اتصالات الألياف البصرية و النظام اليفي البصري

انتقلت اتصالات الألياف البصرية Optical Fibers من أنظمة بسيطة لإصال الضوء الى أماكن يصعب الوصول اليها الى أنظمة تؤثر على حياتنا كالتي أحدثتها الإكترونيات والحاسبات . تمتلك الألياف البصرية مزايا عديدة كقلة الفقد وخفة الوزن ولكن الميزالهامة هي سعة نطاقها العالية جداً والتي تصل الى آلاف البلايين من البتات لكل ثانية .لقد احتلت الألياف البصرية مكاناً متميزاً في مجال الاتصالات إذ حلت محل الاسلاك النحاسية في العديد من الاستخدامات كا لربط بين المقاسم الهاتفية والخطوط بعيدة المدى وعبر البحار تطورت تقنية البصريات الليفية Fiber Optics تطوراً سريعاً خلال العقود الماضية فاقت كل التوقعات مما جعلها تتربع موقعاً تنافس فيه وسائل الاتصالات الأخرى .

1. اتصالات الألياف البصرية نظرة تاريخية Historical Perspective

لقد استخدم الضوء للاتصال منذ أن خلق الله الأرض ومن عليها فبدونه لا يمكن أن نرى من حولنا وقد استخدمت الاشارات والمرايا العاكسة والمصابيح لنقل المعلومات ولكن مقدرا المعلومات المنقولة محدودة علاوة على الظروف البيئية كما يمكن للاخرين الاطلاع عليها . إن أول محاولة فعلية مدونه لاستدام الاشارات كان عام 1791 من قبل كلود شابي في فرنسا ، إذا استخدم مجموعة من الابراج تحتوي على عدة أذرع لنقل معلومات مسافة 200كليو متر يستغرق ارسال المعلومة الواحدة حوالي 15 دقيقة . في عام 1854م أجرى جون تايندل تجربة بسيطة بين أن الضوء يمكن ثنية إذا وجد الوسط الملائم وفي عام 1880م قام الكسندر جراهام بل بنقل الصوت عبر حزمة ضوئية وقد أجريت محاولات عديدة لاستخدام الاتصالات البصرية خلال هذا القرن ولكنها لم تلق النجاح لعدم توفر المنابع المناسبة علاوة على الاضطرابات الجوية كا لمطر والثلج والغبار والضباب مما حد من امكانية استخدامها . أدي اكتشاف الليزر عام 1960م من قبل ثيودور ميمان الى تجدد الاهتمام بالاتصالات البصرية وفي عام 1966م اقترح كل من تشارس كاو وجورج هوكام تصنيع الياف زجاجية قليلة الفقد وفي عام 1970م تم تصنيع الياف بصرية مصنعة من مادة السليكا وبفقد 20ديسيبل لكل كليو متر بدلا من 1000 ديسيبل لكل كليومتر قبل ذلك الوقت . وفي غضون عشر سنوات ، تم تصنيع الياف بفقد يصل الى 20,. ديسيبل لكل كيلومتر عند الطول الموجي 1550نانومتر .

2 النظام اليفي البصري Optical Fibers System

‌أ. دوائر تشغيل تقوم بتحويل الاشارة الكهربائية ويحولها الى تيار لتشغيل المنبع الضوئي.
‌ب. منبع ضوئي يقوم بايصال الاشارة الضوئية الى الليف البصري .
‌ج. الليف البصري هو القناة اللازمة لنقل الاشارات .
‌د. كاشف ضوئي يقوم بتحويل الاشارات البصرية الى اشارات كهربائية .
‌ه. مستقبل يتولى تضخيم الاشارات القادمة من الكاشف ويرسلها الى المستخدم .
‌و. موصلات ومقارن ووصلات دائمة لربط العناصر المختلفة لنظام الاتصالات دائمة لربط العناصر المختلفة لنظام لاتصالات الليفي البصري .
تمثل اتصالات الألياف البصرية  العنصر الاساسي في أنظمة الاتصالات الليفية البصرية وهي مكونة من مواد عازلة زجاجية أو بلاستيكية لها شكل اسطواني يسمى اللب محاطاً بطبقة اخرى تسمى الكساء . تستخدم الألياف البصرية كقنوات اتصال لنقل الضوء المحمل بالمعلومات من مكان الى آخر . عند دخول الضوء بزاوية معينة تحدث انعكاسات داخل الليف عند تقابل مع الكساء ويتطلب ذلك أن يكون معامل انكسار اللب أكبر من معامل انكسار الكساء . يبين الشكل ( 2) مقطعاً لليف بصري نرى انعكاس الضوء داخل الليف والذي يمكن تفسيره بنظرية الاشعاع وقانون سنل Snell,s Law عند زاوية سقوط معينة تسمى الزاوية الحرجة ، نجد إن زاوية الاشعاع المنكسر تبلغ 90 درجة بالنسبة للخط العمودي أو موازية للحد الفاص بين اللب وألكساء وعند ما تزداد زاوية السقوط عن حد معين ينعكس الاشعاع داخل اللب وهو ما يسمى بالانعكاس الداخلي الكلي . Total Internal Reflection .

 ميزات الألياف البصرية Advantages of Optical Fibers

للألياف البصرية مزايا عديدة جعلتها تتفوق على النظم الأخرى المستخدمة في مجال الاتصالات ومن هذه المميزات مايلي :

1. عرض نقاطها عال جداً .
2. قطرها صغير ووزنها خفيف .
3. لايوجد تداخل بينها مهما قربت المسافة بينها .
4. لا تتأثر بالحث أو التداخل الكهرومغناطيسي .
5. انخفاض في سعر تكلفة المكالمات .
6. اكثر أمانا وسلامة .
7. حياتها طويلة .
8. تتحمل درجات حرارة عالية ولاتتأثر بالمواد الكيميائية .
9. سهولة الصيانة كما يمكن الاعتماد عليها .
وسنشرح الآن الفوائد الرئيسية اللألياف البصرية .