اتصالات الألياف البصرية

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]


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 الميزالهامة 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 .


1.
نظرة تاريخية Historical Perspective لقد استخدم الضوء للاتصال منذ أن خلق
الله الأرض ومن عليها فبدونه لا يمكن أن نرى من حولنا وقد استخدمت الاشارات

والمرايا العاكسة والمصابيح لنقل المعلومات ولكن مقدرا المعلومات المنقولة
محدودة
علاوة على الظروف البيئية كما يمكن للاخرين الاطلاع عليها . إن أول محاولة
فعلية
مدونه لاستدام الاشارات كان عام 1791 من قبل كلود شابي في فرنسا ، إذا
استخدم
مجموعة من الابراج تحتوي على عدة أذرع لنقل معلومات مسافة 200كليو متر
يستغرق ارسال
المعلومة الواحدة حوالي 15 دقيقة . في عام 1854م أجرى جون تايندل تجربة
بسيطة بين
أن الضوء يمكن ثنية إذا وجد الوسط الملائم وفي عام 1880م قام الكسندر
جراهام بل
بنقل الصوت عبر حزمة ضوئية وقد أجريت محاولات عديدة لاستخدام الاتصالات
البصرية
خلال هذا القرن ولكنها لم تلق النجاح لعدم توفر المنابع المناسبة علاوة على

الاضطرابات الجوية كا لمطر والثلج والغبار والضباب مما حد من امكانية
استخدامها
. أدي اكتشاف الليزر عام 1960م من
قبل ثيودور ميمان الى تجدد الاهتمام بالاتصالات البصرية وفي عام 1966م
اقترح كل من
تشارس كاو وجورج هوكام تصنيع الياف زجاجية قليلة الفقد وفي عام 1970م تم
تصنيع
الياف بصرية مصنعة من مادة السليكا وبفقد 20ديسيبل لكل كليو متر بدلا من
1000
ديسيبل لكل كليومتر قبل ذلك الوقت . وفي غضون عشر سنوات ، تم تصنيع الياف
بفقد يصل
الى 20,. ديسيبل لكل كيلومتر عند الطول الموجي 1550نانومتر .


2.
الألياف
البصرية Optical
Fibers


2-1
النظام اليفي البصري Optical Fibers
System يبين الشكل ( 1) مخطط
صندوقي لنظام ليفي بصري يحتوي على الاتي :


‌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 .
يبين
الشكل ( 2) مقطعاً[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] لليف بصري نرى انعكاس الضوء داخل
الليف والذي يمكن تفسيره بنظرية
الاشعاع وقانون سنل Snell,s Law
عند زاوية سقوط معينة
تسمى الزاوية الحرجة ، نجد إن زاوية الاشعاع المنكسر تبلغ 90 درجة بالنسبة
للخط
العمودي أو موازية للحد الفاص بين اللب وألكساء وعند ما تزداد زاوية السقوط


عن حد
معين ينعكس الاشعاع داخل اللب وهو ما يسمى بالانعكاس الداخلي الكلي .
Total Internal
Reflection
.


2-2

ميزات الألياف البصرية(2،4)
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 .


وسنشرح
الآن الفوائد الرئيسية اللألياف البصرية .


1.

إن
عرض النطاق المرتفع جدا يعني إمكانية نقل معلومات عالية جدا بواسطة ليفه
بصرية
واحدة وقد تكون هذه المعلومات صور تلفزيونية أو مكالمات هاتفية
أو معلومات للحواسيب أو مزيج منها . وقد تم تشغيل خطوط نقل معلومات بمعدل
10 جيجابت
لكل ثانية مثل SEA-ME-WE3,FLAG
وألابحاث مستمرة في أنحاء
العالم للحصول على أنظمة تعمل بمعدل معلومات أعلى ولمسافة أطول وقد أجريت
تجارب
لنقل 2,64 تيرابت لكل ثانية بنظام صية لمسافة 120كم مستخدمين الياف أحادية النمط . من الناحيةالنظرية فإن عرض نطاق
ليفه بصرية واحدة في حدود 10 جيجاهرتز ، فلوفرضنا أن المسافة بين المكررات
تبلغ
100كم فإن هذا يعني إمكانية نقل المعلومات المذكورة في الجدول (1) وهي
معلومات أقرب
للخيال منها للواقع وبإمطاننا أن نضع مجموعة منها ضمن كابل وأحد . وهذا
بالطبع يعني
منبعا لا ينضب من وسائل نقل المعلومات ويتناسب عرض النطاق تناسب طردياً مع
أعلى
معدل لنقل المعلومات أو سعة نقل المعلومات Information Carrying Capacity
.


2.
قطرها
صغير ووزنها خفيف ، يبلغ سمك الليفة البصرية سمك الشعرة ، وعلى الرغم من أن
هناك
طبقات وأقية توضع فوقها إلا نها لاتزال أقل حجما ووزنا من الاسلاك الهاتفية
أو
المحورية ومثالاً على ذلك أن ليف بصري بقطر يبلغ 125 مايكرومتر ضمن كابل
يبلغ قطرة
6 ملم يمكن له أن يحل محل كابل هاتفي قطرة 8 سم ويحتوي على 900 زوج من
الخطوط
السلكية النحاسية وهذا يعني أن الحجم قد أنخفض بنسبة تزيد عن 1 : 10 وكمثال
آخر على
صغر حجم الكطابلات البصرية فإن كابلات محورية بطول 230متر وقطر 46 سم وتزن 7
طن
كانت تستخدم في نظام رادار متقدم على ظهر أحد السفن تم استبدالها بكابلات
بصرية تزن
18 كغم وقطرها 2,5سم .


مما سبق
يتضح لنا إمكانية اضافة كابلات بصرية
في نفس مسارات الكبلات النحاسية والمحورية في شتى مجالات الاتصالات السلكية
.


ونظرا
لهذه الميزة فقد تم استبدال الكابلات النحاسية في كثير من الطائرات
والبواخر بألياف
بصرية . وبسبب صغر الحجم وقلة الوزن فإن نقلها وتركيبها يتم بصورة أسهل
وأسرع من
الكابلات النحاسية وهذا يعني تكلفة أقل .


3.
نلاححظ
أحيانا عند اجراء محادثة هاتفية سماع أصوات محادثات هاتفية أخرى وهو ما
يطلق علية
باللغط C
ROSSTALK
وهذا النوع من التداخل
لايحدث عند استخدام الألياف البصرية مهما قربت المسافة بينهما .


4.
تتمتع
الألياف البصرية لكونها مصنعة من مواد عازلة dielectrics
بعدم تأثرها بالحث
الكهرومغناطيسي الصادر من مصادر الكهرومغناطيسية الصناعية كالمحركات
والمولدات
وأجهزة الكهربائية المختلفة أو الطبيعية كالبرق وتلك الخاصية تغنينا عن وضع
مواد
عازلة لحمايتها من الحث induction
والتدخل
Interfernce
.


5.
تصنع
معظم الألياف البصرية في وقتنا الحاضر من مادة السليكا والموجودة بكثرة في
الرمل
والتي يقل سعرها كثيراً عن معدن النحاس الذي بدأ بنفذ في أماكن كثيرة من
العالم
ونظراً للميزات التي ذكرناها في البنود 2.1 فإن ثمن نقل المعلومات بأنواعها

المختلفة سيقل عن الانظمة المختلفة الاخرى .


6.
نظراً
لأن الضوء هو الوسط الناقل للمعلومات في الألياف البصرية ولا يولد هذا
الضوء أى
مجال مغناطيسي خارج الكابل فإن من الصعوبة بمكان التجسس ومعرفة المعلومات
التي
يحويها الكابل البصري كما أن من الصعوبة معرفة وجود الكابل البصري بسبب
المادة
المصنع منها ولا يوجد جزء معدني إلافي بعض الحالات حيث تتم اضافة كابل
فولاذي
لتقوية الكابل البصري ، أو تسليح معدني لحماية الكابل من القوارض والأحمال
الخارجية
. أما الميزة الأخرى فهي سلامة الألياف البصرية لأن الضوء الناقل لايمكنه
أن يحدث
شرارا أو دائرة قصر العدم وجود تيار كهربائي فيه ولهذا السبب يمكن استخدام
الألياف
البصرية في المحلات الحاوية على غازات أو مواد قابلة للإحترق ومستودعات
المواد
الخطرة كما أن احتمال كهربة العاملين في الألياف البصرية غير وارد.


7.
يتوقع
أن يكون عمر الألياف البصرية في حدود 25 عاماً مقارنة بخمس عشر عاماً للنظم
الأخرى
حيث أن المكونات الأساسية للألياف هي الزجاج والذي لا يصدأ على عكس النظم
الأخرى
والتي تحوي على معادن تتعرض للصدأ .


8.
يمكن
للزجاج أن يتعرض لدرجات حرارة متفاوتة من حيث الانخفاض والارتفاع كما يمكن
استخدامه
في أجواء تحتوي على مواد كيميييائية مختلفة دون أن يتعرض للتلف .


9.
وضعت
المكررات Repeaters
على مسافة 100 كم بين
مكرر وآخر وهذا يقلل من عدد المكررات وبالتالي من صيانة النظم كمايزيد من
الاعتماد
على النظام لقلة الاجهزة المستخدمة بينما المسافة بين المكررات في النظام
الهاتفي
المستخدم حالياً تتراوح بين 4 الى 6 كم .


2-3
أنواع الألياف البصرية Types of Optical
Fibers
تصنف الألياف البصرية الى
ثلاثة أنواع تبعاً لأنماطها وتركيبها وهي كما يلي :


2-3-1
ألياف متعددة النمط وبمعامل انكسار عتبيMultimode Step Index Fibers



يتألف
الليف البصري من جزئين أساسيين هما لب الليف والذي يشغل مركز الليف يحيط به
كساء
يضاف لذلك طبقة واقية تسمى الغلاف . يصنع
هذا النوع من الألياف البصرية من عناصر مختلفة من الزجاج ومركباته
أو من
السليكا المطعمة . تتميز هذه الألياف بكبر قطر اللب وكبر فتحة النفوذ
العددية والتي
تمكن من دخول كمية كبيرة من الضوء لليف البصري وتعتمد خواص هذه الألياف على
نوع
الليف والمواد المصنعة منها وطريقة التصنيع وتعتبر الألياف المصنعة من
السليكا
المطعمة أفضل الألياف البصرية وتستخدم لنقل المعلومات لمسافة قصيرة وعرض
نطاق محدود
، غير أن تكلفتها قليلة .


2-3-2
ألياف متعددة النمط وبمعامل إنكسار
متدرج Multimode graded
Index Fibers



معامل
انكسار هذه الألياف متدرج إذ تبلغ أعلى قيمة له في مركز الليف وتقل قيمة
معامل
الإنكسار بصفة تدريجية كلما اتجهنا نحو الكساء حيث تكون قيمة معامل
الانكسار ثابتة
ويصنع هذا النوع من الألياف من عدد من العناصر الزجاجية أو السليكا المطعمة
.


إن
أداء الألياف متعددة النمط ومتدرجة معامل الانكسار يتفوق على أداء الألياف
متعددة
النمط ذات معامل الانكسار العتبي نظراً لتدرج معامل الانكسار وقلة التوهين
فيها غير
أن قطر اللب في الألياف متعددة النمط ومتدرجة معامل الانكسسار أقل من قطر
اللب في
الألياف متعددة النمط ذات معامل الانكسار العتبي . وتستخدم للمسافات
المتوسطة وعرض
نطاق متوسط عالي .


2-3-3
ألياف أحادية النمط Single Mode Fibers



قد
يكون معامل إنكسار الليف متعدد النمط متدرج أو عتبي ولكن معظم الألياف
أحادية النمط
الموجودة حالياً ذات معامل الموجودة حالياً ذات معامل نكسار عتبي . تتميز
الألياف
أحادية النمط بنوعيتها الممتازة كما أن عرض النطاق فيها كبير وتستعمل
للمسافات
الطويلة وتصنع من مادة السليكا المطعمة . ولو أن قطر اللب صغير جداً إلا أن
قطر
الكساء يبلغ أضعاف قطر اللب وذلك للقليل من نسبة الفقد من الموجات المضمحلة

evanescnt
التي تمتد داخل الكساء
ومع استخدام الغلاف الواقي يصبح القطر الاجمالي لليف أحادي النمط مساو الى
قطر
الليف متعدد النمط .


2-
خواص الألياف البصرية Properties
of Optcal Fibers



1-3
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 .



3-2
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 . وفي قنوات
الاتصال
المصنعة من الألياف البصرية ، يلعب التوهين دوراً أساسياً في اختيار الليف ،
وفقد
الضوء في الليف البصري يعتمد الى حد كبير على الطول الموجي للضوء المستخدم
حيث يقل
عند بعض الأطوال الموجية ويزيد عند اطوال الموجية ويزيد عند اطوال موجية
أخرى ، حيث
أن امتصاص جزيئات (
OH ) للضوء يزداد عند بعض الأطوال الموجية ويقل
عند أطوال موجية أخرى ، حيث أن امتصاص جزيئات (
OH
) للضوء يزداد مثلا عند طول موجي
قدرة 1390
نانومتر وتقاس قيمة التوهين لليف البصري بوحدة الديسيبل لتعبر عن النسبة
بين الطاقة
الضوئية المستقبلة والطاقة الضوئية المرسلة في الليف .



3-3
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 .


4.
مكونات
النظام System
Components



عند تصميم
وصلة ليفية بصرية لابد من إعتبار
ثلاثة عناصر رئيسية وهي :


أ.التوهين ب. التشتيت ج
. فتحة النفوذ
العددية.


ويتطلب ذلك عمل موازنة متعادلة لاختيار
المكونات المختلفة للنظام الليفي البصري ، لوبدأنا من جهة الارسال فعلينا
اختيار
منبع ضوئي يبعث الضوء بطول موجي مناسب وعرض طيفي Spectral Width
قليل وقدرة بصرية كافية
لهذا الغرض ، ثم استخدام نوعين من المنابع وهما : أ -
الثنائيات الباعثة للضوء و
ب –
ثنائيات الليزر Laser
Diodes
. يتطلب أقتران الضوء من المنبع الى
الليف
وجود مواءمة جيدة بينهما كي تنقل أكبر قدر من القدرة البصرية الى الليف لذا
لابد من
العناية في اختيار المقرن المناسب الذي يعطي اقل فقد ممكن . نظراً لأن
الالياف تنتج
بأطوال محددة فلابد من ربط بعضها ببعض للحصول على الطول المطلوب وقد يؤدي
ذلك الى
حصول على الطول المطلوب وقد يؤدي ذلك الى حصول بعض الفقد في القدرة
المنقولة والهذا
الفقد اربعة اسباب وهي أ –
لانزياح الجانبي ب- عدم التراصف
الزاوي ج –
تباعد الاطراف د- نعومة الاسطح
وتوازيها . وقد يحصل الفقد أيضا عند ربط الياف تختلف في اقطارها وفتحات
نفوذها
العددية . عند المستقبل يجب اختيار الكواشف التي تعمل بنفس الطول الموجي
للمنبع
ولها استجابية وكفاءة كمية جيدتين ، زمن استجابة مناسب والحد الأدنى من
القدرة
القابلة للكشف . الكواشف المستخدمة في هذه الانظمة عادة هي ثنائي PIN
وثنائي ضوئي جرفي
APD
.

5.
تطبيقات
الألياف البصرية Optical
Fiber Applications



تعرضنا
في الأقسام السابقة الى فوائد الألياف البصرية ومكانات النظام الليفي
البصري ، مما
لا شك فيه أن كثيرا من الحقول في المجالات المدنية والعسكرية بدأت تستفيد
من هذه
الفوائد ومن الصعب جداً التعرف على كل المجالات المملكن استخدام الألياف
البصرية
فيها وسنقوم في هذا القسم بالتعرف على بعض الاستخدامات العامة .


5-1
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 وعلى سبيل المثال لا حصر فقد تم في المملكة العربية
السعودية تركيب
10.000 كيلومتر من الكابلات البصرية لصالح شركة الاتصالات السعودية وكمثال
آخر نجد
أن أطوال الكابلات البصرية في الصين تبلغ 173000كليومتر وطول الألياف
البصرية يتعدي
مليون كيلومتر خاصة إذا ما علمنا أن معدل الزيادة السنوية في عدد الهواتف
تصل الى
40 مليون خط حتى عام 2020 ليصل المجموع الكلي للهواتف الى 1000مليون خط
والولا وجود
السعة الكافية للألياف وإمكانية توسيعها مستقبلا لما أمكن إنجاز ذلك .



5-2 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 .


5-3 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
.

5-4
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 .


5-5
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 .


5-6
نقل المعطيات Data
transmission


ادى
الطلب المتزايد على خطوط نقل ذات سعات عالية وبصفة خاصة ما يتعلق بتطبيقات
الانترنت
الى تساع الأبحاث في مجال الألياف البصرية المواكبة هذا الطلب . إذايزداد
الطلب في
مجال المعطيات ضعفين سنويا عما هو عليه النمو اليوم وسيتعدى الطلب على نقل
الصوت في
بداية القرن القادم كما هو موضح بالشكل ( 3) بالنسبة لليابان (7) . في
لولايات
المتحدة الامريكية على الجانب الآخر نرى أن الطلب على الإنترنت يتضاعف كل
ستة شهور
لتصل سعة النقل اللازمة عام 2005م الى 280 تيرابت لكل ثانية ( . وتهدف
كثير من
الأبحاث الحالية الى الوصول الى عرض النطاق النظري لليف أحادي النمط البالغ

50تيراهرتز . وقد تم بالفعل الحصول على سعة نقل قدرها 2.64 تيرابت كل ثانية
لمسافة
120كيلومتر مستخدمين ليف أحادي النمط (9).


5-7
الكابلات المغمورة (10) 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
.


كما
أن هناك خطوط مغمورة أخرى تربط الولايات الامريكية المتحدة باليابان وأخرى
تربط
اوروبا بأسيا عن طريق الشرق الاوسط مثل FLAG
الذي يبلغ طوله 27000 كيلومتر وخط أخر يدعى SEA-ME-WE3
بسعة 10 جيجابت لكل ثانية وتربط الدول الاسيوية بخط
طوله
11500كم وأحدث خط يلتف حول القارة
الافريقية يدعى ARFICA ONE
يستخدم احدث التقنيات المتاحة وبسعة
تصل
الى 40 جيجابت لكل ثانيةةة :


6- 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 .

7.
الخلاصة
:


استعرضنا
في هذه الورقة صفات وخصائص
الألياف البصرية وكذلك مكونات النظم الليفية البصرية واستخداماتها ورأينا
أن
الألياف البصرية قد أحدثت ثورة في مجال الاتصالات المختلفة خلال السنوات
القليلة
صاحبها تطور مماثل في مجال الاكترونيات ، ويعزى هذا التطور الى ثلاث أسباب
رئيسية
وهي :

‌أ.
ازدياد
الطلب على حركة المعطيات وبصفة خاصة ما يتعلق بالإنترنت والإنترانت .



‌ب.
تحرير
مجال الاتصالات مما فتح المجال الشركات كثيرة غير الشركات التقليدية للدخول
في هذا
المجال .

‌ج.
دخول
موردين جدد وتقنيات حديثة في مجالات الشبكات والأجهزة وأصبح التنافس على
أشده
لتقديم الأفضل للزبون .

ولعل
أحدث المجالات هي إنشاء شبكات بصرية ذات سعات عالية وستتمكن التقنية
الفوتونية من
استخدام سعة ترابت للخطوط الرئيسية وسعة جيجابت للشبكات الفرعية وسعة
ميجابت
للمنازل