ما هي الألياف البصرية؟
تشير الألياف الضوئية (بالإنجليزية: Fiber optics)، إلى التكنولوجيا التي تنقل المعلومات كنبضات ضوئية مع الألياف الزجاجية أو البلاستيكية، ويمكن أن يحتوي كيبل الألياف الضوئية على عدد متفاوت من هذه الألياف الزجاجية ، يصل عددها إلى بضع مئات، تحيط طبقة زجاجية تسمى الكسوة (cladding) بنواة الألياف الزجاجية، وتحمي الكسوة طبقة الأنبوب العازل (buffer tube layer)، وتعمل طبقة الغلاف (jacket layer) كطبقة واقية نهائية للشريط الفردي.
استخدامات الألياف الضوئية في مجال الاتصالات
نمت استخدامات الألياف الضوئية بشكل هائل، وتعددت تطبيقات الألياف الضوئية حيث تنتشر تطبيقات الاتصالات السلكية واللاسلكية على نطاق واسع، بدءًا من الشبكات العالمية إلى أجهزة الكمبيوتر المكتبية، ويتضمن ذلك نقل الصوت أو البيانات أو الفيديو عبر مسافات تقل عن متر وتصل إلى مئات الكيلومترات، حيث تحتاج الشركات إلى أنظمة آمنة وموثوقة لنقل البيانات والمعلومات المالية بين المباني إلى محطات سطح المكتب أو أجهزة الكمبيوتر وكما تحتاجها أيضاً لنقل البيانات حول العالم،ويمكن استخدام الألياف الضوئية في مجالات عدة، منها:
شبكات الحاسوب والبث
شبكات الكمبيوتر هي حالة شائعة لاستخدام الألياف الضوئية بسبب قدرة الألياف الضوئية على نقل البيانات وتوفير نطاق ترددي عالٍ، وبالمثل، كثيرا ما تستخدم الألياف البصرية في البث والإلكترونيات لتوفير اتصالات وأداء أفضل.
الإنترنت والتلفزيون الكابلي
يعد الإنترنت والتلفزيون الكيبلي من أكثر استخدامات الألياف الضوئية شيوعًا، ويمكن تركيب الألياف الضوئية لدعم الاتصالات بعيدة المدى بين شبكات الكمبيوتر في مواقع مختلفة.
البيئات البحرية
تُستخدم الألياف الضوئية في البيئات الأكثر تعرضًا للخطر، مثل الكابلات الموجودة تحت سطح البحر، حيث يمكن غمرها في الماء ولا يلزم استبدالها كثيرًا.
العسكرية والفضاء
تستفيد الصناعات العسكرية والفضائية من الألياف الضوئية كوسيلة للاتصال ونقل الإشارات، بالإضافة إلى قدرتها على توفير استشعار درجة الحرارة حيث يمكن أن تكون كابلات الألياف الضوئية مفيدة بسبب وزنها الخفيف وصغر حجمها.
المجال الطبي
تُستخدم الألياف الضوئية بشكل متكرر في مجموعة متنوعة من الأدوات الطبية، مثل أجهزة الاستشعار الطبية الحيوية التي تساعد في الإجراءات الطبية طفيفة التوغل، ونظرًا لعدم خضوعها للتداخل الكهرومغناطيسي، فهي مثالية للاختبارات المختلفة مثل فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي، وتشمل التطبيقات الطبية الأخرى للألياف الضوئية التصوير بالأشعة السينية والتنظير الداخلي والعلاج بالضوء والفحص المجهري الجراحي.
لماذا تعد الألياف البصرية الخيار الأفضل لنقل البيانات؟
تتمتع اتصالات الألياف الضوئية، عند مقارنتها بالطرق الأخرى لنقل البيانات، مثل الأسلاك النحاسية، بعدد كبير من الفوائد، منها:
السرعة
تسمح الألياف الضوئية بسرعات نقل البيانات أعلى من سرعات التقنيات السابقة، فبينما يمكن لاتصالات الإنترنت النحاسية نقل البيانات بسرعة 50 ميجابت في الثانية، يمكن استخدام الألياف الضوئية لسرعات أعلى من 1 جيجابت في الثانية وتم اختبارها بنجاح بسرعات تزيد بـ1000 ضعف.
المسافة
عندما يتعلق الأمر بمسافة الإرسال، تأتي الألياف الضوئية في المقدمة، حيث يمكنها إرسال بيانات عشرات الأميال مع الحد الأدنى من فقدان الإشارة، لأن هذه الكابلات تستخدم الضوء بدلاً من الكهرباء.
الجوانب المادية
عند مقارنة الجوانب المادية لكابل الألياف الضوئية بالوسائط الأخرى، فإن كبلات الألياف الضوئية لها وزن أخف بكثير، وقطر أصغر، وقدرة أكبر على تجنب التآكل والصدأ بسبب البناء غير المعدني، مما يؤدي إلى وضع الألياف الضوئية على رأس قائمة الاتصالات في عالم اليوم.
مزايا وعيوب الألياف الضوئية
تشمل مزايا كابلات الألياف الضوئية ما يلي:
- عرض النطاق الترددي (Bandwidth) أعلى من الكابلات النحاسية.
- فقدان أقل للطاقة ويسمح بنقل البيانات لمسافات أطول.
- مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي (electromagnetic interference).
- حجم كابل الألياف أفضل بـ 4.5 مرة من الأسلاك النحاسية.
- أخف وزنًا وأرق وتشغل مساحة أقل مقارنة بالأسلاك المعدنية .
- التثبيت سهل للغاية بسبب الوزن الخفيف.
- مرنًا للغاية، وينحني بسهولة، ويقاوم معظم العناصر الحمضية التي تؤثر بالأسلاك النحاسية.
وتشمل عيوب كابلات الألياف الضوئية ما يلي:
- من الصعب جدًا دمج كبلات الألياف الضوئية، وسيكون هناك فقد للشعاع داخل الكيبل أثناء التشتت (scattering).
- تكلفة تركيب هذه الكابلات عالية جدًا، بالإضافة إلى ارتفاع تكلفة معدات الاختبار الخاصة بها.
- كابلات الألياف الضوئية مضغوطة وضعيفة للغاية أثناء تركيبها، تعتبر هذه الكابلات أكثر حساسية من الأسلاك النحاسية.
- هناك حاجة إلى أجهزة خاصة للتحقق من إرسال كيبل الألياف.
