الألياف الضوئية وتطبيقاتها

ما المقصود بالألياف الضوئية؟

• الألياف الضوئية هي ألياف دقيقة للغاية وشفافة مصنوعة من البلاستيك أو السيليكا.
• يستخدم لنقل الضوء بين نهايات الألياف وله استخدامات عديدة منها استخدامه في مجال الاتصالات.
  • يساعد على السفر لمسافات طويلة ويستخدم بدلا من الكابلات المعدنية.
  • لأن الإشارات التي يتم إرسالها تنتقل عبر هذه الألياف بسهولة وسرعة أكبر دون خسائر كبيرة.
• هناك خاصية للألياف الطبيعية تجعلها تمنع التداخل الكهرومغناطيسي.
• تحتوي الكابلات الليفية على مجموعة من الخيوط الزجاجية أو البلاستيكية. حجم الخيط أقل من عُشر حجم الشعرة. إنه شفاف وصغير جدًا ، لكنه يمكنه استقبال 25000 مكالمة هاتفية.
• تستخدم الألياف في التصوير الفوتوغرافي والإضاءة.

أنواع الألياف الضوئية

هناك نوعان من الألياف الضوئية يختلف كل منهما حسب استعماله وهما:

وضع واحد من الألياف البصرية

• تحتوي كل حزمة ضوئية على مجموعة من الألياف ، كل ليف يرسل إشارة بصرية واحدة فقط ، حيث يتم استخدام الألياف الضوئية لضبط الوضع الأحادي في كابل الهاتف والتلفزيون.
• يتميز هذا النوع من الألياف بنصف قطر صغير من اللب الزجاجي ، بحجم 9 ميكرون ، والذي تخرج منه أشعة الليزر تحت الحمراء.

الألياف البصرية متعددة الأوضاع

• في هذا النوع من الألياف متعددة الأوضاع ، تنقل العديد من الإشارات الضوئية في ألياف بصرية واحدة ، حيث إنها ألياف ضوئية مناسبة للاستخدام في شبكات الكمبيوتر.
• نصف قطر هذا النوع من الألياف أكبر ، يصل إلى 26.5 ميكرون ، وينقل الأشعة تحت الحمراء عبر ألياف بصرية متعددة.

ما هي مكونات نظام الألياف البصرية؟

وتتكون من مجموعة من ثلاثة أجزاء ضمن نظام الألياف الضوئية وهي كالآتي:

مرسل

• جهاز الإرسال هو مصدر الضوء الرئيسي الذي يساعد في إنشاء ليزر أو ثنائي ضوئي.
• هو الذي ينتج ويشفر الإشارة الضوئية ، على سبيل المثال ، إذا كنا نرسل إشارة تلفزيونية.
  • إنه يقوم بتحويل الإشارة الضوئية وفقًا لما سيتم إرساله ، سواء كانت إشارة.
  • أو المعلومات ، يتم تحديدها من خلال شدة أو نقصان الإشارة الضوئية.

الألياف البصرية

• تُستخدم الألياف الضوئية لإرسال إشارة ضوئية عبر مسافات طويلة.

المستقبل

• هو من يستقبل الإشارة الضوئية ويعمل على فك تشفيرها لتحويلها إلى إشارة كهربائية ترسل إلى التلفاز أو الهاتف.

ما هي مميزات الألياف الضوئية؟

• تتميز الألياف الضوئية بقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية.
• حجمها صغير جدًا ، لأن الألياف الضوئية بحجم الشعرة تقريبًا.
• يسهل نقلها بسبب وزنها الخفيف ويمكن التعامل معها بسهولة.
• العمر الإنتاجي للألياف الضوئية طويل مقارنة بالأنظمة الأخرى التي يمكن استخدامها لنقل المعلومات والبيانات.
• سعر الألياف الضوئية منخفض لأنها مصنوعة من مادة موصلة توجد في الرمل ، لذا فإن تصنيعها بسيط وسهل ورخيص.
• ضد الكهرومغناطيسية الناتجة عن الأجهزة الكهربائية.
• إنه غير قابل للاشتعال ويتطلب تشغيل المولدات. يتم استخدامه في العديد من الصناعات ويمكن استخدامه في التصوير الطبي.

مكونات الألياف البصرية

تتكون الألياف الضوئية من أسطوانتين مركزيتين إحداهما النواة ، وتحيط بها أسطوانة عبارة عن غطاء ، ثم الغطاء الخارجي الواقي ، ثم الغطاء الخارجي. هذه هي المكونات بالتفصيل كما يلي:

القلب

• إنها أسطوانة زجاجية صغيرة ينتقل فيها الضوء ، هذا اللب مصنوع من السيليكا والجرمانيوم يتم إدخاله فيها.

غطاء

• وهي عبارة عن أسطوانة تحيط بالنواة أو النواة الزجاجية التي تساعد في حفظ الضوء وتحمي مركزه.
• إنه مصنوع من السيليكا ، وبالتالي فإن معامل الانكسار لللب أكبر من معامل انكسار الغلاف ، لذلك تحدث عملية الانعكاس.
• عندما تتكرر عملية الانعكاس ، ينتشر الضوء داخل القلب ثم يصل إلى الألياف الضوئية.

غطاء واقي

• هو غطاء مصنوع من البلاستيك يحمي الألياف الضوئية من العوامل الجوية الخارجية بما في ذلك الرطوبة ويساعد على حمايتها من الكسر.
• يوجد غطاء خارجي يسمى الغلاف الذي يحمي الكبل البصري الذي يتكون من مجموعة أو حزمة من الألياف الضوئية.

تطبيقات الألياف البصرية

من أهم تطبيقات الألياف الضوئية ما يلي:

استخدامات الألياف الضوئية في الاتصالات

• تستخدم الألياف الضوئية في مجال الاتصالات الهاتفية وتستخدمها العديد من الشركات الخاصة في مجال الاتصالات.
• كما أن له استخدامًا آخر في مجال الاتصالات التلفزيونية ، حيث يعرض العديد من القنوات ومقاطع الفيديو عبر تلفزيون الكابل ، حيث أن هذا الكابل عبارة عن حزمة من الألياف الضوئية.
• كما أنها تستخدم في محطات توليد الطاقة لأنها تساعد في نقل المعلومات.
• له استخدام آخر على الطائرات والسفن ، لأنه خفيف الوزن ويمكن نقله وصيانته بسهولة.

الاستخدامات الطبية للألياف الضوئية

• هناك استخدامات أخرى مهمة للألياف الضوئية ، بما في ذلك استخدامها في العمليات الجراحية والمناظير.
  • تساعد المناظير على الانحناء لأن حجم الألياف الضوئية صغير ويتراوح من 200 إلى 400 ميكرون وهذه الكمية لا تتعدى 1000 ميكرون.
• تستخدم الألياف البصرية أيضًا في التطبيقات الجراحية حيث يمكن إزالة البروستاتا الحميدة.
  • كما أنه يستخدم لتفتيت حصوات الكلى وإزالة الأنسجة السرطانية في الرئة.
• كما يستخدم في المنازل الداخلية لبعض العمليات ، والغرض منه هو إرسال الضوء إلى العضو الداخلي بحيث يمكن رؤيته وإرسال البيانات من خلال صورة ، وذلك من خلال حزم الألياف.
• هنا ، يتم استخدام ألياف متعددة الشعيرات مرنة وصلبة لتصور الأعضاء الداخلية من خلال فتحة عبر الجلد.
• كما أنه يرسل طاقة الليزر عبر هذه الألياف لتوفير الإضاءة للتصوير الملون ، وهناك استخدامات أخرى في الطب وهي القياس الطيفي عن بعد.

استخدام الألياف الضوئية في الأجهزة الطبية.

• الألياف الضوئية هي الألياف الأكثر استخدامًا في المجال الطبي ، لأنها تساعد في تصور الأماكن داخل الجسم أو إلقاء الضوء على التنظير الداخلي.
• تطبيقات الألياف الضوئية ، بما في ذلك المناظير التي يستخدمها الأطباء لتحديد أعراض الغثيان وآلام البطن وتشخيصها لتقديم العلاج المناسب.
• الأجهزة الاستشارية الطبية هي تطبيقات الألياف البصرية التي تقيس مجموعة متنوعة من الخصائص الفسيولوجية ، حيث تستخدم مستشعرات الألياف البصرية لقياس معدل ضربات القلب ودرجة حرارة الجسم والعضلات.

مفهوم الألياف الضوئية.

• أساس الفكرة هو أن الضوء يصل في خط مستقيم وطويل ، وذلك لأن الضوء ينتقل في خط مستقيم ويمر بسهولة عبر الألياف ، لأنه إذا كانت الألياف منحنية ، لا ينتقل الضوء.
• حتى إذا كان هناك منحنى عاكس للضوء هنا ، فإن المرآة تُستخدم لنقل الضوء من خلال عملية الانعكاس على الجدار المحاذي لللب الزجاجي.
• لا يساعد هذا الجدار على امتصاص الضوء بل يؤدي إلى الانعكاس حتى يتمكن الضوء من السفر لمسافات طويلة.