الألياف البصرية.. كيف تعمل وما الفرق بينها وبين النحاسية؟

بينما كانت الألياف النحاسية هي الخيار التقليدي للاتصالات السلكية واللاسلكية والشبكات وتوصيلات الكابلات لسنوات، أصبحت الألياف البصرية بديلا شائعا لها؛ حيث أصبحت معظم خطوط المسافات الطويلة الخاصة بشركات الهاتف مصنوعة الآن من كابلات الألياف البصرية، وذلك لأنها تحمل معلومات أكثر من الأسلاك النحاسية التقليدية، بسبب عرض النطاق الترددي العالي والسرعات العالية لها.. تعرف على معلومات أكثر عن الألياف البصرية.

ما هي الألياف البصرية؟

• تشير الألياف البصرية، أو الألياف الضوئية، إلى الوسيط والتكنولوجيا المرتبطة بنقل المعلومات كنبضات ضوئية بصرية على طول شريط زجاجي أو بلاستيكي، وتستخدم الألياف البصرية في شبكات البيانات طويلة المدى وعالية الأداء، كما تستخدم أيضا بشكل شائع في خدمات الاتصالات، مثل: الإنترنت، والتلفزيون، والهواتف.
• كابلات الألياف البصرية الحديثة هي كابلات أصبحت تستخدم في نقل المعلومات كبديل للكابلات النحاسية؛ وذلك لأنها تتمتع بالعديد من المزايا أكثر من الكابلات النحاسية، مثل: عرض النطاق الترددي العالي، وسرعات النقل.
• يمكن أن يحتوي كابل الألياف البصرية على عدد متفاوت من الألياف الزجاجية، من بعض الألياف إلى المئات من الألياف الزجاجية، ويحيط بنواة الألياف الزجاجية طبقة زجاجية أخرى تسمى الكسوة، كما تحمي طبقة أخرى معروفة باسم الأنبوب عازل الكسوة، وتعمل طبقة الغلاف كطبقة واقية نهائية للخيط الفردي.

كيف تعمل الألياف البصرية

• تنقل الألياف البصرية البيانات في شكل جسيمات ضوئية، أو فوتونات، تنبض عبر كابل ألياف بصرية، يحتوي كل من نواة الألياف الزجاجية والكسوة على معامل انكسار مختلف يعمل على ثني الضوء الوارد بزاوية معينة، وعندما يتم إرسال الإشارات الضوئية عبر كابل الألياف الضوئية، فإنها تنعكس عن القلب وتغطي في سلسلة من الارتدادات المتعرجة تلتزم بعملية منتظمة تسمى الانعكاس الداخلي الكلي.
• لا تنتقل الإشارات الضوئية بسرعة الضوء بسبب طبقات الزجاج الأكثر كثافة، وبدلا من ذلك تتحرك بسرعة أبطأ بنسبة 30% من سرعة الضوء، ولتجديد وتعزيز الإشارة أثناء رحلتها، يتطلب إرسال الألياف الضوئية أحيانا مكررة على فترات بعيدة لتجديد الإشارة الضوئية عن طريق تحويلها إلى إشارة كهربائية، ومعالجة تلك الإشارة الكهربائية وإعادة إرسال الإشارة الضوئية.
• تعمل كابلات الألياف البصرية على دعم إشارات تصل إلى 10 جيجابت في الثانية؛ مما يجعلها كابلات مكلفة، ومع زيادة سعة عرض النطاق الترددي لكابل الألياف البصرية، تصبح أكثر تكلفة.

أنواع كابلات الألياف البصرية

• الألياف متعددة الأوضاع

تستخدم الألياف متعددة الأوضاع لمسافات قصيرة؛ وذلك لأن الفتحة الأساسية الأكبر تسمح للإشارات الضوئية بالارتداد وانعكاس المزيد على طول الطريق، كما يسمح القطر الأكبر بإرسال نبضات ضوئية متعددة عبر الكابل في وقت واحد، مما يؤدي إلى نقل المزيد من البيانات، وهذا يعني أن هناك احتمالا أكبر لفقدان الإشارة، أو تقليلها، أو تداخلها.

• الألياف أحادية الوضع

يتم استخدام الألياف أحادية الوضع لمسافات أطول؛ وذلك نظرا للقطر الأصغر لنواة الألياف الزجاجية، مما يقلل من إمكانية تقليل قوة الإشارة، حيث إن الفتحة الأصغر تعزل الضوء في شعاع واحد، مما يوفر مسارا مباشرا أكثر ويسمح للإشارة بالانتقال لمسافة أطول.

تتمتع الألياف أحادية الوضع أيضا بنطاق ترددي أعلى بكثير من الألياف متعددة الأوضاع، وعادة ما يكون مصدر الضوء المستخدم للألياف أحادية الوضع هو الليزر مما يجعل الألياف أحادية الوضع أكثر تكلفة لأنها تتطلب حسابات دقيقة لإنتاج ضوء الليزر في فتحة أصغر.

استخدامات الألياف البصرية

• شبكات الكمبيوتر هي حالة شائعة لاستخدام الألياف البصرية؛ وذلك بسبب قدرة الألياف البصرية على نقل البيانات وتوفير نطاق ترددي عال.
• تستخدم الألياف البصرية بشكل متكرر في البث والإلكترونيات لتوفير اتصالات وأداء أفضل.
• الإنترنت والتلفزيون الكبلي من أكثر استخدامات الألياف البصرية شيوعا.
• يمكن تركيب الألياف البصرية لدعم الاتصالات بعيدة المدى بين شبكات الكمبيوتر في مواقع مختلفة.

مميزات الألياف البصرية

• دعم قدرات عرض النطاق الترددي العالي.
• يمكن للضوء أن يسافر لمسافات أبعد دون الحاجة إلى قدر كبير من تعزيز الإشارة.
• أقل عرضة للتداخل، مثل التداخل الكهرومغناطيسي.
• يمكن غمرها في الألياف البصرية المائية وتستخدم في بيئات أكثر عرضة للخطر مثل الكابلات تحت البحر.
• كابلات الألياف البصرية أقوى وأرق وأخف وزنا من كابلات الأسلاك النحاسية.
• لا تحتاج إلى صيانتها أو استبدالها بشكل متكرر مثل الألياف النحاسية.

عيوب الألياف البصرية

• غالبا ما تكون كابلات الأسلاك النحاسية أرخص من الألياف البصرية.
• تتطلب الألياف الزجاجية الموجودة في الألياف البصرية حماية أكبر داخل الكابل أكثر من الألياف النحاسية.
• يتطلب تركيب كابلات الألياف البصرية الجديدة عمالة كثيفة.
• غالبا ما تكون كابلات الألياف البصرية أكثر هشاشة، على سبيل المثال: يمكن أن تنكسر الألياف أو تفقد الإشارة إذا كان الكابل مثنيا أو منحنيا حول نصف قطر يبلغ بضعة سنتيمترات.