كيف تعمل الألياف البصرية

الألياف الضوئية ، هذه الألياف النحيلة التي تبدو بسيطة ، تحتوي في الواقع على مبادئ تقنية معقدة وقيمة تطبيق واسعة النطاق. ستأخذك هذه المقالة إلى فهم البنية الأساسية للألياف الضوئية ، ومبدأ انتشار الضوء فيها ، وتطبيقاتها العملية في مختلف المجالات.

الهيكل الأساسي للألياف البصرية

تتكون الألياف البصرية من ثلاثة أجزاء رئيسية: النواة ، الكسوة والطلاء. اللب هو جوهر الألياف الضوئية وهو مسؤول عن نقل الإشارات الضوئية. عادة ما تكون مصنوعة من ثاني أكسيد السيليكون عالي النقاء ، وأحيانًا مخدر بمواد أخرى لضبط معامل الانكسار. تلتف الكسوة حول اللب ولها معامل انكسار أقل من اللب. هذا الاختلاف هو مفتاح قدرة الضوء على السفر عبر الألياف. تحمي طبقة الطلاء الخارجية الألياف من التلف الميكانيكي والتآكل البيئي.

مبدأ انتشار الضوء في الألياف الضوئية

يعتمد انتشار الضوء في الألياف الضوئية على مبدأ الانعكاس الكلي. عندما يتم توجيه أشعة الضوء من القلب مع معامل انكسار أعلى إلى الكسوة مع معامل انكسار أقل ، إذا وصلت زاوية الحادث إلى زاوية حرجة ، فسوف ينعكس الضوء مرة أخرى إلى القلب بالكامل ، بدلاً من الانكسار في الكسوة. تسمح ظاهرة الانعكاس الكلي للضوء بالانعكاس المستمر على طول اللب في الألياف ، مما يشكل "أنبوب ضوء" فعال. يعتمد حجم الزاوية الحرجة على الفرق في معامل الانكسار بين اللب والكسوة. نظرًا لعدم وجود تسرب ضوئي تقريبًا داخل الألياف ، يمكن للإشارة الضوئية الحفاظ على فقد منخفض للطاقة أثناء النقل لمسافات طويلة. تمكنت تقنية الألياف الضوئية الحديثة من تحقيق توهين منخفض للغاية ، مما يسمح بنقل ثابت للإشارات الضوئية عبر مسافات تصل إلى آلاف الكيلومترات. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال تقنية مضاعفة تقسيم الطول الموجي (WDM) ، يمكن للإشارات الضوئية ذات الأطوال الموجية المختلفة أن تنتشر بشكل مستقل في نفس الألياف ، مما يعزز بشكل كبير قدرة نقل الألياف.

سيناريوهات تطبيق الألياف البصرية

نطاق تطبيق الألياف الضوئية واسع جدًا. في مجال الاتصالات ، تعد الألياف الضوئية أساس شبكات الاتصالات الحديثة ، حيث توفر قنوات نقل عالية السرعة وكبيرة السعة لخدمات مثل الإنترنت والهاتف والتلفزيون. يتجاوز عرض النطاق الترددي الخاص به بكثير عرض الكابلات النحاسية التقليدية ، والتي يمكنها تلبية تدفق الفيديو عالي الدقة وتنزيل البيانات على نطاق واسع واحتياجات نقل البيانات الأخرى عالية السرعة. في المجال الطبي ، تستخدم مناظير الألياف الضوئية الألياف الضوئية لنقل الضوء إلى داخل جسم الإنسان. يمكن للأطباء فحص وتشخيص الصور التي ترجعها الألياف الضوئية. لديها مزايا أقل صدمة ومجال رؤية واضح. في المجال الصناعي ، تستخدم مستشعرات الألياف الضوئية على نطاق واسع في قياس ومراقبة الكميات المادية مثل درجة الحرارة والضغط والإجهاد. لديهم مزايا التداخل anti-electromagnetic والحساسية العالية والحجم الصغير. يمكنهم العمل بشكل موثوق في البيئات القاسية. بالإضافة إلى ذلك ، في المجال العسكري ، يتم استخدام الألياف الضوئية لبناء شبكات اتصالات آمنة وموثوقة ومعدات عسكرية خاصة ، مما يضمن النقل الآمن والتحكم الدقيق في المعلومات العسكرية.

من خلال المقدمة أعلاه ، يمكننا أن نرى أن الألياف الضوئية ليس لها مزايا فريدة في التكنولوجيا فحسب ، بل تلعب أيضًا دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في العديد من المجالات. مع التقدم المستمر للتكنولوجيا ، سيكون احتمال تطبيق الألياف الضوئية أوسع.