تستخدم الألياف الضوئية في مجالات متعددة، حيث تستخدم في الاتصالات وربط أجهزة الكمبيوتر في الشبكات المحلية، حيث تنقل الإشارات من مكان لآخر. في هذه المقالة، سنتعرف بشكل مفصل على الألياف الضوئية وتطبيقاتها.
ما المقصود بالألياف الضوئية
- الألياف الضوئية هي خيوط صغيرة شفافة جدا مصنوعة من البلاستيك أو السيليكا.
- تستخدم لنقل الضوء بين أطراف الألياف البصرية ولديها استخدامات عديدة، بما في ذلك استخدامها في مجال الاتصالات.
- تساعد في التنقل على مسافات طويلة وتستخدم بدلا من الأسلاك المعدنية
- لأن الإشارات التي تنتقل عبر هذه الألياف تنتقل بسهولة وسرعة أكبر دون تكبد خسائر كبيرة.
- تتميز الألياف الطبيعية بخاصية تمنع التداخل الكهرومغناطيسي.
- تحتوي كابلات الألياف الضوئية على مجموعة من الخيوط المصنوعة من الزجاج أو البلاستيك، وحجم الخيط أقل من عرض شعرة، حيث يكون شفافا وصغيرا جدا، ومع ذلك يمكنه استقبال 25,000 مكالمة هاتفية.
- تستخدم الألياف في التصوير والإضاءة.
شاهد أيضًا: الألياف البصرية وتأثيرها على الإنسان
أنواع الألياف الضوئية
هناك نوعان من الألياف الضوئية، وكل منهما يختلف وفقا لاستخدامه، وهما كالتالي:
الألياف الضوئية ذات نمط أحادي
- تتكون كل حزمة ضوئية من مجموعة من الألياف، حيث تقوم كل ليفة بإرسال إشارة ضوئية واحدة فقط، وتستخدم الألياف الضوئية لضبط نمط الأحادية في كابل التليفون والتليفزيون.
- يتميز هذا النوع من الألياف بأن قطر النواة الزجاجية صغير، حيث يبلغ قطره 9 ميكرون وتخرج منه أشعة الليزر تحت الحمراء.
الألياف الضوئية ذات النمط المتعدد
- في نوع من الألياف متعددة الأنماط، تنقل العديد من الإشارات الضوئية في الليفة الضوئية الواحدة، وهي مناسبة للاستخدام في شبكات الحاسوب.
- يكون نصف قطر هذا النوع من الألياف أكبر بحيث يصل إلى 26.5 ميكرون، وتنقل الأشعة تحت الحمراء من خلال الألياف البصرية المتعددة.
ما هي مكونات نظام الألياف الضوئية
النظام الألياف الضوئية يتكون من ثلاثة أجزاء، وهي كالتالي:
المرسل
- يعد المصدر الضوئي الأساسي المستخدم في تكوين الليزر أو الديود الضوئي.
- هو المسؤول عن إنتاج وتشفير الإشارة الضوئية، على سبيل المثال عند نقل إشارة تلفزيونية.
- يتم تحويل الإشارة الضوئية وفقا للعنصر الذي يرغب في نقله، سواء كانت إشارة.
- أو معلومة، يتم تحديدها من خلال قوة أو ضعف الإشارة الضوئية.
الألياف البصرية
- الألياف البصرية هي التي تقوم بنقل الإشارة الضوئية على مسافات بعيدة.
المستقبل
- يقوم هذا الجهاز بتلقي الإشارات الضوئية وفك تشفيرها لتحويلها إلى إشارات كهربائية يتم إرسالها إلى التلفزيون أو الهاتف.
ما هي مميزات الألياف الضوئية
- تتميز الألياف الضوئية بقدرتها العالية على تحمل درجات الحرارة العالية.
- صغيرة جدا من حيث الحجم، حيث يصل حجم الليفة البصرية إلى حجم الشعرة.
- من السهل نقلها وذلك بسبب وزنها الخفيف، مما يجعل التعامل معها سهلا جدا.
- عمر الألياف الضوئية طويل إذا قورنت بالأنظمة الأخرى المستخدمة في نقل المعلومات والبيانات.
- تكلفة الألياف الضوئية منخفضة؛ وذلك بسبب استخدام مادة السيليكا الموجودة في الرمال في صناعتها، مما يجعلها سهلة وغير مكلفة.
- ضد التأثير الكهرومغناطيسي الذي ينتج عن الأجهزة الكهربائية.
- تعتبر غير قابلة للاشتعال وتحتاج إلى تشغيل المولدات، وتستخدم في العديد من الصناعات ويمكن استخدامها في التصوير الطبي.
مكونات الليف الضوئي
الليف الضوئي يتألف من اثنتي أسطوانات مركزية، وتحيط بها أسطوانة خارجية تعمل كغلاف، ثم يأتي الغطاء الواقي الخارجي، وأخيرا الغلاف الخارجي الذي يحميه، وفيما يلي تفصيل هذه المكونات:
القلب
- هو عبارة عن قلب مصنوع من السليكا والجرمانيوم، ويحتوي على اسطوانة زجاجية صغيرة يمر فيها الضوء.
الغلاف
- هو اسطوانة تحيط باللب الزجاجي أو النواة وتساعد في حفظ الضوء وحماية مركزه.
- مصنوعة من السيليكا، ويتم ذلك لزيادة معامل انكسار القلب عن معامل انكسار الغلاف، لتحقيق عملية الانعكاس.
- عند حدوث انعكاسات متتالية، ينتشر الضوء داخل القلب ويصل إلى الألياف البصرية.
الغطاء الواقي
- هو عبارة عن غلاف مصنوع من البلاستيك يحمي الليف الضوئي من التأثيرات الجوية الخارجية، مثل الرطوبة، ويساعد في حمايته من الكسر.
- يوجد غطاء خارجي يسمى جاكيت يحمي الحبل الضوئي المكون من مجموعة أو حزمة من الألياف الضوئية.
شاهد أيضًا: الألياف البصرية وتأثيرها على الإنسان
تطبيقات الألياف الضوئية
إليكم أهم التطبيقات الخاصة بالألياف الضوئية وهي كما يلي:
استخدامات الألياف الضوئية في مجال الاتصالات
- تستخدم الألياف البصرية في مجال الاتصالات الهاتفية، وتعتمد عليها العديد من الشركات الخاصة في قطاع الاتصالات.
- لهذه الشركة استخدام آخر في مجال الاتصالات التلفزيونية حيث تقوم بعرض العديد من القنوات والفيديوهات من خلال كابل التلفزيون، وهذا الكابل يتألف من حزمة من الألياف الضوئية.
- تستخدم أيضا في محطات الكهرباء حيث تساعد في نقل المعلومات.
- تستخدم في الطائرات والسفن بسبب وزنها الخفيف، ويمكن نقلها وصيانتها بسهولة تامة.
الاستخدامات الطبية الألياف الضوئية
- هناك استخدامات أخرى هامة للألياف الضوئية، بما في ذلك استخدامها في العمليات الجراحية الداخلية.
- تساعد الألياف الضوئية الرقيقة على الانحناء بسبب صغر حجمها، حيث يتراوح حجمها بين 200 إلى 400 ميكرون ولا يزيد عن 1000 ميكرون.
- تستخدم الألياف الضوئية أيضا في التطبيقات الجراحية حيث يمكن استئصال البروستاتا الحميدة.
- ويستخدم أيضا لتفتيت حصوات الكلى ويعمل على إزالة الأنسجة السرطانية في الرئة.
- تستخدم أيضا في الإنارة الداخلية للمنازل، بهدف إرسال الضوء إلى الأجزاء الداخلية لتسهيل الرؤية ونقل البيانات عبر حزم الألياف الضوئية.
- في هذه الحالة، يتم استخدام الألياف المرنة والصلبة لتصوير الأعضاء الداخلية من خلال فتحة في الجلد.
- تقوم أيضا بإرسالها طاقة الليزر عبر هذه الألياف لتوفير الإضاءة الملونة، ولها استخدامات أخرى في الطب كقياس الطيف عن بعد.
استخدام الألياف الضوئية في الأجهزة الطبية
- الألياف الضوئية هي الألياف الأكثر استخداما في مجال الطب، حيث تساعد في تصوير أماكن داخل الجسم أو إضاءتها باستخدام المنظار.
- تشمل تطبيقات الألياف البصرية الأجهزة الداخلية مثل المناظير المستخدمة من قبل الأطباء للاستدلال على أعراض الغثيان وآلام البطن وتشخيص الحالة لتقديم العلاج المناسب.
- تعد أجهزة الاستشارات الطبية أحد تطبيقات الألياف الضوئية، حيث تقوم بقياس مجموعة من الخصائص الفسيولوجية. تستخدم أجهزة استشعار الألياف الضوئية لقياس ضربات القلب وحرارة الجسم والعضلات.
فكرة عمل الألياف الضوئية
- فكرة الأساس تكمن في انتقال الضوء عبر خط مستقيم وطويل، وذلك لأن الضوء يسلك مسار مستقيم عندما يمر عبر الألياف بسهولة، فإذا كانت الألياف منحنية، فإن الضوء لن ينتقل بسهولة.
- عند حدوث انعكاس للضوء هنا، يتم استخدام امرأة خاصة لنقل الضوء من خلال عملية الانعكاس على الجدار المقابل للقلب الزجاجي.
- هذا الجدار لا يساعد في امتصاص الضوء، بل يسبب انعكاسه، مما يسمح للضوء بالسفر لمسافات طويلة.
شاهد أيضًا: استخدامات الألياف البصرية في مجال الاتصالات
في ختام مقالة الألياف الضوئية وتطبيقاتها، وصلنا إلى استنتاج أن الألياف الضوئية تلعب دورا هاما في مجال الاتصالات والطب، حيث تمكن من نقل الضوء بسهولة وسرعة.
