الرئيسية » سؤال وجواب » لماذا الالياف البصرية افضل من اسلاك النحاس في نقل الاشارة؟

لماذا الالياف البصرية افضل من اسلاك النحاس في نقل الاشارة؟

لماذا الالياف البصرية افضل من اسلاك النحاس في نقل الاشارة؟

ما هو اسوء من عدم توفر اتصال مع شبكة الانترنت؟ او الحصول على اتصال بطيء بشبكة الانترنت! الكثيرون منا يتفق مع هذا الامر. لم يعد الامر كما في السابق من ١٠ سنوات عندما كنا نتحمل ان ننتظر ساعات طويلة او ايام لتحميل برنامج او فيلم من شبكة الانترنت في حين اننا اليوم نستطيع ان نحصل عليه في غضون دقائق معدودة.

قبل عصر الانترنت اللاسلكي كان لدينا اتصال سلكي بالانترنت من خلال استخدام خط الهاتف. ونذكر اننا كنا نقضي ساعات في محاولة الوصول لاتصال ناجح مع الشبكة. منذ ذلك الوقت اصبح الانترنت سريعا باستخدام حزم اتصال عريضة النطاق، حيث تمكنا من الوصلو بسرعة اتصال تراوح بين 2 إلى 10 mbps (اي ميجا بايت في الثانية). ولكن هذه الحزم لازالت تعتمد على اسلاك النحاس كوسط ناقل للبيانات.

لماذا الالياف البصرية افضل من اسلاك النحاس في نقل الاشارة؟

لوحة الاتصال مع شبكة الانترنت في الماضي.

منذ عشر سنوات مضت اعتمد مزودوا الانترنت على الياف بصرية كوسط لنقل الاشارة. ويعود السبب في هذا التحول إلى ان عملية النقل تتم بدون فقد يذكر والحصول على سرعات للانترنت اكبر بكثير من وسط نقل البيانات بالاسلاك النحاسية. في العام 1014 تمكن فريق بحثي في الجامعة التقنية بالدينمارك من ارسال 43 Tb اي مليون ميجا بايت في الثانية بواسطة الالياف البصرية مزودة بجهاز ليزر.

نتسال هنا ما التقنية التي تجعل من الالياف البصرية اكثر كفاءة من الاسلاك النحاسية؟ للاجابة على هذا التساؤل علينا ان نتعمق اكثر في كيف يعمل الوسطين؟

اسلاك النحاس Copper Wires

تعمل تقنية الاتصالات بالاسلاك النحاسية من خلال ارسال نبضات كهربائية خلال الاسلاك. قوة الاشارة يحدد مقدار ما يتبقى منها بعد ان تقطع مسافة معينة او بمعنى اخر الزمن الذي تستغرقه حتى تصل للجهة المستهدفة. عند الجهة المستهدفة وهي الراوتر router يقوم بمراقبة مستمرة للتغيرات في شدة المجال الكهرومغناطيسي القادم عبر السلك. عندما يكون التغير كبيرا فان الراوتر يسجل القيمة المنطقية 1 والتي تعني بلغة الكمبيوتر high. اذا انخفضت الاشارة فانه يعطيها القيمة المنطقية 0 اي بلغة الكمبيوتر منخفض.

الالياف البصرية Fiber Optics

يصنع كابل الالياف البصرية من شعيرات دقيقة من الياف زجاجية لتنقل النبضات الضوئية الصادرة عن جهاز ليزر او مصباح ليد LED. تنتقل البيانات في الالياف البصرية على شكل نبضات ضوئية.

Optical-fiber

حزمة الياف ضوئية من كابل

تخيل انبوبة مرنة طويلة وجدرانها الداخلي مغطى بطبقة مثل المرايا. وانك قمت بالنظر من احد طرفيها وطلبت من صديق لك على الطرف الاخر بارسال نبضات ضوئية من مصباح او ليزر. يصل الضوء لك بغض النظر اذا كان الانبوب منحني او ملتف حول نفسه او مستقيم. هذا لان الضوء سوف ينعكس على المرايا الجانبية للسطح الداخلي للانبوبة بدون ان يحدث له اي فقد يزكر. الا ان صناعة مثل هذا الانبوب وبداخله المرايا سوف يجعله ضخما وبدون فائدة للاستخدامات العملية. لهذا فان الالياف البصرية تستخدم الزجاج بدلا من المرايا. الزجاج على درجة عالية من النقاء، وحتى لو كان طوله عدة كيلومترات، يمكن للضوء ان ينتقل عبره بسهولة. يسحب الزجاج في صورة شعيرات رقيقة يصل قطرها اقل من قطر شعرة الانسان. تغلف شعيرات الزجاج هذه بطبقتين من البلاستيك. وينتقل الضوء عبرها بتقنية الانعكاس الكلي total internal reflection.

ما هي تقنية الانعكاس الكلي في الالياف البصرية؟

تزداد سرعة الاشعة الضوئية عندما حافة تفصل بين وسط عالي الكثافة ووسط منخفض الكثافة. هذا يجعل الضوء ينحني عندما يمر من الزجاج إلى الهواء عند زاوية غير الزاوية ٩٠ درجة. هذا يسمى انكسار الضوء refraction. في هذه الحالة تشكل طبقتي البلاستيك الوسطين الذي يحدث عنده الانعكاس.

tir

الشرط اللازم للحصول على انعكاس كلي موضح في الشكل اعلاه.

بعد زاوية محددة تعرف بالزاوية الحرجة critical angle، فان كل الامواج الضوئي تنعكس في وسط الزجاج. ولهذا نقول انعكاس كلي. تبقى اشعة الضوء داخل الياف الفايبر وتنتقل عبره لمسافات طويلة.

opt-tir

ينتقل الضوء داخل الالياف الضوئية بالانعكاس الكلي على جدرانه الداخلية.

ما الذي يجعل الالياف الضوئية افضل؟

الخواص التالية تجعل كوابل الالياف الضوئية تتفوق على الكوابل النحاسية:

١) عرض النطاق التردد Bandwidth

توفر الالياف البصرية عرض نطاق ترددي اكبر من ما يوفره النحاس يصل إلى 10 Gbps واكثر من ذلك، وهذا شيء لا يمكن ان الوصول له في الاسلاك النحاسية. عرض نطاق ترددي كبير يعني ان الالياف البصرية تستطيع ان تحمل معلومات اكثر بكفاءة عالية تفوق كفاءة الاسلاك النحاسية بكثير.

لماذا الالياف البصرية افضل من اسلاك النحاس في نقل الاشارة؟
مثل هذه السرعات الموضحة في الصورة اعلاه تعتبر عادية في نقل اشارات الانترنت باستخدام الالياف البصرية

٢) مدى الارسال Range of transmission
حيث ان البيانات تنتقل في صورة نبضات ضوئية في اسلاك الالياف البصرية فان الفقد في الاشارة اثناء النقل قليل جدا مما يجعل نقل البيانات بسرعة كبيرة ولمسافات طويلة.

Copper-glass

عرض النطاق الترددي ومسافة نقل البيانات اكبر بكثير في الالياف البصرية.

٣) غير عرضة للتشويش بسبب التداخل.
لا تتأثر الالياف البصرية بالضجيج والتداخلات الكهرومغناطيسية مثل اسلاك النحاس. على سبيل المثال على مسافة كبيرة تصل لحوالي 2 كيلومتر فان سلك النحاس يتعرض لمقدار كبير من تردي جودة الاشارة التي ينقلها في حين لا يحدث اي نقص في جودة اشارة المعلومات المنقولة عبر الالياف البصرية. ويقدر بان 99.7% من الاشارة تصل إلى الراوتر في معظم الاحوال.

٤) الحجم والوزن والقوة
كابل الالياف البصرية ارفع واخف بكثير من كابل النحاس. يمكن استخدامه بكفاءة تحت الارض وتقدر قوة الشد فيه اقوى بحوالي 8 مرات من النحاس.

Fiber-Optic-cables

الالياف البصرية اخف وزنا وارفع بالمقارنة مع كوابل النحاس التقليدية.

٥) التكلفة
مع ان المواد المستخدمة للالياف البصرية اكثر تكلفة من نظيرتها النحاسية الا انه على المدى الطويل فان التكلفة التشغيلية اقل بكثير.

٦) المتانة
كابل الالياف البصرية محصن ضد العوامل البيئية المختلفة، فمادة الالياف البصرية هي الزجاج وهو مادة عازلة لذا لا يعبر فيه اي تيار كهربي. يمكن استخدام الالياف البصرية بجوار المعدات الصناعية بدون اي قلق. كما ان الالياف البصرية غير حساسة للتغيرات في درجات الحرارة مثل النحاس ويمكن غمره في اعماق المحيطات.

نستطيع في ختام هذا المقال ان نشبه المقارنة بين اسلاك النحاس والالياف البصرية مثل الفرق بين التلجراف والتلفون. والمستقبل القريب ينتظر المزيد من التطورات في تقنية الالياف البصرية. ان انظمة الالياف البصرية الان تستخدم في التطبيقات الاساسية لمعظم الشركات الكبرى لقدرتها الفائقة وسرعتها الكبيرة.

تعليقات

تعليقات

عن الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر - غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي | ومركز الترجمة العلمي | وقناة الفيزياء التعليمي على اليوتيوب | ورئيس تحرير مجلة الفيزياء العصرية | Email [email protected]

تفضل بزيارة صفحتي
تصفح كل مقالاتي

أضف تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Powered by themekiller.com