هذه المقالة غير مكتملة. فضلًا ساعد في توسيعها.

ليف بصري

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
(بالتحويل من الياف بصرية)
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
Crystal Clear app clock.png
هذه الصفحة تخضع لتحرير كثيف لمدة قصيرة.:
رجاء لا تحرر هذه الصفحة إذا وجدت هذه الرسالة. المستخدم الذي يحررها يظهر اسمه في تاريخ الصفحة. إن لم ترَ أي عملية تحرير حديثة، فبإمكانك إزالة القالب. (وضع هذا القالب لتفادي تضارب التحرير؛ رجاء أزله بين جلسات التحرير لتتيح للآخرين الفرصة لتطوير المقالة).
Ambox important.svg
هذه المقالة غير مكتملة، وربما تنقصها بعض المعلومات الضرورية. فضلًا ساعد في تطويرها بإضافة المزيد من المعلومات.
حزمة من الألياف البصرية

الألياف البصرية (بالإنجليزية: Optical fiber) 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.يقوم مبدأها على ظاهرة الانعكاس الكلي ، تتعدد استعمالات الألياف البصرية إلا أن الربط بالانترنيت أحدثها و أكثرها شيوعا .

التاريخ[عدل]

الاستخدامات[عدل]

في الاتصالات[عدل]

الميزات التي تتفوق فيها الألياف البصرية على الأسلاك النحاسية[عدل]

في المستشعرات[عدل]

استخدامات أخرى[عدل]

  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 .
  6. في مجال التدريس , اجراء العمليات الحسابية

مكونات الليف البصري[عدل]

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) 4

  • القلب(Core) 1: وهو عبارة عن زجاج رفيع (أسطواني) ينتقل فيه الضوء ويصنع من السليكا Silica المطعمة (بالجرمانيوم مثلا Ge-Silica).
  • الغلاف (Cladding)2: 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)3: غلاف بلاستيكي يحمي الليف البصري من الرطوبة ويحميه من الضرر والكسر.
رسم مبسط لليف ذي نسق واحد.

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

تقسيمات الألياف الضوئية[عدل]

ليف ذي نمط واحد[عدل]

تنتقل من خلالها اشارات ضوئية على نمط موحد في كل ليف بصري من ألياف الحزمة وهي تستخدم في شبكات الهاتف 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.

ليف متعدد الأنماط[عدل]

و 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.[1]

ليف بصري لسلك ناقل للصوت مضاء في أحد الطرفين

الألياف ذات الأغراض الخاصة[عدل]

مميزات الألياف البصرية[عدل]

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[عدل]

معامل الانكسار[عدل]

معامل الانكسار مقدار فيزيائي بدون وحدة مميز للمواد الشفافة يمكن من حساب سرعة انتشار الضوء خلالها، ويحسب عمليا بالنسبة بين سرعته في الوسط و سرعته في الفراغ رمزه ، نرمز لسرعة الضوء في الوسط ب و سرعته في الفراغ و نربط بينهم بالعلاقة التالية : . نستنتج كذلك بما أن السرعة القصوى للضوء هي سرعته في الفراغ أن معامل الانكسار يكون دائما أكبرمن أو يساوي 1 غالبا ما يعتبر معامل الهواء مساويا ل1 .يحتوي ليف بصري نموذجي ذي نسق واحد على غلاف من السيليكا الخالصة معامل انكساره يتراوح بين 1.444 و 1.500 و على قلب من السيليكا المطعمة معامل انكساره أكبر من معامل الغلاف كي تحدث ظاهرة الانعكاس الكلي.

الانعكاس الكلي[عدل]

عندما يرد شعاع من الضوء بزاوية على الجدار بين القلب و الغلاف فإن جزء منه ينعكس بنفس الزاوية، اذا ما حسبنا الزاويتين انطلاقا من المستقيم العمودي على الجدار في نقطة الورود ،و الجزء الآخر ينكسر بزاوية بالانتقال الى الغلاف ذي معامل الانكسار قادما من القلب ذي معامل الانكسار حسب قانون سنيل ديكارت ، تظهر هذه العلاقة أنه إذا كان للقلب معامل انكسار أكبر من معامل الغلاف فإننا قد نجد مجالا من قيم حيث لايوجد انكسار فقط الانعكاس و بالتالي عدم ضياع الشعاع وهي كالتالي حيث تسمى الزاوية الحرجة (في الصورة).

Optic fibre-numerical aperture diagram.svg

منطقة القبول[عدل]

هي مجال الزوايا بالنسبة لمحور الليف التي تمكن بعد الانكسار على مدخل الليف من الحصول على زاوية أكبر من الزاوية الحرجة سنرمز لها توافقا مع الصورة ب اذا بتطبيق قانون سنيل ديكارت نحصل على التالي : اذا اعتبرنا أن معامل الهواء واحد نحصل على الآتي : اذا مجال القبول هو المجال

طرق التشويش[عدل]

تشتت الضوء[عدل]

الاشعة الفوق البنفسجية والاشعة تحت الحمراء[عدل]

مسائل عملية[عدل]

النهايات وطرق الربط[عدل]

مساحة الاقتران الحرة[عدل]

صمامات الألياف[عدل]

التشتت اللوني[عدل]

انظر أيضا[عدل]

المصادر[عدل]