الألياف البصرية

ليف بصري

الألياف البصرية هي ألياف مصنوعة من الزجاج النقي، تكون طويلة ورفيعة ولا يتعدى سمكها سمك الشعرة. يجمع العديد من هذه الألياف في حزم داخل الكيبلات البصرية، وتستخدم في نقل الإشارات الضوئية لمسافات بعيدة جداً.

مكونات الليف البصري

الألياف الضوئية تتكون من اسطوانتين متحدتي المركز تسمى الأولى بالقلب Core محاطة باسطوانة أخرى تسمى الغلاف Cladding ثم الغطاء الواقي Buffer Coating والغلاف الخارجي للكابل (jacket)

• القلب(Core): وهو عبارة عن زجاج رفيع (أسطواني) ينتقل فيه الضوء ويصنع من السليكا Silica المطعمة (بالجرمانيوم مثلا Ge-Silica).
• الحاجب (Cladding): مادة تحيط باللب الزجاجي (أسطوانة أخرى محيطة) وتعمل على حفظ الضوء في مركز الليف البصري وهي مصنوعة من السليكا، وذلك لكي يكون معامل انكسار القلب أكبر من معامل انكسار الغلاف، وهو الشرط المطلوب لحصول ظاهرة الانعكاس التام، الذي هو أساس توجيه الضوء في الألياف الضوئية، إذ ينعكس الضوء كليا وبتكرار الانعكاس ينتشر الضوء داخل قلب الليف الضوئي ويصل إلى النهاية الأخرى لليف.
• الغطاء الواقي (Buffer Coating): غلاف بلاستيكي يحمي الليف البصري من الرطوبة ويحميه من الضرر والكسر.

مئات أو ربما الآلاف من هذه الألياف الضوئية تصطف معا في حزمة لتكون الحبل الضوئي الذي يحمى بغطاء خارجي يسمى جاكيت.

تقسيمات الألياف الضوئية

1. (single mode fiber) تنتقل من خلالها إشارات ضوئية نسق ونمط موحد في كل ليفة ضوئية من ألياف الحزمة وهي تستخدم في شبكات التلفون وكوابل التلفزيون. هذا النوع من الألياف يتميز بصغر نصف قطر القلب الزجاجي حيث يصل إلى حوالي micron 9 وتمر من خلاله أشعة الليزر تحت الحمراء ذات الطول الموجي 1.3-1.55 nm.
2. multi -mode fibersو بها يتم نقل العديد من الأنماط للإشارات الضوئية من خلال الليفة الضوئية الواحدة مما يجعل استخدامها أفضل لشبكات الحاسوب. هذا النوع من الألياف يكون نصف قطره أكبر حيث يصل إلى 62.5 micron وتنتقل من خلاله الأشعة تحت الحمراء.

مميزات الألياف البصرية

لقد أحدثت الألياف الضوئية ثورة في عالم الاتصالات لتميزها على أسلاك التوصيل العادية فهي

1. أكثر قدرة على حمل المعلومات لأن الألياف الضوئية ارفع من الأسلاك العادية فانه يمكن وضع عدد كبير منها داخل الحزمة الواحدة مما يزيد عدد خطوط الهاتف أو عدد قنوات البث التلفزيوني في حبل واحد. يكفي أن تعرف إن عرض النطاق للألياف الضوئية يصل إلى 50THZ في حين إن أكبر عرض نطاق يحتاجه البث التلفزيوني لا يتجاوز 6Mhz.
2. أقل حجما حيث أن نصف قطرها أقل من نصف قطر الأسلاك النحاسية التقليدية فمثلا يمكن استبدال سلك نحاسي قطره 7.62 سم بآخر من الألياف الضوئية قطره لا يتجاوز0.635 سم وهذا يمثل أهمية خاصة عند مد الأسلاك تحت الأرض.
3. أخف وزنا فيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها 94.5 كجم بأخرى من الألياف الضوئية تزن فقط 3.6 كجم.
4. فقد أقل للإشارات المرسلة
5. عدم إمكانية تداخل الإشارات المرسلة من خلال الألياف المتجاورة في الحبل الواحد مما يضمن وضوح الإشارة المرسلة سواء أكانت محادثة تلفونية أو بث تلفزيوني. كما أنها لا تتعرض للتداخلات الكهرومغناطيسية مما يجعل الإشارة تنتقل بسرية تامة مما له أهمية خاصة في الأغراض العسكرية.
6. غير قابلة للإشتعال مما يقلل من خطر الحرائق
7. تحتاج إلى طاقة أقل في المولدات لأن الفقد خلال عملية التوصيل قليل

بسبب هذه المميزات فإن الألياف الضوئية دخلت في الكثير من الصناعات وخصوصا الإتصالات وشبكات الكمبيوتر. كما تستخدم في التصوير الطبي بأنواعه وكذلك كمجسات عالية الجودة للتغير في درجة الحرارة والضغط بما له من تطبيقات في التنقيب في باطن الأرض.^[2]
هناك أنواع حديثة للألياف البصرية اكتشفت مؤخراً وتسمى الألياف البلورية الفوتونية، لإنها تصنع من البلورات الفوتونية التي تتميز بنقل الضوء فيها باقل خسارة..

1. تنقل البيانات بسرعات عالية جداً حيث تصل إلى أكثر من 100/ميجا بايت بالثانية

آلية العمل

تصنع الألياف الضوئية عادة من مواد ذات معامل انكسار كبير وتكون رفيعة لدرجة أنه لا يمكن للضوء أن يسقط على جدرانها بزاوية أقل من الزاوية الحرجة ، فتسقط الأشعة الضوئية بزاوية سقوط أكبر من الزاوية الحرجة فتنعكس انعكاس كلي داخلي في الأنبوب حتى تنفذ من الطرف الآخر.

استخداماتها

1. في المجال الطبي، إجراء العمليات الجراحية الدقيقة ويمكن رؤية أجزاء الجسم الداخلية مثل (تنظير المعدة)
2. في مجال الاتصالات. وهو المجال الأوسع الذي يضم عشرات من التطبيقات مثل تطبيقات الاتصالات والتلفزيونات وغيرها.
3. في مجال الهندسة الوراثية، حيث يمكن تفكيك الشفرة الوراثية ومنع الأمراض الوراثية كالسكري ومتلازمة داون وفقر الدم....
4. في المجال العسكري، حيث انه من الصعب التجسس عليها وسحب الإشارة....
5. كما انها توجد في فراء الدب لان فرو الدب لا يوفر له عزلا حراريا فقط وانما شعيرات الفراء تعمل كمجموعة هآئلة من الالياف البصرية التي تعكس الأشعة فوق البنفسجية .