الألياف الضوئية أو البصرية Fiber Optics
صفحة 1 من اصل 1
الألياف الضوئية أو البصرية Fiber Optics
من طرف admin الإثنين سبتمبر 27, 2010 1:01 pm
مفهومها :
هى تقنية متطورة لنقل البيانات المختلفة فى صورة اشارات او نبضات ضوئية ويستخدم لذلك شعيرات او خيوط دقيقة مصنوعة من الزجاج عالى النقاء او انواع خاصة من البلاستيك ، تتميز كابلات الفايبر بقدرتها على نقل كميات ضخمة من البيانات وبسرعات عالية دون حدوث نسبة فقد عالية فى قوة الإشارة الضوئية الحاملة للبيانات وكذلك تتميز كابلات الفايبر بعدم تاثرها بعمليات التشويش من المصادر الخارجية المختلفة الاخرى مما يجعلها اكثر امانا ويساعد على الحفاظ على سرية البيانات المنقولة من خلالها ، يمكن لكابل الفايبر الواحد والذى يقل سمكه عن بوصة واحدة حمل مئات الألوف من المحادثات الصوتية او الهاتفية ونقلها بسرعات تتراوح بين 2.5 جيجا بايت/ ثا الى 10 جيجا بايت/ثا ولمسافة لاتقل عن 60 كم دون ان يحتاج الى اعادة تكبير الإشارة الضوئية بينما تحتاج الكابلات النحاسية الى اعادة التكبير كل 1.5 كم تقريبا .
مكونات الليف البصري :
ويتكون الليف البصري من :
االقلب Core :
وهو عبارة عن زجاج رفيع ينتقل فيه الضوء .
العاكس Cladding :
مادة تحيط باللب الزجاجي وتعمل على عكس الضوء مرة أخرى إلى مركز الليف البصري .
الغطاء الواقي Buffer Coating :
غلاف بلاستيكي يحمي الليف البصري من الرطوبة أو ويحميه من الضرر والكسر
مئات أو ربما اﻵﻻف من هذه اﻷلياف الضوئية تصطف معا في حزمة لتكون الحبل الضوئي الذي يحمى بغطاء خارجي يسمى جاكيت .
أقسام الألياف الضوئية :
اﻷلياف الضوئية يمكن أن تقسم بصفة عامة إلى نوعين أساسيين :
single mode fiber-1
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 .
multi -mode fibers-2
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 .
مبدأ عمل اﻷلياف الضوئية :
افترض انك تريد أن توصل ومضة ضوئية خلال مسار طويل مستقيم كل ما عليك هو أن توجه الضوء خلال هذا المسار و ﻻن الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة فانه سيصل للطرف اﻵخر بلا مشاكل . لكن ماذا لو كان المسار به انحناء؟ بسهولة يمكن أن تتغلب على ذلك بوضع مرآة عند اﻻنحناء لتعكس الضوء إلى داخل المسار مرة أخرى . و بنفس الطريقة تحل المشكلة لو كان المسار كثير اﻻنحناءات حيث تصف مرايا على طول المسار لتعكس الضوء باستمرار من جانب ﻷخر ليبقى في مساره . هذه بالضبط هي فكرة عمل اﻷلياف الضوئية . حيث ينتقل الضوء بواسطة اﻻنعكاس المستمر عن الجدار المحاذي للقلب الزجاجي (cladding) انعكاسا داخليا كليا . و ﻻن هذا الجدار ﻻ يمتص أي من الضوء الساقطعليه فان اﻹشارة الضوئية يمكن أن تسافر مسافات طويلة . و لكن يحدث أحيانا أن يفقد جزء من الضوء حيث تمتصه الشوائب الموجودة في القلب الزجاجي .
مكونات نظام اﻷلياف الضوئية :
يتكون من ثلاثة أجزاء أساسية
transmitter
و هو الذي ينتج و يشفر اﻹشارة الضوئية حيث يكون الجزء اﻷساسي به هو المصدر الضوئي الذي قد يكون ليزر أو الدايود الضوئي فإذا أردنا مثلا نقل إشارة تلفزيونية أو أي معلومة فانه من الضروري تحوير الشارة الضوئية طبقا للمعلومة المراد نقلها . تحوير اﻹشارة الضوئية قد يتم بتغيير شدتها ارتفاعا و انخفاضا analogue modulation أو إشعالها و إطفائها في تتابع وهو ما يعرف ب digital modulation
fiber-optic
و هو الذي يقوم بتوصيل اﻹشارة الضوئية عبر المسافات و هو الجزء الذي تم شرحه بالتفصيل .
receiver
يستقبل اﻹشارة الضوئية و يفك شفرتها ليحولها إلى إشارة كهربية ترسل إلى المستخدم الذي قد يكون التلفزيون أو التلفون
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 6Mhz .
2- اقل حجما
حيث أن نصف قطرها اقل من نصف قطر اﻷسلاك النحاسية التقليدية فمثلا يمكن استبدال سلك نحاسي قطره 7.62 سم بآخر من اﻷلياف الضوئية قطره ﻻ يتجاوز 0.635 سم و هذا يمثل أهمية خاصة عند مد اﻷسلاك تحت اﻷرض .
3- اخف وزنا
فيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها 94.5 كجم بأخرى من اﻷلياف الضوئية تزن فقط 3.6 كجم .
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 بسبب هذه المميزات فان اﻷلياف الضوئية دخلت في الكثير من الصناعات و خصوصا اﻻتصاﻻت و شبكات الكمبيوتر.
كما تستخدم في التصوير الطبي بأنواعه و في كمجسات عالية الجودة للتغير في درجة الحرارة والضغط بما له من تطبيقات في التنقيب في باطن اﻷرض .
كيف تصنع اﻷلياف :
كما سبق و ذكرنا تصنع اﻷلياف الضوئية من زجاج على درجة عالية من النقاء حيث وصفت إحدى الشركات ذلك بان قالت لو كان هناك محيط من اﻷلياف الضوئية يصل للعديد من اﻷميال و نظرت من على سطحه للقاع يجب أن تراه بوضوح . صناعة اﻷلياف الضوئية تتم كما يلي
1- عمل اسطوانة زجاجية غير مشكلة
2- سحب اﻷلياف الضوئية من هذه اﻻسطوانة الزجاجية
3- اختبار اﻷلياف الضوئية
الزجاج المستخدم في عمل اﻻسطوانة الغير مشكلة يصنع من خلال عملية تسمى modified chemical vapour deposition حيث يمرر اﻷكسجين على محلول من كلوريد السليكون و كلوريد الجرمانيوم كيماويات أخرى ثم تمرر اﻷبخرة المتصاعدة داخل أنبوب من الكوارتز موضوع في مخرطة خاصة عندما تدار يتحرك مجمر حول أنبوب الكوارتز حيث تتسبب الحرارة العالية في حدوث شيئين :
1- يتفاعل السليكون و الجرمانيوم مع اﻷكسجين لتكوين أكسيد السليكون و أكسيد الجرمانيوم .
2- يترسب أكسيد السليكون و أكسيد الجرمانيوم على جدار اﻷنبوب من الداخل و يندمجان معا لتكوين الزجاج الخام المطلوب حيث يمكن التحكم بدرجة نقاء و صفات الزجاج المتكون من خلال التحكم بالخليط
اﻵن يتم سحب اﻷلياف من هذه اسطوانة الخام الغير مشكلة بوضعها في أداة السحب حيث ينزل الزجاج الخام في فرن كربوني درجة حرارته 1,900 - 2,200 درجة سليزية فتبدأ المقدمة في الذوبان حتى ينزل الذائب بتأثير الجاذبية و بمجرد سقوطه يبرد مكونا الجديلة الضوئية . هذه الجديلة تعالج بتغليف متتابع أثناء سحبها بواسطة جرار مع قياس مستمر لنصف القطر باستخدام ميكرومتر ليزري . تسحب اﻷلياف من القالب الخام بمعدل 10 - 20m/s يتم بعد ذلك اختبار اﻷلياف من ناحية : معامل اﻻنكسار، الشكل الهندسي و خصوصا نصف القطر، تحملها للشد، تشتت اﻹشارات الضوئية خلالها، سعة حمل المعلومات، تحملها لدرجات الحرارة و إمكانية توصيل الضوء تحت الماء رغم إن استخدام اﻷلياف الضوئية لنقل المعلومات عبر المسافات الطويلة استحوذ على معظم اﻻهتمام إﻻ أنها تستخدم لنقل المعلومات عبر المسافات القصيرة أيضا حيث تصل بين الكمبيوتر الرئيسي و الكمبيوترات الجانبية أو الطابعة . بعيدا عن مجال اﻻتصاﻻت ظهرت هناك استخدامات أخرى عديدة و مهمة لهذه اﻷلياف فمثلا نتيجة لمرونتها و دقتها دخلت في صناعة الكاميرات الرقمية المتعددة المستخدمة في التصوير الطبي مثل التصوير الشعبي و المناظير . كما دخلت في تصنيع الكاميرات المستخدمة في التصوير الميكانيكي لفحص اللحام و الوصلات في اﻷنابيب و المولدات . و لفحص أنابيب المجاري الطويلة من الداخل .
استخدمت اﻷلياف الضوئية أيضا كمجسات لتحديد التغير في درجات الحرارة و الضغط strain حيث تفضل على المجسات العادية لصغر حجمها و حساسيتها للتغيرات الصغيرة دقة أدائها .
احد التطبيقات المهمة لها كمجسات لقياس strain يكون بإدخالها في صناعة جدار بعض الطائرات مما يمنح الطائرة جدار مميز يحذر الطيار من الضغط الواقع على أجنحة أو جسم الطائرة.
هى تقنية متطورة لنقل البيانات المختلفة فى صورة اشارات او نبضات ضوئية ويستخدم لذلك شعيرات او خيوط دقيقة مصنوعة من الزجاج عالى النقاء او انواع خاصة من البلاستيك ، تتميز كابلات الفايبر بقدرتها على نقل كميات ضخمة من البيانات وبسرعات عالية دون حدوث نسبة فقد عالية فى قوة الإشارة الضوئية الحاملة للبيانات وكذلك تتميز كابلات الفايبر بعدم تاثرها بعمليات التشويش من المصادر الخارجية المختلفة الاخرى مما يجعلها اكثر امانا ويساعد على الحفاظ على سرية البيانات المنقولة من خلالها ، يمكن لكابل الفايبر الواحد والذى يقل سمكه عن بوصة واحدة حمل مئات الألوف من المحادثات الصوتية او الهاتفية ونقلها بسرعات تتراوح بين 2.5 جيجا بايت/ ثا الى 10 جيجا بايت/ثا ولمسافة لاتقل عن 60 كم دون ان يحتاج الى اعادة تكبير الإشارة الضوئية بينما تحتاج الكابلات النحاسية الى اعادة التكبير كل 1.5 كم تقريبا .
مكونات الليف البصري :
ويتكون الليف البصري من :
االقلب Core :
وهو عبارة عن زجاج رفيع ينتقل فيه الضوء .
العاكس Cladding :
مادة تحيط باللب الزجاجي وتعمل على عكس الضوء مرة أخرى إلى مركز الليف البصري .
الغطاء الواقي Buffer Coating :
غلاف بلاستيكي يحمي الليف البصري من الرطوبة أو ويحميه من الضرر والكسر
مئات أو ربما اﻵﻻف من هذه اﻷلياف الضوئية تصطف معا في حزمة لتكون الحبل الضوئي الذي يحمى بغطاء خارجي يسمى جاكيت .
أقسام الألياف الضوئية :
اﻷلياف الضوئية يمكن أن تقسم بصفة عامة إلى نوعين أساسيين :
single mode fiber-1
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 .
multi -mode fibers-2
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 .
مبدأ عمل اﻷلياف الضوئية :
افترض انك تريد أن توصل ومضة ضوئية خلال مسار طويل مستقيم كل ما عليك هو أن توجه الضوء خلال هذا المسار و ﻻن الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة فانه سيصل للطرف اﻵخر بلا مشاكل . لكن ماذا لو كان المسار به انحناء؟ بسهولة يمكن أن تتغلب على ذلك بوضع مرآة عند اﻻنحناء لتعكس الضوء إلى داخل المسار مرة أخرى . و بنفس الطريقة تحل المشكلة لو كان المسار كثير اﻻنحناءات حيث تصف مرايا على طول المسار لتعكس الضوء باستمرار من جانب ﻷخر ليبقى في مساره . هذه بالضبط هي فكرة عمل اﻷلياف الضوئية . حيث ينتقل الضوء بواسطة اﻻنعكاس المستمر عن الجدار المحاذي للقلب الزجاجي (cladding) انعكاسا داخليا كليا . و ﻻن هذا الجدار ﻻ يمتص أي من الضوء الساقطعليه فان اﻹشارة الضوئية يمكن أن تسافر مسافات طويلة . و لكن يحدث أحيانا أن يفقد جزء من الضوء حيث تمتصه الشوائب الموجودة في القلب الزجاجي .
مكونات نظام اﻷلياف الضوئية :
يتكون من ثلاثة أجزاء أساسية
transmitter
و هو الذي ينتج و يشفر اﻹشارة الضوئية حيث يكون الجزء اﻷساسي به هو المصدر الضوئي الذي قد يكون ليزر أو الدايود الضوئي فإذا أردنا مثلا نقل إشارة تلفزيونية أو أي معلومة فانه من الضروري تحوير الشارة الضوئية طبقا للمعلومة المراد نقلها . تحوير اﻹشارة الضوئية قد يتم بتغيير شدتها ارتفاعا و انخفاضا analogue modulation أو إشعالها و إطفائها في تتابع وهو ما يعرف ب digital modulation
fiber-optic
و هو الذي يقوم بتوصيل اﻹشارة الضوئية عبر المسافات و هو الجزء الذي تم شرحه بالتفصيل .
receiver
يستقبل اﻹشارة الضوئية و يفك شفرتها ليحولها إلى إشارة كهربية ترسل إلى المستخدم الذي قد يكون التلفزيون أو التلفون
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 6Mhz .
2- اقل حجما
حيث أن نصف قطرها اقل من نصف قطر اﻷسلاك النحاسية التقليدية فمثلا يمكن استبدال سلك نحاسي قطره 7.62 سم بآخر من اﻷلياف الضوئية قطره ﻻ يتجاوز 0.635 سم و هذا يمثل أهمية خاصة عند مد اﻷسلاك تحت اﻷرض .
3- اخف وزنا
فيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها 94.5 كجم بأخرى من اﻷلياف الضوئية تزن فقط 3.6 كجم .
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 بسبب هذه المميزات فان اﻷلياف الضوئية دخلت في الكثير من الصناعات و خصوصا اﻻتصاﻻت و شبكات الكمبيوتر.
كما تستخدم في التصوير الطبي بأنواعه و في كمجسات عالية الجودة للتغير في درجة الحرارة والضغط بما له من تطبيقات في التنقيب في باطن اﻷرض .
كيف تصنع اﻷلياف :
كما سبق و ذكرنا تصنع اﻷلياف الضوئية من زجاج على درجة عالية من النقاء حيث وصفت إحدى الشركات ذلك بان قالت لو كان هناك محيط من اﻷلياف الضوئية يصل للعديد من اﻷميال و نظرت من على سطحه للقاع يجب أن تراه بوضوح . صناعة اﻷلياف الضوئية تتم كما يلي
1- عمل اسطوانة زجاجية غير مشكلة
2- سحب اﻷلياف الضوئية من هذه اﻻسطوانة الزجاجية
3- اختبار اﻷلياف الضوئية
الزجاج المستخدم في عمل اﻻسطوانة الغير مشكلة يصنع من خلال عملية تسمى modified chemical vapour deposition حيث يمرر اﻷكسجين على محلول من كلوريد السليكون و كلوريد الجرمانيوم كيماويات أخرى ثم تمرر اﻷبخرة المتصاعدة داخل أنبوب من الكوارتز موضوع في مخرطة خاصة عندما تدار يتحرك مجمر حول أنبوب الكوارتز حيث تتسبب الحرارة العالية في حدوث شيئين :
1- يتفاعل السليكون و الجرمانيوم مع اﻷكسجين لتكوين أكسيد السليكون و أكسيد الجرمانيوم .
2- يترسب أكسيد السليكون و أكسيد الجرمانيوم على جدار اﻷنبوب من الداخل و يندمجان معا لتكوين الزجاج الخام المطلوب حيث يمكن التحكم بدرجة نقاء و صفات الزجاج المتكون من خلال التحكم بالخليط
اﻵن يتم سحب اﻷلياف من هذه اسطوانة الخام الغير مشكلة بوضعها في أداة السحب حيث ينزل الزجاج الخام في فرن كربوني درجة حرارته 1,900 - 2,200 درجة سليزية فتبدأ المقدمة في الذوبان حتى ينزل الذائب بتأثير الجاذبية و بمجرد سقوطه يبرد مكونا الجديلة الضوئية . هذه الجديلة تعالج بتغليف متتابع أثناء سحبها بواسطة جرار مع قياس مستمر لنصف القطر باستخدام ميكرومتر ليزري . تسحب اﻷلياف من القالب الخام بمعدل 10 - 20m/s يتم بعد ذلك اختبار اﻷلياف من ناحية : معامل اﻻنكسار، الشكل الهندسي و خصوصا نصف القطر، تحملها للشد، تشتت اﻹشارات الضوئية خلالها، سعة حمل المعلومات، تحملها لدرجات الحرارة و إمكانية توصيل الضوء تحت الماء رغم إن استخدام اﻷلياف الضوئية لنقل المعلومات عبر المسافات الطويلة استحوذ على معظم اﻻهتمام إﻻ أنها تستخدم لنقل المعلومات عبر المسافات القصيرة أيضا حيث تصل بين الكمبيوتر الرئيسي و الكمبيوترات الجانبية أو الطابعة . بعيدا عن مجال اﻻتصاﻻت ظهرت هناك استخدامات أخرى عديدة و مهمة لهذه اﻷلياف فمثلا نتيجة لمرونتها و دقتها دخلت في صناعة الكاميرات الرقمية المتعددة المستخدمة في التصوير الطبي مثل التصوير الشعبي و المناظير . كما دخلت في تصنيع الكاميرات المستخدمة في التصوير الميكانيكي لفحص اللحام و الوصلات في اﻷنابيب و المولدات . و لفحص أنابيب المجاري الطويلة من الداخل .
استخدمت اﻷلياف الضوئية أيضا كمجسات لتحديد التغير في درجات الحرارة و الضغط strain حيث تفضل على المجسات العادية لصغر حجمها و حساسيتها للتغيرات الصغيرة دقة أدائها .
احد التطبيقات المهمة لها كمجسات لقياس strain يكون بإدخالها في صناعة جدار بعض الطائرات مما يمنح الطائرة جدار مميز يحذر الطيار من الضغط الواقع على أجنحة أو جسم الطائرة.
admin- المدير العام
- عدد المساهمات : 1183
نقاط : 8764
تاريخ التسجيل : 18/05/2009
العمر : 34
الموقع : stars28.yoo7.com
الاوسمة
مشرف: مشرف عام
مراقب: 500
المشرفون: 100 -
صفحة 1 من اصل 1
صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى