الألياف البصرية فى الإتصالات
إتصالات الالياف البصرية هو وسيلة لنقل المعلومات من مكان إلى آخر عن طريق إرسال نبضات الضوء من خلال الألياف البصرية. الضوء يشكل الموجة الناقلة للإشعاع الكهرومغناطيسي الذى جرى تعديله أو تضمينه لنقل البيانات وقد طور لأول مرة عام 1970 ، ويعد نظام إتصالات الألياف الضوئية قد أحدث ثورة في صناعة وسائل الاتصالات ولقد لعبت دورا رئيسيا في ظهور عصر المعلومات بسبب أن وسائل الاتصال تمتلك مزايا على الإنتقال الكهربائي للمعلومات أى الأسلاك النحاسية التى أستبدلت بالألياف البصرية إلى حد كبير في الشبكة الأساسية للإتصالت في العالم المتقدم.
عملية الاتصال باستخدام الألياف البصرية تتضمن الخطوات الأساسية التالية : إنشاء الإشارة الضوئية التي تنطوي على استخدام جهاز الإرسال ، ترحيل الإشارة على طول الألياف ، وضمان أن الإشارة لا تصبح مشوهة أو ضعيفة ، الحصول على الإشارة الضوئية ، و تحويلها إلى إشارة كهربائية.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التطبيقات
تستخدم الألياف الضوئية من قبل العديد من شركات الاتصالات لنقل الاشارات الهاتفية والاتصال بشبكة الإنترنت ، وإشارات الكيبل التلفزيوني نظرا لأقل قدر من الوهن أو الضعف الذى يعترى للإشارة و كذلك لعدم حدوث التداخل الكهرومغناطيسي.
والألياف الضوئية تمتلك مزايا كبيرة فوق الأسلاك النحاسية الحالية حيث إرتفع الطلب على التطبيقات التى تسلزم مسافات طويلة و. ومع ذلك فإن تطوير البنية التحتية داخل المدن يعد صعبا نسبيا ويستغرق وقتا طويلا ، بالإضافة أن أنظمة الألياف البصرية معقدة ومكلفة للتركيب والتشغيل.
و بسبب هذه الصعوبات ، فقد تم في المقام الأول إنشاء نظم الاتصالات عبر الألياف البصرية في تثبيت التطبيقات للمسافات الطويلة ، حيث يمكن استخدامها لقدرتها على النقل لكامل الإشارة بدون فقد ، مما يعوض عن زيادة التكاليف. منذ عام 2000 .
وإلى حد كبير فقد أصبح ثمن مد خطوط الألياف إلى المنزل في الوقت الحاضر أكثر فعالية من حيث التكلفة, أكثر من مدها بشبكات نحاسية , وهكذا يتضح أن الأسعار قد هبطت $850 per subscriber في الولايات المتحدة وأقل من ذلك في دول مثل هولندا ، حيث أضحت تكاليف الحفر منخفضة. ومنذ عام 1990 ، عندما أصبحت نظم التضخيم الضوئية متاحة تجاريا. وقد أنشأت صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية شبكة واسعة بين المدن وخطوط إتصالات عبر المحيطات من الألياف الضوئية وهي شبكة للقارات على إمتداد 250.000 كم إبتداء من عام 2002 .
غواصة كابل الاتصالات بسعة 2.56 تيرابايت / ثانية قد إكتملت ، وعلى الرغم من أن قدرات أى شبكة محددة هي معلومات سرية ، والتقارير تشير إلى أن الاستثمارات في مجال الاتصالات السلكية واللاسلكية و سعة الشبكات قد إزداد بشكل كبير منذ عام 2004
التاريخ
في 1966 تشارلز كاو و جورج هوخام Hockham قد قدما مقترحا يختص بالألياف البصرية في مختبرات شركة STC (STC) في هارلو ، إنكلترا ، عندما أظهروا أن الخسائر تحدث بمعدل 1000 ديسيبل / كم في الزجاج المستخدم آنذاك ( بالمقارنة مع 50-10 ديسيبل / كم في الكوابل متحدة المحور) وذلك بسبب الملوثات ، والتي يحتمل أن يتم إزالتها.
وقد طورت الألياف البصرية بنجاح في عام 1970 من قبل كورنينج لأعمال الزجاج ، مع تقليص الفقد أو خسارة الإشارة بما فيه الكفاية لأغراض الاتصالات (حوالي 20ديسيبل / كم) ، وفي الوقت نفسه زرنيخيد الجاليوم الثلاثى ليزر أشباه الموصلات قد طورت , وكانت مدمجة وبالتالي مناسبة لنقل الضوء عبر كابلات الألياف البصرية لمسافات طويلة.
وبعد فترة من البحث ابتداء من عام 1975 ، تم تطوير أول نظام للاتصالات التجارية بالألياف الضوئية ، التي تعمل بطول موجة حوالي 0،8 ميكرون ، ويستخدم ليزر اشباه الموصلات زرنيخيد الجاليوم الثلاثى . يعمل هذا النظام من الجيل الأول بمعدل أو بسرعة 45 ميجابايت/ثانية. مع تباعد متكرر لمسافة تصل إلى 10 كم. وفى 22 أبريل 1977 ، أرسلت General Telephone and Electronics أول إتصال هاتفى حى عن طريق الألياف البصرية بمعدل 6 ميجابت / ثانية في لونغ بيتش ، كاليفورنيا.
وكان الجيل الثاني من الاتصالات عبر الألياف البصرية المتقدمة للاستخدام التجاري قد طور في أوائل الثمانينات ، تعمل على 1،3 ميكرون ، وتستخدم أشعة الليزر InGaAsP أشباه الموصلات. وعلى الرغم من محدودية هذه النظم في البداية نظرا لما كانت تعانى من التشتت .
في عام 1981 فإن الألياف البصرية أحادية النمط قد أميط عنها اللثام و أسهمت في تحسين أداء النظام إلى حد كبير. وبحلول عام 1987 ، كانت هذه أنظمة قد بدأت التشغيل بمعدلات بت تصل إلى 1،7 جيجابايت / ثانية مع تباعد متكرر ما يصل إلى 50 كم.
أول كابل هاتفى عبر الأطلنطى يستخدم الألياف البصرية كان TAT-8 ، على أساس Desurvire التكنولوجيا الأمثل لتضخيم الليزر . وقد بدأ تشغيله في عام 1988.
الجيل الثالث من أنظمة الألياف الضوئية تعمل على 1،55 ميكرو متر وكان الفقد يقدر بنحو nbsp;ديسيبل/كم.. انها حققت ذلك على الرغم من الصعوبات في وقت سابق فيما يختص بالتشتت (بصريات) في ذلك الطول الموجي باستخدام اشباه الموصلات الليزرالتقليدي InGaAsP.
وتغلب العلماء على هذه الصعوبة باستخدام ألياف تحويل التشتت مصممة لجعل الحد الأدنى من التشتت في 1،55 ميكرومتر أو عن طريق الحد من طيف الليزر إلى وضع طولي واحد وسمحت هذه التطورات في نهاية المطاف ببروز الجيل الثالث من أنظمة التشغيل التجارية بمعدل في حدود 2.5 جيجابت / ثانية مع تكرار متباعد أكثر من 100 كم.
التقنية
نظم الاتصالات الحديثة للألياف البصرية عامة تشمل أجهزة الإرسال البصرية لتحويل الإشارة الكهربائية إلى إشارة ضوئية يتم إرسالها إلى الألياف الضوئية ، وهو كابل الألياف الضوئية الذى يحتوي على حزم من الألياف البصرية المتعددة التي يتم توجيهها من خلال قنوات تحت الأرض و المباني ، وأنواع متعددة من مكبرات الإشارة ، وجهاز الاستقبال الضوئى لاسترداد الإشارة إلى إشارة كهربائية. وتكون المعلومات المرسلة هى عادة معلومات رقمية التي تم إنشاؤها بواسطة أجهزة الكمبيوتر ، و نظم شبكات هاتفية وشركات الكيبل التلفزيوني .
أجهزة الإرسال
أجهزة الإرسال الأكثر شيوعا المستخدمة البصرية هي أجهزة أشباه الموصلات مثل الخفيفة البعث ديود ق (المص ابيح) و [ليزر ديود] [س . الفرق بين المصابيح والليزر الثنائيات هي التي تنتج المصابيح [بالاتساق (الفيزياء) # الطيفي التماسك | متماسكة ضوء]] ، في حين أن الليزر الثنائيات انتاج [[الاتساق (الفيزياء) # الطيفي التماسك |] ضوء متماسكة].
أجهزة الإرسال البصرية المستخدمة الأكثر شيوعا هي أجهزة أشباه الموصلات مثل الديودات الباعثة للضوء (المصابيح) و الليزر ديود . الفرق بين الديودات الباعثة للضوء والليزرات الثنائيات الضوئية أن الديودات الباعثة للضوء تنتج ضوءا غير متماسك بينما الليزرات الدايودية تنتج ضوءا متماسك. وللإستخدام في الإتصالات البصرية , فإن أجهزة الإرسال البصرية المستخدمة في الإتصالات يجب أن تصمم بشكل مدمج , وذى كفاءة ، وموثوق بها ، بينما تعمل في نطاق الطول الموجي الأمثل.و يتم تضمينها مباشرة على الترددات العالية .
أنظر أيضا
References
- Encyclopedia of Laser Physics and Technology
- Fiber-Optic Technologies by Vivek Alwayn
- Agrawal, Govind P. (2002). Fiber-optic communication systems. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-21571-6.