مدونه عن التكنولوجيا

تقنية الطاقه

الاثنين، 27 يوليو 2020

الالياف الضوئيه


صوره توضح مجموعه من الالياف الضوئيه المستخدمه فى الاتصالات ونقل المعلومات بدقه عاليه ولمسافات طويله



           المقدمه                 

 لا ننكر بحق ان اكتشاف الالياف الضوئيه يعتبر بمثابة اعجاز فى مجال الاتصالات ويرجع الفضل فى ذلك الى العالم "جراهام بيل" وذلك قبل قرن من الزمان حيث كانت تجاربه المبدئيه لنقل الصوت عن طريق تحميله على شعاع ضوئى بمثابة خطوه اولى
 وقد تبعتها خطوات من قبل العلماء من بعده وذلك للوصول الى هذه التقنيه التى احدثت ثوره فى عالم الاتصالات بين البشر وكذلك نقل المعلومات وبجوده عاليه ولمسافات طويله . الا وهى تقنية الالياف الضوئيه                                                                                   
 * المقصود بالالياف الضوئيه .
يقصد بالالياف الضوئيه هى التقنيه المستخدمه فى نقل الضوء حاملا المعلومات والصوت خلال خيوط مجدوله من الزجاج فائق النقاء وادق من شعرة الانسان . 
                                                                                                                                
 *مكونات الالياف الضوئيه. 
 تتكون الالياف الضوئيه من القلب وهو مصنوع من  الزجاج وعادة من ثانى اكسيد السيليكون النقى ومن الطبقه العاكسه لتقليل معامل الانكسار وهى مصنوعه عمليا ايضا من ثانى اكسيد السيليكون ولكن مع اجزاء من البورون او الجيرمانيوم بالاضافه الى طبقة حمايه                                                                                                                      
* آلية صنع الالياف الضوئيه.
يتم تسخين قطعه كبيره من الزجاج المشكل مركزه يكون من الزجاج النقى وخارجه الغلاف . ثم يسحب على شكل كابل وذلك بلف الماده المنصهره فوق عجله وبسرعه تصل الى 1600 متر/ الدقيقه وبقطر يعادل قطر شعرة الانسان 
 - ويراعى تباعد العجلات التى يمرعليها الكابل بمسافات معينه  بما يساعد على تبريد الكابل قبل ان يصبح ملفوفا داخل الاسطوانه .
*آلية عمل الالياف الضوئيه. 
 نجد ان تقنية الالياف الضوئيه تتطلب لتفعيلها بشكل جيد لاستفاده منها لاقصى استفاده تطوير الانظمه والتطبيقات التى تعمل بها التليفونات التقليديه ولهذا قد تم تطبيق انظمه جديده للهواتف حتى تتوافق مع هذه التقنيه وتتمثل هذه التطبيقات على النحو التالى.
- تقوم الانظمه الجديده للتليفون بتقطيع الموجات السمعيه للصوت البشرى الكترونيا الى عينات حسب سعة الموجه وتترجم الى لغة الكمبيوتر الثنائيه. وبعدئذ تحول هذه الاشارات الرمزيه بواسطة اجهزة ليزر دقيقه الحجم (او صمامات ثنائيه مضيئه) الى نبضات ضوئيه تحت حمراء تطلق ومضاتها عبر الالياف خلال اجزاء من الالف من الثانيه.                                                         
- وعند طرف الاستقبال تعكس العمليه اذ يجرى فك الشفره الرمزيه لنبضات الضوء وتحويلها الى اشارات كهربائيه تمكن من اعادة تشكيلها بصورة اصوات مسموعه .                                                                                                                   


* مراحل تطور تقنية الالياف الضوئيه.  
 - بدا التفكير فى استخدام الضوء كناقل للصوت عن طريق العالم " الكسندر جراهام بيل " باستخدام ما اطلق عليه التليفون الضوئى وهو عباره عن جهاز استخدم فيه مرايا متذبذبه لنقل الصوت فوق شعاع ضوئى بدلا من السلك النحاسى ولكن التجربه فشلت فقد كان الجهاز فظا ردئ الاداء .  ولكن هذه التجربه كانت بدايه لتجارب اخرى لم تتوقف.
 - بحلول اختراع الليزر فى عام 1960 اعتقد العلماء انهم وضعوا ايديهم على المفتاح فى اختراع الهاتف الضوئى الحديث ولكن فى الحقيقه رغم ان جهاز الليزر استطاع انتاج شعاع رفيع ومكثف من الضوء ويمكن تعديله لنقل كم هائل من المعلومات ولكن لم يكن هذا هو الحل كله ولكنه جزء من الحل حيث كانت المشكله تتمثل فى الطقس( الهواء الجوى) والذى يتسم دائما بالتقلبات والتى ستؤثر على مسار شعاع الليزر وتجعله غير مستقر وغير آمن وبالتالى لن تتم عملية نقل المعلومات بالشكل المثالى المطلوب . وبناء عليه كان ولابد من ايجاد وسيط لنقل الضوء المحمل بالمعلومات وبشكل آمن. 
  - وفى عام 1966 تم اكتشاف الوسيط والذى سينقل الضوء وذلك عن طريق الدكتور "شارلز كاو" حيث قدم اقتراحا يتضمن فكره لنقل الحزم الاشعاعيه الحامله للمراسلات خلال الياف رفيعه من الزجاج مع تاكيد نظريته ان تكون الالياف خاليه من الشوائب والتشققات لضمان كفاءة الارسال . ولكن فى ذلك الحين لم تكن تتوافر الوسائل لصناعة مثل هذه الالياف الزجاجيه الفائقة النقاء . وكان انقى ما امكنت صناعته من هذه الالياف يحتوى على العديد من الشوائب لدرجة ان الاشارات التى سلكت طريقها بداخلها تلاشت تماما بعد قطعها مسافه تقل عن 10 امتار . ولانجاز الاتصالات عبر المسافات الطويله باستخدام هذه الكابلات الرديئه كان لابد من وضع مراكز تقويه( اجهزة تضخيم الاشاره) مصاحبه على طول المسافه كل بضعة اقدام قليله من الكابلوهذا جعل من المستحيل انتاجها اقتصاديا.
- ولكن فى عام 1970 استطاعت احدى الشركات ان تصنع اليافا جيده الاداء بما فيه الكفايه لحمل الضوء عبر مسافة ميل تقريبا بدون مراكز تقويه . وقد امكن فى مطلع الثمانينات تطوير كابلات الالياف الضوئيه لا تحتاج لتضخيم اشارتها الا مره واحده كل اربعة اميال.
- وفى اواخر الثمانينات فقد تم انتاج كابلات تعتبر من اعظم الانجازات فى مجال الالياف الضوئيه كانت تسمى TAT-8 وقد استخدمت فى الربط البحرى بين نيوجيرسى فى امريكا عابرة المحيط الى دول اوروبا .  
- ثم توالت بعدها عمليات كثيره للربط البحرى بين مختلف البلدان على مستوى العالم مستخدمة كابلات الالياف الضوئيه الى وقتنا هذا.
- وعلى مستوى الدوله الواحده فقد اتسع نطاق الاستعانه بالالياف الضوئيه ليشمل مختلف المجالات الحيويه بها.

                                                                       
* استخدامات الالياف الضوئيه.
- المحادثات التليفونيه
هناك عشرات الآلاف من الاشخاص حول العالم يتبادلون احاديثهم فوق كابلات تليفونيه من الالياف الضوئيه تنقل اصواتهم على شكل تيارات متدفقه من النبضات الضوئيه . وهى بذلك تقدم حلا فعالا لمشكلة خطوط الاتصالات المزدحمه والمنهكه.
- المجال الطبى.
هناك اطباء يستخدمون اليافا ضوئيه لفحص وعلاج اعضاء الجسم العميقه مما يوفر عليهم تكاليف وآلام الجراحات الخطيره.
- المجال الهندسي.
المهندسون والميكانيكيون الذين يتفحصون مخابئ الآليات الهندسيه المتناهيه فى الحساسيه مثل المفاعلات النوويه او المحركات النفاثه اصبح بوسعهم الآن توصيل الياف دقيقه جدا مفعمه بالضوء الى عدسة عينيه وامعان النظر سيرا بها  حتى الى اصعب الاماكن وصولا على الاطلاق.
- المؤسسات العسكريه.
حيث تستخدم المؤسسات العسكريه واجهزة الامن مناظير وتلسكوبات للرؤيه الليليه صنعت من هذه الرقائق وتستطيع تضخيم ضوء النجوم مئات الآلاف من المرات .
- اشارات المرور.
استخدمت الالياف الضوئيه فى اشارات التقاطعات المروريه حيث اعتبرت هذه الوحدات المع بريقا من انوار المصابيح العاديه او النيون واكفأ استهلاكا للطاقه.
- السيارات
يتم استخدام الالياف الضوئيه فى خدمة بعض اجزاء من السياره فمثلا يمكن استخدام الضوء الصادر من لمبه واحده فى انارة اشارات الانذار بلوحة اجهزة القياس التى تحذرك بخصوص فتح الباب او رفع مكبح الوقوف.
- المركبات الفضائيه فى افلام الخيال العلمي.
نلاحظ ان تلك الاضواء المبهره التى نراها فى المركبات الفضائيه ذات الالف نافذه ونافذه فى افلام الخيال العلمى (فيلم المركبه الفضائيه جلاكتكا) تصدر عن مصباح واحد . حيث يثبت مصدر ضوئى وحيد داخل نموذج المركبه ويتم تشعيب ضوئه الى النوافذ الاخرى عن طريق الالياف الضوئيه.

* مميزات الالياف الضوئيه مقارنة بالاسلاك النحاسيه.
- نجد ان الزوج الواحد من الالياف ( المغلفه داخل طبقه واقيه ) يقل قطره عن البوصه الواحده(2.5سم) لكنه يستطيع احتواء 672 مكالمه  تليفونيه فى آن واحد فى حين نجد ان الكابل النحاسى الذى يبلغ قطره 3 بوصات (7.5 سم) ويتضمن 18000 سلك فلا يستطيع ان يحمل سوى 900 مكالمه فقط وهكذا فمقارنة الالياف مع الاسلاك النحاسيه نجد تفوق الالياف وبدرجه اعلى بكثير عند نقل المحادثات.
وبالتالى فان زيادة قدرة الالياف الضوئيه على الاتساع سوف يساهم فى تقديم حلا فعالا لمشكلة خطوط الاتصالات المزدحمه والمنهكه.
- بما ان الالياف تحمل ضوءا فهى بذلك لا تشع اشارات كهرومغناطيسيه وبناء عليه فهى تتمتع بحصانه ضد التداخل الكهربى ( التشويش) وكذلك تشابك المكالمات ( تداخل الخطوط الهاتفيه).
- كما انه من الممكن اجراء الاصلاحات مع الاستمرار فى تشغيل الجهاز . وبالتالى ستسير عملية نقل المحادثات والمعلومات بشكل سلس وفعال.
- والكابلات الرشيقه من الالياف الضوئيه يمكن وضعها بسهوله داخل المواسير جنبا الى جنب مع الكابلات الممده حاليا الامر الذى يسمح بقدر عظيم من توسيع الخدمه دون الحاجه الى تحمل تكاليف اضافيه عاليه للتركيبات الجديده.

* مدى التاثير المستقبلى للالياف الضوئيه على التليفون.
- نجد ان الالياف الضوئيه ساهمت فى احداث طفره هائله فى تطوير منظومة الاتصالات وبالتالى فليس من المستبعد ان تساهم الالياف الضوئيه فى المستقبل القريب  فى احداث طفره نوعيه فى وظائف التليفون حيث انه من المتوقع ان يكون للتليفون ادوار اخرى غير نقل المكالمات بين الاشخاص كأن ان يقوم بايقاظ الشخص اتوتوماتيكيا وايضاءة الانوار وتشغيل التليفزيون وانظمة السلامه او تبطيلها عند اوقات مبرمجه سلفا واغلاق الابواب او فتحها وكذلك تشغيل فرن الغاز او اطفاء مجفف الملابس ، وقراءة عداد الكهرباء وتسليمك البريد فى منزلك .
- وقد يصبح التليفون جهازا متكاملا للتسوق وشراء كافة احتياجاتك من السلع وانت فى المنزل ، ومع الاستعانه باجهزة استكشاف المكالمات سيستطيع الوصول اليك حيثما كنت كما لو كان الاتصال من هاتف الاصدقاء فى الشقه المجاوره.

   

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

بشاير 2019. يتم التشغيل بواسطة Blogger.

المتابعة بالبريد الإلكتروني

نموذج الاتصال

الاسم

بريد إلكتروني *

رسالة *