للألياف الضوئية وتطبيقاتها استخدامات عديدة للألياف الضوئية حيث يتم استخدامها في الاتصالات، كما أنها تستخدم لتوصيل جهاز كمبيوتر داخل الشبكات المحلية، لأنها تعمل على إرسال الإشارة من نقطة إلى أخرى. من خلال هذا المقال سنتعرف بالتفصيل على الألياف الضوئية وتطبيقاتها.
ماذا تعني الألياف الضوئية؟
- الألياف الضوئية عبارة عن ألياف صغيرة شفافة للغاية مصنوعة من البلاستيك أو السيليكا.
- يستخدم لنقل الضوء بين نهايات الألياف وله استخدامات عديدة منها الاستخدام في مجال الاتصال.
- يساعد على السفر لمسافات طويلة ويستخدم بدلا من الاسلاك المعدنية
- لأن الإشارات المرسلة عبر هذه الألياف أسهل وأسرع بدون خسائر كثيرة.
- هناك خاصية للألياف الطبيعية تمنع التداخل الكهرومغناطيسي.
- تحتوي الكابلات الليفية على مجموعة من الخيوط الزجاجية أو البلاستيكية ويكون حجم الخيط أقل من عُشر حجم الشعرة. إنه شفاف وصغير جدًا، لكنه يمكنه استقبال 25000 مكالمة هاتفية.
- تستخدم الألياف في التصوير الفوتوغرافي والإضاءة.
أنظر أيضا: الألياف الضوئية وتأثيرها على الناس
أنواع الألياف الضوئية
هناك نوعان من الألياف الضوئية يختلف كل منهما حسب استعماله وهما:
الألياف الضوئية أحادية الوضع
- تحتوي كل حزمة ضوئية على مجموعة من الألياف، كل ليف يرسل إشارة بصرية واحدة فقط، لأن الألياف الضوئية تستخدم لضبط الوضع الأحادي لكابلات الهاتف والتلفزيون.
- يتميز هذا النوع من الألياف بنصف قطر صغير من اللب الزجاجي، وحجمه 9 ميكرون، تنبعث منه أشعة الليزر تحت الحمراء.
الألياف الضوئية متعددة الأوضاع
- في هذا النوع من الألياف متعددة الأوضاع، ترسل العديد من الإشارات الضوئية في ألياف ضوئية واحدة، وهي ألياف ضوئية مناسبة لاستخدام شبكات الكمبيوتر.
- هذا النوع من الألياف له نصف قطر أكبر يبلغ 26.5 ميكرون، والذي ينقل الأشعة تحت الحمراء عبر العديد من الألياف الضوئية.
ما هي مكونات نظام الألياف الضوئية
وتتكون من مجموعة من ثلاثة أجزاء ضمن نظام الألياف الضوئية وهي كالتالي:
مرسل
- جهاز الإرسال هو المصدر الرئيسي للضوء الذي يساعد في تكوين ليزر أو ثنائي ضوئي.
- يقوم بإنشاء وترميز الإشارة الضوئية، على سبيل المثال عندما نرسل إشارة تلفزيونية.
- يتم ذلك عن طريق تحويل الإشارة الضوئية حسب الكائن المراد نقله، سواء كان إشارة.
- أو المعلومات، يتم تحديدها من خلال شدة أو تقليل الإشارة الضوئية.
الألياف البصرية
- تستخدم الألياف الضوئية لنقل الإشارات الضوئية لمسافات طويلة.
المستقبل
- يستقبل الإشارة الضوئية ويفك تشفيرها لتحويلها إلى إشارة كهربائية يتم إرسالها إلى التلفزيون أو الهاتف.
ما هي مميزات الالياف الضوئية
- تتمتع الألياف الضوئية بقدرة جيدة على تحمل درجات الحرارة العالية.
- حجمها صغير جدًا لدرجة أن الألياف الضوئية تساوي حجم الشعر.
- يسهل حملها وبسبب وزنها الخفيف يسهل التعامل معها.
- عمر الألياف الضوئية طويل مقارنة بالأنظمة الأخرى المستخدمة لنقل المعلومات والبيانات.
- سعر الألياف الضوئية منخفض وذلك لأنها مصنوعة من مادة موصلة موجودة في الرمل، لذا فهي بسيطة وسهلة الصنع وغير مكلفة.
- ضد الكهرومغناطيسية التي تنتجها الأجهزة الكهربائية.
- لا يحترق ويحتاج إلى تشغيل المولدات. يتم استخدامه في العديد من الصناعات ويمكن استخدامه في التصوير الطبي.
مكونات الألياف الضوئية
تتكون الألياف الضوئية من أسطوانتين مركزيتين إحداهما القلب وهي محاطة بأسطوانة وهي عبارة عن غطاء ثم الغطاء الخارجي الواقي ثم الغلاف الخارجي، وهنا المكونات بالتفصيل وهي كما يلي: يتبع:
نفس الشيء
- وهي عبارة عن أسطوانة زجاجية صغيرة يمر الضوء من خلالها، ويتكون قلبها من السيليكا، والجرمانيوم مدمج فيها.
تغطية
- وهي عبارة عن أسطوانة تحيط بالنواة الزجاجية أو القلب تساعد على الاحتفاظ بالضوء وحماية مركزها.
- مصنوع من السيليكا، بحيث يكون معامل الانكسار لللب أكبر من معامل انكسار الغلاف حتى تحدث عملية الانعكاس.
- عندما تتكرر عملية الانعكاس، ينتشر الضوء داخل القلب ثم يصل إلى الألياف الضوئية.
غطاء واقي
- هو غطاء مصنوع من البلاستيك يحمي الألياف الضوئية من التأثيرات الخارجية للطقس، بما في ذلك الرطوبة، ويساعد على حمايتها من التلف.
- يحمي الغلاف الخارجي المسمى بغلاف السلك البصري المكون من صفيف أو حزمة من الألياف الضوئية.
أنظر أيضا: الألياف الضوئية وتأثيرها على الناس
تطبيقات الألياف الضوئية
وفيما يلي أهم تطبيقات الألياف الضوئية وهي كالتالي:
استخدام الألياف الضوئية في الاتصال
- تستخدم الألياف الضوئية في مجال الاتصالات الهاتفية والعديد من الشركات الخاصة تستخدمها في مجال الاتصالات.
- كما أن له استخداماً آخر في مجال الاتصال التلفزيوني حيث يعرض العديد من القنوات والفيديو عبر كابل تليفزيوني وهذا الكبل عبارة عن حزمة من الألياف الضوئية.
- يتم استخدامه أيضًا في محطات الطاقة لأنه يساعد في نقل المعلومات.
- وله استخدامات أخرى في الطائرات والسفن وذلك لخفة وزنه وسهولة نقله وصيانته.
استخدام الألياف البصرية الطبية
- هناك استخدامات أخرى مهمة للألياف الضوئية، منها أنها تستخدم في العمليات الجراحية التي تستخدم في المناظير الداخلية.
- يساعد على ثني المنظار لأن حجم الألياف الضوئية أقل من 200 إلى 400 ميكرون ولا يزيد عن 1000 ميكرون.
- تُستخدم أيضًا التطبيقات الجراحية باستخدام الألياف الضوئية حيث يمكن إزالة البروستاتا الحميدة.
- كما أنها تستخدم لتفتيت حصوات الكلى وإزالة أنسجة الرئة السرطانية.
- كما يستخدم داخل المنازل لبعض العمليات، والغرض منه هو إرسال الضوء للأعضاء الداخلية لرؤية وإرسال البيانات من خلال صورة، ويتم ذلك من خلال حزم من الألياف.
- هنا يتم استخدام عدد من الألياف المرنة والصلبة لتصور الأعضاء الداخلية من خلال فتحة عن طريق الجلد.
- كما أنه يرسل طاقة الليزر عبر هذه الألياف لإنتاج الضوء لأغراض التصوير الملون، وله استخدامات أخرى في الطب، وهي التحليل الطيفي للقياس عن بعد.
استخدام الألياف الضوئية في الأجهزة الطبية
- الألياف الضوئية هي الألياف الأكثر استخدامًا في مجال الطب، لأنها تساعد في تصور المناطق داخل الجسم أو الإضاءة بالمنظار.
- تطبيقات الألياف الضوئية، بما في ذلك المناظير التي يستخدمها الأطباء للكشف عن أعراض الغثيان وآلام البطن، والتشخيص لتوفير العلاج المناسب.
- تعد معدات الاستشارات الطبية أحد تطبيقات الألياف الضوئية التي تقيس الخصائص الفسيولوجية المختلفة، وتستخدم مستشعرات الألياف الضوئية لقياس معدل ضربات القلب ودرجة حرارة الجسم والعضلات.
فكرة عمل الألياف الضوئية
- أساس الفكرة هو أن الضوء يصل في خط مستقيم وطويل، وذلك لأن الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة ويمر بسهولة عبر الألياف، لأنه إذا كانت الألياف منحنية، لا ينتقل الضوء.
- على الرغم من وجود انحناء يعكس الضوء هنا، إلا أن المرآة الخاصة تُستخدم لنقل الضوء من خلال عملية الانعكاس على الحائط الذي يحاذي قلب الزجاج.
- هذا الجدار لا يمتص الضوء، ولكنه يخلق انعكاسًا، لذلك يمكن للضوء أن ينتقل لمسافات طويلة.
أنظر أيضا: استخدامات الألياف الضوئية في الاتصال
في نهاية المقال، استنتجنا الألياف الضوئية وتطبيقاتها أن الألياف الضوئية مهمة في مجال الاتصالات والطب، لأنها تساعد على نقل الضوء بسرعة وسهولة.