في السنوات الأخيرة، أصبحت شركات الاتصالات تعتمد في تمديداتها على الألياف البصرية، وذلك لعدة ميزات تتفوّق بها هذا النوع من الشبكات على الأنواع الأخرى.
يستعرض هذا المقال ما هي الألياف البصرية وما هي استخداماتها، كما تُعدد أنواع الألياف البصرية المختلفة، بالإضافة إلى نبذة عن تركيب شبكة الألياف البصرية، وتذكر مجموعة من مميزات ومشاكل الألياف البصرية.
ما هي الألياف البصرية؟
تُعرَّف الألياف البصرية أو الألياف الضوئية (Fiber Optics or Optical Fiber) بأنَّها تكنولوجيا تهدف إلى نقل المعلومات كنبضاتٍ ضوئيةٍ على طول الألياف الزجاجية أو البلاستيكية. ويُمكن أن يحتوي كابل الألياف البصرية على عددٍ متفاوتٍ من هذه الألياف الزجاجية، بالإضافة لطبقة زجاجية أخرى تُسمى الكسوة تُحيط بنواة الألياف الزجاجية، وتقوم طبقة الأنبوب العازل بحماية الكسوة، كما تعمل طبقة الغلاف كطبقة واقية نهائية للشريط الفردي. ومن الجدير بالذكر أنّه يشيع استخدام كابلات الألياف البصرية عوضًا عن الكابلات النحاسية بسبب مميزات الألياف البصرية، وتتضمن بعض هذه الفوائد عرض نطاق ترددي أعلى وسرعات إرسال أعلى. كما تُستخدم الألياف البصرية لشبكات البيانات طويلة المدى وعالية الأداء، إلى جانب استخدامها في مجال الاتصالات كالإنترنت، والتلفزيون والهواتف مما يوفر سرعات إنترنت أعلى للمستخدمين.
استخدامات الألياف البصرية
تُستخدم الألياف البصرية في العديد من الجوانب، وفيما يأتي بعضها:
- الصناعة الطبية: بسبب طبيعتها الرقيقة والمرنة للغاية، تستخدم الألياف البصرية في تصنيع أدوات مختلفة لعرض أجزاء الجسم الداخلية عن طريق إدخالها في فراغات مجوفة في الجسم، بما في ذلك الليزر أثناء العمليات الجراحية، بالإضافة إلى التنظير الداخلي والفحص المجهري والبحوث الطبية الحيوية.
- الاتصالات: تستخدم الاتصالات السلكية واللاسلكية كابلات الألياف البصرية بهدف الإرسال والاستقبال، بالإضافة إلى ذلك، فإنها تزيد من سرعة ودقة بيانات الإرسال.
- الأغراض الدفاعية: تُستخدم الألياف البصرية لنقل البيانات في مجالات أمان البيانات عالية المستوى للتطبيقات العسكرية والفضائية.
- الصناعات: تُستخدم الألياف البصرية للتصوير في الأماكن التي يصعب الوصول إليها، بما في ذلك استخدامها في إجراءات السلامة وأغراض الإضاءة في السيارات في الداخل والخارج.
- البث: تُستخدم الألياف البصرية لنقل إشارات تليفزيونية عالية الدقة ذات نطاق ترددي وسرعة أكبر.
- الإضاءة والديكورات: نظرًا لكون الألياف البصرية تُوفر طريقة جذابة واقتصادية وسهلة لإضاءة المنطقة، فإنها تُستخدم على نطاقٍ واسعٍ في الزينة وأشجار عيد الميلاد.
- الفحص الميكانيكي: يستخدم مهندسو التفتيش في الموقع الألياف البصرية لاكتشاف الأضرار والأعطال التي يصعب الوصول إليها.
أنواع الألياف البصرية
تعتمد أنواع الألياف البصرية المراد استخدامها على عددٍ من العوامل، بما في ذلك مُعامل الانكسار والمواد المستخدمة وطريقة انتشار الضوء. وفيما يأتي توضيحًا لأنواع الألياف البصرية اعتمادًا على معامل الانكسار:
- ألياف معامل الخطوة: تتكون من نواة محاطة بالكسوة، والتي تتميّز بمؤشر انكسار واحد موحد.
- ألياف المعامل المتدرج: ينخفض مؤشر الانكسار للألياف البصرية مع زيادة المسافة الشعاعية من محور الألياف.
أما أنواع الألياف البصرية المعتمد على المواد المستخدمة فإنه بتمثل بما يلي:
- الألياف البصرية البلاستيكية: تُستخدم مادة البولي ميثيل ميثاكريل كموادٍ أساسيةٍ لنقل الضوء.
- الألياف الزجاجية: تتكون من ألياف زجاجية دقيقة للغاية.
بينما يتم تصنيف أنواع الألياف البصرية القائم على طريقة انتشار الضوء فهو كما يلي:
-
- ألياف أحادية الوضع: تُستخدم هذه الألياف لنقل الإشارات لمسافاتٍ طويلة.
- الألياف متعددة الأوضاع: تُستخدم هذه الألياف لإرسال الإشارات لمسافاتٍ قصيرة.
تركيب الألياف البصرية
تتكون الألياف البصرية عادةً من السيليكا النقية أو ما يُعرف بالزجاج، نظرًا لصفاتها النقية والخصائص التي تمنحها انكسارًا داخليًا كليًا جيدًا، وهو تأثير يُشكّل أساس اتصال الألياف البصرية. وتتكون الألياف البصرية بشكلٍ أساسي من اللُب والكسوة والطلاء. ومن الجدير بالذكر أنّ الضوء ينتقل إلى أسفل اللُب المحمي بواسطة الكسوة، والتي تمنع الضوء من التشتت أو ما يُعرف بالانكسار أو الانعكاس الداخلي الكلي، ونتيجةً لخصائص السيليكا فإن الضوء يرتد داخل اللُب بدلًا من التشتت، مما يؤدي إلى إنشاء نبضاتٍ بصريةٍ تجعل نقل البيانات ممكنًا داخل كابل الألياف البصرية، بينما يُساعد الطلاء على حماية الكيبل من التلف والرطوبة.
مميزات الألياف البصرية
تتمتع الألياف البصرية بعددٍ من المزايا التي جعلت منها خيارًا يرغب باستخدامه الكثيرون، ويُذكر من مميزات الألياف البصرية ما يأتي:
-
- عرض النطاق الترددي بشكلٍ أعلى من الكابلات النحاسية.
- فقدان أقل للطاقة، مما يسمح بنقل البيانات لمسافاتٍ طويلة.
- يتميّز الكابل البصري بأنه مقاوم للتداخل الكهرومغناطيسي.
- يبلغ حجم كابل الألياف البصرية أصغر بـ 4.5 مرة، مما يجعله خيارًا أفضل من الأسلاك النحاسية.
- نظرًا لأن كابلات الألياف البصرية أخف وزنًا وأرق، فإنها تستخدم مساحة أقل مقارنةً بالأسلاك النحاسية.
- التثبيت سهل للغاية بفضل وزنها الخفيف.
- يصعب للغاية النقر على كابل الألياف البصرية، وذلك لأنها لا تُنتج طاقة كهرومغناطيسية، لذا فإنها تُعد آمنة جدًا لنقل البيانات.
- يقاوم كابل الألياف البصرية معظم العناصر الحمضية التي تضرب الأسلاك النحاسية، إلى جانب كونها مرنة بطبيعتها.
- غالبًا ما تكون كابلات الألياف البصرية أرخص من الأطوال المكافئة للأسلاك النحاسية.
- تتميّز بكونها الأسرع في نقل الإشارات نظرًا لأن الضوء أسرع سرعة في الكون.
- تتمتع كابلات الألياف البصرية بنطاق ترددي أكبر من الكابلات النحاسية الملتوية.
شبكة الألياف البصرية
كما يجب تركيبها من قِبل المتخصصين؛ إذ إنها ليست قوية كالأسلاك، وغالبًا ما تكون معدات الاختبار الخاصة مطلوبة للألياف البصرية.
في الواقع هناك عدة أنواع مختلفة من شبكة الألياف البصرية، إلا أنها تبدأ جميعها بكابلاتٍ بصريةٍ تمتد من محور الشبكة إلى الرصيف القريب من المنزل أو مباشرةً إلى المنزل لتوفير اتصال إنترنت عبر الألياف البصرية. ويُطلق على أسرع نوع من شبكات الألياف اسم "Fiber to the Home - FTTH" أو "Fiber to the Premises - FTTP"؛ وذلك لأنه عبارة عن اتصال ألياف ضوئية بنسبة 100% مع كابلات الألياف البصرية المثبتة على أطراف متصلة مباشرةً بالمنازل والمباني السكنية والشركات. ومن الجدير بالذكر أنّ الألياف البصرية الواصلة إلى الرصيف "FTTC" تُعرف بأنها وصلة ألياف جزئية، نظرًا لأن الايبلات البصرية تمتد إلى الرصيف بالقرب من المنازل والشركات، وتحمل الكابلات النحاسية الإشارات من الرصيف بقية الطريق. أما شبكة الألياف البصرية الواصلة إلى المباني "FTTB"، فهي وصلة ألياف تنتقل فيها الإشارات إلى نقطة في ملكية مشتركة، وتُوفّر الكابلات الأخرى الاتصال بالمكاتب أو المساحات الأخرى.
مشاكل الألياف البصرية
تواجه الألياف البصرية عددًا من المشاكل والعيوب التي تحدّ من استخدامها، ويُذكر من مشاكل الألياف البصرية ما يأتي:
- صعوبة دمجها: في الواقع يصعب دمج الألياف البصرية مع بعضها البعض، مما يُمكن أن ينتج عنه فقد للضوء في الألياف بسبب التشتت. بالإضافة إلى ذلك، فإن لكابلات الألياف البصرية قوس محدود لحمايتها، وبالتالي إذا تم ثنيُها كثيرًا سوف تنكسر.
- كلفة تثبيتها مرتفعة: تُعد الألياف البصرية أكثر تكلفة في التركيب، كما يجب تركيبها من قِبل المتخصصين؛ إذ إنها ليست قوية كالأسلاك، وغالبًا ما تكون معدات الاختبار الخاصة مطلوبة للألياف البصرية.
- حساسيتها عالية للغاية: نظرًا لأن كابل الألياف البصرية عبارة عن كابل صغير ومضغوط، فإن ذلك يجعله شديد التعرض للقطع أو التلف أثناء أنشطة التركيب أو البناء، وهذه إحدى أبرز مشاكل الألياف البصرية. ويُمكن أن توفر كابلات الألياف البصرية إمكانات هائلة لنقل البيانات، لذلك عندما يتم اختيار كابلات الألياف البصرية كوسيط نقل سيكون من الضروري معالجة الاستعادة والنسخ الاحتياطي والقدرة على البقاء.
- لا يمكن أن تكون منحنية: يتطلب الإرسال على الألياف البصرية التكرار على فتراتٍ متباعدة، ويُمكن أن تنكسر الألياف أو تتعرض لخسارةٍ في الإرسال عند لفها حول منحنيات يبلغ نصف قطرها بضعة سنتيمتراتٍ فقط.
