الألياف الضوئية هي ألياف مصنوعة من البلاستيك أو الزجاج، وهي تستخدم لتوجيه الضوء عبرها بحيث يسير بطولها. تُستخدم الألياف الضوئية في شبكات الاتصالات الضوئية، والتي تتيح نقل البيانات بمعدلات أعلى بكثير مما تتيحه وسائل الاتصال الأخرى.

فكرة عمل الالياف الضوئية Fibber Optics

فالألياف الضوئية عبارة عن جدايل رفيعة كشعرة الإنسان تكون طويلة من زجاج نقي جدا، وأن هذه الجدايل تصطف معا في حزمة تسمى الحبل الضوئي، وهي تتكون من:

1ـ القلب

يتكون هذا القلب الزجاجي على درجة عالية من النقاء، ويعد مسارًا ينتقل من خلاله الضوء.

2ـ الغلاف

وهي المادة المحيطة بالقلب وتقوم بانعكاس الضوء لكي يبقى داخل القلب.

3ـ غطاء الحماية

هو غلاف بلاستيكي يحمي القلب من أي ضرر.

اقسام الالياف الضوئية

الالياف الضوئية تنقسم لنوعين رئيسيين وهما:

الالياف ذات النمط المفرد

يتميز قلب الألياف البصرية بحجم صغير لا يتجاوز 9 ميكرون، وهو ينقل إشارات الليزر تحت الحمراء التي يبلغ طول موجتها بين 1300 و1500 نانومتر.

الالياف متعددة النمط

تتميز بأن لديها قلب قطره يصل طوله إلى 62.5 ميكرون، وتعمل على حمل ونقل الإشارات تحت الحمراء التي يكون قطرها بين 850 و1300 نانومتر.

وتنبعث هذه الضوء من صمامات إلكترونية توجد فيها.

نظام  الألياف الضوئية

نظام الالياف الضوئية يتكون من ثلاث أجزاء رئيسية وهي:

1ـ Transmitter

يقوم هذا الجهاز بتشفير الإشارة الضوئية ليصبح مصدر الضوء الجزء الرئيسي فيه، ويمكن أن يكون ذلك باستخدام الدايود الضوئي أو الليزر.

2ـ Fiber-optic

هذا هو الجزء المخصص لنقل الإشارات الضوئية عبر المسافات.

3ـ receiver

وظيفة الجهاز هي استقبال الإشارة الضوئية وفك شفرتها ، ثم تحويلها إلى إشارة كهربائية.

مميزات الالياف الضوئية

حدثت الألياف الضوئية ثورة في عالم الاتصالات لأنها تتميز عن الأسلاك التقليدية بسرعة وكفاءة التوصيل

يتميز الكابل الضوئيبقدرته الأكبر على حمل المعلومات، حيث يكون رفيعًا عن الأسلاك العادية، مما يجعل من السهل وضع عدد كبير منها داخل حزمة واحدة، مما يساهم في زيادة عدد خطوط الهاتف أو عدد قنوات البث التلفزيوني في كابل واحد.

تتميز الألياف الضوئية بأن حجمها أقل من حجم الأسلاك النحاسية التقليدية بسبب أن نصف قطرها أقل من نصف قطر الأسلاك النحاسية، وبالتالي يمكن استبدال سلك نحاسي بقطر 7.62 سم بسلك من الألياف الضوئية بقطر لا يتجاوز 0.635 سم، ويكون ذلك ذو أهمية عند تمديد الأسلاك تحت الأرض.

يتميز الألياف البصرية بالخفة والوزن الخفيف حيث يمكن استبدال أسلاك النحاس التي يبلغ وزنها 94.5 كجم بأسلاك من الألياف البصرية التي يبلغ وزنها 3.6 كجم.

تُعدّ الاستجابة الأقل للإشارة المرسلة أمرًا مهمًا.

5ـ انه يكون هناك عدم امكانية تداخل الإشارات المرسلة وذلك عن طريق الالياف الضوئية التي تكون متجاورة في حبل واحد اذي يكون معه وضوح الاشارة التي تم ارسالها، وانها كذلكم لا تتعرض للتدخلات الكهرومغناطيسية الذي يؤدي ان الاشارة يتم نقلها في سرية تامة،/ الامر الذي يجعل لها اهمية في الاغراض العسكرية.

تقليل خطر الحرائق بسبب عدم قابلية الأشياء للاشتعال.

تحتاج الألياف الضوئية إلى طاقة أقل في المولدات، وذلك لأن عملية الفقد أثناء التوصيل تكون قليلة.

لقد انتشر استخدام الألياف الضوئية في العديد من الصناعات، وخاصة في مجال الاتصالات وشبكات الحاسوب.

تم استخدامها في التصوير الطبي بجميع أنواعه، كما تم استخدامها في عمليات التنقيب داخل باطن الأرض، وذلك لاستخدامها كمسجات عالية الجودة، تقوم بتغيير درجات الحرارة والضغط.

كيف تصنع الالياف الضوئية

في البداية، ذكرنا أن المادة التي تستخدم لصنع الألياف الضوئية هي زجاج عالي النقاء، ووصف أحد الشركاء هذا النوع من الزجاج بأنه يمكن رؤية الأشياء بوضوح عندما يتم وضعمحيط من الألياف الضوئية يصل إلى مسافات بعيدة جدًا، ويمكن رؤيتها بوضوح من السطح إلى القاع. وبالتالي، يمكن تلخيص صناعة الألياف الضوئية كالتالي:

إنتاج اسطوانة زجاجية غير مشكلة.

يتم سحب الألياف من هذه الأسطوانة الزجاجية.

تتم إجراء اختبارات على هذه الألياف.

يتم صنع الزجاج المستخدم في صناعة الأسطوانات بواسطة عملية تسمى modified chemical vapour، حيث يتم تمرير الأكسجين على محلول كلوريد السيليكون وكلوريد الجرمانيوم على كيماويات أخرى، ثم يتم تمرير الأبخرة المتصاعدة في داخل أنبوب الكوارتز الموضوع في مخرطة خاصة، ويتم تحريك مجمر حول أنبوب الكوارتز عندما يدور، ويتسبب ذلك في حدوث شيئين وهما الحرارة العالية

يتفاعل السيليكون والجرمانيوم مع الأكسجين لتكوين أكسيد الجرمانيوم وأكسيد السيليكون.

يتم تكوين الزجاج الخام عن طريق تسريب أكسيد الجرمانيوم وأكسيد السيليكون على جدار الأنبوب المخني الداخلي، ويتم الاندماج بينهما لتشكيل الزجاج الخام، ويمكن التحكم في درجة نقاؤه من خلال التحكم في التركيز.

يتم سحب الألياف من الأسطوانة باستخدام أداة السحب، ومن ثم يتم وضعها في فرن كربوني لإنتاج الزجاج الخام. يتم اختبار الألياف قبل استخدامها.