أهمية الألياف البصرية وتأثيرها على الإنسان لا يمكن تجاهلها في عالمنا الحديث، حيث أصبح من الضروري تدفق المعلومات عبر الإنترنت وشبكات التلفزيون والهواتف وغيرها، وهذا النمط ينتشر يوما بعد يوم، وتلعب الألياف الزجاجية دورا مهما في تحقيق هذا التدفق، وهي تستمر في التطور.
توفر مجموعة متنوعة من المجالات العلمية العديد من الوظائف، ومن المعروف أن الألياف الزجاجية قادرة على نقل كميات ضخمة من المعلومات، ولديها مزايا أكثر مما يتوقعه الناس في المستقبل.
لن يكون من المستغرب أن نجد الكابلات أو الألياف الزجاجية في منازلنا لنقل الإشارة إلى التلفزيون والحواسيب، وستكون الألياف الزجاجية متاحة لنا ولأطفالنا وللكثير من الناس.
بما فيهم الأشخاص الذين لا يمكنهم تجنب العديد من المخاطر التي يمكن أن تنشأ بسبب الألياف البصرية.
نبذة عن الألياف البصرية وتأثيرها على الإنسان
- يعتقد بعض الأشخاص أنه ليس خطيرا لأن الألياف الزجاجية لا توصل الكهرباء، ولكن الضوء الفوتوني، ومن المؤسف أن العديد من الحوادث تحدث بسبب هذا الاعتقاد.
- وتتألف ألياف الزجاج من أسلاك رفيعة أو زجاج شفاف أو بوليمر، وتتكون ألياف الزجاج من أسطوانة مختلفة في المحور تشبه الشعر الناعم ولها طبقتين.
- ينقل الضوء على شكل موجات أو اندفاعات ثابتة بسرعة هائلة وبخسائر ضئيلة جدا تحدها قوقعة.
- تتألف من المطاط والمواد الأخرى التي تعمل معا لحماية الألياف البصرية من الكسر والخدش وغيرها، وتسمح أيضا بحركتها بسهولة.
شاهد أيضًا: معلومات عن الألياف الضوئية واستخداماتها
يوضح تركيب الليف البصري
- ووفقا لعدد الموجات في الألياف، هناك نوعان رئيسيان من الألياف، الأول يعرف باسم الألياف أحادية الوضع.
- وهي تتمتع بالقدرة على التحكم في طول موجة (أو التردد) الواحد فقط، ويكون طول قلب هذا النوع منها بين 8 و 10 ميكرومترات.
- والأخرى هي ذبابة تنين متعددة الأطياف، تمتلك القدرة على اجتياز عدة أطوال موجية في نفس الوقت.
- يبعد قلب هذا النوع عن 50 إلى 625 ميكرومتر، وفيما يتعلق بسمك القشرة، فإنه يتراوح في المتوسط بين 250 و 900 ميكرومتر.
الأطوال الموجية للمصادر الضوئية المستخدمة في أنظمة الاتصال بواسطة الألياف البصرية
هناك نوعان من مصادر الضوء المستخدمة في أنظمة الاتصالات البصرية، كما هو موضح في الاستمارة 2
- 1 LED الذي هو أقل استخدام لأنه ضعيف.
- ليزري رقم 2 – وهو الخيار المثلى والمفضل بفضل مزايا الليزر، سواء في الاتجاهات العالية والمحايدة واللونية وغيرها.
تستخدم مصادر الضوء في أنظمة الاتصالات التي تعتمد على الألياف البصرية
- القوة الضوئية المشتركة في هذه الأنظمة تتراوح بين 50 نانو ثانية و10 ملي ثانية، وهي منخفضة بالنسبة للأطوال الموجية المستخدمة فيها.
- تقع في نطاق يتراوح بين 800 و1600 نانومتر من الطيف الكهرومغناطيسي، وتعرف هذه الأطوال الموجية بـ الأشعة تحت الحمراء.
الطيف الكهرومغناطيسي
- على الرغم من أنه لا ينبغي أن ننظر مباشرة إلى هذا الضوء، إلا أنه قد يتسبب في تلف العين في بعض الأحيان.
- يمكننا استقبال أطوال موجات تبلغ 633 أو 780 نانومتر، ولكن أكثر أطوال الموجات شيوعا هي تلك المذكورة في الجدول.
شاهد أيضًا: ما هو الضوء الفيزيائي؟
الأطوال الموجية المعتاد استخدامها في أنظمة الاتصالات بالألياف البصرية
- طول موجة مصدر الضوء بالنانومتر يعتمد على نوع الليف البصري
- 1300/ 1330/ 1520/ 1550/ 1625 الأحادي النمط
- 850/ 1310 متعدد الأنماط.
هناك أسباب معقدة لهذه القرارات المحددة، ولكن السبب الرئيسي هو أن الانكسار والامتصاصية منخفضة في هذه الأطوال الموجية، ويظهر ذلك في الشكل 4 في الرسم البياني.
الأطوال الموجية الشائعة في أنظمة الاتصالات بالألياف البصرية
مميزات الألياف البصرية
تتميز النظارات الليفية بعدة مزايا، مما يؤدي إلى استخدامها على نطاق واسع، واستبدال الكابلات والأسلاك النحاسية بالنظارات الليفية
1- العزل الكهربائي
- توفر الألياف البصرية عزلا كهربائيا من نقطة الإرسال إلى نقطة الاستقبال، حيث تنقل الطاقة عبرها على شكل ضوء (فوتونات) وليس كهرباء (إلكترونات)، مما يجعل استخدامها أسهل.
- والعمل في مجال تركيب الألياف البصرية لا يحتاج إلى اختصاص، حيث أن استخدامها آمن ويمكن الاستفادة منها في الأماكن العامة.
- في المناطق المكشوفة في الهواء الطلق وتعرض للأمطار والثلوج بدون وجود خطر إشعال عند تعرضها للقطع أو الخدش.
2- العزل الحراري
- يمكن استخدام النظارات البصرية الأليافية لنقل الضوء بدون تسبب أي ضرر، وهي لا تزيد من درجة حرارة المحيط.
- مما يتطلب الحاجة إلى نظام تبريد، بالإضافة إلى القدرة على العمل في درجات حرارة عالية، ولا تشتعل بالنار.
3- التقليل من الصيانة
- بعد تركيب أسلاك وكوابل الألياف البصرية، لن يكون هناك حاجة لصيانة دورية.
- وهذا يمنحها ميزة الاستخدام في المواقع التي يكون من الصعب استخدام الكوابل التقليدية مثل الأماكن ذات الأسقف العالية وتحت الماء وتحت الأرض.
4- التشغيل الاقتصادي
- ويمكن للنظارات البصرية أن تنقل ضوء من مصدر واحد إلى عدة نقاط أخرى.
- مما يعني أننا لا نستخدم سوى مصدر ضوء واحد لإضاءة نقاط متعددة، وذلك يقلل من التكاليف.
- زيادة الوزن يترافق بالألياف الزجاجية حيث يمكن استبدال الأسلاك النحاسية بوزن 945 كيلوغراما من الألياف الزجاجية.
الاختلاف بين كابل النحاس وكابل الألياف البصرية فيما يتعلق بالحجم
- هذا يقلل من توصيل الكابلات، خاصة عند استخدام الألياف البصرية في الطائرات أو السفن الفضائية.
- على الرغم من أنه غير مهم بالقدر الذي يعتبره المنشآت الأرضية، إلا أن نقل كميات كبيرة من الكابلات مهم، وإذا تم تقليل الوزن.
- توجد تكاليف ومنافع أخرى للألياف الزجاجية لا تتأثر بالحقول الكهربائية والمغناطيسية، مما يجعلهم يعارضون بشدة.
- ونظرا لعدم قدرة الدخيلين على نقل المعلومات بشكل صحيح، فإن سلامة نقل المعلومات تتعرض للتهديد .
- ومن أهم مواد الألياف الزجاجية هو الرمل، الذي يكلف أقل من النحاس المستخدم في الأنظمة الكهربائية.
استخدامات الألياف البصرية
يعتقد معظم الأشخاص أنها لا تستخدم إلا في الاتصالات، لأن العديد من شركات الهاتف والتلفزيون تهتم بالاستبدال الكامل للكابلات النحاسية بالألياف البصرية، ليس فقط لنقل الصوت والصورة، ولكن أيضا لنقلهما معا
1- الإضاءة
- تأتي الألياف الزجاجية إلى المكان المضيء فقط، وهي مصدر الضوء والكهرباء.
- وقد يكون ذلك على بعد عدة أمتار من هذا المكان، مثلا.
- يمكن أن يكون منزل أو غرفة اجتماعات أو بركة أو بئر أو أنظمة إضاءة أخرى مصدرا للإضاءة الآمنة التي لا تسخن الألياف الزجاجية.
- بهدف الحصول على ضوء خال من الحرارة، حتى نتمكن من تجنب الأضرار الناجمة عن الحرارة وأحيانا احتراق الفلمنك الذي ينتجه المصابيح الضوئية.
2- في الطب
- يمكن للألياف الزجاجية التسلل إليها لرؤية ما لا يمكن تحقيقه بدونها، ولها قيمة خاصة في المجال الطبي، حيث يستخدم الأطباء نظارات بصرية لمراقبة الجسم البشري من الداخل.
- كما يستخدمون أنابيب ضوئية مصنوعة من الألياف الزجاجية في العمليات، كما هو موضح في النموذج رقم 6.
- ومن أجل التركيز على الإمكانيات الصغيرة التي يصعب الوصول إليها والتي يمكن أن تنقل الألياف البصرية والإشعاعات الليزرية، يتم تسليط الضوء عليها.
شاهد أيضًا: مقدمة عن الضوء الهندسي
وأخيرا، يجب أن ندرك أن مجال الألياف البصرية ليس آمنا، ولكن معظم مصادر الضوء التي تستخدم في الاتصال بالألياف البصرية ضعيفة. هذه هي المعدات المستخدمة في هذه الأنظمة.
إنها أصغر وأدق من الليزر المستخدم في معالجة المواد والعمليات، ومع ذلك يجب علينا دائما أن نكون حذرين للغاية.
