ما هي الأجهزة والمعدات المستخدمة في تقنية الألياف الضوئية وكيف تعمل معًا لنقل الإشارات الضوئية؟

تقنية الألياف الضوئية تتضمن العديد من الأجهزة والمعدات التي تعمل معًا لنقل الإشارات الضوئية عبر الكابل. من بين هذه الأجهزة والمعدات:

1. مصدر الضوء: يولد الإشارة الضوئية ويمثلها بالنبضات الضوئية.

2. الكابل البصري: يحمل الإشارة الضوئية من مصدر الضوء إلى جهة الاستقبال.

3. المحولات البصرية (Transceivers): تعمل كمرسل ومستقبل للإشارة الضوئية وتحولها إلى إشارة إلكترونية والعكس.

4. الألياف الضوئية: هي الأنابيب الرفيعة من الزجاج أو البلاستيك التي تنقل الإشارة الضوئية.

5. الحاويات والصناديق (Enclosures): تستخدم لحماية الاتصالات الضوئية وتقليل فقدان الإشارة.

6. الأقطاب (Connectors): تستخدم لتوصيل الكابلات البصرية معًا.

7. الأجهزة الانتقالية (Switches): تستخدم لتوجيه حركة المرور الضوئي بين مختلف الأجهزة.

8. أجهزة التوجيه (Routers): تستخدم لتوجيه حركة المرور البيانات بين شبكات مختلفة.

9. الجدران النارية (Firewalls): تحمي الشبكة من الهجمات والاختراقات الإلكترونية.

10. الأجهزة المحوسبة (Computers): يمكن استخدام الكمبيوترات لإدارة وتحكم الشبكة وتحليل البيانات.

جميع هذه الأجهزة والمعدات تعمل بتنسيق مشترك لضمان نقل الإشارات الضوئية بسرعة عالية وفعالية في الشبكات. تقوم مصادر الضوء بإرسال الإشارات الضوئية عبر الألياف الضوئية, وتمر تلك الإشارات عبر الكابل البصري إلى المحولات البصرية التي تحولها إلى إشارة إلكترونية لتكون قادرة على التحكم والتواصل مع الأجهزة الأخرى في الشبكة. تقوم الأجهزة المحوسبة والمعدات الشبكية الأخرى بإدارة وتنظيم حركة المرور البيانات وتوجيهها بين الأجهزة المختلفة في الشبكة.

ما هو تأثير الطول الموجي على أداء تقنية الألياف الضوئية؟

تأثير الطول الموجي على أداء تقنية الألياف الضوئية يتعلق بمفهوم التشتت الكروي (Chromatic Dispersion), وهو الآثار المترتبة عن انتشار الأطوال الموجية داخل الألياف الضوئية. عندما يُرسل الإشارة الضوئية في الألياف, تنتشر الألوان المكونة للإشارة بشكل مختلف على طول الألياف, حيث يسبب ذلك تغيراً في سرعة انتقال الإشارة وتجاوبها.

هذا التشتت الكروي يؤدي إلى انفصال النبضات الضوئية وتباعدها مع مرور الزمن, مما يقلل من سرعة انتقال البيانات ويقلل من طول المسافة التي يمكن أن ينتقل عبرها إشارة الضوء بدون تجاوز خسائر كبيرة في الإشارة. لهذا السبب, يجب أن تستخدم التقنية الحديثة في تقليل هذا التشتت وتحسين أداء الألياف الضوئية عبر طيف أطوال موجية واسع.

بالإضافة إلى التشتت الكروي, يؤثر الطول الموجي أيضًا على خصائص التشتت الانكساري (Modal Dispersion) وتشتت الانعكاس الراجع (Rayleigh Scattering) في الألياف الضوئية.

على الرغم من هذه التحديات, يتم تصميم ألياف ضوئية متميزة تقنياً لتقليل هذه التأثيرات وتحسين أداء نقل البيانات على مسافات طويلة بسرعات عالية.

ما هي الطرق المستخدمة للكشف عن التلف والمشاكل في الألياف الضوئية وإصلاحها؟

هناك عدة طرق للكشف عن التلف والمشاكل في الألياف الضوئية وإصلاحها. إليك بعض الطرق الشائعة:

1. اختبار الإرسال والاستقبال: يتم استخدام أجهزة اختبار الإرسال والاستقبال لقياس قوة إشارة الضوء في الألياف والتحقق من صحة الاتصال بين المرسل والمستقبل. إذا كان هناك تلف في الألياف أو مشكلة في الاتصال, يمكن تحديدها باستخدام هذه الطريقة.

2. اختبار الانكسار: يتم استخدام جهاز اختبار الانكسار لتحديد موقع التلف في الألياف بناءً على تغير الزمن اللازم لعودة الإشارة المنكسرة.

3. الاختبار البصري الزمني (OTDR): يستخدم جهاز OTDR لقياس فقدان الإشارة في الألياف عبر طول الكابل وتحديد مواقع التلف.

4. الفحص البصري: يتم استخدام جهاز الفحص البصري للتحقق من نهايات الألياف والموصلات للتأكد من عدم وجود خدوش أو تلف.

5. اختبار الاهتزاز والاهتزاز: يمكن استخدام جهاز اختبار الاهتزاز للكشف عن مشاكل في الألياف بسبب الاهتزازات الخارجية.

بعد كشف المشكلة, يمكن إصلاح التلف في الألياف بإعادة توصيلها أو استبدال الجزء التالف. قد تتطلب بعض الإصلاحات المتقدمة استخدام أدوات خاصة وفنيين محترفين لضمان الإصلاح الصحيح والتأكد من استعادة أداء الألياف الضوئية بالكامل.

ما هو كابل الألياف الضوئية  Fiber Optic ؟

كابل الألياف الضوئية أو كابل الليف الضوئي باختصار هو وسيلة انتقال عالية السرعة للبيانات، حيث تحتوي على خيوط “مسارات” الألياف الزجاجية داخل غلاف معزول؛ وهي مصممة لنقل بيانات لمسافة طويلة وبشكل عالي الأداء، وتستخدم عادةً في شبكات البيانات والاتصالات.

كابلات الألياف الضوئية تدعم الكثير من أنظمة الانترنت والتلفزيون والهاتف في العالم.
لأن كابلات الألياف الضوئية تنقل البيانات عبر موجات الضوء، يمكن نقل المعلومات بسرعة الضوء “سرعة كبيرة جداً” تصل لـ 20 جيحابت في الثانية في بعض أنواع الكابلات..
ليس من المستغرب أن توفر كابلات الألياف الضوئية أسرع معدلات نقل البيانات مقارنةً مع أي وسيلة أخرى لنقل البيانات. كما أنها أقل عرضة للضوضاء والتدخل مقارنة بالأسلاك النحاسية أو خطوط الهاتف.
ومع ذلك، كابلات الألياف الضوئية هي أكثر هشاشة وضعف من الكابلات المعدنية، وبالتالي تتطلب التغليف بشكل جيد للوقاية من الكسر، لأننا غالباً ما نحتاج إلى استبدال كابلات الألياف الضوئية المكسورة, بينما الأسلاك النحاسية يمكن تقسم وتوصل عدة مرات حسب الحاجة.

 كيف تعمل كابلات الألياف الضوئية ؟

كابلات الألياف الضوئية تحمل إشارات الاتصالات باستخدام نبضات من الضوء توَّلد عبر ليزر صغير أو الثنائيات الباعثة للضوء (LED).

يتكون الكابل من عدة فروع من الزجاج، كل فرع يكوِّن بطبقة رقيقة جداً من الزجاج “أقل من نصف ميلي ميتر”. ومنتصف كل من هذه الفروع يطلق عليه اسم “قلب _ core”، وهو الذي يوفر طريقاً لمرور الضوء. ويحيط بكل فرع طبقة من الزجاج تسمى “العاكس _ cladding” وهو يعمل على عكس الضوء في الداخل لتجنب فقدان الإشارة والسماح للضوء بالمرور من خلال الانحناءات في الكابل.

يعتبر “العاكس _ cladding” بمثابة محرك للضوء، حيث عند وصول الأشعة إلى الأعلى في داخل “القلب _ core” يعمل العاكس على عكس هذه الأشعة إلى الأسفل ومن ثم إلى الأعلى “~” تماماً كعمل المرآة.
الغلاف الواقي أو “المعطف _ coating” مهمته تغليف “العاكس _ cladding” و “القلب _ core” لحمايتهما من الضرر، يكون هذا الغلاف عادةً من البلاستك.

“الطبقة المقوية _ strength member” و “الغلاف الخارجي _ outer jacket” وهما طبقة من البلاستك المقوى يعملان على حماية الكابل من الضرر “الكسر”.

للكابلات الضوئية أنواع :

 ذوات النمط الأحادي و متعددة الألياف

1.  ذات النمط الأحادي “single mode fiber” تنتقل من خلالها إشارة ضوئية واحدة فقط في كل ليفة ضوئية من ألياف الحزمة، وهي النوع الأسرع نقلاً للبيانات وتُستخدم في شبكات الهاتف وكوابل التلفزيون.

2.  ذات النمط المتعدد “multi mode fibers” يتم نقل العديد من الإشارات الضوئية من خلال الليفة الضوئية الواحدة، مما يجعل استخدامها أفضل لشبكات الحاسوب.

 في النهاية

في السنوات الأخيرة أصبحت تكنولوجيا الألياف الضوئية تمتلك شعبية متزايدة لاتصالات الانترنت المحلية أيضاً، حيث أصبح الآن بعض مزودي خدمات الانترنت يقدمون الانترنت الضوئي، والتي توفر الوصول إلى الانترنت عبر خط الألياف الضوئية، إذ يمكن أن تصل سرعة نقل البيانات إلى 1 جيجابت في الثانية.

الألياف الضوئية هي عبارة عن جدائل طويلة من زجاج ذُوا درجة عالية من النقاء، يصل رفعها إلى حد أن تُماثل شعرة الإنسان، تصطف هذه الجدائل معاً في حزمة تُسمى “الحبل الضوئي – Optical cable”.
إذا نظرت عن قرب لأحد هذه الألياف ستجد أنه يتكون من:

1- Core : وهو قلب من الزجاج فائق النقاء، يُمثل المسار الذي ينتقل من خلاله الضوء.
2- Cladding : وهو المادة الخارجية التي تحيط بالقلب الزجاجي وهي مصنوعة من زجاج يختلف معامل انكساره عن معامل انكسار الزجاج الذي يُصنع منه القلب، ويعكس الضوء باستمرار ليظل بداخل القلب الزجاجي.
3- Buffer coating : وهو غلاف بلاستيكي يحمي القلب من الضرر.

🔹 تنقسم أنواع الألياف الضوئية بشكل عام إلى نوعين أساسيين:

🔰 Single mode fiber:

تُنقل من خلالها إشارة ضوئية واحدة فقط في كل “ليفة ضوئية” من ألياف الحزمة، وتُستخدم في شبكات الهاتف وكوابل التلفزيون. هذا النوع من الألياف يتميز بصغر نصف قطر القلب الزجاجي حيث يصل إلى حوالي 9 micron وتمرُّ من خلاله أشعة “الليزر” تحت الحمراء ذات الطول الموجي 1.3 – 1.55 nm.

🔰 Multi mode fibers

يتم نقل العديد من الإشارات الضوئية من خلال “الليفة الضوئية” الواحدة مما يجعل استخدامها أفضل لشبكات الحاسوب، هذا النوع من الألياف يكون نصف قطره أكبر، حيث يصل إلى 62.5 micron, تُنقل من خلاله الأشعة تحت الحمراء.

🔹 يتكون نظام الألياف الضوئية من ثلاث أجزاء أساسية:

1.Transmitter

وهو الذي يُنتج ويُشفر الإشارة الضوئية حيث يكون الجزء الأساسي به هو المصدر الضوئي الذي قد يكون ليزر أو الدايود الضوئي، فإذا أردنا نقل إشارة تلفزيون مثلاً أو أي معلومة، فمن الضروري تحويل (تحوير) الإشارة الضوئية طبقاً للمعلومة المراد نقلها. تحوير الإشارة الضوئية قد يتم بتغيير شدتها – ارتفاعها – انخفاضها وهو ما يعرف ب”Analogue modulation”، أو من خلال إشعالها وإطفائها في تتابع, وهو ما يُعرف ب”Digital modulation”.

2. Fiber-Optic

وهو الذي يقوم بتوصيل الإشارة الضوئية عبر المسافات.

3. Receiver

يستقبل الإشارة الضوئية ويفُك شفرتها ليحولها إلى إشارة كهربية تُرسل إلى المستخدم الذي قد يكون هاتف أو تلفزيون.