الاتصالات بالألياف البصرية

الاتصالات بالألياف البصرية:

تعود تجارب إستخدام الضوء في الاتصالات إلى عام 1880م عندما أجرى مخترع الهاتف ؛ألكسندر جراهام بل تجربة نقل الصوت من خلال الضوء بواسطة جهاز ابتكره لهذه الغاية وتم نقل الصوت بهذه الطريقة مسافة 200 متر. وكان هذا الجهاز يتألف من مرآة هي عبارة عن لوح معدني رقيق عاكس مرتبطة بلاقطة صوت تقوم ذبذبات الصوت بضبط شعاع الضوء (ضوء الشمس في هذه التجربة) وأمكن استقبال الضوء بواسطة خلية حساسة للضوء من مادة السلينيوم واستعادة الإشارة الصوتية منها على ب عد 200 متر وسمي إبتكاره هذا بالهاتف الضوئي.

هذه الطريقة لم تمكن صاحبها من الإستفادة منها كما حدث للهاتف نتيجة ما تعانيه من تغيرات الأحوال الجوية مثل هطول الأمطار أو الغبار كما أنها عرضة للإكتشاف والتصنت. ولم يتعدى الهاتف الضوئي مرحلة التجارب لعدم وجود مصدر ضوئي ذو كفاءة جيدة بل استخدم الشمس وعدم وجود وسط ناقل قليل الفقد بل استخدم الهواء. وانتظرت هذه التجارب ثمانين عاما أخرى قبل أن تتخطى مرحلة مهمة وهي إبتكار الليزر عام 1960م فالليزر LASER: Light Amplification by Stimulated Imition Radiation يوفر مصدر إشعاع ضوئي ضيق الحزمة عالي الطاقة يغذى بمصدر كهربائي مما شكل وسيلة مناسبة لحمل المعلومات.
إلا أن تجارب إستخدام إشعاع الليزر في الاتصالات في الهواء لم تكن ممكنة التطبيق عمليا وعلى نطاق تجاري لأنها يمكن أن تسبب العمى عند مواجهة العين البشرية حزمة إشعاع الليزر.
لكن إبتكار جهاز الليزر حفز الباحثين لإستخدامه في الاتصالات من خلال إستخدام الزجاج كوسط ناقل إلا أن التجارب التي أجريت كانت تواجه مشكلة كون نقاوة الزجاج المتوفر في ذلك الوقت لم تكن كافية لتوفير إتصالات عملية لمسافات طويلة.
وفي عام 1970م ابتكرت إحدى الشركات المتخصصة بتقنية الزجاج كابل ليف بصري يساوي 4 ديسبل/كيلو متر أي أن طاقة الإشارة الضوئية المرسلة عبر هذا الكابل تنخفض إلى نصف مقدارها بعد 800 متر.
وبالرغم من أن هذا المقدار يعد سيئا في الوقت الحاضر إلا أنه ع د نقلة نوعية في هذا المجال في ذلك الوقت.
وبالإضافة إلى ثنائي الليزر فقد تم إبتكار الثنائي الباعث للضوء Light Emitting Diod واستخدم في الشبكات القصيرة مثل الربط بين أجهزة الحاسوب وشبكات المعلومات المحلية وأنظمة التحكم في الطائرات.
الليف البصري:

يمكن تعريف الكابل البصري بكونه سلك رفيع جدا من الزجاج النقي جدا يتألف من لب تحيط به قشرة خارجية مصنوعة من نفس الزجاج لكنها تختلف عنه بإضافة بعض المركبات الكيميائية تجعل معامل الإنكسار لها أقل بقليل من اللب كما تحاط القشرة بمادة بلاستيكية لحماية الليف البصري من المؤثرات الميكانيكية.
وطبيعة تحول معامل الإنكسار تقسم الكابلات البصرية إلى نوعين: الأول; يتغير فيه معامل الإنكسار بصورة مفاجئة بين القشرة واللب ويدعى بكابل معامل القفزة Step index والنوع الثاني; والذي يتغير فيه معامل الإنكسار بصورة تدريجية في اللب والقشرة ويدعى بكابل المعامل المتدرج Graded index وشاع هذا النوع في بداية الثمانينات لسهولة صنعه ولكونه ذو فقد أقل من النوع السابق المماثل له في القطر المصنع في ذلك الوقت.

وفي نهاية الثمانينات تم تصنيع نوع جديد من كابل معامل القفزة ذو فقد أقل كما أن الضوضاء المتولدة فيه أقل من كابل العامل المتدرج وتأخر صنع هذا النوع من الكابل لكونه ذا لب بقطر 102 مايكرون بينما يكون قطر اللب بين 20050 مايكرون مناسبا للنوع المتدرج وأصبح النوع الجديد هو المؤهل للإستخدام في إتصالات الألياف البصرية للمسافات البعيدة.
ومن خلال البحوث والدراسات التي تم إجرائها لإختيار المدى المناسب لإستخدامه في الاتصالات البصرية وخاصة من ناحية إمتصاص الزجاج فقد لوحظ إمتصاص الزجاج للموجات الضوئية المرئية وفوق البنفسجية وتحت الحمراء الواطئة بدرجة أكبر. ولوحظ أن المدى بين 0.5 مايكرون الواقع في منطقة الآشعة تحت الحمراء هو أفضل مدى يحقق أقل فقد.
وفي نفس هذا المدى هناك عدة مديات بأطوال موجيه مختلفة تستخدم لإتصالات الألياف البصرية فقد بدأ أولا إستخدام مدى 0.85 مايكرون ثم تم إستحداث المدى 1.3 مايكرون وأخيرا مدى 1.6 مايكرون بعد تطوير هذا النوع من الكابلات وتم إختيار هذه المديات لكونها تمثل أطوال موجيه يكون فيها الكابل أقل ما يمكن.