[معلومات العضو krimou]

اتصالات الألياف الضؤية

انتقلت اتصالات الألياف البصرية Optical Fibers من أنظمة بسيطة لإصال الضوء الى أماكن يصعب الوصول اليها الى أنظمة تؤثر على حياتنا كالتي أحدثتها الإكترونيات والحاسبات . تمتلك الألياف البصرية مزايا عديدة كقلة الفقد وخفة الوزن ولكن الميزة الهامة هي سعة نطاقها العالية جداً والتي تصل الى آلاف البلايين من البتات لكل ثانية .لقد احتلت الألياف البصرية مكاناً متميزاً في مجال الاتصالات إذ حلت محل الاسلاك النحاسية في العديد من الاستخدامات كا لربط بين المقاسم الهاتفية والخطوط بعيدة المدى وعبر البحار تطورت تقنية البصريات الليفية Fiber Optics تطوراً سريعاً خلال العقود الماضية فاقت كل التوقعات مما جعلها تتربع موقعاً تنافس فيه وسائل الاتصالات الأخرى .

مرت هذه التقنية بمراحل عديدة يمكن تقسيمها الى خمسة أجيال صمم الجيل الأول ليقوم بنقل معلومات بمعدل بتات تترواح بين 2 و 140 ميجابت لكل ثانية استخدمت فيه منابع بصرية مصنعة من زرنيخ الجاليوم ( Ga As ) وكواشف سليكونية تعمل في أطوال موجبة تتراوح بين 810 و900 نانومتر .في الجيل الثاني تم تطوير منابع وكواشف ضوئية تعمل عند طول الموجي 1300 نانومتر حيث ينخفض الفقد في الليف الى 1 ديسبل لكل كيلومتر . أدي استخدام الألياف البصرية أحادية النمط في الجيل الثالث الى القضاء على التشتيت في الألياف البصرية متعددة النمط مما أدي الى الحصول على سعة نطاق عالية ، تم في هذا الجيل تشغيل وصلات بصرية تستخدم الالياف أحادية النمط وبوط موجي 1300نانومتر للحصول على فقد يقل عن 1 ديسيبل لكل متر ومسافة بين المكررات تبلغ 40 كيلو متر بمعدل خطابتات قدرة 10 نانومتر في الجيل الرابع تم تشغيل هذه الانظمة عند الطول الموجي 1550 نامتر حيث الفقد اقل مما هو عليه عند الطول الموجي 1300 نانومتر . أدي تطوير العناصر المستخدمة في هذه الأنظمة كالمنابع والكواشف لبناء أنظمة تعمل بمعدل نقل معلومات قدرة 10 جيجابت لكل ثانية .

استمرت الأبحاث في تطوير عناصر نظم اتصالات الألياف البصرية للحصول على افضل الظروف التشغيلية مما مهد الى بروز الجيل الخامس والذي توفرت له عناصر عديدة فكانت البدية في تحسن حساسية أجهزة الاستقبال حيث استخدم الكشف التحقيقي ( heterodyne ) بدلا من الكشف المباشر . والذي مكن من وجود وسائل ذات كفاءة لاختيار القنوات في الأنظمة التي تستخدم تعدد الارسال بتقسيم الطول الموجي Wavelength D ivision Mul –( WDM) tiplexing تمكن الباحثون من تطعيم الألياف الزجاجية بمادة الاربيوم ( Er ) مما أعطى دفعة قوية لاستخدام أنظمة الالياف البصرية عند الطول الموجي 1550 نانومتر أدي ذلك التطعيم للحصول على مضخمات ذات كسب مرتفع اطلق عليها مضخمات ذات كسب مرتفع اطلق عليها مضخمات الليف المطعم بالأريبوم ( Er bium Doped Fiber Amplifiers ( EDFA,s)) والتي وجدت استخداما واسعاً في خطوط النقل ولم يقتصر استخدام الألياف المطعمة بمادة الربيوم على المضخات فحسب بل تعداها لتشمل استخدام الليزر والمفاتيح وكثير من النبائط غير الخطية . كما أن مضخمات EDFA,s قد مهدت الطريق لأنظمة اتصالات سريعة وبروز أنظمة نقل تعتمد على استخدام نبضات طبيعية (Solitons ) والتي تمكنها من قطع مسافات طويلة دون تشوه . أدت هذه التطورات السريعة الى شيوع استخدام أنظمة الاتصالات الليفية البصرية في كافة مجالات الاتصالات بدءاً من الوصلات للمستخدم حتى الاتصالات بعيدة المدى سواء في اليابسة أو عبر البحار .


النظام اليفي البصري Optical Fibers System

‌أ. دوائر تشغيل تقوم بتحويل الاشارة الكهربائية ويحولها الى تيار لتشغيل المنبع الضوئي.

‌ب. منبع ضوئي يقوم بايصال الاشارة الضوئية الى الليف البصري .

‌ج. الليف البصري هو القناة اللازمة لنقل الاشارات .

‌د. كاشف ضوئي يقوم بتحويل الاشارات البصرية الى اشارات كهربائية .

‌ه. مستقبل يتولى تضخيم الاشارات القادمة من الكاشف ويرسلها الى المستخدم .

‌و. موصلات ومقارن ووصلات دائمة لربط العناصر المختلفة لنظام الاتصالات دائمة لربط العناصر المختلفة لنظام لاتصالات الليفي البصري .

تمثل الألياف البصرية العنصر الاساسي في أنظمة الاتصالات الليفية البصرية وهي مكونة من مواد عازلة زجاجية أو بلاستيكية لها شكل اسطواني يسمى اللب محاطاً بطبقة اخرى تسمى الكساء . تستخدم الألياف البصرية كقنوات اتصال لنقل الضوء المحمل بالمعلومات من مكان الى آخر . عند دخول الضوء بزاوية معينة تحدث انعكاسات داخل الليف عند تقابل مع الكساء ويتطلب ذلك أن يكون معامل انكسار اللب أكبر من معامل انكسار الكساء .


ميزات الألياف البصرية Advantages of Optical Fibers

للألياف البصرية مزايا عديدة جعلتها تتفوق على النظم الأخرى المستخدمة في مجال الاتصالات ومن هذه المميزات مايلي :

1. عرض نقاطها عال جداً .
2. قطرها صغير ووزنها خفيف .
3. لايوجد تداخل بينها مهما قربت المسافة بينها .
4. لا تتأثر بالحث أو التداخل الكهرومغناطيسي .
5. انخفاض في سعر تكلفة المكالمات .
6. اكثر أمانا وسلامة .
7. حياتها طويلة .
8. تتحمل درجات حرارة عالية ولاتتأثر بالمواد الكيميائية .
9. سهولة الصيانة كما يمكن الاعتماد عليها .


خواص الألياف البصرية Properties of Optcal Fibers

فتحة النفوذ التعددية Numerical Apertur

يتطلب اقتران الضوء في اللب البصري وقوع شعاع ضمن زاوية معينة تدعى زاوية القبول ويعبر عن قدرة تجميع الضوء يجيب Sine زاوية القبول والذي يطلق علية فتحة النفوذ العددية ويعبر عنها رياضيا بالتالي :

NA = ض n12 - n22 = no sin Ф

حيث أن no تمثل معامل انكسار الوسط الفاصل بين منبع الضوء والليف وn1 معامل انكسار اللب و n2 معامل انكسار الكساء . تحدد فتحة النفوذ العددية مقدار القدرة المفترنة بالليف .

التوهين Attenuation
يعتبر التوهين أحد العناصر الأساسية في تقويم أنظمة الاتصالات حيث تتعرض الموجات الحاملة للوهن عند انتشارها في قناة الاتصال نتيجة عوامل عديدة كالامتصاص Absorption والتناثر Scattering ويجب استخدام قنوات اتصال بأقل توهين ممكن حتى تنتشر الموجات الحاملة الأطول مسافة ممكنة .

التشتيت Dispersion
التشتيت هو انبساط أو اتساع النبضة عند مرورها في قناة الاتصال وفي نظم الألياف البصرية ينقسم التشتيت الى نوعين وهما التشتيت النمطي Intermodal dispersion والذي يتم نتيجة سلوك الاشارات المرسلة مساوات مختلفة عند انتشارها داخل الليف مما يؤدي الى عدم وصولها في وقت واحد . أما النوع الأخر فهو التشتيت الباطني وينقسم هذا التشتيت الى نوعين ( أ ) تشتيت المادة material dispersion ( ب) تشتيت الدليل الموجي waveguide dispersion يحصل هذا النوع من التشتيت في جميع أنواع الألياف البصرية وينتج من عرض خط المنبع البصري حيث أن المنابع البصرية لا تبث الضوء بطول موجي واحد بل بحزمة من الأطوال الموجية وحيث أن معامل انكسار الزجاج المستخدم في الألياف يتغير مع الطول الموجي فإن ذلك سيؤدي الى اختلاف في سرعة الاشارات أو النبضات مما يؤدي الى انبساطها ويؤثر ذلك على كمية المعلومات المراد نقلها .


تطبيقات الألياف البصرية Optical Fibers Application

الاتصالات الهاتفية Telephone Communications
لعبت الأسلاك المجدولة والكابلات المحورية دوراً كبيراً في السنوات الماضية في مجال الاتصالات الهاتفية وبصفة خاصة بين البدالات ، وحيث أن أحد الصفات الهامة هي سعة الألياف البصرية ، فقد بدأت كثير من الشركات بالتفكير في بناء خطوط هاتفية جديدة وإحلال بعض الخطوط القديمة سواء كانت اسلاك مجدولة أو كابلات محورية وأول خط تجاري يستخدم الألياف البصرية في الولايات المتحدة بدأ تشغليله في 22 ابريل 1977م وقد استخدم الارسال الرقمي في هذا الخط ، كما أن المكررات كانت على مسافة 3.6 كيلومتر واستخدمت الثنائيات الباعثة للضوء Light Emitting Diodes في أجهزة الارسال وثنائيات الضوء الجرفية avalanche photodiodes في أجهزة الاستقبال وكانت سعة هذا الخط 24 مكالمة آنية وقد استخدم تشكيل الرمز النبضي Pulse code modulation في هذا الخط وقد شاع استخدامها لهذا الغرف من قبل شركات التصالات في انحاء العالم

الاتصالات التلفزيونية TV Communictions
بدأ اول استخدام الألياف البصرية بربط الكاميرات التلفزيونية بسيارات النقل التلفزيوني وفي الدوائر المغلقة ثم استخدمت في ايصال الخدمات التلفزيونية للمنازل وقد استخدمت لنقل قناة واحدة فقط وتستخدم الأن لنقل عشرات القنوات التلفزيونية والفيديو ضمن الكابل التلفزيوني Cable television ( CATV ) وتراهن إحدى الشركات الامريكية على انفاق 116 بليون دولارلتركيب خطوط كابلات تلفزيونية تصل للمنازل مما يعطي المشتركين نطاقا واسعاً للتطبيقات المختلفة ولايقتصر استخدامها على النقل التلفزيوني فحسب بل يستخدم للدوائر المغلقة والانظمة الأمنية والنقل التلفزيوني عالي الوضوح .

محطات القوى Power Stations
نظراً لعدم تأثر الألياف البصرية بالداخل أو الحدث الناتج عن الموالدات الكهربائية أو خطوط الضغط العالي فقد تم تركيب الألياف البصرية في محطات القوى الكهربائية لنقل المكالمات الهاتفية ونقل المعلومات ، كما تم تركيبها جنبا الى جنب مع الخطوط الضغط العالي لنقل المعطيات Data transmission والسيطرة control .

الشبكات المحلية Local Area Networks
يطلق هذا الاسم على شبكات الاتصالات المستخدمة لتبادل المعلومات بين الحسابات والمستخدمين وهذه الشبكات تكون في نطاق جغرافي محدودكمكاتب الشركات أو الجامعات أو المستشفيات أو غيرها ومجالاتها ما بين 100 متر الى 10كم وسعة نطاقها فوق المليون وحدة ثنائية / ثانية وهناك عدة تكوينات لهذه الشبكات تذكر منها الشبكة الحقية والنجمية وغيرها .

الاستخدامات العسكرية Military Applications
بدأ أول الاستخدامات العسكرية للألياف البصرية في السفن والطائرات الحربية نظراً للميزات التي ذكرناها وبصفة خاصة قلة الوزن والحجم ثم تلاذلك استخدامها في ميادين المعارك حيث أن خفة الوزن وصغر الحجم وسهولة النقل ، أمور هامة في مثل هذا الوضع ، كما تم استخدامها في الخطوط الأمامية في جبهات القتال .

الكابلات المغمورة Undersea Cables
تعاونت كثير من الدول والشركات على إبرام اتفاقيات تم بموجبها ربط عدة دول مع بعضها بواسطة الكابلات البصرية ولعل أولها كان TAT8 الذي يربط الولايات المتحدة الامريكية بأوروبا تلاه خطوط أخرى كان آخرها TAT-12/13 بطول يبلغ 5913 كيلومتر وبسعة قدرها 5 جيجابت لكل ثانية يمكن زيادتها الى 20 جيجابت لكل ثانية أو أكثر وذلك لمقابلة الطلب حتى عام 2006م .


التوجهات المستقبلية Auture Directions

أدت التطورات السريعة في مجال البصريات الليفية الى صعوبة التكهن فيها سيحدث مستقبلا وبناء على مايجري من ابحاث في هذا المجال فإن هذه التطورات ستشمل المجالات التالية :

1. الارسال المتماسك .
2. التبديل الفوتوني .
3. ليزرات أحادية الطول الموجي وممكن مواءمتها .
4. دوائر البصريات المتكاملة .
5. انتشار النبضات الطبيعية .
6. ألياف الهالايد .

---

hjwhghj hgHgdht hgqcdm