في الألياف البصرية هي خيوط مرنة مصنوعة من مواد شفافة مثل الزجاج أو الألياف البلاستيكية والتي تستخدم كوسيلة لإكثار ضوء. الألياف الضوئية رقيقة جدًا بشكل عام ، مع وجود القليل منها فقط ميكرومترمن السماكة (10-6 م) ، ولكن يمكن أن يصل طوله إلى عدة كيلومترات. تحتوي الألياف الضوئية على العديد من التطبيقات ، مع كون نقل البيانات أحد أكثر التطبيقات شيوعًا.
فيزياء الألياف البصرية
تتكون الألياف الضوئية من اللب والصدفة والغطاء الواقي.
تتكون الألياف الضوئية من نواة شفافة عالية. معامل الانكسار مطلية بطبقات بلاستيكية شفافة تكون مؤشرات انكسارها أقل من تلك الموجودة في القلب. الظاهرة الفيزيائية التي تسمح باستخدام الألياف الضوئية هي انعكاسداخليمجموع من الضوء.
من اجلك انعكاس داخلي كامل، ينبعث الضوء في قلب الألياف الضوئية في أ زاوية الحد الأدنى من الحدوث، اتصل زاوية الحد (وتسمى أيضًا الزاوية الحرجة) ، ويتم قياسها بالنسبة للواجهة بين القلب والغلاف. تسمح هذه الزاوية للضوء بالخضوع لانعكاسات داخلية متتالية داخل الألياف الضوئية دون أن يهرب من هناك.
بهذه الطريقة ، يمكن للضوء أن ينتشر عبر مسافات طويلة ، مع الحد الأدنى من الخسائر فيه الشدة، بالإضافة إلى مراقبة الشكل الذي يتم فيه ترتيب كابلات الألياف الضوئية.
ببساطة ، يعمل كابل الألياف الضوئية مثل نفق معكوس يعكس الضوء.
يمكن أيضًا أن تنتشر الألياف الضوئية أكثر من لون واحد ، أو طول الموجة، داخل. هذه العملية تسمى مضاعفة، يسمح بنقل المزيد من المعلومات في وقت واحد عبر ألياف بصرية واحدة ، مثل الإنترنت والهاتف و التلفزيون ، وهو شيء لا يمكن عمله بالكابلات التقليدية ، مثل تلك المصنوعة من النحاس ، والتي تستخدم على نطاق واسع للنقل حجر النرد.
عندما تنبعث أطوال موجية مختلفة داخل الألياف الضوئية ، تميل الألوان إلى الاختلاط ، وبالتالي تشكل a الحزمأبيض، بسبب نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضةمادة مضافة من الألوان. وبالتالي ، في أطراف هذا النوع من الكابلات الضوئية ، يتم استخدام نوع من المنشور القادر على تشتيت الضوء ، ويفصل بين الألوان المختلفة وبالتالي يعرض نطاق منفصلة ، مميزة لكل طول موجي.
نظرةأيضا:ما هو الانكسار؟
لما هذا
يستخدم المنظار الداخلي لالتقاط صور داخل الحلق.
تحقق من بعض الاستخدامات الرئيسية للألياف الضوئية:
تدفقفيحجر النرد: يمكن استخدام الألياف الضوئية لنقل البيانات من الإنترنت والهاتف والتلفزيون والشبكات والراديو وما إلى ذلك.
الحصولفيالصور: يمكن استخدام الألياف الضوئية للحصول على صور من الأماكن التي يصعب الوصول إليها ، حيث يمكن أن ينعكس الضوء في الداخل على مسافات كبيرة.
مجسات: من خلال الألياف الضوئية ، من الممكن بناء مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار القادرة على ذلك التغيرات الحساسة في درجة الحرارة ، والتشوهات الصغيرة في المواد الصلبة ، وترددات الضوء ، واستقطاب ضوء الخ
المميزات والعيوب
الضوء قادر على الانتشار داخل الألياف الضوئية بفضل الخصائص البصرية لبوه.
→ المزايا
سرعةفيتدفق: معظم كابلات الألياف الضوئية المستخدمة في العالم قادرة على إرسال 40 جيجابت / ثانية (جيجابت في الثانية - 109 بت / ثانية) ، ومع ذلك ، توجد حاليًا تقنيات قادرة على نقل ما يصل إلى 1 بت / ثانية (بيتابت في الثانية - 1015 بت / ثانية).
مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي: كابلات الألياف الضوئية مصنوعة من مواد عازلة ، ولا تتداخل الموجات الكهرومغناطيسية الخارجية مع انتشار الضوء داخل هذه المواد.
قليلتخفيففيالإشارة: على عكس الكابلات الموصلة ، يمكن للألياف الضوئية نقل المعلومات باستخدام خسائر صغيرة: حوالي 0.2 ديسيبل / كم (0.2 ديسيبل - وحدة شدة الطاقة التي يحملها لوح).
كلفة: كابلات الألياف الضوئية أرخص من كابلات الموصلات النحاسية.
حياةمفيد: يتمتع هذا النوع من الكابلات بعمر خدمة طويل جدًا يقدر بأكثر من 100 عام من الاستخدام المتواصل.
مساحة: نظرًا لمعدل نقل البيانات ، تشغل كابلات الألياف الضوئية مساحة أصغر بكثير من الكابلات التقليدية.
→ العيوب
طلب: تكون كابلات الألياف الضوئية إما تحت الأرض أو متصلة دائمًا بالأرض.
هشاشة: كابلات الألياف الضوئية حساسة ويمكن أن تنكسر بسهولة أكبر من الكابلات النحاسية ، وهي ليست مرنة مثل الكابلات المعدنية.
المسافات: على الرغم من أنها تمتص القليل من الضوء ، إلا أن كابلات الألياف الضوئية تغطي مسافات كبيرة مثل تلك وهي عبارة عن غواصات ، فهي بحاجة إلى العديد من مكررات الإشارة لتعزيز خسائر شدة ضوء.
سرعة الألياف البصرية
تتمتع معظم كابلات الألياف الضوئية المستخدمة اليوم بقدرات نقل فيما بينها 10 و 40 جيجابت / ثانية. ومع ذلك ، هناك العديد من التطبيقات التي تتطلب معدلات نقل أعلى ، لذلك هناك بعض شركات النقل طورت الاتصالات السلكية واللاسلكية بالفعل كابلات يزيد طولها عن 7000 كيلومتر ، قادرة على إرسال ما يصل إلى 15.5 تيرابت / ثانية (تيرابت / ثانية - 1015 بت / ثانية). يُقدر أن كبلات الألياف الضوئية من هذا النوع قادرة على دعم ما يصل إلى 3،000،000 مكالمة هاتفية متزامنة أو ما يصل إلى 90،000 قناة تلفزيونية.
يمكن استخدام الألياف الضوئية لنقل الإنترنت.
كيف تصنع الألياف الضوئية؟
أكثر المواد شيوعًا لبناء الألياف الضوئية هي السيليكا ، الاسم الشائع لـ أكسيدفيالسيليكون (SiO2). ومع ذلك ، اعتمادًا على التطبيق المطلوب ، يمكن استخدام مواد أخرى في بنائه ، مثل الزجاج المشتق من الفلور وبعض عناصر عائلة الكالكوجين ، مثل الكبريت.
بي. رافائيل هيلربروك
