مميزات الألياف الضوئية وعيوبها
مميزات الألياف الضوئية
في عصرنا الحالي، أصبحنا بلا غنى عن الإنترنت والاتصال والتواصل السريع، ولهذا تم تطوير تقنية الألياف الضوئية التي تساعد على نقل البيانات، وتتميز بمجموعة واسعة من المزايا، منها
- عرض النطاق الترددي والسرعة
يمكن لكابل الألياف الضوئية استيعاب عرض نطاق وسرعة عالية للغاية، وربما يكون الحجم الهائل للبيانات التي يمكن إرسالها لكل وحدة من كابل الألياف الضوئية هو الأمر الأكثر أهمية.
- التكلفة المعقولة
نظرا لزيادة هائلة في مجال الألياف الضوئية وتصاعد المنافسة في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك شركات الألياف الضوئية في السعودية، تراجعت تكاليف النفقات الرأسمالية بشكل كبير، حيث استمر عدد من منتجي الألياف في الزيادة بسبب الطلب المتزايد على الألياف الضوئية.
- قوة الإشارة
يكون فقدان الإشارة في كابلات الألياف الضوئية أقل بكثير من الكابلات النحاسية، وعلى عكس الكابلات النحاسية، لا تحتوي الألياف الضوئية على تشويش أو تقاطع، ويمكن تقليل تبديد الطاقة وزيادة متوسط مسافة نقل البيانات.
- خفة الوزن وقة السماكة
تُعَدُّ الألياف الضوئية أخف وزنًا من الكابلات النحاسية، ويمكن تطويرها لتقليل الأبعاد بشكل كبير، وهي أرق وأخف وزنًا من توصيلات الأسلاك النحاسية، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للإعدادات ذات المساحة المحدودة، كما أن وزنها الخفيف يجعل عملية تركيبها سهلة إلى حد ما.
- طول العمر
يتميز كابل الألياف الضوئية بعمر إنتاجي يصل إلى حوالي 100 عام، مما يجعله استثمارًا مناسبًا على المدى البعيد.
- نبضات الضوء
على عكس الإشارات الكهربائية التي تنتقل عبر الكابلات النحاسية، فإن إشارات الضوء التي تنتقل عبر الألياف الضوئية لا تتداخل مع بعضها البعض من نفس الكابل الضوئي، وهذا يعني أنها توفر جودة أفضل وأكثر دقة في عمليات الاتصال، مما يشبه المكالمات الهاتفية ذات الجودة المنخفضة أو التلفزيون ذي الدقة العالية.
- حماية البيانات
لا تنتج الكابلات الضوئية أي إشعاع كهرومغناطيسي، وبالتالي فإنها صعبة جدًا في القيام بالتجسس عليها أو التدخل فيها أثناء نقل أو إرسال البيانات، ولذلك فإن هذه الكابلات لا يمكن التلاعب بها.
- تضاعف تعدد الاستخدامات
تعتبر الألياف الضوئية أكثر مرونة وقدرة على التكيف من الأسلاك النحاسية ذات الأبعاد نفسها، ويمكن تشكيل كابل الألياف الضوئية بسهولة وينحني بمرونة، ويتحمل معظم المكونات الحمضية التي تتلامس مع الأسلاك النحاسية، ونظرا لأن الألياف الضوئية رفيعة جدا، فإنها لا تنكسر في الواقع عند لفها حول زوايا بحجم بضعة سنتيمترات فقط.
عيوب الألياف البصرية
على الرغم من فوائد الألياف الضوئية المتعددة، إلا أنها تعاني أيضًا من بعض القصور الهامة، والتي تشمل ما يلي:
- انخفاض الطاقة
يتم تقييد طاقة المصادر التي تبعث الضوء بشدة، وعلى الرغم من إمكانية الحصول على مصادر عالية الطاقة لتعزيز توصيل الطاقة، إلا أن ذلك يأتي بتكلفة إضافية.
- المرونة
تعتبر الألياف الضوئية أكثر حساسية وعرضة للتلف بشكل خاص من الكابلات المعدنية الأخرى، وعلى الرغم من خفة الحركة الإضافية، إلا أنها أكثر ضعفا وعرضة للتلف من الكابلات النحاسية، ويجب التعامل والصيانة الحذرة معها، ولذلك فإن طريقة تركيب الألياف الضوئية تعتبر دقيقة نوعا ما
- متوسط المسافة بين المرسل والمستقبل
يجب تقليل المسافة بين المرسل والمستقبل إلى الحد الأدنى، أو استخدام أجهزة إعادة الإرسال لتعظيم قوة الإشارة.
- الصهر أو الوصل
تتطلب استخدام الألياف الضوئية توظيف متخصصين محترفين وأكفاء في ربط انصهار الألياف الضوئية معًا، وكذلك في الفحص والتقييم.
ماهي الألياف الضوئية
تعمل الألياف الضوئية على إرسال المعلومات باستخدام نبضات ضوئية بدلاً من الإشارات الكهربائية، مما يمكن أن يؤدي إلى عرض نطاق ترددي أعلى بعدة مرات من الأنظمة الكهربائية التقليدية.
يمكن استخدام الغلاف الخارجي والدروع لحماية كابل الألياف الضوئية من الظروف الجوية السيئة. يتكون الغلاف الخارجي للألياف الضوئية، أو الطبقة العاكسة الخارجية، من زجاج أو ألياف بلاستيكية رقيقة تتراوح أقطارها حوالي 125 ميكرومتر.
تعتبر الألياف الضوئية تقنية تستخدم في نقل البيانات والمعلومات عبر كابل يتألف من مجموعة من الألياف أو الخيوط البلاستيكية أو الزجاجية.
يتألف هذا الكابل من مجموعة من الألياف الزجاجية التي تساعد في نقل البيانات المعدلة باستخدام موجات الضوء.
يمكن تلخيص الأساسيات التي يتم الاعتماد عليها عند تصميم كابل الألياف الضوئية بأنها:
- شكل ومظهر الكبل.
- قوة المتانة أو مدى صلابة الكبل.
- مستوى القوة للشد.
- مرونة الكبل.
- مستوى تحمل درجة الحرارة.
- حجم وسماكة الكابل.
- مدى قابليته للاحتراق أو التأثر بالحرارة.
أنواع الألياف الضوئية
هناك ثلاثة أنواع شائعة من كابلات الألياف البصرية، كما هو موضح أدناه. يتوقف اختيار كل نوع على مدى ملاءمته لاستخدام معين بناء على خصائص كابلات الألياف البصرية.
- الألياف الضوئية أحادي النمط
تُطلق عليه أحيانًا اسم كابل ليف أحادي الوضع، وتُعد كابلات الألياف الضوئية الأحادية والمتعددة الأساليب من بين أنواع كابلات الألياف الضوئية الأبسط، وتتميز بمؤشر الخطوة.
تتميز الكابلات الليفية أحادية النمط بأقطار أساسية صغيرة جدًا تتراوح بين 5 و 9.5 ميكرون، ويحيط اللب بقطر كسوة قياسي يبلغ 125 ميكرون.
يتم وضع الغلاف على الكسوة لتوفير الحماية الميكانيكية، وتصنع السترات من نوع واحد من البوليمر بألوان مختلفة لأغراض التمييز بين الألوان.
تمتلك القدرة على حمل إشارات لمسافات طويلة مع خسارة منخفضة، وتستخدم بشكل أساسي في أنظمة الاتصالات.
تختلف عدد الأنماط المنتشرة في ليف أحادي النمط اعتمادًا على طول الموجة للضوء الذي ينقله، حيث يتم توليد تعدد الأنماط عندما يكون طول الموجة هو 980 نانومتر.
مع زيادة الطول الموجي تحمل الألياف أوضاعًا أقل حتى يبقى وضع واحد فقط، إلى أن تبدأ العملية أحادية النمط عندما يقترب الطول الموجي من قطر النواة، عند 1310 نانومتر ثم يعمل ككابل ليف أحادي الوضع.
- الألياف الضوئية متعددة الأوضاع
تحتوي هذه الوحدات على أقطار أكبر من الوحدات الأحادية الوضع، حيث تتراوح الأقطار الأساسية بين 100 و 970 ميكرون، وهي متاحة على شكل ألياف زجاجية وسيليكا بلاستيكية وألياف بلاستيكية، وهي أيضًا تتميز بنطاق واسع .
بالرغم من أن كابلات الألياف الضوئية ليست الأكثر كفاءة في المسافات الطويلة وتتعرض لخسائر أعلى من كابلات الألياف الأحادية الوضع، إلا أنها تستطيع حمل إشارات للمسافات المتوسطة والطويلة بخسارة منخفضة عند استخدام مكبرات الصوت الضوئية لتعزيز الإشارات إلى الطاقة المطلوبة.
- الألياف ذات المؤشر المتدرج
تتميز كابلات الألياف ذات المؤشر المتدرج بأنها تحتوي على أقطار متشابهة، ويبلغ قطر الألياف المتدرجة الشائعة 50، 62.5، أو 85 ميكرون، بينما يبلغ قطر الكسوة 125 ميكرومتر.
يتكون اللب من طبقات زجاجية متعددة متحدة المركز، ويشبه إلى حد ما الحلقات الحلقية لشجرة أو قطعة من البصل، وتتوسع كل طبقة متتالية للخارج من المحور المركزي لللب حتى يكون للكسوة قطر داخلي صحيح أقل.
ينتقل الضوء بشكل أسرع في مادة بصرية ذات معامل انكسار أقل، وبالتالي كلما زاد انحراف الضوء عن المحور المركزي، زادت سرعته.
يحظى هذا النوع بشعبية في التطبيقات التي تتطلب نطاقًا واسعًا من الموجات، وخاصة في أنظمة الاتصالات السلكية واللاسلكية والمسح الضوئي والتصوير ومعالجة البيانات.
كيف تعمل الألياف البصرية
تعمل الألياف البصرية عن طريق كبل خاص بها لنقل البيانات بين المواقع الأخرى عبر إرسال نبضات ضوئية، وتستخدم في إرسال واستقبال الصور والرسائل الصوتية وغيرها.
تتم تصميم شبكات الألياف البصرية باستخدام كابلات زجاجية أو بلاستيكية مغلفة بطريقة فعالة، وتكون مصنوعة من النحاس من الداخل.
أحدثت هذه التقنية نقلة نوعية كبيرة في مجال الاتصال والتواصل، من خلال تسهيل عملية نقل البيانات والمعلومات، والتي استبدلت الكوابل النحاسية.
نحن في عالم يتطلب التواصل وفي تطور مستمر، ولا يمكن الاستغناء عن الإنترنت الذي يسهل المكالمات الهاتفية وتحميل الفيديوهات والصور من مواقع الإنترنت وغيرها، لذا يتميز هذا العالم بالاعتماد الشديد على الإنترنت.
ومن استخدامات الألياف الضوئية ما يلي:
تُستخدم هذه الأسلاك في الشبكات المحلية، وتقوم شركات الاتصالات باستخدامها في الأغراض التالية
- تحل محل خطوط الهاتف.
- أصبحت الألياف الضوئية أكثر انتشارًا في الاتصالات السلكية واللاسلكية ونقل البيانات بسبب مزاياها الفريدةالتي لا يوجد لها مثيل.
- يتم نقل البيانات بسرعة عالية وبحجم صغير، مع تقليل التعرض للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
- إمكانية نقل معلومات وبيانات هائلة.