تُعد الألياف الضوئية تقنية متقدمة للاتصالات والاستشعار ونقل الطاقة، تتميز بمرونتها وقدرتها الفائقة على نقل البيانات لمسافات طويلة وواسعة النطاق. 🌐




الاتصالات عبر الألياف الضوئية

تُستخدم الألياف الضوئية كوسيلة للاتصالات السلكية وربط شبكات الحاسوب نظرًا لمرونتها وقدرتها على التجميع ككابلات. تُعد هذه الألياف مفيدة بشكل خاص للاتصالات بعيدة المدى، حيث ينتقل الضوء عبر ألياف رقيقة بدلًا من الأسلاك الكهربائية. يمكن أن تصل سرعات نقل البيانات عبر قناة واحدة إلى 111 جيجابت في الثانية، مع إمكانية الوصول إلى 400 جيجابت في الثانية باستخدام تقنيات متقدمة. كل ليف يمكنه حمل العديد من القنوات المستقلة باستخدام أطوال موجية ضوئية مختلفة (مضاعفة تقسيم الطول الموجي)، مما يسمح بنقل بيانات بمعدلات تصل إلى 101 تيرابت في الثانية للليف أحادي النواة و 1.05 بيتابت في الثانية للألياف متعددة النوى.

بالنسبة للاتصالات قصيرة المدى، مثل الشبكات داخل المكاتب، توفر الألياف الضوئية مساحة أكبر في الأنابيب نظرًا لقدرة الليف الواحد على حمل بيانات أكثر بكثير من الكابلات الكهربائية التقليدية (مثل كابلات إيثرنت الفئة 5). كما أنها محصنة ضد التشويش الإلكتروني، ولا يوجد تداخل بين الإشارات في الأسلاك المختلفة، ولا تلتقط الضوضاء الخارجية. بما أنها غير موصلة للكهرباء، فهي مثالية للبيئات ذات الجهد الكهربائي العالي أو تلك التي تحتوي على غازات متفجرة، كما أنها أصعب في التنصت عليها مقارنة بالموصلات الكهربائية.

مميزاتها على أسلاك النحاس

تتفوق الألياف الضوئية على أسلاك النحاس في عدة جوانب:

  • عرض النطاق الترددي الواسع: يمكن لليف ضوئي واحد أن يحمل ملايين المكالمات الصوتية أو آلاف القنوات التلفزيونية.

  • الحصانة للتداخل الكهرومغناطيسي: لا يتأثر الضوء المنقول عبر الألياف بأي إشعاع كهرومغناطيسي، كما أن الألياف غير موصلة للكهرباء.

  • فقدان ضئيل للضوء لمسافات طويلة: يمكن أن يكون فقدان الضوء منخفضًا جدًا (0.2 ديسيبل لكل كيلومتر)، مما يسمح بالإرسال عبر مسافات طويلة دون الحاجة إلى أجهزة تكرار الإشارة.

  • العازل الكهربائي: تمنع الألياف الضوئية غير الموصلة للكهرباء مشاكل الحلقات الأرضية وتوصيل البرق.

  • التكلفة المادية والوقاية من السرقة: تقلل الحاجة إلى النحاس الذي ارتفعت أسعاره وأصبح هدفًا للسرقة.

  • أمن المعلومات: يصعب التنصت على المعلومات المنقولة عبر الألياف الضوئية.




الاستشعار بالألياف الضوئية

تُستخدم الألياف الضوئية على نطاق واسع في الاستشعار عن بعد. يمكن أن تكون المستشعرات نفسها أليافًا ضوئية، أو تُستخدم الألياف لتوصيل مستشعر غير ليفي إلى نظام القياس. تتميز الألياف في هذا المجال بصغر حجمها، عدم حاجتها للطاقة الكهربائية في الموقع البعيد، وإمكانية مضاعفة العديد من المستشعرات على طول الألياف باستخدام أطوال موجية مختلفة أو عن طريق استشعار التأخير الزمني للضوء.

يمكن استخدام الألياف الضوئية كمجسات لقياس الإجهاد، درجة الحرارة، الضغط، وكميات أخرى عن طريق تعديل خصائص الضوء. تُعد المجسات بسيطة ولا تحتاج سوى مصدر بسيط وكاشف. تُقدم هذه المجسات قدرة على الاستشعار الموزع على مسافات تصل إلى متر واحد، أو قياسات محلية عالية الدقة عند دمج عناصر مستشعر مصغرة مع طرف الألياف.

تُستخدم مستشعرات الألياف الضوئية الخارجية لنقل الضوء من مستشعر بصري أو إلكتروني إلى نظام القياس. تكمن فائدتها الكبيرة في قدرتها على الوصول إلى الأماكن التي يصعب الوصول إليها، مثل قياس درجة الحرارة داخل محركات الطائرات النفاثة أو المحولات الكهربائية حيث المجالات الكهرومغناطيسية شديدة. تُستخدم هذه المستشعرات أيضًا لقياس الاهتزاز، الدوران، الإزاحة، السرعة، التسارع، عزم الدوران، والالتواء، وتُعد مكونًا أساسيًا في جيروسكوب الألياف الضوئية (FOG).

تشمل الاستخدامات الشائعة لمستشعرات الألياف الضوئية أنظمة الأمن المتقدمة للكشف عن حالات الاختراق، حيث يُراقب الضوء المنقول عبر كابل استشعار على سياج أو خط أنابيب للكشف عن الاضطرابات وإطلاق الإنذارات. كما تُستخدم الألياف الضوئية على نطاق واسع كمكونات في المستشعرات الكيميائية الضوئية والبيولوجية.

نقل الطاقة

يمكن استخدام الألياف الضوئية لنقل الطاقة عن طريق تحويل الضوء إلى كهرباء بواسطة خلية كهروضوئية. على الرغم من أن هذه الطريقة ليست بنفس كفاءة الطرق التقليدية، إلا أنها مفيدة بشكل خاص في الحالات التي يُفضل فيها عدم وجود موصل معدني، مثل بالقرب من أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي أو لتشغيل الإلكترونيات في الهوائيات عالية الطاقة وأجهزة القياس في معدات الإرسال ذات الجهد العالي.





استخدامات أخرى

تتعدد استخدامات الألياف الضوئية لتشمل:

  • المجال الطبي: في إجراء العمليات الجراحية الدقيقة ورؤية أجزاء الجسم الداخلية (مثل تنظير المعدة).

  • المجال العسكري: لصعوبة التجسس عليها.

  • الهندسة الوراثية: في تفكيك الشفرة الوراثية والوقاية من الأمراض الوراثية.

  • الحيوانات: توجد في فراء الدببة القطبية، حيث تعمل شعيرات الفراء كمجموعة من الألياف الضوئية التي تعكس الأشعة فوق البنفسجية، مما يوفر لها عزلًا حراريًا.

هل ترغب في معرفة المزيد عن تطبيق معين من هذه الاستخدامات؟