كيف تعمل الألياف الضوئية؟
banner
2006-08-19 , 03:07 صباحاً
ثامر التركي’s Avatar
ثامر التركي

مشارك

المشاركات:91
التسجيل:May 2006
ثامر التركي
بسم الله الرحمن الرحيم

في السنوات الأخيره كثر الحديث عن الآلياف الضوئية
وأثناء إبحاري في عالم النت وجدت موضوع شامل يتحدث عن هذه التقنية
سأعرضه هنا للفائدة علماً بأني لم أضف للموضوع سوى صورة واحده
وهي الصورة الأولى ومصدرها موقع wonderquest
أما الموضوع الأساسي فمصدره: موقع الدكتور حازم سكيك
ونشر في موقع "زينو" .

فكرة عمل الألياف الضوئية Fiber Optics


ما هي الألياف البصرية؟
الألياف البصرية هي ألياف مصنوعة من الزجاج النقي طويلة ورفيعة لا يتعدى سمكها سمك الشعرة يجمع العديد من هذه الألياف في حزم داخل الكيبلات البصرية وتستخدم في نقل الإشارات الضوئية لمسافات بعيدة جداً.
Image

ويتكون الليف البصري من :

االقلب (Core) : وهو عبارة عن زجاج رفيع ينتقل فيه الضوء.

العاكس ( Cladding) : مادة تحيط باللب الزجاجي وتعمل على عكس الضوء مرة أخرى إلى مركز الليف البصري.

الغطاء الواقي (Buffer Coating) : غلاف بلاستيكي يحمي الليف البصري من الرطوبة أو ويحميه من الضرر و الكسر.

Image

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





الألياف الضوئية يمكن أن تقسم بصفة عامة إلى نوعين أساسيين:
Image


single mode fiber-1 تنتقل من خلالها إشارة ضوئية واحدة فقط في كل ليفة ضوئية
من ألياف الحزمة و هي تستخدم في شبكات التلفون و كوابل التلفزيون. هذا النوع
من الألياف يتميز بصغر نصف قطر القلب الزجاجي حيث يصل إلى حواليmicron
9 و تمر من خلاله أشعة الليزر تحت الحمراء ذات الطول الموجي 1.3-1.55
nm .

multi -mode fibers-2 و بها يتم نقل العديد من الإشارات الضوئية من خلال الليفة الضوئية
الواحدة مما يجعل استخدامها أفضل لشبكات الحاسوب. هذا النوع من الألياف يكون
نصف قطره اكبر حيث يصل إلى 62.5micron
و تنتقل من خلاله الأشعة تحت الحمراء.

كيف تعمل الألياف
الضوئية و كيف توصل الضوء

Image

افترض انك تريد
أن توصل ومضة ضوئية خلال مسار طويل مستقيم كل ما عليك هو أن توجه الضوء خلال
هذا المسار و لان الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة فانه سيصل للطرف الآخر بلا مشاكل.
لكن ماذا لو كان المسار به انحناء؟ بسهولة يمكن أن تتغلب على ذلك بوضع مرآة عند
الانحناء لتعكس الضوء إلى داخل المسار مرة أخرى . و بنفس الطريقة تحل المشكلة
لو كان المسار كثير الانحناءات حيث تصف مرايا على طول المسار لتعكس الضوء باستمرار
من جانب لأخر ليبقى في مساره. هذه بالضبط هي فكرة عمل الألياف الضوئية. حيث ينتقل
الضوء بواسطة الانعكاس المستمر عن الجدار المحاذي للقلب الزجاجي(cladding)
انعكاسا داخليا كليا. و لان هذا الجدار لا يمتص أي من الضوء الساقط عليه فان
الإشارة الضوئية يمكن أن تسافر مسافات طويلة. و لكن يحدث أحيانا أن يفقد جزء
من الضوء حيث تمتصه الشوائب الموجودة في القلب الزجاجي.


يتكون نظام
الألياف الضوئية من ثلاث أجزاء أساسية



1-transmitter

و هو الذي ينتج
و يشفر الإشارة الضوئية حيث يكون الجزء الأساسي به هو المصدر الضوئي الذي قد
يكون ليزر أو الدايود الضوئي فإذا أردنا مثلا نقل إشارة تلفزيونية أو أي معلومة
فانه من الضروري تحوير الشارة الضوئية طبقا للمعلومة المراد نقلها. تحوير الإشارة
الضوئية قد يتم بتغيير شدتها ارتفاعا و انخفاضا
analogue modulationأو
إشعالها و إطفائها في تتابع و هو ما يعرف ب
digital modulation


2- fiber-optic
و هو الذي يقوم
بتوصيل الإشارة الضوئية عبر المسافات و هو الجزء الذي تم شرحه بالتفصيل.

3-receiver
يستقبل الإشارة
الضوئية و يفك شفرتها ليحولها إلى إشارة كهربية ترسل إلى المستخدم الذي قد يكون
التلفزيون أو التلفون


مميزات الألياف
الضوئية

لقد أحدثت الألياف
الضوئية ثورة في عالم الاتصالات لتميزها على أسلاك التوصيل العادية فهي :

1-أكثر قدرة
على حمل المعلومات لان 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 اكبر عرض نطاق يحتاجه البث التلفزيوني لا يتجاوز 6Mhz
.

2-اقل حجماحيث أن نصف قطرها اقل من نصف قطر الأسلاك النحاسية التقليدية فمثلا يمكن استبدال
سلك نحاسي قطره 7.62سم بآخر من الألياف الضوئية قطره لا يتجاوز0.635سم و هذا
يمثل أهمية خاصة عند مد الأسلاك تحت الأرض.

3-اخف وزنافيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها 94.5كجم بأخرى من الألياف الضوئية تزن فقط
3.6كجم. <---- لاحظو الفرق !! " ثامر"

4-فقد اقل 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 إنها لا
تتعرض للتداخلات الكهرومغناطيسية مما يجعل الإشارة تنتقل بسرية تامة مما له أهمية
خاصة في الأغراض العسكرية.

6- غير قابلة
للاشتعال مما يقلل من خطر الحرائق

7-تحتاج إلى
طاقة اقل في المولدات لان الفقد خلال عملية التوصيل قليل

بسبب هذه المميزات
فان الألياف الضوئية دخلت في الكثير من الصناعات و خصوصا الاتصالات و شبكات الكمبيوتر.
كما تستخدم في التصوير الطبي بأنواعه و في كمجسات عالية الجودة للتغير في درجة
الحرارة و الضغط بما له من تطبيقات في التنقيب في باطن الأرض
كيف تصنع الألياف
الضوئية

كما سبق و ذكرنا
تصنع الألياف الضوئية من زجاج على درجة عالية من النقاء حيث وصفت إحدى الشركات
ذلك بان قالت لو كان هناك محيط من الألياف الضوئية يصل للعديد من الأميال و نظرت
من على سطحه للقاع يجب أن تراه بوضوح.

صناعة الألياف الضوئية تتم كما يلي:Image
1-عمل اسطوانة
زجاجية غير مشكلة

2-سحب الألياف
الضوئية من هذه الاسطوانة الزجاجية

3-اختبار الألياف
الضوئية

الزجاج المستخدم
في عمل الاسطوانة الغير مشكلة يصنع من خلال عملية تسمى
modified chemical
vapour deposition حيث يمرر الأكسجين على محلول من كلوريد السليكون و كلوريد الجرمانيوم
كيماويات أخرى ثم تمرر الأبخرة المتصاعدة داخل أنبوب من الكوارتز موضوع في مخرطة
خاصة عندما تدار يتحرك مجمر حول أنبوب الكوارتز حيث تتسبب الحرارة العالية في
حدوث شيئين

يتفاعل السليكون
و الجرمانيوم مع الأكسجين لتكوين أكسيد السليكون و أكسيد
الجرمانيوم

يترسب أكسيد
السليكون و أكسيد الجرمانيوم على جدار الأنبوب من الداخل و يندمجان

معا لتكوين الزجاج الخام المطلوب حيث يمكن التحكم بدرجة نقاء
و صفات الزجاج المتكون
من
خلال التحكم بالخليط.

Image

الآن يتم سحب
الألياف من هذه اسطوانة الخام الغير مشكلة بوضعها في أداة السحب حيث ينزل الزجاج
الخام في فرن كربوني درجة حرارته 1,900-2,200 درجة سليزية فتبدأ المقدمة في الذوبان
حتى ينزل الذائب بتأثير الجاذبية و بمجرد سقوطه يبرد مكونا الجديلة الضوئية.
هذه الجديلة تعالج بتغليف متتابع أثناء سحبها بواسطة جرار مع قياس مستمر لنصف
القطر باستخدام ميكرومتر ليزري. تسحب الألياف من القالب الخام بمعدل 10-20m/s
Image
يتم بعد ذلك
اختبار الألياف من ناحية: معامل الانكسار، الشكل الهندسي و خصوصا نصف القطر،
تحملها للشد، تشتت الإشارات الضوئية خلالها، سعة حمل المعلومات، تحملها لدرجات
الحرارة و إمكانية توصيل الضوء تحت الماء

رغم إن استخدام
الألياف الضوئية لنقل المعلومات عبر المسافات الطويلة استحوذ على معظم الاهتمام
إلا أنها تستخدم لنقل المعلومات عبر المسافات القصيرة أيضا حيث تصل بين الكمبيوتر
الرئيسي و الكمبيوترات الجانبية أو الطابعة. بعيدا عن مجال الاتصالات ظهرت
هناك استخدامات أخرى عديدة و مهمة لهذه الألياف فمثلا نتيجة لمرونتها و دقتها
دخلت في صناعة الكاميرات الرقمية المتعددة المستخدمة في التصوير الطبي مثل التصوير
الشعبي و المناظير. كما دخلت في تصنيع الكاميرات المستخدمة في التصوير الميكانيكي
لفحص اللحام و الوصلات في الأنابيب و المولدات. و لفحص أنابيب المجاري الطويلة
من الداخل.

استخدمت الألياف
الضوئية أيضا كمجسات لتحديد التغير في درجات الحرارة و الضغط
strain
حيث تفضل على المجسات العادية لصغر حجمها و حساسيتها للتغيرات الصغيرة و دقة
أدائها. احد التطبيقات المهمة لها كمجسات لقياس
strain
يكون بإدخالها في صناعة جدار بعض الطائرات مما يمنح الطائرة جدار مميز يحذر الطيار
من الضغط الواقع على أجنحة أو جسم الطائرة .

تحياتي للجميع ,,
Enlarged Image
2006-08-19 , 03:07 صباحاً
2006-08-19 , 05:20 صباحاً
made in ksa’s Avatar
made in ksa

عضو بارز

المشاركات:1279
التسجيل:Oct 2004
made in ksa
الله يجزاك خير.
2006-08-19 , 05:20 صباحاً
2006-08-19 , 05:27 صباحاً
المهــند’s Avatar
المهــند

عضو متميز

المشاركات:4402
التسجيل:Feb 2006
المهــند
أخي الكريم تحدثت في هذا الموضوع بالكثير عن الالياف الضوئية وذكرت الكثير أيضاً من محاسنها

فهل تذكر لنا مساؤها

لان على حد علمي بأنها مرتفعة الثمن وقابلة للكسر <<<<<<<<<<<<<< غير متأكد من المعلومة وأطلب التأكيد

فهل هذا الكلام صحيح


وشكراً لك على اجتهادك

وتقبل تحياتي

المهــند
2006-08-19 , 05:27 صباحاً
2006-08-19 , 08:10 صباحاً
xnasserx’s Avatar
xnasserx

مشارك

المشاركات:492
التسجيل:Apr 2006
xnasserx
مشكور ثامر على الموضوع
2006-08-19 , 08:10 صباحاً
2006-08-19 , 12:27 مساءً
مرمر زماني’s Avatar
مرمر زماني

عضو قديم

المشاركات:9073
التسجيل:Jul 2005
مرمر زماني
الله يجزاك خير.
2006-08-19 , 12:27 مساءً
2006-08-19 , 01:58 مساءً
viper123’s Avatar
viper123

فعال

المشاركات:1136
التسجيل:Oct 2005
viper123
المهــند كتب:
أخي الكريم تحدثت في هذا الموضوع بالكثير عن الالياف الضوئية وذكرت الكثير أيضاً من محاسنها

فهل تذكر لنا مساؤها

لان على حد علمي بأنها مرتفعة الثمن وقابلة للكسر <<<<<<<<<<<<<< غير متأكد من المعلومة وأطلب التأكيد

فهل هذا الكلام صحيح


وشكراً لك على اجتهادك

وتقبل تحياتي

المهــند


من مساوئها صعب ربطها ببعض ولربطها تحتاج أجهزة ومهندسيين محترفين يعني تخيل انه عليك توصل اللسلكين ببعض بشكل طولي بدون إنحراف عشان يمر الضوء!!
2006-08-19 , 01:58 مساءً
2006-08-19 , 08:54 مساءً
S@@D’s Avatar
S@@D

متميز

المشاركات:21304
التسجيل:Sep 2005
S@@D
جزاك الله خير موضوع يستحق خمس نجوم
2006-08-19 , 08:54 مساءً
2006-08-19 , 09:08 مساءً
Br0keN-pr0xy’s Avatar
Br0keN-pr0xy

عضو فعال

المشاركات:732
التسجيل:Jun 2006
Br0keN-pr0xy
شكرا على طرحك للموضوع
2006-08-19 , 09:08 مساءً
2006-08-19 , 10:01 مساءً
أبو ريان’s Avatar
أبو ريان

مبدع

المشاركات:2502
التسجيل:Oct 2005
أبو ريان
موضوع رائع يا ثامر ... والله يعطيك العافية

فيه نقطه زغنونه قد كذا ما قلتها

هي ان سرعة التقل كبيره .... حيث أنها تأخذ سرعة الضوء

وحسب خبرتي البسيطة (أرجوا أن تصحح هذه المعلومة) أن نقل البيانات الضوئية يتم عن بطريقة الـ LED

تحاتي لك :wrd:
2006-08-19 , 10:01 مساءً
2006-08-20 , 12:02 صباحاً
Titanium’s Avatar
Titanium

نشيط

المشاركات:917
التسجيل:Dec 2005
Titanium
السلام عليكم

شكرا لك على المعلومات القيمة

الألياف الضوئية رخيصة الثمن, أرخص من كابلات النحاس العادية

مساؤها زي ما ذكر أنها تحتاج لفنيين خبراء في التوصيلات
كذلك تحتاج لأجهزة خاصة لاستقبال البيانات وإرسالها

الأخ أبو ريان Led تعني لمبة, ويجب توفرها لنقل البيانات

وشكرا
2006-08-20 , 12:02 صباحاً
2006-08-20 , 01:27 صباحاً
عبودي_11’s Avatar
عبودي_11

عضو بارز

المشاركات:1142
التسجيل:Jul 2006
عبودي_11
مشكووووور على المعلومات المفيده ما قصرتوا شباب
2006-08-20 , 01:27 صباحاً
2006-08-20 , 02:20 مساءً
كاريزما’s Avatar
كاريزما

مشارك

المشاركات:475
التسجيل:Jun 2006
كاريزما
من أحلى المواضيع وأكثرها فائدة , وياليت كل طرح يكون بهدف توصيل المعلومة لإعضاء المنتدى لكي تتم الفائدة المرجوّه من وجود هذا المنتدى ..

شكرا لهذا النقل الجميل , وبصراحة .. كثير من الأمور ماكنت أعرفها قبل موضوعك فلك مني كل التقدير ..

إحتراماتي ..
2006-08-20 , 02:20 مساءً
2006-08-20 , 07:55 مساءً
ثامر التركي’s Avatar
ثامر التركي

مشارك

المشاركات:91
التسجيل:May 2006
ثامر التركي
الأخ الكريم made in ksa
شكراً لتشريفك بارك الله فيك.


ا كتب:
فهل تذكر لنا مساؤها
لان على حد علمي بأنها مرتفعة الثمن وقابلة للكسر <<<<<<<<<<<<<< غير متأكد من المعلومة وأطلب التأكيد
فهل هذا الكلام صحيح
هلا وسهلا يا المهند أكيد أن الآلياف البصرية لها عيوب مثلها مثل أي تقنية حديثة ,
ولكن على الإنسان دائما الوقوف على إيجابيات وسلبيات كل تقنية لكي يستطيع
الحكم على مدى الفائدة المرجوه من إستخدامها .
من ناحية أرتفاع ثمنها فهذا صحيح ولكن ثمنها فيها .
قرأت معلومة "غير متأكد منها" أن ثمن مد الكيلو متر حوالي 50000 خمسون ألف ريال طبعاً هذا السعر لا يشمل قيمة مد كيبل االآلياف البصرية فقط بل هو شامل(الدراسة والتصميم والحفر والردم والتركيب والأجهزة االمرسلة والمستقبلة والخدمات المساندة .....الخ )قد تتعجب من هذا السعر المرتفع !!
كما تعجبت أنا ولكن تعجبك قد يزول بعد أن تطلع على خبر يخص تعاقد شركة موبايلي وشركة الاتصالات المتكاملة وبيانات الأولى مع شركة فرنسية لمد شبكة من الألياف البصرية إليك الخبر كما ورد في "جريدة الرياض اليومية" :

[U]"وقعت شركة موبايلي عقد شراكة استراتيجية مع شركتي الاتصالات المتكاملة وبيانات الأولى,ئلإنشاء الشبكة الوطنية للألياف البصرية، التي ستنفذها شركة طالس الفرنسية بتكلفة تبلغ حوالي [COLOR="Red"]مليار ريال.
وتغطي شبكة الألياف البصرية حوالي 12 ألف كيلومتر من الطرق السريعة ..."[/U][/COLOR]

بحسبة بسيطة تكلفة مد الكيلو متر في هذا العقد حوالي 83333 ( ثلاثة وثمانون الف وثلاث مائه وثلاثة وثلاثون ريالاً) طبعاً شاملة كل شي .

أما من ناحية الكسر فصحيح أن الليف البصري قد يتعرض للكسر ولكن ليس بسهولة بسبب غلافة الخارجي المتين ومرونته الفائقة .
لاحظ الصورة في الأسفل ستجد أن ليس هناك
معاملة خاصة لكيبل الآلياف البصرية

Image


ولكن في حالة تعرض للكسرفأن إصلاحه مُكلف ويحتاج إلى خبرات وأجهزة خاصة كما ذكر الأخ العزيز viper123

أقرأ معي كيف كانت [U]إجابة أحد المهندسين المتخصصين بمجال إصلاح الآلياف البصرية [/U]حين طرح عليه السؤال التالي :

كيف اذا انقطع الكابل (الالياف البصرية)او بالاصح انكسر لظرفٍ ما كيف يتم اصلاحه؟؟

"في هذه الحاله عادةً يوجد جهاز لحام خاص للاياف البصريه يسمى SPLICING BOX
هذا الجهاز على شكل صندوق خفيف وسهل الحمل
مجهز على مراحل متواليه بحيث ان العامل عليه لا يجد صعوبه في عمل خطوات اللحام
فيقوم اول شي بتعرية الكابل حتى يصل الى الالياف الدقيقه فيقوم بمسك الطرفين المكسورين مع بعضهما ويقوم بتنضيفهما بواسطة معقم الكحوول +مناديل خاصه ثم يبدا خطوات الحاام بوضع الطرفين داخل ماده بلاستيكيه على شكل انبوب تقوم بنفس عمل الجبيره اذ تذووب مع الحراره لتعييد تشكييل الزجاج والاغلاق عليهما ثم المتابعه عن طريق شاشه خارجيه توضح مستوى استقامه الطرفين وبعدها يتم اللحام بواسطة الحراره و بعد ذلك تقوم باخراج الكابل لتجده عاد كما كان ".



يمكننا إيجاز مساؤئه -كيبل الألياف البصرية-بإنه يحتاج إلى تقنيات ومعدات وخبرات وصيانة خاصة بالإضافة إلى التكلفة المادية للأجهزة المرتبطه به ولكن كل هذه العيوب تهون أمام السرعة والجودة والإعتمادية التي يقدمها, والإستثمار بهذه التقنية لا شك أنه مغري لأنه سرعان ما يسترد تكلفته .
2006-08-20 , 07:55 مساءً
2006-08-20 , 08:04 مساءً
المهــند’s Avatar
المهــند

عضو متميز

المشاركات:4402
التسجيل:Feb 2006
المهــند
أخي الكريم

ثامر التركي

شكراً لك على سرعة تجاوبك وعلى المعلومات الوافية

وربي يعطيك العافية

ويا ريت لو كل الاعضاء مثلك يتكلمون في مواضيع مفيدة ويخلون عنهم القرقرة

مع خالص التحيات

المهــند
2006-08-20 , 08:04 مساءً
2006-08-21 , 12:56 صباحاً
eb3aad’s Avatar
eb3aad

عضو مبدع

المشاركات:1737
التسجيل:Jan 2006
eb3aad
الله ينور عليك يا ثامر التركي زي ما نورتنا وعرفتنا بهذا الموضوع الأكثر من رائع ...

كثر الله من أمثالك في هذا الصرح الراقي ...

تحياتي للجميـــع ...
2006-08-21 , 12:56 صباحاً
2006-08-21 , 11:14 مساءً
عبوووود’s Avatar
عبوووود

بارز

المشاركات:1678
التسجيل:Apr 2005
عبوووود
يعطيك العافيه أخوي ثامر ..

موضوع قمة ...
2006-08-21 , 11:14 مساءً
2006-08-22 , 06:36 مساءً
*SAN4*’s Avatar
*SAN4*

مبدع

المشاركات:2692
التسجيل:Aug 2004
*SAN4*
مشكور على الشرح الرائع اخوي
2006-08-22 , 06:36 مساءً
2006-08-23 , 03:34 صباحاً
3G’s Avatar
3G

عضو مبدع

المشاركات:2026
التسجيل:Feb 2006
3G
مشكور .... سبحان الله نفس طريقة عمل الأعصاب البشرية ونفس التقسيم
2006-08-23 , 03:34 صباحاً
2006-08-23 , 01:29 مساءً
MAISTRO’s Avatar
MAISTRO

مبدع

المشاركات:3486
التسجيل:Apr 2006
MAISTRO
مشكوووور والله انها بطله بس انا اقول لو يمدونها بدال السلك المسلح افضل صح ولا لا :P :p
2006-08-23 , 01:29 مساءً
2006-08-23 , 03:05 مساءً
iSultani’s Avatar
iSultani

عاشق البوابة

المشاركات:12108
التسجيل:Jul 2005
iSultani
بارك الله فيك اخوي ثامر على المعلومات القيمه
2006-08-23 , 03:05 مساءً