الألياف الضوئية وتطبيقاتها
الألياف الضوئية وتطبيقاتها، الألياف الضوئية لها استخدامات عديدة حيث تستخدم في الاتصالات، وتستخدم أيضًا لربط الكمبيوتر ضمن الشبكات المحلية فهي تعمل على نقل الإشارات من نقطة إلى أخرى، فمن خلال هذا المقال سوف نتعرف بشكل مفصل عن الألياف الضوئية وتطبيقاتها.
محتويات المقال
ما المقصود بالألياف الضوئية
- الألياف الضوئية هي عبارة عن ألياف صغيرة شفافة جدًا تصنع من مادتين البلاستيك أو السيليكا.
- تستخدم لنقل الضوء بين أطراف الألياف ولها استخدامات عديدة منها أنها تستخدم في مجال الاتصالات.
- حيث تساعد على الانتقال لمسافات طويلة وتستخدم بدلًا من الأسلاك المعدنيةز
- لأن الإشارات التي ترسل تنتقل من خلال هذه الألياف بشكل أسهل وأسرع دون وقوع خسائر كبيرة.
- يوجد خاصية بالألياف الطبيعية تجعلها تمنع التداخل الكهرومغناطيسي.
- تحتوي كابلات الألياف على مجموعة من الخيوط من الزجاج أو البلاستيك والخيط حجمه أقل من عشر حجم الشعر فهو شفاف وصغير جدًا ولكنه يمكن أن يتلقى 25,000 مكالمة تليفونية.
- تستخدم الألياف في التصوير والإضاءة.
شاهد أيضًا: الألياف البصرية وتأثيرها على الإنسان
أنواع الألياف الضوئية
يوجد نوعين من الألياف الضوئية حيث اختلف كل منهما حسب استخدامه وهما كالاتي:
الألياف الضوئية ذات نمط أحادي
- تحتوي كل حزمة ضوئية على مجموعة من الألياف كل ليفة واحدة تقوم بإرسال إشارة ضوئية واحدة فقط حيث يتم استخدام الألياف الضوئية ضبط نمط الأحادي في كابل التليفون والتليفزيون.
- يتميز هذا النوع من الألياف أن نصف قطر القلب الزجاجي صغير، حجمه يكون 9 Micron يخرج منه أشعة الليزر تحت الحمراء.
الألياف الضوئية ذات النمط المتعدد
- في هذا النوع من الألياف ذات النمط المتعدد يقوم بنقل العديد من الإشارات الضوئية في الليفة الضوئية الواحدة فهي من الألياف الضوئية التي تتناسب استخدامها مع شبكات الحاسوب.
- يكون نصف قطر هذا النوع من الألياف أكبر يصل إلى 26.5 micron، تنقل الأشعة تحت الحمراء من خلال الألياف الضوئية المتعددة.
ما هي مكونات نظام الألياف الضوئية
يتكون مجموعة من الأجزاء داخل نظام الألياف الضوئية وعددهم ثلاثة أجزاء وهي كالاتي:
المرسل
- يعد المرسل المصدر الضوئي الرئيسي الذي يساعد في تكوين ليزر أو الدايود الضوئي.
- هو الذي يقوم بإنتاج وتشفير الإشارة الضوئية على سبيل المثال إذا كنا ننقل إشارة تلفزيونية.
- فيكون بتحويل الإشارة الضوئية على حسب الشيء المراد نقله، سواء كانت إشارة.
- أو معلومة فهو يتم تحديده من خلال شدة الإشارة الضوئية أو انخفاضها.
الألياف البصرية
- الألياف البصرية هي التي تعمل على توصيل الإشارة الضوئية لمسافات طويلة.
المستقبل
- هو الذي يقوم باستقبال الإشارة الضوئية ويعمل على فك الشفرة لكي يتم تحويلها إلى إشارة كهربائية ترسل إلى التليفزيون أو التليفون.
ما هي مميزات الألياف الضوئية
- تتميز الألياف الضوئية بأن لها قدرة كبيرة على أن تتحمل درجات الحرارة المرتفعة.
- حجمها صغير جدًا حيث يصل حجم الليفة البصرية إلى حجم الشعرة.
- من السهل نقلها وهذا يرجع إلى أن وزنها خفيف يمكن التعامل معها بكل سهولة.
- عمر الألياف الضوئية طويل إذا تم مقارنته بالنظم الأخرى التي يمكن أن تستخدم في نقل المعلومات والبيانات.
- سعر الألياف الضوئية منخفض وهذا لأنها تصنع من مادة السلوك التي توجد في الرمال، لذلك صناعتها بسيطة وسهلة وغير مكلفة.
- ضد الكهرومغناطيسية التي تنتج عن الأجهزة الكهربائية.
- غير قابلة للاشتعال وتحتاج إلى تشغيل المولدات فهي تدخل في العديد من الصناعات ويمكن استخدامها في التصوير الطبي.
مكونات الليف الضوئي
يتكون الليف الضوئي من اسطوانتين مركز وهما واحد وهو القلب، ويتم إحاطتها بأسطوانة وهي عبارة عن غلاف، ثم الغطاء الواقي الخارجي، ثم الغلاف الخارجي وإليكم هذه المكونات بالتفصيل وهي كالآتي:
القلب
- هو عبارة عن اسطوانة صغيرة زجاجية يسير فيها الضوء ويصنع هذا القلب من مادة السليكا ويدخل فيها مادة الجرمانيوم.
الغلاف
- هي اسطوانة تحيط باللب الزجاجي أو القلب تساعد على حفظ الضوء وتحمى مركزها.
- مصنوعة من مادة السيليكا وهذا حتى يكون معامل انكسار القلب أكبر من معامل انكسار الغلاف حتى تحدث عملية الانعكاس.
- عند تكرار عملية الانعكاس ينتشر الضوء داخل القلب ثم يصل إلى الليف الضوئي.
الغطاء الواقي
- هو عبارة عن غلاف مصنوع من البلاستيك يقوم بحماية الليف الضوئي من الأعراض الجوية الخارجية ومنها الرطوبة ويساعد على حمايته ضد الكسر.
- يوجد غطاء خارجي يسمى جاكيت يقوم بحماية الحبل الضوئي المكون من مجموعة أو حزمة من الألياف الضوئية.
شاهد أيضًا: الألياف البصرية وتأثيرها على الإنسان
تطبيقات الألياف الضوئية
إليكم أهم التطبيقات الخاصة بالألياف الضوئية وهي كما يلي:
استخدامات الألياف الضوئية في مجال الاتصالات
- تستخدم الألياف الضوئية في مجال الاتصالات الهاتفية وتقوم باستخدامها العديد من الشركات الخاصة في مجال الاتصالات.
- أيضًا لها استخدام أخر في مجال الاتصالات التلفزيونية حيث تقوم بعرض العديد من القنوات والفيديوهات من خلال كابل التلفزيون فهذا الكبل عبارة عن حزمة من الألياف الضوئية.
- تستخدم أيضًا في محطات الكهرباء حيث أنها تساعد في نقل المعلومات.
- لها استخدام أخر في الطائرات والسفن وهذا لأن وزنها خفيف، ويمكن نقلها وصيانتها بكل سهولة.
الاستخدامات الطبية الألياف الضوئية
- يوجد استخدامات هامة أخرى للألياف الضوئية ومنها أنها تستخدم في العمليات الجراحية تدخل في المناظير الداخلية.
- حيث تساعد المنظار على الانحناء بسبب أن حجم الألياف الضوئية صغير يصل حجمه من 200 إلى 400 ميكرون ولا يتجاوز هذا القدر عن 1000 ميكرون.
- تدخل أيضًا في التطبيقات الجراحية الألياف الضوئية حيث يمكن استئصال البروستاتا الحميدة.
- واستخدامه أيضًا في تفتيت حصوات الكلى وتعمل على إزالة الأنسجة السرطانية في الرئة.
- تستخدم أيضًا في المنازل الداخلية لبعض العمليات والهدف منها أن تقوم بإرسال الضوء إلى العضو الداخلي لكي يتم رؤيته وإرسال البيانات من خلال صورة وهذا عن طريق حزم من الألياف.
- هنا تستخدم الألياف المتعددة المرنة والصلبة التي تستخدم لتصوير الأعضاء الداخلية من خلال فتحة عبر الجلد.
- تقوم أيضًا بإرسالها طاقة الليزر عبر هذه الألياف لكي يتم توفير إضاءة الغرض منها التصوير الملون، ويوجد لها استخدامات أخرى في الطب وهي القياس الطيفي عن بعد.
استخدام الألياف الضوئية في الأجهزة الطبية
- الألياف البصرية هي أكثر الألياف التي تستخدم في مجال الطب حيث تساعد على تصوير الأماكن داخل الجسم أو الإضاءة بالمنظار.
- تطبيقات الألياف الضوئية منها المناظير الداخلية التي يستخدمها الأطباء للتعرف على أعراض الغثيان وألم البطن والتشخيص لكي يتم إعطاء العلاج المناسب.
- أجهزة الاستشارات الطبية هي من تطبيقات الألياف الضوئية حيث تعمل على قياس مجموعة من الخصائص الفسيولوجية، حيث تستعمل أجهزة استشعار الألياف الضوئية على قياس ضربات القلب وحرارة الجسم والعضلات.
فكرة عمل الألياف الضوئية
- أساس الفكرة هي وصول الضوء في خط مستقيم وبشكل طويل، وهذا لأن الضوء يسير في خطوط مستقيمة فيصل من خلال الألياف بشكل سهل، لأن لو كانت الألياف منحنية فلا يسير الضوء.
- حتى إذا حدث انحناء يعكس الضوء هنا يتم استخدام المرأة الخاصة بنقل الضوء من خلال عملية الانعكاس على الجدار الذي يحاذي القلب الزجاجي.
- هذا الجدار لا يساعد على امتصاص الضوء بل يؤدي إلى انعكاس لذلك يمكن أن يسير الضوء لمسافات طويلة.
شاهد أيضًا: استخدامات الألياف البصرية في مجال الاتصالات
في نهاية مقال الألياف الضوئية وتطبيقاتها نكون قد توصلنا إلى أن الألياف الضوئية هامة في مجال الاتصالات والطب، فهي تساعد على نقل الضوء بشكل سهل وسريع.