ما هي الألياف البصرية؟

تعريف الألياف البصريّة أو الألياف الضوئيّة

هي التقّنية المرّتبطة بنقل البيانات باستخدام نبضات ضوئيّة تنتقل جنبًا إلى جنب مع ألياف طويلة مصنوعة عادةً من البلاستيك أو الزجاج، وقد تمّ تصميمها بِحيّث تُسهِل انتشار الضوء مع الألياف الضوئيّة اعتمادا على مُتطلّبات الطّاقة ومسافة الإرسال، وتُفضّل الأسلاك المعدنيّة للإرسال في اتصالات الألياف الضوئيّة حيث تنتقل الإشارات بأضرار أقل ولا تتأثر بالتّداخل الكهرومغناطيسي.

تَكّوين الألياف الضوئيّة

إنّ الألياف نفّسها صَغيرة جِدًا - تَقريبًا مثل قطر خُصلة من شَعر الإنسان - وحَركِة المُرور التي تَنّقُلها تَكون على شكّل ضوء، وبالنّسبة لِلعيّن البَشريّة، يَظهر الضوء باللّون الأبيض، ولكنّه في الواقِع مُكّون منّ عِدّة ألوان، ويُمكِن أنّ يُكوّن كلّ مِنها قناة مرور خاصّة بِه، وتتكون الألياف الضوئية منّ ثلاثِ طَبّقاتٍ أساسيّة وهي اللُب، والتكسية، والطِلاء.

مُكوِنات نِظام تَرحيل الألياف البصريّة:

• المُرسلّ
• يُنتِج إشاراتٍ ضوئيّة ويقوم بتّشّفيرها لِتُناسِب الإرسالّ.
• الألياف الضوئيّة
• الوسّيلة لِنقلّ نَبّضة الضوء (الإشارّة).
• المُسّتقبِل البصريّ: يَسّتقبِل الإشارة ويَفكّ تشّفِيرَها لِتكون مُناسِّبة للاستخدام.
• المُجدِّد البصريّ
• ضَروريّ لِنقل البيانات لِمسافات طويلة.

طريقة عَمل الألياف الضوئيّة

تَعمل الألياف الضوئيّة على مبدأ الانعكاس الداخليّ الكليّ، ويُمكن استخدام أشعة الضوء لِنقل كميّة هائِلة منّ البيانات، ولكنّ انتقال أشّعة الضُوء في خطوط مستقيمة يؤدي لِمُشّكلة في نَقل البَيانات ما لمّ يَكُن لدّينا سِلك طَويل مُستقيم بدون أي انحناءات على الإطّلاق، فإنّ الاستفادة منّ هذه المِيزة سيكون صَعباً.

وتفاديّاً لِلوقوع في المَشاكِل تمّ تَصّميم الأسلاك الضوئيّة بِحيّث تَنّحني جَميع أشّعة الضوء إلى الدّاخل، وتَنّتقل أشّعة الضوء باستمرار، وترّتّد عنّ جُدّران الألياف الضوئيّة وتنّقُل البيانات منّ طَرف لآخر.

تَتحللّ الإشاراتّ الضوئيّة عنّد عُبورِها مسافاتٍ مُتَدّرِّجة وطويلة وذلِّك اعتمادا على نَقاء المادّة المُسّتَخدّمة، ولكنّ استخدام الكيبّلات المعدنيّة يؤدّي لِخسّارةٍ أكّبر مُقارنّة بِغيّرِها من الأسلاك المُستخدمة.

أنواع الألياف الضوئيّة

تُصّنّف الألّياف الضوئيّة اعتمادا على ثلاثة عَوامِل أسّاسيّة وهي مُعامِل الانكسار، والموادّ المُسّتخدمة، وطريقة انتشار الضوء، ويكون التصنيف على النحو الآتي:

التّصنيف المعّتمد على الموادّ المُسّتخدمة:

• الألّياف الضوئيّة البلاستيكيّة

تتكوّن منّ مادّة أساسيّة لِنقل الضوء وهي (البولي ميثيل ميثاكريلات).

• ألياف زُجاجيّة

تتكوّن منّ ألّياف زجاجيّة دقيقة جداً وهي الأفضل والأكثر استخدمًا وانتشارًا.

التّصنيف المعّتمد على مُعامِل الانكسار:

• ألياف مؤشِر الخطّوة

تتكون منّ نُواة محاطة بالكِسّوة، والّتي لها مؤشِر انكسار واحد موحدّ.

• ألياف مؤشِر مُتدرج

ينخفض ​​مؤشر الانكسار للألياف الضوئيّة مع زيادة المسافة الشعاعيّة منّ مِحور الألياف.

التصنيف القائم على طريقة انتشار الضوء:

• الألياف أحاديّة الوضع

تَحّتوي الألياف الضوئيّة أُحاديّة الوضّع على نُواة أصّغر منّ الألياف مُتَعددة الأوضاع وتَسّمَح بِوضّع ضوء واحد فَقط منّ خِلالها، نظرًا لِوجود عدد أقلّ منّ انعكاسات الضوء، فإنّ هذا النَوع لَدّيه أقلّ تَشتُت للإشارة، ويُمّكن لِلضوء أنّ يَنّتَقل لِمسافة أبّعد، والتي تَسّتَخدِم اللّيزر كَمصّدر لِلضوء، وإرّسال طولّ مَوجَة واحِد في خَطّ مُسّتَقيم أسّفل الألياف، وتتَميّز الألياف أُحاديّة الوَضع بِنطاق تردُدي أعلى وهي أكثر أنواع الألياف ملاءمةً لِلشّبكات بَعيدة المدى.

• الألياف متعددة الأوضاع

يَسّمح كيبلّ الألياف الضوئيّة متعدد الأوضاع بالمُرور عَبر نوّاة كَبيرة، مّما يَزيد بِدوّرِه منّ عَدد الانعكاسات مع مُرور الضوء، تَتمَثّل ميزة هذا النّوع في إمّكانيّة استخدام أجّهزة إرّسال واستقبال مُنخَفضة التّكّلُفة، ولكنّ عادّةً ما تَكون الإشارة مُشَتّتة، هذا يَعني أنّ حَجّم اللُب يَترُك مَجالًا كبيرًا للضوء للارتداد لأنّه يُرسلّ الألياف إلى أسفل مما يؤدّي إلى تَدهور جُودَة الإشارة، كما أنّه لا يُمّكن تَضّخيمُه، مما يَعني أنّه مُناسِب فقطّ لِلمسافات القصيرة حيّث يُمكن استخدام أجّهزة إرسال واستقبال أبّسط وأرّخص تَكّلُفة.

وهناك نوعان رئيسيان من الألياف متعددة الأوضاع:

• الألياف متعددة الوسائط ذات مؤشر مُتدّرِج

هذا هو النوع الأكّثر شيوعًا من الألياف متعددة الأوضاع المستخدمة اليوم، مع الألياف مُتعَددة الأنّماط ذَات مؤشر التدّرُج اللّوني، يَنّتقل الضوء بالقُرب منّ المِحور بِشكل أبطأ منّ الضوء القريب منّ الكِسّوة، مما يؤدّي إلى تَجّميع أشّعة الضوء بِشَكل أفضل، يتناقص مُعامِل الانكسار تدّريجيّاً منّ المِحور المَركزيّ باتجاه الكِسّوة.

• الألياف مُتعددة الوَسائِط ذَات مُؤشر خُطوة

هذا النّوع منّ الألياف يَنّقُل الضوء في مسارات متعرّجّة ومُباشرة مُرّتدًا منّ الكِسوة، والنّتيجة هي أنّ أوضاعاً مُختلِفة منّ الضوء تَصِل في أوّقات مُختلِفة على الطرف الآخر من الألياف.