بيئة إلكترونية لتقديم مقرر شبكات الحاسب
الألياف البصرية
- هي ألياف مصنوعة من الزجاج النقي وهي طويلة ورفيعة لا يتعدى سمكها سمك الشعرة حيث يتم جمع العديد من هذه الألياف في حزم داخل الكابلات البصرية وتستخدم في نقل الإشارات الضوئية لمسافات بعيدة جداً.
ميزات الألياف البصرية
- مسافات الإرسال المعتمدة اكثر بكثير من الكابلات النحاسية
- مدي ترددي عالي مما يسمح بنقل بيانات اكبر
- لا تتأثر بالتداخلات التي تنتج عن المجالات الكهرومغناطيسية
- امان اكثر حيث انه يصعب تتبع الإشارة البصرية ولا يمكن اقتباسها من علي الكابل علي عكس الكابلات النحاسية والتي بمجرد عمل وصلة توازي مع الكابل فيمكنك اخذ الإشارة منها وه مايعرف بالتصنت . Eavesdrop
- نقل بيانات بسرعة 1 جيجا بت لكل ثانية ونظريا يمكن نقل 200 جيجا بت لكل ثانية .
- يستخدم عناصر موجودة في الطبيعة بكثرة بلاستيك وزجاج ( الزجاج يصنع من الرمل ) علي عكس الكابلات النحاسية
- سرعة نقل عالية وذلك لإستخدامة الضوء لنقل البيانات
- غير مكلفة حيثيمكن صنع أميال من الكابلات الضوئية بتكلفة أقل مقارنة بتلك الكابلات المصنوعة من المعادن كأسلاك النحاس.
- رفيعة السمك وتتميز الألياف البصرية بأنها رفيعة ودقيقة مقارنة بالأسلاك المعدنية وبما أن هذه الألياف رفيعة فإنه يمكن تجميع العديد منها في حزم لتمتد في كابلات أقطارها صغيرة وهذا لا يمكن عمله مع أسلاك النحاس.
- تستخدم الإشارات الضوئية لنقل المعلومات حيث تنتقل المعلومات كإشارات ضوئية عبر الألياف البصرية على عكس الأسلاك النحاسية التي تستخدم الإشارات الكهربية وهذه الإشارات الضوئية المارة في أحد الألياف لا تتداخل مع إشارات الألياف الأخرى الموجودة معها في نفس الحزمة داخل الكابل ، وهذا يعني عدم تداخل الخطوط خلال المحادثات الهاتفية حيث يكون الصوت واضح ونقي.
- تنقل الإشارات الرقمية حيث تعد الألياف البصرية مثالية وملائمة لنقل الإشارات الرقمية والمستخدمة في شبكات الكمبيوتر.
- أمنة ضد الحرائق فلا تستخدم الألياف الضوئية أي إشارات كهربية ، ولذلك تعتبر وسيلة آمنة لنقل المعلومات والإشارات الضوئية لمسافات طويلة دون الخوف من أضرار الحرائق الناجمة عن الشحنات الكهربية.
- خفيفة الوزن حيث تعد خفيفة الوزن مقارنة بأسلاك النحاس ، كما أنها تحتل مساحة صغيرة عند إمدادها تحت الأرض مقارنة بالمساحة الكبيرة التي تحتلها كابلات الأسلاك المعدنية.
- مرونتها عالية ولذلك فهي تستخدم في الكاميرات الرقمية للأغراض التالية:
- التقاط الصور الطبية عن طريق استخدامها في المناظير المختلفةendoscope laparoscope and bronchoscope
- تفحص عملية اللحام في أنابيب ومحركات الطائرات والسيارات والصواريخ.
انواع الكابلات الضوئية
يمكن تصنيف الكابلات الضوئية من حيث :
- من حيث مادة التصنيع
- الياف زجاجية وتصنع من الزجاج
- الياف بلاستيكية
- الألياف البلاستيكية ارخص واسهل في التركيب من الألياف البصرية
- الألياف الزجاجية افضل في نقل البيانات
- من حيث معامل الأنكسار
- الياف عتبية
- الياف متدرجة المعامل
- من حيث المواد المنتشر
- الياف وحيدة النمط
- الياف متعددة النمط
مكونات الليف البصري :
- القلب: (Core) وهو عبارة عن زجاج رفيع ينتقل فيه الضوء.
- العاكس : (Cladding) مادة تحيط باللب الزجاجي وتعمل على عكس الضوء مرة أخرى إلى مركز الليف البصري.
- الغطاء الواقي (Buffer Coating) : غلاف بلاستيكي يحمي الليف البصري من الرطوبة أو ويحميه من الضرر و الكسر.
كيفية انتقال الضوء في الألياف البصرية
تنتقل الإشارات الضوئية في الكيبلات البصرية خلال الليف الزجاجي الرفيع (Core) وذلك عن طريق الانعكاسات المتتالية للضوء والتي يحدثها العاكس (Cladding) المحيط بالقلب الزجاجي والذي يعمل كمرآة عاكسة للضوء.
ولأن العاكس لا يمتص الضوء الساقط عليه بل يقوم بعكسه إلى داخل الليف البصري طوال رحلته فإن الضوء ينتقل لمسافات بعيدة دون أن يفقد أو يتضاءل .ولكن في بعض الأحيان يحدث وأن تضعف الإشارات الضوئية نتيجة لوجود الشوائب في مادة الزجاج الليفي ، وبشكل عام يمكن القول أن كفاءة الليف البصري ومدى انتقال الإشارات الضوئية فيه لمسافات طويلة دون أن تفقد أو تضعف تعتمد على عاملين:
- درجة نقاء مادة الزجاج المصنوع منها الليف البصري (Core) .
- الطول الموجي للضوء المستخدم
فمثلاً في الأطوال الموجية ( nm 850 ) تكون نسبة الضعف في الإشارات الضوئية المرسلة حوالي ( من 60% إلى 75% لكل كيلومتر) و في الأطوال الموجية ( nm1.300 ) تتراوح النسبة من 50% إلى 60% لكل كيلومتر ، وهناك أنواعا من الألياف البصرية ذات الكفاءة العالية والتي تعد نسبة الضعف في إشاراتها الضوئية صغيرة جدا لا تزيد عن 10% لكل كيلومتر للضوء ذو الطول الموجي (nm 1. 300) .
استخدام الألياف البصرية في الاتصالات :
تتكون وحدة الاتصالات بالألياف البصرية من:
- جهاز الإرسال(Transmitter) : يرسل الإشارات الضوئية المشفرة.
- الألياف البصرية( Optical Fibers) :تعمل هذه الألياف على توصيل ونقل المعلومات كإشارات ضوئية ولمسافات طويلة.
- مجدد أو معزز الإشارات الضوئية : (Optical Regenerator) وهذا ضروري لتعزيز الإشارات وتقويتها حتى لا تضعف وتتلاشى خلال رحلتها الطويلة عبر الكيبلات البصرية.
- جهاز الاستقبال: (Receiver) يستقبل الإشارات الضوئية ويحل تشفيرها.
- جهاز الإرسال: (Transmitter) فيه تدار الأجهزة لتعطي سلسلة من الومضات الضوئية المتعاقبة التي تولد الشفرات أو الإشارات الضوئية المرسلة.
معزز الإشارات الضوئية(Optical Regenerator) :
هناك بعضاً من الإشارات الضوئية التي تفقد أو تضعف خاصة عندما تسير لمسافات طويلة كالذي يحدث في الكابلات الممتدة تحت سطح البحر والتي تستخدم في أغراض الاتصالات بين السفن والغواصات ، وبالتالي تعالج هذه الكابلات البصرية بمعززات لهذه الإشارات تمتد على طول الكابل وتعمل على تقوية الإشارات الضوئية .
تتكون هذه المعززات من ألياف بصرية مغلفة بمادة خاصة ، وعندما تسقط الإشارات الضوئية الضعيفة على جزيئات المادة فإنها تستثار لتعطي إشارات ضوئية قوية لها نفس خصائص الإشارات الضوئية الساقطة ، أي أن الغلاف يعمل عمل الليزر (تفخيم الضوء الساقط) وهكذا تستمر عملية انتقال الضوء لمسافات طويلة دون أن تفقد.
المستقبل (Receiver) :
تستخدم في هذه المستقبلات خلايا ضوئية (Photocell) أو الثنائيات الضوئية (Photodiode) التي تتعرف وتكشف الإشارات الضوئية المرسلة وتحل شفرتها إلى إشارات كهربية تدير الأجهزة المختلفة كالتلفزيون ، والكمبيوتر ، والهاتف و غيرها.
يقولو الخبراء الذين تعاملوا جيدا مع تمديد كل انواع الكابلات النحاسية والبصرية ان تمديد الألياف البصرية اصبحت حديثا اسهل من انواع الكابلات الأخري
ويبقي العائق الأساسي في مد الكابلات البصرية هو ارتفاع ثمن الأجهزة البصرية الشبكية التي سيتم استبدالها او تركيبها لتتوائم مع الكابلات مثل NIC ، Switch وغيرها مما يعني ان تكلفة تركيب الألياف البصرية تزيد بمقدار 50 % عن الألياف العادية .