الضوئية Fibers Optic

الألياف الضوئية هي عبارة عن شعيرات طويلة من زجاج على درجة عالية من النقاء يصل رفعها إلى حد أن تماثل شعرة رأس الانسان.
تصطف هذه الشعيرات معا في حزمة تسمى الحبل الضوئي (optical cable).

* تتكون هذه الألياف الضوئية من :
1 - اللب ( Core ) : وهو قلب من الزجاج الفائق النقاء يمثل المسار الذي ينتقل من خلاله الضوء.
2 - الغطاء ( Cladding ) : و هو المادة الخارجية التي تحيط بالقلب الزجاجي و هي مصنوعة من زجاج يختلف معامل انكساره عن معامل انكسار الزجاج الذي يصنع منه القلب ويعكس الضوء باستمرار ليظل في داخل القالب الزجاجي .
3 - الغطاء الواقي ( Buffer coating ) : و هو غلاف بلاستيكي يحمي القلب من الضرر




يتم تجميع المئات أو الآلاف من هذه الألياف في حزم في الكابلات الضوئية. يتم حماية هذه الحزم بوساطة الغلاف الخارجي للكبل المسمى jacket.

* يوجد نوعين من الألياف الضوئية :
- الآلياف الضوئية ذات النمط الاحادي single mode fiber : 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 حوالي micron 9 و تمر من خلاله أشعة الليزر تحت الحمراء ذات الطول الموجي 1.3-1.55 nm.

- الآلياف الضوئية ذات النمط المتعدد multi -mode fibers : 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 .

* كيف ينقل الضوء ضمن الليف الضوئي ؟
لنفرض أنك تريد نقل شعاع ضوئي تصدره من بيل في يدك عبر ممر طويل و مستقيم. ببساطة سوف تقوم بتوجيه البيل نحو نهاية الممر و ستقوم الأشعة الضوئية بالانتقال عبر خطوط مستقيمة و سيصل الضوؤ إلى الهدف المطلوب. أما وجد منعطف في هذا الممر ! سيمكنك التغلب على هذه المشكلة عن طريق وضع مرآة في المنعطف لعكس الضوء و توجيهيه ليكمل طريقه الصحيح. و كذلك هو الأمر إذا وجد عدة منعطفات في الممر فسيمكنك نقل الضوء إلى نهاية الممر عبر الاستعانة بمجموعة من المرايا الموضوعة عند كل منعطف و التي تؤمن عكس الضوء و إعادة توجيهه ليكمل طريقه




ينتقل الضوء داخل اللب في الليف الضوئي ، و الانعكاس يتم عن طريق الغطاء ( Cladding )، حسب مبدأ الانعكاس الداخلي الكلي " total internal reflection " ، و بما أن الغطاء لا يمتص شيئاً من الضوء و إنما يعكسه فقط فإن الضوء سينتقل مسافات طويلة بتخامد ضئيل ، هذا التخامد الضئيل عائد إلى عدم نقاوة الزجاج في اللب.

* 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 اكبر عرض نطاق يحتاجه البث التلفزيوني لا يتجاوز 6 MHZ .

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

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

4- فقد اقل 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 إنها 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 اقل في المولدات لان الفقد خلال عملية التوصيل قليل .

* استعمالات الألياف البصرية :
للألياف البصرية استعمالات كثيرة. منها ما يستعمل في أنظمة اتصالات الألياف البصرية، حيث يقوم جهاز ليزر خاص بنقل الرسائل المُشفَّرة عن طريق ومضات ضوئية عالية السرعة. وتنتقل الرسائل عبر الألياف البصرية إلى نبائط حل شفرة الرسائل التي تحولها إلى الإشارة الأصلية.
وكذلك فإن الألياف البصرية مناسبة جدًا للاستعمالات الطبية؛ حيث يمكن صناعتها على شكل خيوط مرنة ودقيقة جدًا لإدخالها في الأوردة الدموية والرئتين، وفي الأجزاء المجوفة الأخرى من الجسم.كما أنها تُستعْمَل في كثير من الأدوات التي تساعد الأطباء على رؤية الأجزاء الداخلية من الجسم دون حاجة إلى إجراء جراحة.
كما تُستخدم الألياف البصرية في جراحة الليزر أو أجهزة قياس درجة الحرارة أو الضغط.