أنواع الألياف الضوئية واستخدامتها

أنواع الألياف الضوئية كثيرة؛ فمنها ما يصنف حسب المواد المستخدمة في صنعها أو على حسب معامل انكسار النواة، ويمكن تصنيفها على حسب انتشار الضوء أو انتشار الضوء ومعامل انكسار النواة معًا، وفي النهاية تم تصنيع الألياف الضوئية لنقل البيانات بسهولة وسرعة، وبطريقة مناسبة وجيدة للبيئة التي يتم استخدام تلك للألياف فيها.

أنواع الألياف الضوئية

يوجد عدة أنواع للألياف الضوئية، ولكن بصفة عامة هي لها نوعين أساسيين، ويصنفان حسب انتشار الضوء، وهما:

الألياف الضوئية أحادية النمط (Single mode fiber)

• تنتقل من خلالها إشارة ضوئية واحدة في كل ليفة ضوئية من الألياف.
• يتم استخدامها في كابلات التلفزيون والتليفون.
• تمر من خلاله الأشعة تحت الحمراء.
• يتميز بصغر نصف قطر القلب الزجاجي، حيث يصل قطره إلى ٩ ميكرون تقريبًا.
• تمتاز بالسرعة في نقل البيانات.
• يمكن للألياف الضوئية أحادية النمط أن تنقل الإشارات بسرعة أكبر.

الألياف الضوئية متعددة النمط multi-mode fibers))

• يتم من خلالها نقل العديد من الإشارات الضوئية في كل ليفة ضوئية واحدة.
• تستخدم في شبكات الحاسوب.
• يكون نصف قطره أكبر، ويصب إلى ٦٢.٥ ميكرون.
• تنتقل من خلاله الأشعة تحت الحمراء.
• تنقل البيانات على مسافة أقصر.
• تعمل على نقل البيانات بسرعة منخفضة.
• يستخدم هذا النوع في الأنظمة قصيرة المدى.

وهناك أنواع أخرى تصنف على حسب نوع انكسار النواة ومنها ما يلي:

ألياف معامل الانكسار المنتظم (Step index fibers)

• لها دليل موحد ومنتظم للانكسار، وتتكون من نواة محاطة بكسوة.

ألياف معامل الانكسار المتدرج (Graded Index Fibers)

• يطلق عليها بالانكسار المتدرج؛ لأن معامل الانكسار للألياف الضوئية يتناقض ومتدرج مع زيادة المسافة الشعاعية.
• ينتشر هذا النوع في التطبيقات التي تحتاج إلى نطاق واسع من الموجات.

وهناك أنواع تصنف حسب المادة المستخدمة في تصنيع الألياف ومنها ما يلي:

ألياف ضوئية زجاجية (Glass Fibers)

• يستخدم في تصنيعها مادة زجاجية دقيقة جدًا.
• تتحمل الألياف الضوئية الزجاجية درجات الحرارة سواء كانت المنخفضة أو المرتفعة.
• ألياف خفيفة الوزن، ويسهل استخدامها للمساحات الصغيرة.
• هي ألياف محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي.

ألياف ضوئية بلاستيكية (Plastic Optical Fibers)

• هي عبارة عن ألياف مصنعة من البوليمرات.
• ويتم بها استخدام مادة البولي ميثيل كمادة أساسية لنقل الضوء.

سرعة الألياف الضوئية

• يمكن للألياف الضوئية أن تنقل البيانات بسرعة عالية في إرسال واستقبال البيانات، وعلى نطاق ومسافة كبيرة مقارنة بأي وسيلة أخرى.
• ويمكن للألياف الضوئية نقل البيانات والمعلومات بسرعة الضوء لأنها تعتمد على الأشعة الضوئية، ولا تعتمد على تدخل كهرومغناطيسي.
• حيث تصل سرعة الألياف الضوئية إلى ٢٠ جيجا بايت في الثانية.

شاهد أيضًا: كم هي السنة الضوئية

استخدامات الألياف الضوئية

مما لا شك فيه أن الألياف الضوئية أصبحت منتشرة جدًا في الوقت الحالي وأصبحت محل تركيز التقنيات الحديثة، وخاصة في الحالات التي تتطلب سرعات عالية في نقل البيانات والمعلومات دون توقف أو تقطع في الاتصال

مثل: الألياف الضوئية المستخدمة في نقل البيانات داخل الطائرات، أو الغواصات، أو أجهزة المستشفيات، أو أجهزة البنوك والبورصة وغيرها.

وللألياف الضوئية استخدامات كثيرة في عدة مجالات مختلفة؛ سنوضحها فيما يلي:

استخدام الألياف الضوئية في مجال الاتصال

• تستخدم في توصيل الاتصالات على مسافات طويلة، وبسرعة كبيرة.
• تعمل الألياف الضوئية على ربط الهاتف بالاتصالات البعيدة.
• تمنع بشكل كبير التشويش الإلكتروني والضوضاء خلال عملية الاتصال.
• تعد الألياف الضوئية وسيلة اتصال فعالة ومرنة، لذلك يتم استخدامها في الاتصالات بالإنترنت.
• تستخدم في شاشات العرض، وكاميرات الفيديو، والكاميرات، والأجهزة الرقمية، وغيرها.
• وتستخدم الألياف الضوئية في نقل الصور الفوتوغرافية من الأماكن التي يصعب الوصول إليه.
• تستخدم في اتصال شبكات الحاسوب، والشبكات العالمية ببعضها.

استخدام الألياف الضوئية في المجال الطبي

• يتم استخدام الألياف الضوئية في تصنيع الأجهزة الطبية الحديثة.
• تساعد الألياف الضوئية في إجراء العديد من العمليات الجراحية، وذلك لنقل الصورة كاملة من داخل الجزء المصاب أثناء الجراحة.
• يتم استخدامها في المناظير الداخلية، والليزر.
• تستخدم في عمليات الحقن المجهري وغيرها.
• يستطيع الأطباء الآن الوصول إلى الأعضاء الدقيقة الحساسة.
• تستخدم في الكشف عن الأورام السرطانية.
• تستخدم في عمل قسطرة القلب.

استخدام الألياف الضوئية في المجال العسكري

• تعمل الألياف الضوئية على وصول المعلومات والبيانات بأثر دقة من الرادار.
• عند استخدام الألياف الضوئية يصعب التجسس على المعلومات أو أخذ الإشارة منها.
• تساعد الجنود في الوصول إلى أماكن الخصم بسهولة، والسيطرة على أماكن الأسلحة.
• تستخدم الألياف الضوئية في التأمين على البيانات العسكرية السرية.
• يتم استخدامها في الغواصات والمركبات والطائرات العسكرية، لأنها تنقل البيانات المطلوبة بسرعة دون تشويش أو تقطع.

استخدام الألياف الضوئية في مجال الصناعة

• تستخدم الألياف الضوئية في الصناعات الإلكترونية الحديثة.
• يتم استخدامها في إضاءة السيارات.
• يستخدمها مهندسون الصناعة في الكشف عن الأعطال التي يصعب الوصول إليها.
• تستخدم في الديكورات والإضاءة الحديثة.

شاهد أيضًا: ما هي مميزات وعيوب الطاقة الشمسية

مزايا الألياف الضوئية

للألياف الضوئية عدة مزايا عديدة توضحها فيما يأتي:

• تعد الألياف الضوئية أخف وزنًا وأقل حجمًا من الأسلاك النحاسية.
• تعمل على توصيل البيانات والمعلومات المطلوبة بسرعة دون تشويش أو ضوضاء.
• تعتبر الألياف الضوئية أقل توفيرًا في استهلاك الطاقة، لأنها تعتمد على الطاقة الضوئية.
• لا تتأثر الألياف الضوئية بالطاقة الكهرومغناطيسية.
• تقوم بنقل المعلومات والبيانات عبر نطاقات واسعة ومسابقات كبيرة.
• الألياف الضوئية غير قابلة للاشتعال.
• تعتبر الألياف الضوئية أقل تكلفة واقتصادية.
• سهلة التخزين والنقل.
• تستخدم لفترات طويلة، لأنها لا تتأثر بالحرارة والعوامل الجوية.

شاهد أيضًا: أنواع الألياف البصرية ومميزاتها وعيوبها

مما تصنع الألياف البصرية

• الألياف البصرية أو الضوئية (Optic Fiber) هي ألياف شفافة تصنع من زجاج خاص، ويكون سمكها رقيق جدًا لا يتعدى سمك شعرة، وتكون الألياف البصرية محاطة بغلاف داخلي يعمل على حفظ الضوء في مركز الألياف البصرية.
• وتكون مصنوعة من مادة تسمى السليكا، ويحيط بكل هذا غلاف أو غطاء خارجي يكون مصنوع من البلاستيك يعمل على حماية الألياف البصرية من الرطوبة وأي أضرار.

الألياف الضوئية كيف تعمل؟

تعمل الألياف الضوئية من خلال انتقال الضوء عن طريق الانعكاس الداخلي المستمر في جدران السلك، حيث يرتد كل جسيم ضوئي أو فوتون مع استمرار الانعكاس في الجدار المحاذي داخل الليف الضوئي والقلب الزجاجي.

ولأن هذا الجدار لا يمتص أي ضوء من الضوء الساقط عليه؛ فالإشارة والبيانات تسافر عبر مسافات كبيرة، ومناطق بعيدة، ويتكون نظام عمل الألياف الضوئية في إرسال البيانات من ثلاثة طرق:

• المرسل: ويعمل على تحويل الإشارة الكهربائية إلى إشارات أو معلومات ضوئية.
• الألياف الضوئية: هي الوسط الذي يتم من خلاله نقل الإشارات الضوئية من المرسل إلى المستقبل، وعلى مسافات بعيدة.
• المستقبل: يعمل على استقبال الإشارات الضوئية، ويقوم بتحويلها إلى إشارات كهربائية مرة أخرى.