المقدمة الياف

Orgnized By : Essam Saeed M. Almaltry

باأللیافاالتصاالت الضوئیة

٢٠١٠ E-Mail: [email protected]

ESM

EsSaM AlMaKtRy

:المصدر http://www.moqatel.com/openshare/index.htm



النظام األساسي لالتصاالت والحیز الكھرضوئي : أوال الحیز الكھروبصري . ١

: ویتكون من حیزات فرعیة أساسیة، ھي. ھو جزء من الطیف الكھرومغناطیسي الشامل

).Cانظر شكل سرعة انتشار الموجة . ( Infra Redحیز األشعة تحت الحمراء . أ

) متر ٦ـ ١٠= میكرون ١(میكرون ٠.٧٦حیز الموجات، التي تقع بین الطول الموجي ھو ) IR( :حیز األشعة تحت الحمراء ویساوي، خارج قسمة، . ھو المسافة بین نقطتین متناظرتین متتالیتین في الموجة: والطول الموجي) مم١(میكرون ١٠٠٠وحتى

، ویساوي HZوالذي یقاس بالھرتز (، ) f(وجة ، على تردد الم التي تسیر بھا الموجات الكھرومغناطیسیة) C( سرعة الضوء . وعلیھ، فكلما ازداد طول الموجة، قل ترددھا، والعكس صحیح. HZ= 1cycle/1sec، أي أن )دورة واحدة، في الثانیة


Visibleحیز األشعة المرئیة . ب

وتنحصر بین األطوال الموجیة . وجاتھا وتمییزھاھو حیز الموجات، التي تستطیع العین البشریة التقاط م :حیز األشعة المرئیة . وحتى األحمر البنفسجيمیكرون، وتشمل ألوان الطیف السبعة المعروفة، ابتداء من ٠.٧٦میكرون وحتى ٠.٣٨

). انظر شكل الحیز الكھروبصري( Ultra Violetحیز األشعة فوق البنفسجیة . ج

میكرون ٠.٣٨میكرون وحتى ٠.١ھو حیز الموجات، الواقعة بین األطوال الموجیة :حیز األشعة فوق البنفسجیة

، فقد أمكن استغاللھ في نقل اإلشارات، الصوتیة والمرئیة، ھونظرا إلى الخواص الفریدة لھذا الحیز، والناتجة من قصر أطوالھ الموجی . على نطاق واسع، فتحسنت، بذلك، إمكانیات االتصاالت تحسنا بینا

MHZ : ھرتز ٦ ١٠= میجاھرتز ١(میجاھرتز .(GHZ : جیجا ھرتز)المعروف، علمیا، أنھ كلما ). ھرتز ٩ ١٠= جیجا ھرتز ١

قدرتھا توازداد، ) Band width B.W( ، ازداد عرض النطاق للمعلومات المحملة علیھا )ددھاأي ازداد تر(قصر طول الموجة . المعلومات المراد إرسالھا قنواتعلى حمل عدد أكبر من

وأحد أھم تطبیقات استخدام الحیز الكھروبصري في االتصاالت

إذ تسیر الموجات الكھروبصریة حاملة كمیة ھائلة من المعلومات، ھو استخدام كبول األلیاف البصریة في نقل مختلف أنواع اإلشارات؛

في شعیرات زجاجیة دقیقة، ال یزید سمكھا على سمك شعرة رأس اإلنسان، إلى حیث تستقبل في نھایة طرف الكبل، وتستخلص المعلومات . المرسلة

النظام األساسي لالتصاالت الكھرومغناطیسیة . ٢

: یمكن وصف نظام االتصاالت األساسي، من حیث تكوینھ، كاآلتي المرسل، ویشتمل على. أ

. وحدة تعدیل، لتحمیل الرسالة) ٢( ). اإلشارة النافعة(مصدر الرسالة ) ١(

. رابط قنوات) ٤( ) Band Width) .(BW(مصدر موجة حاملة ذات عرض نطاق مالئم ) ٣(

Modulationیقصد بالتعدیل وذلك ألن . تحمیل إشارة المعلومات، المراد إرسالھا على الموجات الحاملة، التي تسیر بھا من جھة اإلرسال حتى جھة االستقبال

مكنھا االنتقال إلى مسافات بعیدة؛ إذ ، ال ی)أطوال موجیة كبیرة(إشارة المعلومات نفسھا، تكون، عادة، ذات ترددات منخفضة كما أن إرسالھا السلكیا، یتطلب استخدام ھوائیات ذات أطوال كبیرة . تتعرض لالضمحالل الشدید، في حالة اإلرسال السلكي

؛ )أو وسیلة(ناھیك أن التعدیل، یتیح إرسال غیر قناة معلومات عبر خط واحد . ؛ وھذا غیر عملي)تالئم طول الموجة(جدا وھي عبارة عن تسلسل من االنضغاط . ھرتز ٣٤٠٠إلى ٣٠٠فالموجات الصوتیة، مثال، تقع بین األطوال الموجیة من

ولكن، بتحویل ھذه . والتخلخل في طبقات الھواء، أمام المتحدث، وال یتعدى انتشارھا عشرات األمتار، بحسب قوة الصوتعلى موجات كھرومغناطیسیة عالیة التردد، یمكنھا ) بالتعدیل(حمیلھا االنضغاطات إلى إشارات كھربائیة مناظرة، أمكن ت

. االنتقال إلى أي مسافة مطلوبة، بحسب وسط االنتشار وأسلوب اإلرسال

المستقبل، ویشمل. ب

. رة عن الموجة الحاملةكاشفا، لفصل اإلشا) ٢( . رابط قنوات) ١( .مبینا، لتوضیح الرسالة ) ٤( . كاشف تعدیل، الستخالص اإلشارة النافعة) ٣(

قد یكون ھذا المبین سماعة، في حالة اإلشارات الصوتیة المختلفة، أو شاشة، في حالة اإلشارات المرئیة


: ، والتي قد تكون)الموجات الحاملةوسط انتقال (قناة المعلومات . ج

.أي یكون اإلشعاع في الجو مباشرة :غیر موجھة )١(

:؛ فھي قد تكون Carrier Radio Frequency RFوھو یعرف باإلرسال الالسلكي، ویتنوع بتنوع الموجات الحاملة

: High Frequency HFذات تردد عال فقط - أانتشارھا على االنعكاس على طبقات االیونوسفیر الجویة، وتعتمد في . میجا ھرتز ٣٠و ٣یراوح بین

ولذا، فإن مداھا قد یصل إلى مئات أو آالف الكیلومترات، وفقا . واالرتداد إلى حیث منطقة االستقبال .لقدرة اإلرسال وزاویتھ

: Very HF: VHFذات تردد عال جدا - بولذا، فال . ر، بین المرسل والمستقبلوتنتشر في خط رؤیة مباش. میجا ھرتز ٣٠٠و ٣٠یراوح بین

یتعدى مداھا المباشر عشرات الكیلومترات، یجب بعدھا إعادة اإلرسال، مرة أخرى مثل اإلذاعة )FM (ذات تردد في حیز . ج. والتلیفزیونUHF Ultra HF أو المیكروویف، أي أن طول ،

ال عالیة، ولھا قدرة على اختراق وھي تتمیز بسعة إرس. موجتھا، ال یتجاوز جزءا من المتر أو أقلطبقات االیونوسفیر الجویة، ویظھر ذلك في استخدامھا في االتصاالت عبر األقمار الصناعیة، التي

نظرا إلى قصر (كما تتمیز بصغر الھوائیات . تضطلع بمھمة إعادة اإلرسال، بین المرسل والمستقبل، Narrow Beamsعھا في صورة حزم ضیقة ویمكن إشعا. ، ودقة األجھزة المستخدمة)طول الموجة

مما یجعلھا مالئمة لالستخدام في شبكات االتصاالت الھاتفیة الالسلكیة، بین مختلف المقسمات، وفي )IR(مم، یبدأ، بعده، حیز األشعة تحت الحمراء ١وأقصر طول موجي لھا، ھو . الرادارات، بأنواعھا

: ، وھي إماموجھة) ٢(

. ألیاف ضوئیة) د( دلیل موجة ) ج( كبل محوري) ب( . خط ذو سلكین) أ(

: )B.W(عرض النطاق

. المطلوب، على نوع اإلشارة المرسلة) B.W(ویعتمد عرض النطاق

)التناظریةانظر جدول األنظمة : (، یكون كاآلتي)Analogue( األنظمة التناظریةفبالنسبة إلى )١(

جدول األنظمة التناظریة

نوع الرسالة B.Wعرض النطاق المالحظات

Audio صوتیة كیلو ھرتز ٤ قناة تلیفزیونیة مفردة

AMموسیقى كیلو ھرتز ١٠ AMمحطة إذاعة تعدیل سعة

FMموسیقى كیلو ھرتز ٢٠٠ FMمحطة إذاعة تعدیل تردد

Videoصورة مرئیة میجا ھرتز ٦ قناة تلیفزیونیة

(Digital) األنظمة الرقمیةأما بالنسبة إلى )٢(

وفي ھذه الحالة، فإن شرط اختیار عرض النطاق . Samplingفیكون التعامل مع اإلشارات الرقمیة، طبقا لنظریة العینات B.W) ( ھو أن یكون معدل العینات ،Sampling Rate ضعف أكبر تردد على األقل.


Amblitude ModulationAM : ھو تحمیل اإلشارة النافعة، المراد إرسالھا، على الموجة الحاملة ذات التردد األكبر الثابت، والتي تتغیر سعتھا،

طبقا لسعة اإلشارة النافعة

: Frequency Mod 'FM ھو تحمیل اإلشارة النافعة على الموجة الحاملة ذات السعة الثابتة، والتي یتغیر ترددھا، طبقا لسعة اإلشارة

النافعة

:Coaxial Caplesالكبول المحوریة

، وجزء خارجي، وبینھما عازل؛ وكلھا محاطة، من )مركزي(تتكون، أساسا، من جزء محوري داخلي

، وتستطیع حمل ..)رصاص ... نحاس (وھي تصنع من مواد معدنیة . ایة المالئمینالخارج، بالتدعیم والحم، حتى عشرات المیجاھرتز؛ إذ تتعرض لفقد ضئیل بھا، وتتمتع )مثل المیكروویف(موجات ذات ترددات عالیة

ت على عكس الموجا(بالحمایة واألمان من التداخالت والتشویش والتنصت والبعد عن التأثیرات الجویة )الالسلكیة

: Wave Guide دلیل الموجة

، تسمح بمرور موجات المیكروویف في حیز )مستطیلة أو دائریة(ھو أنبوبة مفرغة ذات مقاطع خاصة الجیجاھرتز، من دون فقد یذكر، إذ یعدم فیھا الفقد الحراري، نظرا إلى انتشار اإلشارة على ھیئة موجات

الداخلي لدلیل الموجةكھرومغناطیسیة، على السطح

مثل اإلشارات، الصوتیة (ھي اإلشارة المتصلة المتغیرة القیمة باستمرار، مع الوقت :اإلشارة التناظریة والمرئیة

:اإلشارة الرقمیة حالة خاصة Binaryوتعد اإلشارة الثنائیة . ھي اإلشارة التي تتكون من قیم محددة، منفصلة عند توقیتات محددة

اإلشارة الرقمیة؛ إذ تتكون من كود من القیمتین صفر وواحد فقط، وبھذا الكود، یمكن تمثیل المعلومات من المفیدة، كما یمكن استخالصھا بطریقة عكسیة


المبادئ الفوتونیة : ثانیا

اإللكترونات من تیار ھي الكھرباء أن كما ،)الفوتونات( من تیار الضوء إن إذ ؛)الضوء( لكلمة مناظرة )فوتون(

: وھي ذات مبادئ وتعریفات، أبرزھا. ھي الموجات الحاملة لإلشارة النافعة عند استخدام األلیاف الضوئیة : الموجات الضوئیة طبیعة الضوء . ١

! ھل الضوء تیار من الجزیئات؟ أھو موجات؟ أم ماذا؟

، ترى أن الضوء ھو تیار من )The Corpuscular Theory(فالنظریة الجزیئیة . ھناك عدة نظریات، في ھذا الخصوص، أن The Wave Theoryبینما ترى النظریة الموجیة . ویؤید ذلك ظاھرة االنعكاس واالنكسار. الجزیئات، بكل األلوان المختلفة

. الضوء ھو موجات، أي أنھ تحول للطاقة ولیس المادة؛ ویؤید ذلك ظاھرة التشتت والحیود

. ، مع الضوء، على أنھ طاقة فوتونیة، لھا تأثیراتھا الكھربائیة المختلفة)The Quantum Theory(لنظریة الكمیة بینما تتعامل ا

. وخالصة القول أن للضوء طبیعة مزدوجة، تجمع بین خصائص الجزیئات وخصائص الموجات الموجات الضوئیة . ٢

. ویمكن التعبیر عن شكل وحركة الموجات واتجاھھا، بالمعادالت الریاضیة. تعرف الموجات بأنھا انتقال الطاقة من نقطة إلى أخرى

: ویكون التعبیر عنھا كاآلتي) Harmonic Sinusoidal(وأبسط شكل لھذه الموجات، ھي الموجات الجیبیة المتوافقھ

: حیث A :ھي سعة الموجة . K :٣.١٤ثابت معروف، ویساوي : )( :ھي رقم الموجھ وتساوي .(

. ھي طول الموجة: V :سرعة انتشار الموجة .

، الضوء بأنھ موجات كھرومغناطیسیة، مكونة من مجال كھربائي، یتعامد على مجال )Maxwell(وتصف معادالت ماكسویل .واالثنان یتعامدان على اتجاه انتشار الموجة، التي تسیر بسرعة الضوء. مغناطیسي


Index of Refraction ( n (معامل االنكسار . ٣

ویعبر عن النسبة بین سرعة الضوء في الفراغ، . تختلف سرعة الضوء باختالف وسط االنتشار؛ إذ یبلغ أقصى سرعة لھ في الفراغ n وسرعتھ في أي وسط آخر، بمعامل االنكسار

: ، حیث n = c/vأي أن c :سرعة الضوء في الفراغ . v :سرعتھ في الوسط .

Reflection & Refraction االنعكاس واالنكسار . ٤

وفي حالة سقوط شعاع على سطح فاصل بین وسطین، فإن . الضوئیة، عبر الوسط المتجانس، في خطوط مستقیمة األشعةتسیر . جزءا منھ، ینعكس طبقا لقانون االنعكاس؛ إذ تكون زاویة السقوط مساویة زاویة االنعكاس

: وینكسر جزء آخر، داخل الوسط اآلخر

Total Internal Reflectionاالنعكاس الداخلي الكلي . ٥

كما یحدث االنعكاس الكلي الداخلي، إذا كانت زاویة السقوط . ال یحدث انكسار للشعاع، إذا كانت أكبر من، وإنما ینعكس الشعاع كلھ . مساویة الزاویة الحرجة، أو أكبر منھا

) Dispersion(التشتت . ٦

وھذه الظاھرة، تسمى تشتت المواد؛ وعلى أساسھا، تنطلق الموجات ). ونھأي ل(، على طول موجة الضوء )n(یعتمد معامل االنكسار أي تردد (والمصادر الضوئیة، ال تشع الضوء في طول موجي واحد . ذات الترددات المختلفة بسرعات مختلفة، خالل أي وسط

رض الطیفي وفیما یلي أمثلة ، أو الع Line Width، بل تصدر اإلشعاع في حیز من األطوال الموجیة، یسمى عــرض الخط)واحد ) انظر جدول بعض المصادر الضوئیة وعرضھا الطیفي: (لبعض المصادر الضوئیة و عرضھا الطیفي بعض المصادر الضوئیة وعرضھا الطیفي جدول

المصدر ()العرض الطیفي

Light Emitting Diodes (LEDs) الثنائیات المشعة للضوء نانومتر ١٠٠ إلى ٢٠

Laser Diodesلیزر الثنائیات نانومترات ٥ إلى ١

ـ لیزر ھلیوم نیون نانومتر ٠.٠٠٢


:LED sالثنائیات المشعة للضوء

یعتمد على عناصر ھذه المواد؛ ) تردد(، بلون )ضوءا(تصنع من مواد شبھ موصلة، حتى إذا مر بھا تیار كھربائي، أصدرت أشعة

IR .فمنھا ما یشع ضوءا أصفر أو أحمر أو أخضر، مثال، كما أن منھا ما یشع في حیز األشعة تحت الحمراء

Laserكلمة لیزر

وھى تعني Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation: ھي اختصار لعدة كلمات باللغة اإلنجلیزیة

.تكبیر الضوء، بوساطة االنبعاث الحثي لإلشعاع :، كاآلتيوینقسم اللیزر إلى أنواع، بحسب الوسط الفعال المشع للضوء

.والھلیوم نیون وثاني أوكسید الكربونمثل لیزر األرجوان : لیزر الغازات. أ

. مثل لیزر األصباغ الكیماویة: لیزر السوائل. ب . مثل لیزر الیاقوت والیاج: لیزر المادة الصلبة. ج Diode Laserومنھا لیزر الثنائیات : لیزر أشباه الموصالت. د

:ویتمیز شعاع اللیزر عن باقي األشعة الضوئیة، باآلتي

). أي بلون واحد(دد تقریبا أحادي التر. أ

. اإلشعاع في خطوط مستقیمة ذات انفراج ضیق، على مسافات كبیرة. ب . لھ قدرة كبیرة، مركزة في مقطع إشعاعي صغیر؛ ولھذا، فھو یستخدم في الصناعة، لصھر المعادن، لعمل ثقوب دقیقة. ج

ن دون التدخل الجراحي التقلیدي، وكوسیلة إنارة، في عمل وفي الطب، یستخدم كمشرط جراحي، وكوسیلة للكي وحرق الزوائد، م . المناظیر الطبیة المختلفة

، Phase Relationأي أن موجاتھ،، یقوي بعضھا بعضا، وترتبط بعالقة طوریة ثابتة : Coherentثبات التردد وتماسكھ . د مما یجعلھ صالحا لالستخدام العملي، في كثیر من التطبیقات الصناعیة

ویوصف المصدر، الذى یشع الضوء في طول موجى واحد، أو حیز ضیق من الموجات ـ بأنھ مصدر ضوئي متناسق

)Coherent .(وعلیھ، فإن لیزر ھلیوم نیون، مثال، أكثر تناسقا من الثنائیات المشعة .

تشتت النبضة

كونة من مجموع نبضات، متماثلة شكال، في حالة إشعاع مصدر ضوئي لنبضة، في ألیاف ضوئیة مشتتة، فإنھا تكون موعند تجمیعھا . ولذا، تسیر بسرعات مختلفة، وتصل إلى نھایة األلیاف، في أزمنة متفاوتة قلیال. ومختلفة في أطوالھا الموجیة

. في الخرج، فإن بعضھا یضاف إلى بعض، منتجة نبضة أطول، نسبیا، من نبضة المصدر؛ وھو ما یسمى تشتت النبضة

وبما أن ) Signal variations.(ذا التشتت، ال یغیر القدرة المتوسطة، أو التعدیل للنبضة؛ ولكنھ یقلل تغییرات اإلشارة وھ . المعلومات المرسلة موجودة في تلك التغییرات، فإن التشتت یتسبب ببعض المشاكل؛ إذ یحد من سعة المعلومات ألي نظام إرسال


العدسات . ٧

). n(بمرور الضوء، وتتعامل معھ، طبقا لشكلھا الھندسي ومعامل انكسارھا ھي وحدات تسمح ). انظر شكل العدسات) (مشتتة أو مقعرة(؛ أو عدسات سالبة )مجمعة أو محدبة(وھي إما عدسات موجبة

:وتستخدم العدسات، في أنظمة األلیاف الضوئیة، كاآلتي

تستخدم في المرسالت، لتشكیل اإلشعاع الضوئي من المصدر، على ھیئة أشعة متوازیة، وتستخدم، : العدسات الموجبة . أ . كذلك، في المستقبالت، لتجمیع اإلشعاع الضوئي القادم، وتركیزه في الكاشف

. تستخدم في توسیع أو تضیق شعاع الضوء: العدسات السالبة . ب

.ربط اإلشعاع الضوئي، في األلیاف الضوئیة تستخدم مختلف تكوینات العدسات وأنواعھا، في . ت


األلیاف الضوئیة : ثالثا

. ، مصنوعة لتوجیھ الضوء خاللھا)انظر شكل األلیاف الضوئیة(عبارة عن أسطوانة شفافة، OPTICAL FIBERاأللیاف الضوئیة

شعاع الضوء من األلیاف، نتیجة لظاھرة االنكسار، یراعى إسقاط الشعاع على جدارھا بزاویة أكبر من الزاویة الحرجة " یتسلل"وحتى ال . وبذلك، یضمن انعكاس الشعاع انعكاسا كلیا، داخل األلیاف.

عامل انكسار صغیر؛ فیضمن عدم وصولھ إلى سطحھا وحتى ال ینتقل الشعاع إلى األلیاف المجاورة، فإنھا تحاط بكسوة عازلة، ذات م ). انظر شكل االنعكاس الكلي الداخلي(الخارجي،


مكونات األلیاف الضوئیة . ١

، لھ معامل انكسار، ومحاط بكسوة عازلة، لھا معامل انكسار أقل قلیال من ؛ وذلك للحصول )Core(تتكون األلیاف الضوئیة من قلب ). انظر شكل المكونات األساسیة لأللیاف(على انعكاس كلي للشعاع على السطح الفاصل؛

أنواع األلیاف الضوئیة . ٢

: ھناك نوعان رئیسیان من األلیاف، ھما )Graded – Index(الیاف ذات معامل االنكسار المتدرج -٢ )(Step Index" خطوه"ألیاف ذات معامل - ١

وفیھا نجد معامل االنكسار لمادة القلب متجانسة، وال تعتمد على المسافة القطریة ) (Step Index" خطوه"ألیاف ذات معامل . أ ")خطوة"انظر شكل ألیاف ذات معامل (من محور الكبل


: وینقسم ھذا النوع من األلیاف إلى. ویسیر الضوء فیھا بنظریة االنعكاس الداخلي الكلي

( Single – Mode )ألیاف أحادیة النشاط )١(

، ھو مرور شعاع واحد فقط داخل األلیاف، بزاویة دخول واحدة، تقارب الزاویة المحوریة )أحادیة النشاط(یقصد بـ وزاویة انعكاس كلي واحدة، لتكون مسافة دورة انعكاسیة كاملة واحدة لھا، مساویة ، )أي شبھ موازیة للمحور(

لضعف ثابت من طول موجة، الضوء المستخدم

Multi – Mode )(ألیاف متعددة النشاط )٢(

، فمعناه دخول غیر شعاع إلى األلیاف بزوایا دخول مختلفة، لتكون مسافات دورتھا االنعكاسیة)متعددة النشاط(مختلفة، وكلھا ضعف خاص من طول الموجة؛ إذ یختلف زمن وصول كل شعاع، عند خرج األلیاف، وینتج من

ذلك أن یكون عرض النبضات، عند الخرج، أكبر قلیال من العرض، عند الدخل؛ مما یؤثر سلبا في كفاءة اإلرسال ، قطر دقیق، للسماح بدخول شعاع واحد ولتفادي ذلك، تصنع األلیاف بنصف . خصوصا عند إرسال إشارات رقمیة

فقط؛ فیمكن الحصول على ألیاف أحادیة النشاط

انظر جدول بعض القیم ). (میكرومتر ٢نحو (أن النشاط األحادي، لھ نصف قطر أقل بكثیر من المتعدد والفرق الظاھر بینھما ) الفعلیة ألبعاد األلیاف

بعض القیم الفعلیة ألبعاد األلیاف جدول

األبعاد متعددة النشاط یة النشاطأحاد

a1 قطر القلب ١/٢ میكرومتر ٢٠٠ـ ٢٥ میكرومتر ٢

a2 قطر الكسوة ١/٢ میكرومتر ٣٥٠ـ ١٢٥ میكرومتر ١٠٠ـ ٥٠

: على ثالثة أشكال مختلفة، بحسب المادة المستخدمة في تصنیع القلب والكسوة، كاآلتي ألیاف الخطوةوتصنع . إما أن تكون جمیعھا من الزجاج) ١( . أو تكون من قلب زجاجي محاط بكسوة من البالستیك) ٢( )انظر جدول المقارنة بین أشكال ألیاف الخطوة. (أو تكون جمیعھا من البالستیك )٣(

مقارنة بین أشكال ألیاف الخطوة


) Graded – Index(المتدرج األلیاف ذات معامل االنكسار والنوع اآلخر من األلیاف، ھو . ب

ویسیر الضوء فیھا، أساسا، بنظریة االنكسار، ولیس ، ابتعد عن محور الكبل وفیھا یقل معامل االنكسار لمادة القلب، كلما

).انظر شكل األلیاف ذات معامل االنكسار المتدرج(االنعكاس الداخلي الكلي، كما في معامل الخطوة؛

)مقارنة بین نوعي األلیافانظر جدول . (٣

يافلألمقارنة بين نوعى ا جدول

األلياف متعددة النشاط ذات األلياف أحادية النشاط وجه المقارنة المعامل المتدرج

األلياف متعددة النشاط ذات معامل الخطوة

ليزر أو ثنائيات مشعة ليزر المصدر)LEDs(

ليزر أو ثنائيات مشعة

عرض النطاق )B.W(

جيجا ٣أكبر من ( جدا كبير )ـ كم

٣ميجا ـ ٢٠٠(كبير جدا )جيجا ـ كم

ميجا ٢٠٠أقل من (كبير )ـ كم

ممكن بصعوبة ممكن بصعوبة )قلب صغير(صعب جدا اللحام/ الوصل

وصالت هاتفية بين المكاتب نظام كبول الغواصات مثال لالستخدام المركزية

وصالت نقل المعلومات

قليلة عالية متوسطة النفقة


االضمحالل والفقد في األلیاف . ٤

وعندما أمكن تقلیل ھذا االضمحالل إلى . یعد االضمحالل في األلیاف الضوئیة، عامال مھما جدا في تصمیم نظم االتصاالت باأللیاف . دیسیبل، في أواخر الستینیات، صارت أنظمة االتصاالت باأللیاف ممكنة وذات جدوى ٢٠أقل من

تقبلة من األلیاف، أكبر من الحد األدنى الالزم للمستقبل، الكتشاف المعلومات والتقاطھا ومن الضروري، دائما، التأكد أن القدرة المس

. ومن الطبیعي، أن تعتمد ھذه القدرة على مقدار االضمحالل في قناة االتصاالت. جیدا

: مصادر الفقد في األلیاف

: یحدث الفقد في األلیاف الضوئیة الزجاجیة، نتیجة لآلتي

) Absorption(االمتصاص . أ

: ھناك ثالثة أنواع من االمتصاص . بسبب الخواص الطبیعیة للمادة: داخلي) ١( . بسبب األیونات المعدنیة وغیرھا، والموجودة في الزجاج، أثناء التصنیع: شوائب) ٢( . اإلشعاع نتیجة للعناصر المؤكسدة غیر المطلوبة، والناتجة من عملیة التصنیع أو: عیوب ذریة) ٣(

) Scattering(التشتت . ب

: ھناك نوعان من التشتت

). Reyleigh" (ریلي"ویسمى، عادة، تشتت : تشتت داخلي) ١( . وھو إما تشتت یعتمد على الزاویة، أو تشتت یعتمد على طول الموجة: تشتت نتیجة عدم التجانس) ٢(

)بطول الموجةانظر جدول عالقة الفقد من االمتصاص والتشتت (

عالقة الفقد من االمتصاص والتشتت بطول الموجة جدول

الفقد الداخلي الخارجي

معدني

یونات الھیدروكسیل والھیدروجین )كم/دیسیبل ٥إلى ، ٠١من (

u. vفوق البنفسجیة -

یزداد مع ازدیاد طول (تحت الحمراء - میكرومتر ١.٦الموجة على

االمتصاص

الموجةشوائب دلیل

"تشتت ریلي - )كم/دیسیبل ٠.١٥ـ ٢.٣( -

)میكرون ١.٥٥ـ ٠.٨٥عند ( - إزاحة بریلیون -

) Raman(إزاحة رامان -

التشتت

تأثیرات الشكل الھندسي . ج

: وینتج إما. وھي المصدر الثالث للفقد في األلیاف

. من انحناءات الكبل، عند لفھ على بكر، أو عند مروره حول األركان) ١( . أو من التشوه المحوري في األلیاف، عند تغطیتھا بكبول الحمایة) ٢(


إجراء تصنیع مادة األلیاف . ٥

وتختلف ھذه . سائلة ھناك وسائل عدیدة لعملیة التصنیع، تھدف جمیعھا إلى صھر مادة الزجاج، وتنقیتھا من الشوائب، وجعلھا . الوسائل بعضھا عن بعض، في التكنولوجیات المستخدمة في عملیة الصھر والتنقیة، وفي األغراض التي تعد لھا

سحب األلیاف . ٦

ویجري السحب، والزجاج سائل ساخن؛ إذ تلف األلیاف على بكر خاص، یدور بسرعة . یلي سحب األلیاف عملیة تصنیع مادتھا . ، تعتمد على قطر األلیاف المطلوبمحسوبة

قیاس خواص األلیاف وتحدیدھا . ٧

: یعمد إلیھ لتحدید اآلتي

. وھي معدل مرور طاقھ الضوء على نقطة معینة، في وقت محدد: القدرة الضوئیة لأللیاف - أ . لتحدید مقدار اإلشارة الضوئیة، التي تفقد في األلیاف: االضمحالل - ب . ویعبران، أساسا، عن معكوس تشتت النبضة في األلیاف: ومعدل البیانات) B.W(عرض النطاق - توتحدد قدرة األلیاف على التقاط الضوء الساقط على مدى كبیر من الزوایا ) NA: (الفتحة الرقمیة - ث

. وتجمیعھ . التشتت بأنواعھ - جالموجي الثاني وعنده تبدأ األلیاف في تداول النشاط) Cut Off W. L: (طول الموجة النھائي - ح

)Second Mode(أي أنھ یوضح حدود العمل الموجي لأللیاف ، . توصیل األلیاف وتجمیعھا . ٨

: ویشمل ذلك اآلتي. الھدف منھما الوصول إلى نظام ألیاف ضوئیة متكامل

. توصیل ألیاف بألیاف أخرى - أ . توصیل المصدر الضوئي باأللیاف - ب .توصیل نھایة األلیاف بالكواشف - ت


مكونات أنظمة األلیاف واإلشارات المستخدمة فیھا: رابعا

كبل األلیاف . ١

. بعد تصنیع األلیاف وسحبھا على البكر، فإنھا تحتاج إلى طبقات حمایة إضافیة، حتى یمكن تداولھا بسالم؛ ولذلك، تجعل في كبول . وعدد األلیاف في الكبول، یختلف باختالف استخدام الكبل؛ فقد تكون شعیرة لیفیة واحدة، أو عدة آالف من األلیاف

ھ الكبول المعدنیة التقلیدیة؛ إال أنھا ال تحتاج إلى عزل كھربائي بین األلیاف والكبول؛ إذ إن تلك األلیاف وكبول األلیاف الضوئیة، تشاب

. غیر موصلة، كھربائیاوكذلك، ھي أصغر حجما من الكبول المعدنیة، ذات السعة نفسھا من قنوات االتصال؛ نظرا إلى قدرتھا الفائقة على حمل العدید من

. عةالقنوات، مجتم : ویمكن تلخیص أسباب تصنیع األلیاف في صورة كبل، في اآلتي

: لسھولة االستخدام؛ إذ إن. أ

. صغر حجم األلیاف، یجعلھا صعبة التداول )١( . األلیاف شفافة، یصعب رؤیتھا على معظم األسطح )٢(

: الحمایة، ضد اآلتي. ب . اإلجھاد، على طول األلیاف )١( . و المركبات أو ضغط المیاه، وخالفھأي احتماالت للسحق، باألقدام أ )٢( . تآكل األلیاف وتعریتھا )٣(

) انظر شكل بعض أنواع الكبول(أنواع الكبول . ث


: تقسم كبول األلیاف إلى األنواع اآلتیة، طبقا لالستخدام

. ویكون صغیر الحجم، بسیط التركیب، ورخیص الثمن: كبل داخلي، في معدة أو جھاز )١( . ویحتوي، عادة، على شعیرة واحدة أو اثنتین من األلیاف. لالستخدام داخل المبنى الواحد: كبل بین المكاتب )٢( . ویحتوى على عدة ألیاف. یمر على الجدران: كبل بین المباني )٣( . یحتوي على كبول فرعیة: كبل متعدد )٤( . كبل خاص بین المباني، بمواصفات ضد الحریق والدخان )٥( . ، بین أعمدة أو في أنفاق أرضیةكبل ھوائي خارجي )٦( . كبل أنفاق مدرع )٧( . كبل الدفن المباشر، ذو طبقة خارجیة مدرعة )٨( .لالستخدام في المیاه، العذبة أو المالحة: كبل غواصات مائي )٩(

المصادر الضوئیة المستخدمة في األلیاف . ٢

: یجب أن تتمیز مصادر الضوء المستخدم في األلیاف، بالخواص اآلتیة

. صغر الحجم، كي توافق األلیاف. أ . استھالك ضئیل للطاقة. ب )( Spectral B.Wعرض نطاق طیفي ضیق. ج . قدرة خرج كافیة. د

. طول الموجة، یجب أن یقع في نافذة السماحیة الموجیة لأللیاف. ھـ . قلة النفقة. و . اعتمادیة كبیرة. ز

أنواع مصادر الضوء المستخدمة في األلیاف

: أشھر المصادر الضوئیة، ھي

) Light Emitting Diodes ) (LEDs(الثنائیات المشعة للضوء . أ

) ( Semiconductor p-njunctionوتصنع من أشباه الموصالت

وتالئم الطاقة الضوئیة المتولدة منھا، اطرادا، شدة التیار الموجب . وتتمیز باعتمادیة كبیرة، ودوائر تغذیة بسیطة، ونفقات قلیلة

. للضوء، تغذى بإشارة التعدیل، إضافة إلى تیار ثابت آخر) AM( وعند التعدیل السعوي . المار بھا

: وتنقسم الثنائیات إلى

). Surface emit(ة مشعات سطحی) ١( ) . Edge emit(مشعات حرفیة ) ٢( ). Super luminescent(مشعات فائقة اإلشعاعیة ) ٣(

) Laser Diodes-LD(ثنائیات اللیزر . ب

، أي أن موجاتھ یقوي ) Coherent( ؛ وأنھ متناسق )نطاق موجي ضیق جدا(ویمتاز شعاع اللیزر بأنھ أحادي التردد، تقریبا وكذلك انتشاره في خطوط مستقیمة ذات زاویة انفراج ضیقة، على المسافات . عضا؛ إذ ترتبط بعالقة طوریة ثابتةبعضھا ب

. الكبیرة

: وتنقسم ثنائیات اللیزر إلى

). Injection LD(ثنائیات لیزر الحقن )١( . ثنائیات لیزر التغذیة العكسیة )٢(


. یوضح عالقة القدرة المشعة لكل من الثنائیات واللیزر، بالفتحة الرقمیة لأللیاف) انظر شكل الفتحة الرقمیة(

٨٣٠وتعمل ھذه المصادر، عند استخدامھا في األلیاف، في حیز األشعة تحت الحمراء، عموما؛ إذ تشع الثنائیات حول الطول الموجي

ویربط المصدر باأللیاف، إما مباشرة، أو باستخدام العدسات المحدبة، . نانومتر، تقریبا ٧٨٠بینما یشع اللیزر عند ). متر ٩١٠(نانومتر . بل الكروي نفسھ؛ وذلك لزیادة كفاءة التوافق بین المصدر واأللیافأو طرف الك

كما یؤدي استخدامھ إلى میزة تقلیل الفقد في النظام، من . ویستخدم اللیزر، عادة، عند الحاجة إلى السرعة والقدرة الضوئیة العالیة

) المقارنة بین مصادر اللیزر والثنائیات المشعةجدول (و) انظر شكل الفتحة الرقمیة(طریق زیادة كفاءة الربط مع األلیاف،

المقارنة بین مصادر اللیزر والثنائیات المشعة جدول

الوقت المتوسط بین ) ساعة(األعطال

مدى درحة الحرارة

°C

(Risetime)وقت النھوض ) نانو ثانیة(

القدرة المشعة ) مللي وات(

المصدر

ثنائیات اللیزر ١أكبر من ٠.٥ ٦٠+إلى ١٠من ـ ١٠٦

الثنائیات السطحیة ٠.١٦ ٢.٥ ١٢٥+إلى ٥٥من ـ ١٠٦

الثنائیات الحرفیة ٠.٤٤٥ ٢.٥ ١٢٥+إلى ٥٥من ـ ١٠٧

الثنائیات الفائقة ٠.٧٥٠ ٣.٠ ١٢٥+إلى ٥٥من ـ ١٠٦


كواشف األلیاف الضوئیة . ٣

. مھمتھا تحویل اإلشارات الضوئیة المستقبلة في نھایة األلیاف، والتي تكون، عادة، ضعیفة ـ إلى إشارات كھربائیة ضعیفة مناظرة

:ویتضمن تصمیم أنظمة الكواشف، في المستقبالت الخاصة، باأللیاف الضوئیة، اآلتي

. من أشباه الموصالت ،)فوتو دایو(اختیار نوع الكاشف المالئم، والذي یكون، عادة . أ . ، لتوجیھ الموجات الضوئیة إلى الكاشف)عدسات وخالفھ(استخدام عناصر بصریة . ب . تصمیم دوائر إلكترونیة، لربط خرج الكاشف مع المراحل الالحقة. ج

: وھناك نوعان رئیسیان من الكواشف، ھما

). الضوئیة(الكواشف الفوتونیة . أ

. الكواشف الحراریة. ب

الساقطة واإللكترونات الناتجة من الكاشف؛ ) وحدات الضوء(ویعتمد عمل الكواشف الفوتونیة على التفاعل المباشر، بین الفوتونات . بینما تعتمد الكواشف الحراریة على التأثیر الحراري للفوتونات في مادة الكاشف

أثیر وحدة من الطاقة الضوئیة الساقطة؛ بینما تعرف الكفاءة الضوئیة، وتعرف االستجابة الضوئیة للكاشف، بأنھا التیار المتولد نتیجة ت

بأنھا النسبة بین متوسط عدد اإللكترونات المثارة، إلى عدد الفوتونات الساقطة، ومقدارھا یكون أقل من واحد، وتعتمد على كل من وتونیة، بأنھا ذات استجابة وكفاءة ضوئیة أعلى من وتتمیز الكواشف الف. خواص مادة أشباه الموصالت، وكذلك أبعاد الكاشف نفسھ

. الكواشف الحراریة ) Sensors(مستشعرات األلیاف الضوئیة . ٤

تعد األلیاف الضوئیة حساسة لظروف البیئة المحیطة، مثل درجة الحرارة والضغط، وأي انحناءات في األلیاف؛ وفي حالة أنظمة أما في حالة استخدام المستشعرات الضوئیة لأللیاف، . ى، عند التصمیم، تقلیل تأثیر ھذه العواملاالتصاالت باأللیاف الضوئیة، یراع

. فتستغل ھذه الحساسیة في قیاس بیانات مجال المستشعر وخصائصھ

مثل الشدة وطول الموجة وزاویة (وفي ھذه الحالة، یربط الضوء المار في الكبل بمجال المستشعر، ویعدل بعض خواص ھذا الضوء انظر شكل المخطط (، بوساطة المحث، ثم یكون التعامل مع ھذا الضوء المعدل، بعد مروره على كاشف فوتوني )الطور والقطبیة

). األساسي للمستشعر

. عمل ھذه المستشعرات، إما على أساس شدة المجال، أو التداخل الضوئيوت


ربط األلیاف وتوصیلھا . ٥

بعد استعراض العناصر األساسیة في وصلة األلیاف الضوئیة، تبقى العناصر المساعدة، التي یكتمل بھا نظام االتصاالت بتلك : األلیاف

. زاء األلیاف بعضھا ببعضوتستخدم في ربط أج: الموصالت والروابط. أ

. وھي تستخدم في توزیع أو تجمیع إشارات ضوئیة متحدة، بین عدة مرسالت أو مستقبالت) Couplers: (المجمعات. ب ) Data Types(أنواع البیانات . ٦

: تستخدم وصالت االتصاالت البیانیة، نوعین من صور البیانات

وبعد . مھمتھا إرسال البیانات في صورة كود ثنائي، من صفر وواحد) : Digital Data Comm(االتصاالت الرقمیة . أ . االستقبال، یعاد فك الكود، مره أخرى

ویعد . ترسل من خاللھا البیانات، على ھیئة إشارات مستمرة متغیرة). Analogue Comm: (االتصاالت التناظریة. ب

. مستوى اإلشارة نفسھ ھو المعلومات المطلوب إرسالھا ) Modulation(التعدیل . ٧

لكبیرة، في وتتمیز نظم االتصاالت باأللیاف الضوئیة بالسعة ا. یستھدف التعدیل تحمیل األشعة الضوئیة بالمعلومات، المراد إرسالھا . حمل المعلومات

. ویختلف التعدیل المستخدم، ھنا، عن التعدیل المعتاد، في باقي األنظمة الالسلكیة

أنواع التعدیل لإلشارات الضوئیة

). Analogue Mod(التعدیل التناظري . أ

أقرب مدى، الشكل الموجي للجھد أو ، بإنتاج تغیرات في القدرة الضوئیة، تناظر، إلى )LEDs(یتحقق، في حالة الثنائیات

. التیار الداخل

أو بالخلط المتعدد لتقسیمات الترد Intensity Mod. – IM، وتعدیل شدة ) AM(وفي حالة اللیزر، یكون إما تعدیل سعوي )Frequency Division Multiplexing FDM .(

. كن إرسالھا عبر كبل ألیاف أحاديویتأتى بتعدیل رسائل متعددة، بموجات حاملة فرعیة مختلفة، یم

) Digital Mod(التعدیل الرقمي . ب

لیس مطلوبا تزویدھا بتیار مستمر، للتعدیل، كما ھو الحال في التعدیـل التناظري، بل ): LEDs(في حال الثنائیات وفي حالة اللیزر، . المطلوب، ببساطة، ھو تشغیل الثنائیات وتبطیلھا، طبقا لكود معین؛ وال عالقة لذلك بقیمة اإلشارة الداخلة

. دل بكود نبضيفإن أكثر الوسائل عملیة ھي تشغیل اللیزر مباشرة، بتیار مع

: ممیزات التعدیل الرقمي : یتمیز التعدیل الرقمي على التعدیل التناظري، باآلتي

. واللیزر، بالسرعة المطلوبة) LEDs(سھولة تشغیل كل من الثنائیات )١( . اإلشارات الرقمیة أقل عرضة للتشوه من اإلشارات التناظریة، التي تتأثر بمصادر متعددة، في األلیاف )٢( . إمكانیة استخدام كود فحص الخطأ، في األنظمة الرقمیة، مما یقلل إمكانیة حدوثھ في اإلرسال )٣( . الوصالت الضوئیة الرقمیة، توافق باقي األنظمة الرقمیة الغیر غیر الضوئیة )٤( ).Repeaters(سھولة إعادة تولید النبضات الرقمیة، عند معیدات اإلرسال )٥(


یاف الضوئیةتطبیقات استخدامات األل: خامسا

شبكات األلیاف الضوئیة . ١

إال أنھ یمكن تجمیع ھذه الوسائل في . ھناك وسائل متعددة لعمل شبكات ألیاف ضوئیة، باستخدام عناصر نظام األلیاف، السابق ذكرھا )Star or Linear busses(إما شبكات نجمیة المسار، أو شبكات خطیة : قسمین رئیسیین، ھما

) انظر شكل الشبكات النجمیة: (الشبكات النجمیة . أ

وجمیع المرسالت موصلة بجھة الدخل لمجمع نجمي، . یتضح أن كل عقدة أو طرف، ھو مزود بمرسل ومستقبل

وتمتاز ھذه الشبكات باكتفائھا . بینما جمیع المستقبالت موصلة بجھة الخرج خاصة المجمع. طرف) ن× ن (بسعة .بأقل مدى دینامیكي، وبقلة الفقد بھا؛ إذ تتعرض كل عقدة للفقد نفسھ

ولكن، یعیبھا وجود المجمع النجمي بعیدا عن العقد؛ مما یستلزم استخدام عدد كبیر من األلیاف، ألجراء التوصیالت . وكذلك، فإن أي عطل في النجمة المجمعة، یمكنھ تعطیل الشبكة كلھا. الالزمة

) انظر شكل الشبكات الخطیة(شبكات المسارات الخطیة . ب

وھي متوالیة، ولیست متوازیة، كما ھو الحال في . دد من العقد، حیث یعترض الضوء أو یدخلمن مسار ألیاف وع وتتكون

. ولھذا، فإن الفقد في كل عقدة، یضاف إلى الفقد في باقي العقد. الشبكات النجمیةبینما . إلى انھیار الشبكة كلھا وال توجد واحدة، قد تؤدي. بأنھا تحتاج إلى كبل ألیاف واحد، أو اثنین، لربط جمیع العقد وتمتاز

. عیبھا الرئیسي، ھو الفقد العالي


ممیزات استخدام كبول األلیاف في االتصاالت . ٢

: تلخص الممیزات والخصائص، التي توفرھا األلیاف الضوئیة، في اآلتي ) B .W(عرض نطاق كبیر جدا . أ

لیفیة واحدة، حمل معدالت كبیرة جدا من المعلومات؛ إذ یمكن األلیاف ذات یمكن أنظمة االتصاالت الضوئیة، المكونة من شعیرة ٠.٨٥، في الثانیة، لكل كیلومتر، عند الطول الموجي للضوء جیجا بیت ٤٠، إرسال نحو ) Single Mode(النشاط المنفرد

. جیجا، عند األطوال الموجیة األكبر٤٠٠میكرومتر؛ ونحو

: یض بأسلوبینویستغل ھذا النطاق العر . زیادة سعة اإلرسال، بغرض خفض نفقة كل قناة) ١( . استخدام كبول األلیاف بوسائل ال تالئم الكبول العادیة؛ ولكنھا، في الوقت نفسھ، بسیطة ومالئمة) ٢(

فقد ضئیل جدا . ب

١.٢كم، عند الطول الموجي /دیسیبل ٠.٥میكرومتر، و ٠.٨٥كم، عند طول موجي /دیسیبل ١.٥یصل الفقد في األلیاف إلى أقل من ویقل الفقد عن ذلك، مع استخدام أطوال موجیة أكبر؛ مما یتیح مسافات استخدام أكبر، من دون الحاجة إلى استخدام . میكرومتر

. معیدات، أو استخدامھا على فواصل كبیرة، بأعداد قلیلة حجم ووزن قلیالن . ج

األلیاف الضوئیة كبولھا مدمجة جدا، وذات قطر صغیر؛ مما یتطلب حجما، ھو أقل كثیرا مما تشغلھ الكبول المعدنیة، ذات السعة وھذه میزه كبرى، خصوصا في بعض االستخدامات، التي تكون فیھا المساحة أو الحجم، المتاح لمرور الكبول، . اإلرسالیة نفسھا

. محدودااأللیاف، ھي أقل منھا في نظیره المعدني، فإن وزنھ الكلي یكون أقل؛ مما یعطیھ میزة أخرى، عند االستخدام في وألن كثافة كبل

. الطائرات أو الصواریخ الموجھة، أو رفعھ على حوامل ھوائیة المتانة والمرونة . د

مغطاة، ذات قوة شد عالیة؛ كما أمكن الوصول على عكس المخاوف، التي كانت سائدة، أثبت الواقع، أنھ في اإلمكان تصنیع ألیاف . كل ھذا یسھل عملیة تداول الكبول وتخزینھا واستخدامھا. إلى مكونات كبول مدمجة ومرنة ومتینة جدا

انخفاض النفقة . ھـ

ومع . المعدنیةنظرا إلى توافر خامات الزجاج، التي تصنع منھا كبول األلیاف، فقد انخفضت نفقة صناعتھا دون نفقة نظیرتھا . تحسین أسالیب التصنیع، سوف تزداد انخفاضا

المطلوبة؛ وكذلك، قلة المعدات اإللكترونیة المستخدمة، مقارنھ بتلك ) Repeaters(یضاف إلى ذلك انخفاض عدد المعیدات . المستخدمة في صناعة الكبول المعدنیة

العزل الكھربائي . و

طبیعتھا؛ ولذلك، یمكن استخدامھا، بأمان، في البیئات الخطرة كھربائیا، إذ ال توجد حاجة إلى استخدام تعد األلیاف الضوئیة عازلة، ب . طرف أرضي، أو مشاكل ناتجة من أي إشعاع كھرومغناطیسي

حصانھ ضد التداخالت، وعدم صدور إشعاعات منھا . ز

بینما تعد التداخالت الكھرومغناطیسیة، إحدى المشكالت الخطیرة، التي تواجھ األنظمة اإللكترونیة؛ إذ بھا ال تمثل أي مشكلة مع . األلیاف الضوئیة

. كما أن األلیاف غیر مشعة؛ ومن ثم، فھي تتمتع بقدر عال من السریة واألمان، في تداول المعلومات . ات الحرارة المتفاوتة، ولتأثیرات السوائل والغازات المختلفةاحتمالیة كبیرة لدرج. ح . عمر أطول واعتمادیة أكبر وصیانة أسھل. ط ) انظر جدول مقارنة بین كبول األلیاف الضوئیة والكبول التقلیدیة(


الضوئیة والكبول التقلیدیةمقارنة بین كبول األلیاف

األسالك المجدولة الكبول المحوریة دلیل الموجة الدائري كبول األلیاف النوع

الخاصیة

)مم(القطر ٤: ١ ١٠ ٥٠ ٠.٢إلى ٠.١

)مم (قطر االنحناء ٠.١أكبر من ٩٠أكبر من ٦٠٠٠أكبر من ٠.٣أكبر من

مع ثبات سعة (نسبة أوزان الكبول ١ ١ ١ ٠.١ )اإلرسال

)م(طول الكبل ٥٠٠: ١٠٠ ٥٠٠:١٠٠ ١٠:٣ كم ١٠٠: كم ١

)كم/ دیسیبل(الفقد ) میجا ھرتز ٤( ٢٠ ) میجاھرتز ٦٠( ١٩ ٢ ٤ـ ، ٢

(B. W) عرض النطاق میجا ھرتز ٦ میجا ٤٠ جیجا ١٢٠: ٤٠ جیجا ١٠: ١

التركیب ) عادي(تقلیدي ) عادي(تقلیدي خاص ) تقریبا(تقلیدي

الوصل عادي عادي خاص خاص

)كم(فاصل اإلعادة ٢ـ ١ ١.٥ ١٠ ٦٠ـ ١٠

)مع ثبات القطر(سعة اإلرسال ٠.١ ١ ١ ١٠

التطبیقات العسكریة ألنظمة الكبول الضوئیة . ٣

على الرغم من أن النفقة لیست عامال مھما، بالنسبة إلى األنظمة العسكریة، فھناك في المقابل، عوامل أخرى حاكمة، یجب وضعھا في . الوزن، والقابلیة للنشر، واالستخدام، والتكامل التام، والقدرة على العمل في ظل أصعب الظروف: الحسبان، مثل

: یاف الضوئیة ذات مغزى مھم في المجال العسكري، وبالذات في حالتینولھذا، فإن الخواص الفریدة لألل

o عندما یمكن أداء مھمة معینة باألسالیب التقلیدیة؛ وفي الوقت نفسھ، تستطیع األلیاف أداءھا بطریقھ أقل تعقیدا، وبنتائج

. عملیاتیا مالئمةأفضل، بمعنى أنھا أكثر o ام، یصعب أداؤھا باألسالیب التقلیدیةعندما یكون في إمكان األلیاف أداء مھ .

أنظمة المسافات القصیرة . أ

. ، والتي تتطلب اشتراطات تكنولوجیة بسیطة)حتى عشرات األمتار(ھناك عدد من التطبیقات المستخدمة على المسافات القصیرة العملیات الحربیة؛ والوصالت الداخلیة في ویشمل ذلك الوصالت بین المعدات اإللكترونیة المتقاربة، مثل تلك الموجودة في غرف

. الحواسب؛ والوصالت الناقلة للمعلومات، مثل البیانات الراداریة المتجھة إلى أجھزة المعالجة والمبینات

د، واالتجاه المستقبلي، ھو استخدام األلیاف األحادیة التي یمكن صناعتھا من مواد بسیطة ورخیصة الثمن، مثل الزجاج المتوسط الفقوالبالستیك أو ألیاف السیلیكا المكسوة بالبالستیك، وذلك لتفادي استخدام حزم األلیاف، التي تفتقر إلى المرونة المطلوبة

وتمتد استخدامات ھذه األنظمة إلى الوصالت بین المعدات الموجودة في أماكن متفرقة في أحد المباني، . لالستخدامات الداخلیة . مئات من األمتاروحتى مسافات تصل إلى عدة


االستخدام في المركبات . ب

یشمل ذلك الطائرات والسفن والدبابات، التي تتصف بكونھا بیئة ذات درجة عالیة من الضوضاء الكھرومغناطیسیة؛ مما یزید من ! صعوبة استخدام األسالك والكبول التقلیدیة، حتى مع توخي الحذر الشدید

) B. W(وصالت األلیاف، بما تتمتع بھ من حصانة ضد التداخالت، وبما لھا من عرض نطاق ومن ھنا، تظھر میزة استخدام

. لذا، فھي تستخدم في ربط قنوات عدیدة بوصلة مشتركة، من دون تعقیدات تذكر. كبیروبالطبع، تبدو . اومیزة صغر الحجم مھمة جدا، في مثل ھذه التطبیقات؛ إذ الفراغات محدودة في جمیع المركبات العسكریة، تقریب

میزة الوزن الخفیف، عند االستخدام مع الطائرات، على وجھ الخصوص، عند النظر إلى كمیة المعدات اإللكترونیة الھائلة، التي كما أن حصانة األلیاف ضد المؤثرات الضوئیة، والموجات الكھرومغناطیسیة، تمكن من استخدامھا، . تحملھا الطائرة الحدیثة

وھناك، حالیا، العدید من البرامج الحكومیة، في كل من أوروبا والوالیات المتحدة . زانات الوقود ومخازن الذخائربأمان، حول خ، الذي استخدمت فیھ حزم األلیاف، في ) ALOFT(األمریكیة، استكماال للمشروعات السابقة، في ھذا المجال، مثل مشروع

وأمكن، عن طریق مثل ھذه . أرطال فقط ٣رطال إلى ٣٢زن ھذه التوصیالت، من ، وعلیھ قل و)A7(جمیع توصیالت الطائرة . الوصالت الضوئیة، كذلك، توجیھ المقذوفات، ونقل صور حیة ألرض المعركة، مثلما حدث خالل حرب تحریر الكویت

الوصالت الثابتة، على المسافات الطویلة . ج

متر وعدة كیلومترات؛ ١٠٠االت المواقع الثابتة، على مسافات، تراوح بین في المجال العسكري، یغطي ھذا االستخدام اتصأقل من (المطلوب، بین المتوسط ) BW(ویتفاوت عرض النطاق . ویشمل ذلك الوصالت بین مراكز القیادة والقواعد والمطارات

. رات المرئیة والبیانات الراداریةمع االتصاالت الصوتیة فقط، وعشرات أو مئات المیجا بت، لإلشا) میجا بت، في الثانیة ٢ . ویتطلب ھذا النوع من التطبیقات درجة عالیة من متانة للكبول، واالحتمالیة الشدیدة لظروف التدمیر المحتملة، للمباني والمنشآت

الوصالت المتنقلة . د

ویعد نظام االتصاالت التكتیكي . ناھیةوفیھا یتعرض الكبل لالنتقاالت المستمرة، مما یتطلب فیھ توافر قوة كبیرة ومتانة متكم، مما ٢وتصل أطوال الكبل المستخدم إلى نحو . ، المستخدم في الجیش البریطاني، مثاال لھذا التطبیق) Ptarmigan(تارمیجان

تصاالت انظر شكل نظام اال. (وكواشف بسیطة) LEDs(یسھل الحصول على المطلوب، باستخدام ألیاف مزودة بمصادر ثنائیات ).العسكري بالعقدة

وتشمل استخدامات الوصالت المنقولة، كذلك، أعمال المراقبة والتجسس؛ إذ إن كبول األلیاف صغیرة إلى درجة یصعب اكتشافھا . أو اعتراضھا بالوسائل اإللكترونیة؛ وھي في الوقت نفسھ، تتمتع بدرجھ سریة أكبر من الالسلكي


لطویلة استخدامات المسافات ا. ھـ

تتیح كبول األلیاف إمكانیات، ال تستطیعھا الوسائل التقلیدیة، ومثال على ذلك وصالت المعلومات بین السفن الحربیة ) B. W(والمستشعرات المجرورة خلفھا، والتي تتطلب مسافات طویلة تتفوق فیھا األلیاف، ذات الفقد المنخفض وعرض النطاق

. الكبیر

وجیھ الطوربیدات، بما یتطلبھ من مسافات طویلة ومراقبة مرئیة باأللیاف، حتى مع غیاب الطوربید عن ومثال بحري آخر، ھو ت .أعین سفینة اإلطالق، مع استمرار المراقبة حتى وصولھ إلى الھدف المحدد، والذي قد یبعد عشرات الكیلومترات


التطبیقات المدنیة والصناعیة . ٤

ومع ! تتصف االستخدامات، المدنیة والصناعیة، باھتمامھا بالجانب االقتصادي؛ إذ تنظر األسواق، عامة، إلى موضوع النفقة بحذر . ذلك، فإن الظروف الخطرة أو الخاصة، سوف تعطي األلیاف میزة لالستخدام في بعض الحاالت المدنیة

استخدامات المسافات الطویلة . أ

فھي تبدو . استخدام األلیاف، بسبب الطبیعة الخطرة للبیئة، والتداخالت الكھرومغناطیسیة الشدیدة، المنتشرة حالیاینتظر التوسع في

مالئمة الستخدامات السكك الحدیدیة، حیث تزداد التأثیرات الكھربائیة؛ ولذا، أجرت السكك الحدیدیة البریطانیة تجربة استخدام ، حیث علقت األلیاف الضوئیة بین أعمدة الكبول ) Cheshire(كم، في منطقة تشیشایر ٦ث، لمسافة /میجا بت ٢نظام، بسعة

. الكھربائیة

. وھناك اقتراحات بحمل األلیاف الضوئیة مع خطوط كبول األراضي المعلقة، مع خطوط القدرة الكھربیة

، سوف یكون أكثر اقتصادیا، باستخدام األلیاف، التي یمكن استخدامھا مع الدوائر التلفزیونیة )video(ونقل اإلشارات المرئیة . المغلقة، وحتى مسافات تصل إلى عشرات الكیلومترات، لمختلف األغراض، مثل مراقبة حركة المرور على الطرق، من بعد

. المشتركین في المنازل وكذلك نظام الكبل في اإلرسال التلفزیوني، للتوزیع على العدید من

استخدامات المسافات المتوسطة . ب

یوجد العدید من االستخدامات، على مسافات تصل إلى عدة كیلومترات، كما ھو الحال بین محطات تولید الكھرباء والمواقع یبا من كبول كھربائیة، تحمل الفرعیة، والتي تتطلب نظام اتصال للمراقبة، والقیاس من غرف مراقبة قریبة، یكون علیھ العمل قر

وھنا، یمكن أن یستبدل بالكبل النحاسي المتعدد الثقیل، ألیاف تصل المحوالت ونقاط التحویل بالتحكم . مئات اآلالف من الفولت . المركزي

وكذلك . ث النوویةكما یمكن استخدام كبول األلیاف في الصناعات ذات الطبیعة الخطرة، مثل الكیماویات وتكریر البترول واألبحا

وجرت محاوالت الستخدم األلیاف، . المستشفیات، عند التعامل مع غرف األشعة، حیث مستوى التداخالت واإلشعاعات شدید . كذلك، في االتصاالت المائیة، بین الغطاس والسطح

استخدامات المسافات القصیرة . ج

واالھتمام، حالیا، منصب على ). رات والسفن والعربات والقطاراتمثل الطائ(یشمل ذلك االتصاالت داخل المباني والمركبات االتصاالت داخل استودیوھات اإلذاعة، وفي الفنادق، حیث الحاجة إلى قنوات تلفزیونیة متعددة، وخدمة آلیة متطورة لكل غرفة،

. مع تقارب ھذه القنوات للتوصیالت الكھربائیة

استخدام األلیاف، حالیا، نظرا إلى قلة الحاجة إلى ذلك، مدنیا، مقارنة بما ھو علیھ الحال، وبالنسبة إلى المركبات، فال ینتظر .عسكریا؛ إذ إن النفقة ھي العنصر الحاكم، في ھذه الحالة

المقدمة الياف

Documents

Transcript of المقدمة الياف