الألياف الضوئية وتأثيرها على البشر، وفي عالم اليوم، تدفق المعلومات عبر الإنترنت وشبكات التلفزيون والهواتف وما إلى ذلك. لا يمكن الاستغناء عنه وينتشر يوميًا ويلعب الألياف الزجاجية دورًا مهمًا في هذا التدفق ويستمر في التطور.
توفر العديد من المجالات العلمية العديد من الوظائف، ونعلم جميعًا أن الألياف الزجاجية يمكنها نقل كميات هائلة من المعلومات وأنها في الأيام القادمة لها مزايا أكثر مما تعتقد.
ولن نتفاجأ برؤية الكابلات أو الألياف الزجاجية في منازلنا لنقل الإشارة إلى أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر، وستتوفر الألياف البصرية لنا ولأطفالنا، كثير من الناس.
بما في ذلك أولئك الذين لا يستطيعون تجنب المخاطر العديدة التي يمكن أن تسببها الألياف البصرية.
حول الألياف الضوئية وتأثيرها على الإنسان
- يعتقد البعض أنها ليست خطيرة لأن الألياف الزجاجية لا تحمل كهرباء بل فوتونات ضوئية، ومن المؤسف أن تحدث العديد من الحوادث بسبب هذا الاعتقاد.
- تتكون الألياف الزجاجية من كابلات رفيعة، وزجاج شفاف أو بوليمر، وتتكون الألياف الزجاجية من أسطوانة أخرى على المحور، والتي تشكل شعيرات رقيقة من طبقتين.
- ينتقل الضوء (على شكل موجات أو رشقات نارية ثابتة) بسرعة عالية جدًا للضوء وبخسارة قليلة جدًا محصورة في الغلاف.
- مادة أو أكثر من المطاط وغيرها من المواد التي تعمل معًا لحماية الألياف الضوئية من الكسر والخدوش وما إلى ذلك، وللتحرك والتحرك بسهولة.
انظر أيضًا: معلومات عن الألياف الضوئية واستخداماتها
يصف هيكل الألياف الضوئية
- اعتمادًا على عدد الأطوال الموجية في الألياف، يوجد نوعان رئيسيان من الألياف، يُعرف الأول باسم الألياف أحادية الاتجاه.
- نظرًا لقدرته على التحكم في طول موجي واحد فقط (أو تردد)، فإن هذا النوع من اللب يبلغ طوله من 8 إلى 10 ميكرومتر.
- والثاني هو اليعسوب متعدد الأطياف مع القدرة على المرور عبر عدة أطوال موجية في وقت واحد.
- يقع لب هذا النوع على مسافة 50 إلى 625 ميكرومتر من بعضها البعض، وبالنسبة للمسافات في القشرة، يتراوح متوسط ارتفاعها من 250 إلى 900 ميكرومتر.
الأطوال الموجية للمصادر الضوئية المستخدمة في أنظمة اتصالات الألياف البصرية
هناك نوعان من مصادر الضوء المستخدمة في أنظمة الاتصالات الضوئية، كما هو موضح في الشكل 2:
- 1 LED وهو أقل استخدامًا لأنه ضعيف.
- 2 LASER هو الآن الخيار المفضل والمفضل لفوائد الليزر عندما يتعلق الأمر بالاتجاهات الثلاثية والحيادية والنغمية وغيرها من الاتجاهات.
المصادر الضوئية المستخدمة في أنظمة اتصالات الألياف البصرية
- تتراوح الطاقة الضوئية الإجمالية في هذه الأنظمة من 50 نانوثانية إلى 10 ميلي ثانية، وهي نسبة منخفضة بالنسبة للأطوال الموجية المستخدمة في هذه الأنظمة.
- تقع في نطاق 800 إلى 1600 نانومتر (1 نانومتر = 1 مليلتر) من الطيف الكهرومغناطيسي (3)، وتعرف هذه الأطوال الموجية بالأشعة تحت الحمراء.
المجال الكهرومغناطيسي
- على الرغم من أننا لا يجب أن ننظر مباشرة إلى هذا الضوء، إلا أنه قد يتسبب في تلف العين في بعض الأحيان.
- يمكننا أن نواجه أطوال موجية تبلغ 633 أو 780 نانومتر، ولكن الأكثر شيوعًا هي الأطوال الموجية الموضحة في الجدول.
انظر أيضًا: ما هو الضوء المادي؟
الأطوال الموجية الشائعة المستخدمة في أنظمة اتصالات الألياف البصرية
- الطول الموجي لمصدر الضوء بالنانومتر هو ألياف بصرية
- 1300/1330/1520/1550/1625 وضع فردي
- 850/1310 متعدد الأوضاع.
هناك العديد من الأسباب المعقدة لهذه الحلول المعينة، ولكن السبب الرئيسي هو أن البصريات الثلاثية والامتصاصات منخفضة عند هذه الأطوال الموجية، كما نرى في الرسم البياني الموضح في الشكل 4.
الأطوال الموجية الشائعة المستخدمة في أنظمة اتصالات الألياف البصرية
ميزات الألياف الضوئية
تتعدد مزايا الألياف الزجاجية، مما أدى إلى انتشار استخدام الألياف الزجاجية وحتى استبدال الكابلات والأسلاك النحاسية بالألياف الزجاجية:
1- العزل الكهربائي
- توفر الألياف الضوئية عزلًا كهربائيًا من نقطة الإرسال إلى نقطة الاستقبال لأن الطاقة المنقولة عبرها هي طاقة ضوئية (فوتونات) وليست طاقة كهربائية (إلكترونات)، مما يسهل التعامل معها.
- والعمل في مجال تركيب الألياف الضوئية لا يتطلب وجود متخصص حيث أن استخدامها آمن ويمكن استخدامه في الأماكن العامة.
- وفي المناطق المكشوفة المعرضة للهواء الطلق والمطر والثلج، حيث لا يوجد خطر حدوث شرارات من الجروح أو الخدوش.
2- العزل الحراري
- يمكن استخدام الألياف الزجاجية لنقل الضوء دون التسبب في ضرر، كما أنها لا تزيد من درجة حرارة البيئة.
- وهذا يؤدي إلى الحاجة إلى نظام تبريد بالإضافة إلى القدرة على العمل في درجات حرارة عالية غير قابلة للاشتعال.
3- تقليل الصيانة
- بعد التثبيت الأول، لا تتطلب أسلاك وكابلات الألياف الضوئية صيانة دورية.
- وهذا يمنحها ميزة عند استخدامها في الأماكن التي يصعب فيها استخدام الكابلات التقليدية – الأسقف العالية، تحت الماء وتحت الأرض.
4- العمل الاقتصادي
- يمكن للألياف الزجاجية إرسال الضوء من مصدر ضوء واحد إلى عدة نقاط أخرى.
- هذا يعني أننا نستخدم مصدر إضاءة واحدًا فقط لإبراز نقاط متعددة، مما يقلل التكاليف.
- وتبلغ الزيادة في الوزن، جنبًا إلى جنب مع الكابلات المصنوعة من الألياف الزجاجية، حيث يمكنك استبدال الأسلاك النحاسية، 945 كجم من الألياف الزجاجية.
الفرق بين الكابلات النحاسية وكابلات الألياف البصرية من حيث الحجم
- هذا يقلل من انتقال الكابلات، خاصة عند استخدام الألياف الضوئية في الطائرات والمركبات الفضائية.
- على الرغم من أنه أقل أهمية للتركيبات الأرضية، إلا أنه من المهم نقل كمية كبيرة من الكابلات إذا كنت تقوم بتوفير الوزن.
- هناك تكاليف وفوائد أخرى لعدم تأثر الألياف الزجاجية بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية، مما يجعلها شديدة المقاومة.
- وأن المهاجمين لا يستطيعون نقل المعلومات التي يتم نقلها من خلالها، وبالتالي أمن نقل المعلومات.
- وأهم مادة هي الألياف الزجاجية وهي أرخص من رمل النحاس الذي يستخدم في الأنظمة الكهربائية.
يستخدم الألياف الضوئية
يعتقد معظم الناس أنه يستخدم فقط في الاتصالات لأن العديد من شركات الهاتف والتلفزيون مهتمة باستبدال الكابلات النحاسية بكابلات الألياف البصرية، ليس فقط للصوت والفيديو، ولكن لكليهما:
1- الإضاءة
- والألياف الزجاجية تجلب الضوء فقط إلى المكان المضاء، وهي مصدر للضوء والكهرباء.
- الذي ربما يقع على بعد أمتار قليلة من هذا المكان، حيث على سبيل المثال
- يمكن أن يكون المنزل أو غرفة الاجتماعات أو المسبح أو البئر أو أي نظام إضاءة آخر بمثابة ضوء آمن لا يسخن الألياف الزجاجية.
- لذلك يمكننا الحصول على ضوء بدون حرارة حتى نتمكن من تجنب التلف الناتج عن الحرارة وأحيانًا حرق الخيوط التي تنتجها المصابيح الكهربائية.
2- في الطب
- ويمكن للألياف الزجاجية أن تخترقها لترى الأشياء المستحيلة بدونها، وهي ذات قيمة خاصة في الطب، حيث يراقب الأطباء جسم الإنسان بمساعدة النظارات البصرية.
- كما أنهم يستخدمون أنابيب الضوء المصنوعة من الألياف الزجاجية في العمليات كما هو موضح في الشكل 6.
- ومن أجل تركيز الضوء على الفرص الصغيرة التي يصعب الوصول إليها القادرة على تمرير الألياف الضوئية وإشعاع الليزر.
راجع أيضًا: مقدمة في هندسة الضوء
أخيرًا، فإن مجال الألياف الضوئية ليس آمنًا من الفشل، ولكن معظم أجهزة الليزر المستخدمة فيما يتعلق بالألياف الضوئية هي مصادر الضوء الضعيفة المستخدمة في هذه الأنظمة.
لقد أصبحت أصغر وأصغر من الليزر المستخدم في مناولة المواد والعمليات، ولكن علينا دائمًا توخي الحذر الشديد.