الألياف الضوئية

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 26 صور
الموسوعة الحرة

حزمة من الألياف البصرية
كابل صوتي من الألياف الضوئية من نوع TOSLINK، يضيء فيه ضوء أحمر من أحد طرفيه ويخرج من الطرف الآخر.

الألياف الضوئية هي ألياف مرنة مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك، قادرة على نقل الضوء من طرف إلى آخر . تُستخدم هذه الألياف على نطاق واسع في الاتصالات عبر الألياف الضوئية ، حيث تتيح نقل البيانات لمسافات أطول وبمعدلات نقل بيانات أعلى من الكابلات الكهربائية . يُفضل استخدام الألياف بدلاً من الكابلات لأن الإشارات تنتقل عبرها بفقد أقل، كما أنها مقاومة للتداخل الكهرومغناطيسي . [ 1 ]

تُستخدم الألياف أيضًا للإضاءة والتصوير، وغالبًا ما تُلف في حزم لنقل الضوء إلى الأماكن الضيقة أو الصور منها، كما هو الحال في منظار الألياف . [ 2 ] كما تُستخدم ألياف مصممة خصيصًا في تطبيقات أخرى متنوعة، مثل أجهزة استشعار الألياف الضوئية وليزر الألياف . [ 3 ]

تُصنع الألياف البصرية الزجاجية عادةً بالسحب ، بينما تُصنع الألياف البلاستيكية إما بالسحب أو بالبثق . [ 4 ] [ 5 ] تتكون الألياف البصرية عادةً من لبٍّ محاط بغلاف شفاف ذي معامل انكسار منخفض . ويُحفظ الضوء داخل اللب بفعل ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي ، مما يجعل الليف يعمل كموجه موجي . [ 6 ] تُسمى الألياف التي تدعم مسارات انتشار متعددة أو أنماطًا عرضية متعددة الأنماط ، بينما تُسمى تلك التي تدعم نمطًا واحدًا أليافًا أحادية النمط (SMF). [ 7 ] تتميز الألياف متعددة الأنماط عمومًا بقطر لبٍّ أكبر [ 8 ] وتُستخدم في وصلات الاتصال قصيرة المدى وفي التطبيقات التي تتطلب نقل طاقة عالية. [ 9 ] أما الألياف أحادية النمط فتُستخدم في معظم وصلات الاتصال التي يزيد طولها عن 1050 مترًا (3440 قدمًا) . [ 10 ] 

يُعدّ ربط الألياف الضوئية بفقد منخفض أمرًا بالغ الأهمية في اتصالات الألياف الضوئية. [ 11 ] وهو أكثر تعقيدًا من ربط الأسلاك أو الكابلات الكهربائية، إذ يتطلب قطعًا دقيقًا للألياف، ومحاذاة دقيقة لنوى الألياف، وربط هذه النوى المحاذية. في التطبيقات التي تتطلب اتصالًا دائمًا، يُستخدم عادةً وصل الانصهار . في هذه التقنية، يُستخدم قوس كهربائي لصهر أطراف الألياف معًا. وهناك تقنية شائعة أخرى هي الوصل الميكانيكي ، حيث تُثبّت أطراف الألياف في اتصال بواسطة قوة ميكانيكية. أما الاتصالات المؤقتة أو شبه الدائمة فتُجرى باستخدام موصلات ألياف ضوئية متخصصة . [ 12 ] يُعرف مجال العلوم التطبيقية والهندسة المعني بتصميم وتطبيق الألياف الضوئية باسم " الألياف الضوئية" . وقد صاغ هذا المصطلح الفيزيائي الهندي الأمريكي ناريندر سينغ كاباني . [ 13 ]

تاريخ

نافورة الضوء لكولادون

أثبت دانيال كولادون وجاك بابينيه لأول مرة مبدأ توجيه الضوء بالانكسار، وهو المبدأ الذي يجعل الألياف البصرية ممكنة، في باريس في أوائل أربعينيات القرن التاسع عشر. [ 14 ] وقدّم جون تيندال عرضًا توضيحيًا لهذا المبدأ في محاضراته العامة في لندن بعد 12 عامًا. [ 15 ] كما كتب تيندال عن خاصية الانعكاس الداخلي الكلي في كتاب تمهيدي عن طبيعة الضوء عام 1870: [ 16 ] [ 17 ]

عندما ينتقل الضوء من الهواء إلى الماء، ينكسر الشعاع باتجاه العمودي ... وعندما ينتقل من الماء إلى الهواء ، ينكسر بعيدًا عن العمودي... إذا كانت الزاوية التي يشكّلها الشعاع في الماء مع العمودي على السطح أكبر من 48 درجة، فلن يخرج الشعاع من الماء على الإطلاق، بل سينعكس انعكاسًا كليًا على السطح... تُسمى الزاوية التي تحدد بداية الانعكاس الكلي بالزاوية الحدية للوسط. بالنسبة للماء، تبلغ هذه الزاوية 48°27′، وللزجاج الصواني 38°41′، بينما تبلغ للماس 23°42′.

في أواخر القرن التاسع عشر، قام فريق من الأطباء النمساويين بتوجيه الضوء عبر قضبان زجاجية منحنية لإضاءة تجاويف الجسم. [ 18 ] وتلتها تطبيقات عملية، مثل الإضاءة الداخلية الدقيقة في طب الأسنان، في أوائل القرن العشرين. وقد أثبت كل من كلارنس هانسيل، مُجرِّب الراديو، وجون لوجي بيرد، رائد التلفزيون، نقل الصور عبر الأنابيب بشكل مستقل في عشرينيات القرن العشرين. وفي ثلاثينيات القرن العشرين، أظهر هاينريش لام إمكانية نقل الصور عبر حزمة من الألياف البصرية غير المغلفة، واستخدمها في الفحوصات الطبية الداخلية، إلا أن عمله طواه النسيان إلى حد كبير. [ 15 ] [ 19 ]

في عام 1953، أثبت العالم الهولندي برام فان هيل لأول مرة إمكانية نقل الصور عبر حزم من الألياف البصرية ذات الغلاف الشفاف. [ 19 ] وفي وقت لاحق من العام نفسه، نجح هارولد هوبكنز وناريندر سينغ كاباني في إمبريال كوليدج بلندن في صنع حزم لنقل الصور تضم أكثر من 10000 ليف، وحققا لاحقًا نقل الصور عبر  حزمة طولها 75 سم تجمع عدة آلاف من الألياف. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] وفي عام 1956، حصل باسل هيرشويتز ، وسي. ويلبر بيترز، ولورانس إي. كورتيس، الباحثون في جامعة ميشيغان ، على براءة اختراع أول منظار معدي عملي شبه مرن يعمل بالألياف البصرية . وخلال عملية تطوير المنظار، أنتج كورتيس أول ألياف مغلفة بالزجاج؛ إذ كانت الألياف البصرية السابقة تعتمد على الهواء أو الزيوت والشموع غير العملية كمادة تغليف منخفضة معامل الانكسار. [ 19 ] صاغ كاباني مصطلح الألياف البصرية بعد كتابة مقال عام 1960 في مجلة ساينتفك أمريكان، والذي عرّف فيه الموضوع لجمهور واسع. ثم ألّف أول كتاب عن هذا المجال الجديد. [ 19 ] [ 22 ]

عرض الفيزيائي الألماني مانفريد بورنر أول نظام عملي لنقل البيانات عبر الألياف الضوئية في مختبرات أبحاث تيليفونكن في أولم عام 1965، وتلاه أول طلب براءة اختراع لهذه التقنية عام 1966. [ 23 ] [ 24 ] وفي عام 1968، استخدمت وكالة ناسا الألياف الضوئية في كاميرات التلفزيون التي أُرسلت إلى القمر. في ذلك الوقت، صُنِّف استخدامها في الكاميرات على أنه سري ، وكان على الموظفين الذين يتعاملون معها أن يكونوا تحت إشراف شخص حاصل على تصريح أمني مناسب. [ 25 ]

كان تشارلز ك. كاو وجورج أ. هوكهام، من شركة ستاندرد تيليفونز آند كابلز (STC) البريطانية، أول من روّج لفكرة إمكانية خفض التوهين في الألياف الضوئية إلى أقل من 20 ديسيبل لكل كيلومتر (dB/km) ، مما جعل الألياف وسيلة اتصال عملية، وذلك في عام 1965. [ 26 ] وقد اقترحا أن التوهين في الألياف المتوفرة آنذاك كان ناتجًا عن شوائب يمكن إزالتها، وليس عن تأثيرات فيزيائية أساسية كالتشتت. وقد وضعا نظرية صحيحة ومنهجية لخصائص فقدان الضوء في الألياف الضوئية، وأشارا إلى المادة المناسبة لاستخدامها في هذه الألياف، وهي زجاج السيليكا عالي النقاء. وقد حاز كاو على جائزة نوبل في الفيزياء عام 2009 تقديرًا لهذا الاكتشاف. [ 27 ] أما الحد الحرج للتوهين البالغ 20 ديسيبل لكل كيلومتر، فقد تم تحقيقه لأول مرة عام 1970 على يد الباحثين روبرت د. ماورر ، ودونالد كيك ، وبيتر س. شولتز ، وفرانك زيمار، الذين كانوا يعملون لدى شركة كورنينج جلاس ووركس الأمريكية لصناعة الزجاج . [ 28 ] لقد برهنوا على ليف بصري ذي توهين يبلغ 17 ديسيبل/كم عن طريق تطعيم زجاج السيليكا بالتيتانيوم . وبعد بضع سنوات، أنتجوا ليفًا بصريًا بتوهين يبلغ 4 ديسيبل/كم فقط باستخدام ثاني أكسيد الجرمانيوم كمادة تطعيم أساسية. وفي عام 1981، أنتجت شركة جنرال إلكتريك سبائك كوارتز منصهرة يمكن سحبها إلى خيوط بطول 40 كم (25 ميلًا) . [ 29 ] 

في البداية، لم يكن بالإمكان تصنيع الألياف الضوئية عالية الجودة إلا بسرعة مترين في الثانية. انضم المهندس الكيميائي توماس منساه إلى شركة كورنينج عام ١٩٨٣، ورفع سرعة التصنيع إلى أكثر من ٥٠ مترًا في الثانية، مما جعل كابلات الألياف الضوئية أرخص من كابلات النحاس التقليدية. [ ٣٠ ] [ ٣١ ] [ ٣٢ ] مهدت هذه الابتكارات الطريق لعصر الاتصالات عبر الألياف الضوئية. تعاون مركز الأبحاث الإيطالي CSELT مع كورنينج لتطوير كابلات ألياف ضوئية عملية، مما أدى إلى نشر أول كابل ألياف ضوئية في مدينة تورينو عام ١٩٧٧. [ ٣٣ ] [ ٣٤ ] كما طور مركز CSELT تقنية مبكرة لربط الألياف الضوئية، تُعرف باسم Springroove. [ ٣٥ ]

يُعدّ التوهين في الكابلات الضوئية الحديثة أقل بكثير من التوهين في كابلات النحاس الكهربائية، مما يُتيح وصلات ألياف ضوئية لمسافات طويلة بمسافات مُكرِّرات تتراوح بين 70 و150 كيلومترًا (43-93 ميلًا) . وقد طوّر فريقان، بقيادة ديفيد ن. باين من جامعة ساوثهامبتون وإيمانويل ديسورفير من مختبرات بيل ، مُضخِّم الألياف المُطعَّم بالإربيوم ، الذي خفّض تكلفة أنظمة الألياف الضوئية لمسافات طويلة عن طريق تقليل أو إلغاء مُكرِّرات الألياف الضوئية-الكهربائية-الضوئية، وذلك في عامي 1986 و1987 على التوالي. [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] 

أدى ظهور مجال البلورات الضوئية إلى تطوير ألياف البلورات الضوئية عام 1991 ، [ 39 ] والتي توجه الضوء عن طريق حيود الضوء من بنية دورية، بدلاً من الانعكاس الداخلي الكلي. وأصبحت أولى ألياف البلورات الضوئية متاحة تجارياً عام 2000. [ 40 ] تتميز ألياف البلورات الضوئية بقدرتها على نقل طاقة أعلى من الألياف التقليدية، كما يمكن التحكم في خصائصها المعتمدة على الطول الموجي لتحسين الأداء. ويمكن أن تحتوي هذه الألياف على لب مجوف. [ 41 ]

الاستخدامات

تواصل

خزانة مثبتة على الحائط تحتوي على كابلات ألياف ضوئية. الكابلات الصفراء هي ألياف أحادية النمط ؛ أما الكابلات البرتقالية والزرقاء فهي ألياف متعددة الأنماط .

تُستخدم الألياف الضوئية كوسيلة للاتصالات وشبكات الحاسوب نظرًا لمرونتها وإمكانية تجميعها في كابلات. وتُعدّ هذه الألياف مفيدة بشكل خاص للاتصالات بعيدة المدى، إذ ينتشر ضوء الأشعة تحت الحمراء عبرها بتوهين أقل بكثير مقارنةً بالكهرباء في الكابلات الكهربائية. وهذا يسمح بتغطية مسافات طويلة باستخدام عدد قليل من أجهزة إعادة الإرسال .

يُعد معدل نقل البيانات الذي يبلغ 10 أو 40  جيجابت/ثانية معدلاً نموذجياً في الأنظمة المُستخدمة. [ 42 ] [ 43 ]

يُمكّن استخدام تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) كل ليف ضوئي من نقل العديد من القنوات المستقلة، حيث تستخدم كل قناة طولًا موجيًا مختلفًا من الضوء. معدل البيانات الصافي (معدل البيانات بدون بايتات إضافية) لكل ليف ضوئي هو معدل البيانات لكل قناة مطروحًا منه تكلفة تصحيح الخطأ الأمامي (FEC)، مضروبًا في عدد القنوات (عادةً ما يصل إلى 80 قناة في أنظمة WDM التجارية عالية الكثافة اعتبارًا من عام 2008).).

مراحل سرعة ناقل الحركة
تاريخمنعطف
2006111 جيجابت/ثانية بواسطة إن تي تي . [ 44 ] [ 45 ]
2009100  بيتابت/ثانية·كم (15.5  تيرابت/ثانية عبر ليف واحد بطول 7000  كم) بواسطة مختبرات بيل. [ 46 ]
2011101  تيرابت/ثانية (370 قناة بسرعة 273  جيجابت/ثانية لكل منها) على نواة واحدة. [ 47 ]
يناير 2013نقل البيانات بسرعة 1.05 بيتابت/ثانية  عبر كابل ألياف ضوئية متعدد النوى ( مسار ضوئي ). [ 48 ]
يونيو 2013400  جيجابت/ثانية عبر قناة واحدة باستخدام تقنية تعدد الإرسال المداري للزخم الزاوي رباعي الأوضاع . [ 49 ]
أكتوبر 20221.84  بيتابت/ثانية باستخدام شريحة ضوئية [ 50 ] [ 51 ]
أكتوبر 202322.9  بيتابت/ثانية بواسطة NICT [ 52 ]

في التطبيقات قصيرة المدى، مثل شبكة في مبنى مكتبي (انظر: الألياف الضوئية إلى المكتب )، يمكن لكابلات الألياف الضوئية توفير مساحة في قنوات الكابلات. وذلك لأن الليف الضوئي الواحد قادر على نقل بيانات أكثر بكثير من الكابلات الكهربائية، مثل كابل الفئة 5 القياسي ، الذي يعمل عادةً بسرعات 100  ميجابت/ثانية أو 1  جيجابت/ثانية. كما تُستخدم الألياف الضوئية غالبًا للوصلات قصيرة المدى بين الأجهزة. على سبيل المثال، توفر معظم أجهزة التلفزيون عالية الدقة وصلة صوتية رقمية ضوئية. تتيح هذه الوصلة بث الصوت عبر الضوء، باستخدام بروتوكول S/PDIF عبر وصلة TOSLINK الضوئية .

جيش

استُخدمت طائرات بدون طيار مزودة بألياف بصرية في الحرب الروسية الأوكرانية منذ مارس 2024. [ 53 ] [ 54 ] تتميز هذه الطائرات بمناعتها ضد التداخل الكهرومغناطيسي، ولا تتأثر بأنظمة الحرب الإلكترونية . [ 54 ] تحمل هذه الطائرات عادةً بكرات من كابلات الألياف البصرية الزجاجية يتراوح  طولها بين 5 و30 كيلومترًا (3.1 إلى 18.6 ميلًا)، مع وجود تقارير عن تكوينات تجريبية يصل طولها إلى 65 كيلومترًا (40  ميلًا). [ 55 ] نظرًا لأن إشارات التحكم وبث الفيديو تنتقل عبر اللب الزجاجي بسرعة الضوء دون توليد أي انبعاثات لاسلكية، فلا يمكن تحديد موقع هذه الطائرات أو تعطيلها باستخدام أجهزة التشويش التقليدية على الترددات اللاسلكية أو أجهزة تحديد الاتجاه. [ 56 ] كانت طائرة "أوشكوينيك كي في إن" الروسية من أوائل الذخائر المتسكعة المزودة بألياف بصرية والتي تم إنتاجها بكميات كبيرة، وقد تم نشرها بدءًا من عام 2024 خلال الصراع الروسي الأوكراني. [ 57 ] من القيود المادية لهذه التقنية مشكلة تشابك الكابلات: فإذا تحركت الطائرة المسيرة بشكل حاد عبر تضاريس كثيفة، فقد يعلق الكابل الزجاجي المتدلي بالنباتات أو الهياكل وينقطع، مما ينهي المهمة على الفور. [ 58 ]

إضاءة

حزمة ألياف بصرية في وحدة إضاءة
مصباح الألياف البصرية

تُستخدم الألياف الضوئية كدليل للضوء في التطبيقات الطبية وغيرها من التطبيقات التي تتطلب تسليط ضوء ساطع على هدف ما دون وجود مسار رؤية مباشر. وتستخدم العديد من المجاهر مصادر ضوئية من الألياف الضوئية لتوفير إضاءة مكثفة للعينات قيد الدراسة.

تُستخدم مصابيح الألياف الضوئية للإضاءة في التطبيقات الزخرفية، بما في ذلك اللافتات والأعمال الفنية والألعاب وأشجار عيد الميلاد الاصطناعية . وتُعد الألياف الضوئية جزءًا أساسيًا من منتج البناء الخرساني الشفاف LiTraCon .

الإضاءة الطبيعية

في بعض المباني، تنقل الألياف الضوئية ضوء الشمس من السطح إلى داخل المبنى ( الإضاءة الطبيعية ). يتطلب نظام الإضاءة الطبيعية القائم على الألياف الضوئية عادةً مُجمِّعًا مكافئًا لتتبع الشمس وتركيز ضوئها في حزمة الألياف. تستخدم هذه الأنظمة نوعين من الألياف: الألياف الضوئية المُخصصة لنقل الضوء، والتي يجب أن تنقل أكبر قدر ممكن من الضوء داخل اللب، بينما الألياف الضوئية المُخصصة لتوزيع الضوء، والمُصممة للسماح بتسرب جزء من الضوء عبر غلافها. [ 59 ]

الطاقة الشمسية الهجينة

تجمع أنظمة الإضاءة الشمسية الهجينة (HSL) أو أنظمة الإضاءة الهجينة بين استخدام الطاقة الشمسية والإضاءة الاصطناعية للإضاءة الداخلية عن طريق توجيه ضوء الشمس عبر حزم كابلات الألياف الضوئية لتوفير ضوء شمسي للغرف التي لا تحتوي على نوافذ أو مناور ، وتكميل هذا الضوء الطبيعي بضوء اصطناعي - عادةً ما يكون LED - حسب الحاجة. [ 60 ]

تُمرر حزم الألياف الضوئية من مُجمّعات الضوء البصرية الخارجية/ المثبتة على الأسطح عبر فتحات صغيرة أو قنوات كابلات، وتنقل الضوء إلى حيثما دعت الحاجة. وتنتهي الألياف الضوئية في وحدات إضاءة هجينة حيث يُدمج ضوء الشمس مع الضوء الكهربائي ، إما عند الطلب أو للحفاظ تلقائيًا على مستوى إضاءة ثابت حتى مع انخفاض ضوء الشمس المتاح. [ 61 ]

أجهزة الاستشعار

تُستخدم الألياف الضوئية في العديد من تطبيقات الاستشعار عن بُعد . ففي بعض التطبيقات، تُعدّ الألياف نفسها بمثابة المستشعر (حيث تنقل الضوء إلى جهاز معالجة يحلل التغيرات في خصائص الضوء). وفي تطبيقات أخرى، تُستخدم الألياف لتوصيل المستشعر بنظام القياس. ويمكن استخدام الألياف الضوئية كمستشعرات لقياس الإجهاد ودرجة الحرارة والضغط وغيرها من الكميات، وذلك بتعديل الألياف بحيث تُؤثر الخاصية المراد قياسها على شدة الضوء أو طوره أو استقطابه أو طول موجته أو زمن انتقاله داخل الألياف. وتُعدّ المستشعرات التي تُغيّر شدة الضوء هي الأبسط، إذ لا تتطلب سوى مصدر وكاشف بسيطين. ومن الميزات المفيدة لهذه المستشعرات الليفية الضوئية قدرتها، عند الحاجة، على توفير استشعار مُوزّع لمسافات تصل إلى متر واحد. ويُعدّ الاستشعار الصوتي المُوزّع مثالًا على ذلك. كما يُمكن استخدام الألياف الضوئية في مراقبة سلامة الهياكل ، حيث يُمكن لهذا النوع من المستشعرات الكشف عن الإجهادات التي قد يكون لها تأثير دائم على الهياكل ، وذلك استنادًا إلى مبدأ قياس التوهين التناظري.

في المقابل، يمكن توفير قياسات دقيقة للغاية من خلال دمج عناصر استشعار مصغرة مع طرف الليف. [ 62 ] ويمكن تنفيذ ذلك باستخدام تقنيات التصنيع الدقيقة والنانوية المختلفة ، بحيث لا تتجاوز هذه العناصر الحدود المجهرية لطرف الليف، مما يسمح بتطبيقات مثل إدخالها في الأوعية الدموية عبر إبرة تحت الجلد.

تستخدم مستشعرات الألياف الضوئية الخارجية كابل ألياف ضوئية ، عادةً ما يكون متعدد الأنماط، لنقل الضوء المُعدَّل إما من مستشعر ضوئي غير ليفي، أو من مستشعر إلكتروني متصل بجهاز إرسال ضوئي. ومن أهم مزايا هذه المستشعرات قدرتها على الوصول إلى أماكن يصعب الوصول إليها بطرق أخرى. على سبيل المثال، قياس درجة الحرارة داخل محركات الطائرات النفاثة باستخدام ألياف لنقل الإشعاع إلى مقياس حرارة خارج المحرك. ويمكن استخدام المستشعرات الخارجية بنفس الطريقة لقياس درجة الحرارة الداخلية للمحولات الكهربائية ، حيث تجعل المجالات الكهرومغناطيسية الشديدة الموجودة فيها تقنيات القياس الأخرى مستحيلة. تقيس هذه المستشعرات الاهتزاز، والدوران، والإزاحة، والسرعة، والتسارع، وعزم الدوران، والالتواء. وقد طُوِّرَ إصدارٌ صلبٌ من الجيروسكوب، يستخدم تداخل الضوء. لا يحتوي جيروسكوب الألياف الضوئية (FOG) على أجزاء متحركة، ويستغل تأثير ساغناك للكشف عن الدوران الميكانيكي.

تشمل الاستخدامات الشائعة لأجهزة استشعار الألياف الضوئية أنظمة الأمان المتقدمة لكشف التسلل . يُنقل الضوء عبر كابل استشعار الألياف الضوئية المثبت على سياج أو خط أنابيب أو كابلات اتصالات، وتُراقَب الإشارة المرتدة وتُحلَّل بحثًا عن أي اضطرابات. تُعالَج هذه الإشارة المرتدة رقميًا للكشف عن الاضطرابات وإطلاق إنذار في حال حدوث تسلل. تُستخدم الألياف الضوئية على نطاق واسع كمكونات لأجهزة الاستشعار الكيميائية الضوئية وأجهزة الاستشعار الحيوية الضوئية . [ 63 ]

التصوير

تُستخدم الألياف الضوئية أيضًا في التصوير البصري. وتُستخدم حزمة متماسكة من الألياف، أحيانًا مع العدسات، في جهاز تصوير طويل ورفيع يُسمى المنظار الداخلي ، والذي يُستخدم لرؤية الأجسام من خلال فتحة صغيرة. تُستخدم المناظير الطبية في الإجراءات الاستكشافية أو الجراحية طفيفة التوغل. أما المناظير الصناعية (انظر منظار الألياف أو منظار الفتحة الداخلية ) فتُستخدم لفحص أي شيء يصعب الوصول إليه، مثل الأجزاء الداخلية لمحركات الطائرات النفاثة.

نقل الطاقة

يمكن استخدام الألياف الضوئية لنقل الطاقة باستخدام خلية كهروضوئية لتحويل الضوء إلى كهرباء. [ 64 ] ورغم أن هذه الطريقة لنقل الطاقة ليست بكفاءة الطرق التقليدية، إلا أنها مفيدة بشكل خاص في الحالات التي يُفضّل فيها عدم وجود موصل معدني، كما هو الحال عند استخدامها بالقرب من أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، التي تُنتج مجالات مغناطيسية قوية. [ 65 ] ومن الأمثلة الأخرى استخدامها لتزويد الإلكترونيات بالطاقة في عناصر الهوائيات عالية الطاقة وأجهزة القياس المستخدمة في معدات نقل الجهد العالي.

استخدامات أخرى

قرص فريسبي مضاء بألياف بصرية

في علم الأطياف ، تنقل حزم الألياف الضوئية الضوء من المطياف إلى مادة لا يمكن وضعها داخل المطياف نفسه، وذلك لتحليل تركيبها. يحلل المطياف المواد عن طريق عكس الضوء عنها وعبرها. وباستخدام الألياف، يمكن استخدام المطياف لدراسة الأجسام عن بُعد. [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ]

يمكن استخدام الألياف الضوئية المُطعّمة بعناصر أرضية نادرة معينة ، مثل الإربيوم، كوسيط تضخيم في ليزر الألياف أو مُضخّم ضوئي . ويمكن استخدام هذه الألياف لتضخيم الإشارة عن طريق وصل جزء قصير منها بخط ألياف ضوئية عادي (غير مُطعّم). يتم ضخّ الألياف المُطعّمة ضوئيًا بطول موجي ليزري ثانٍ، يُضاف إلى طول موجة الإشارة. يمر كلا الطولين الموجيين عبر الألياف المُطعّمة، ناقلةً الطاقة من الطول الموجي الثاني للضخ إلى موجة الإشارة. وتُعرف هذه العملية باسم الانبعاث المُحفّز .

تُستخدم الألياف الضوئية على نطاق واسع كوسيط غير خطي. يدعم هذا الوسط الزجاجي مجموعة واسعة من التفاعلات الضوئية غير الخطية، وتُسهّل أطوال التفاعل الطويلة المتاحة في الألياف حدوث ظواهر متنوعة، تُستغل في التطبيقات والبحوث الأساسية. [ 69 ] في المقابل، قد يكون لعدم خطية الألياف آثار سلبية على الإشارات الضوئية، وغالبًا ما تكون هناك حاجة إلى اتخاذ تدابير للحد من هذه الآثار غير المرغوب فيها. تجمع الألياف الضوئية المُطعّمة بمُغيّر الطول الموجي ضوء التلألؤ في التجارب الفيزيائية . تستخدم مناظير الألياف الضوئية للمسدسات والبنادق والبنادق الخرطوشية قطعًا من الألياف الضوئية لتحسين وضوح العلامات على المنظار.

تُستخدم الألياف البصرية كمكونات في المنسوجات الإلكترونية . وقد قام هاري واينرايت بذلك لأول مرة في ثمانينيات القرن العشرين. [ 70 ] استخدم الألياف البصرية لإنشاء "قميص رياضي عليه تنين ينفث اللهب ويتحول إلى طائر".

مبدأ التشغيل

نظرة عامة على مبادئ تشغيل الألياف الضوئية
أنواع الألياف الضوئية

الألياف الضوئية عبارة عن موجه ضوئي أسطواني عازل ( موجه ضوئي غير موصل ) ينقل الضوء على طول محوره من خلال عملية الانعكاس الداخلي الكلي. تتكون الألياف من لب محاط بغلاف ، وكلاهما مصنوع من مواد عازلة . [ 71 ] لحصر الإشارة الضوئية في اللب، يجب أن يكون معامل انكسار اللب أكبر من معامل انكسار الغلاف. قد يكون الحد الفاصل بين اللب والغلاف حادًا، كما في الألياف ذات معامل الانكسار المتدرج ، أو تدريجيًا، كما في الألياف ذات معامل الانكسار المتدرج . يمكن تغذية الضوء إلى الألياف الضوئية باستخدام الليزر أو مصابيح LED .

تتمتع الألياف الضوئية بمناعة ضد التداخل الكهربائي لعدم وجود تداخل بين الإشارات في الكابلات المختلفة، وعدم التقاطها للضوضاء البيئية . بل إن المعلومات المنتقلة داخل الألياف الضوئية محصنة حتى ضد النبضات الكهرومغناطيسية الناتجة عن الأجهزة النووية. [ ب ] [ 72 ]

لا تُوصِّل كابلات الألياف الضوئية الكهرباء، مما يجعلها مثالية لحماية معدات الاتصالات في بيئات الجهد العالي ، مثل محطات توليد الطاقة أو التطبيقات المعرضة للصواعق . كما يمنع العزل الكهربائي مشاكل حلقات التأريض . ولعدم وجود كهرباء في كابلات الألياف الضوئية التي قد تُولِّد شرارات، يُمكن استخدامها في البيئات التي تحتوي على أبخرة قابلة للاشتعال. يُعدّ التنصت (في هذه الحالة، التنصت على الألياف الضوئية ) أكثر صعوبةً مقارنةً بالوصلات الكهربائية. ولا تُستهدف كابلات الألياف الضوئية لسرقة المعادن . في المقابل، تستخدم أنظمة كابلات النحاس كميات كبيرة من النحاس، وقد أصبحت هدفًا للسرقة منذ طفرة السلع الأساسية في العقد الأول من الألفية الثانية .

معامل الانكسار

معامل الانكسار هو طريقة لقياس سرعة الضوء في مادة ما. ينتقل الضوء بأقصى سرعة في الفراغ ، كما هو الحال في الفضاء الخارجي. تبلغ سرعة الضوء في الفراغ حوالي 300,000 كيلومتر (186,000 ميل) في الثانية. يُحسب معامل انكسار وسط ما بقسمة سرعة الضوء في الفراغ على سرعة الضوء في ذلك الوسط. وبالتالي، فإن معامل انكسار الفراغ يساوي 1، بحسب التعريف. يتكون غلاف الألياف الضوئية أحادية النمط المستخدمة في الاتصالات من السيليكا النقية، بمعامل انكسار 1.444 عند 1500  نانومتر، ولب من السيليكا المُطعّمة بمعامل انكسار حوالي 1.4475. [ 71 ] كلما زاد معامل الانكسار، انخفضت سرعة الضوء في ذلك الوسط. بناءً على هذه المعلومات، يمكن القول إن الإشارة التي تنتقل عبر الألياف الضوئية للاتصالات تنتقل بسرعة تقارب 200,000 كيلومتر في الثانية. وبالتالي، فإن مكالمة هاتفية تُنقل عبر الألياف الضوئية بين سيدني ونيويورك، وهي مسافة تبلغ 16000 كيلومتر، تعني وجود تأخير لا يقل عن 80 مللي ثانية (حوالي112{\displaystyle {\tfrac {1}{12}}}(من الثانية) بين لحظة تحدث أحد المتصلين ولحظة سماع الآخر. [ ج ]

انعكاس داخلي كامل

عندما يصطدم الضوء المنتقل في وسط كثيف بصريًا بسطح فاصل بزاوية سقوط حادة (أكبر من الزاوية الحرجة لهذا السطح)، ينعكس الضوء انعكاسًا كليًا. يُسمى هذا الانعكاس الكلي الداخلي . تُستخدم هذه الظاهرة في الألياف الضوئية لحصر الضوء في اللب. معظم الألياف الضوئية الحديثة ذات توجيه ضعيف ، أي أن الفرق في معامل الانكسار بين اللب والغطاء ضئيل جدًا (عادةً أقل من 1%). [ 73 ] ينتقل الضوء عبر لب الليف، مرتدًا ذهابًا وإيابًا عن السطح الفاصل بين اللب والغطاء.

لأن الضوء يجب أن يصطدم بالحدود بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة، فإن الضوء الذي يدخل الليف ضمن نطاق زوايا محدد فقط هو الذي يمكنه الانتقال عبر الليف دون تسرب. يُسمى هذا النطاق من الزوايا مخروط استقبال الليف. توجد زاوية قصوى من محور الليف يُسمح عندها للضوء بالدخول إلى الليف ليتمكن من الانتشار، أو الانتقال، في لب الليف. جيب هذه الزاوية القصوى هو الفتحة العددية (NA) لليف. تتطلب الألياف ذات الفتحة العددية الأكبر دقة أقل في التوصيل والتعامل معها مقارنةً بالألياف ذات الفتحة العددية الأصغر. حجم مخروط الاستقبال هذا دالة لفرق معامل الانكسار بين لب الليف وغلافه. تتميز الألياف أحادية النمط بفتحة عددية صغيرة.

الألياف متعددة الأنماط

انتشار الضوء عبر ألياف بصرية متعددة الأنماط
شعاع ليزر يرتد أسفل قضيب أكريليك ، يوضح الانعكاس الداخلي الكلي للضوء في ألياف بصرية متعددة الأنماط

 يمكن تحليل الألياف الضوئية ذات القطر الكبير للنواة (أكبر من 10 ميكرومترات) باستخدام البصريات الهندسية . تُسمى هذه الألياف بالألياف متعددة الأنماط ، نسبةً إلى التحليل الكهرومغناطيسي (انظر أدناه). في الألياف متعددة الأنماط ذات معامل الانكسار المتدرج، تُوجَّه أشعة الضوء على طول نواة الليف عن طريق الانعكاس الداخلي الكلي. الأشعة التي تصطدم بحدود النواة والغطاء بزاوية (مقاسة بالنسبة لخط عمودي على الحدود) أكبر من الزاوية الحرجة لهذه الحدود، تنعكس انعكاسًا كليًا. تُحدد الزاوية الحرجة باختلاف معامل الانكسار بين مادتي النواة والغطاء. أما الأشعة التي تصطدم بالحدود بزاوية منخفضة، فتنكسر من النواة إلى الغطاء حيث تنتهي. تُحدد الزاوية الحرجة زاوية استقبال الليف، والتي تُعرف غالبًا بالفتحة العددية . تسمح الفتحة العددية العالية للضوء بالانتشار داخل الليف على شكل أشعة قريبة من المحور وبزوايا مختلفة، مما يُتيح اقترانًا فعالًا للضوء بالليف. ومع ذلك، فإن هذه الفتحة العددية العالية تزيد من مقدار التشتت لأن الأشعة ذات الزوايا المختلفة لها أطوال مسار مختلفة وبالتالي تستغرق أوقاتًا مختلفة لعبور الألياف.

في الألياف ذات معامل الانكسار المتدرج، يتناقص معامل الانكسار في اللب تدريجيًا بين المحور والطبقة الخارجية. يؤدي هذا إلى انحناء أشعة الضوء بسلاسة عند اقترابها من الطبقة الخارجية، بدلًا من انعكاسها المفاجئ من حدود اللب والطبقة الخارجية. تقلل المسارات المنحنية الناتجة من تشتت المسارات المتعددة، لأن الأشعة ذات الزاوية العالية تمر عبر محيط اللب ذي معامل الانكسار المنخفض، بدلًا من مركزه ذي معامل الانكسار العالي. يُختار شكل معامل الانكسار لتقليل الفرق في سرعات الانتشار المحوري للأشعة المختلفة في الليف. يقترب شكل معامل الانكسار المثالي هذا من علاقة قطع مكافئ بين معامل الانكسار والمسافة من المحور.

ألياف أحادية النمط

بنية الألياف أحادية النمط النموذجية : 1. اللب: قطر 8  ميكرومتر 2. الغلاف:  قطر 125 ميكرومتر 3. الطبقة العازلة:  قطر 250 ميكرومتر 4. الغلاف الخارجي:  قطر 400 ميكرومتر

لا يمكن نمذجة الألياف ذات قطر اللب الذي يقل عن عشرة أضعاف طول موجة الضوء المنتشر باستخدام البصريات الهندسية. بدلاً من ذلك، يجب تحليلها كبنية دليل موجي كهرومغناطيسي، وفقًا لمعادلات ماكسويل المختزلة إلى معادلة الموجة الكهرومغناطيسية . [ د ] يدعم الليف، كدليل موجي بصري، نمطًا عرضيًا واحدًا أو أكثر محصورًا ، والذي من خلاله ينتشر الضوء على طول الليف. يُطلق على الليف الذي يدعم نمطًا واحدًا فقط اسم الليف أحادي النمط . [ هـ ] يُظهر تحليل الدليل الموجي أن طاقة الضوء في الليف لا تنحصر تمامًا في اللب. بدلاً من ذلك، وخاصة في الألياف أحادية النمط، ينتقل جزء كبير من الطاقة في النمط المقيد في الغلاف كموجة متلاشية . يبلغ قطر اللب للنوع الأكثر شيوعًا من الألياف أحادية النمط 8-10 ميكرومترات، وهو مصمم للاستخدام في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة . بالمقارنة، يتم تصنيع الألياف متعددة الأنماط بأقطار أساسية صغيرة تصل إلى 50 ميكرومتر وكبيرة تصل إلى مئات الميكرومترات.

ألياف ذات أغراض خاصة

تُصنع بعض الألياف الضوئية ذات الأغراض الخاصة بنواة أو غلاف غير أسطواني، وعادةً ما يكون مقطعها العرضي بيضاويًا أو مستطيلًا. وتشمل هذه الألياف تلك التي تحافظ على الاستقطاب والمستخدمة في أجهزة استشعار الألياف الضوئية، والألياف المصممة لكبح انتشار نمط الهمس .

تُصنع الألياف الفوتونية البلورية بنمط منتظم لتغير معامل الانكسار (غالباً على شكل ثقوب أسطوانية تمتد على طول الليف). تستخدم هذه الألياف تأثيرات الحيود بدلاً من الانعكاس الداخلي الكلي أو بالإضافة إليه، لحصر الضوء في لب الليف. ويمكن تعديل خصائص الليف لتناسب مجموعة واسعة من التطبيقات.

آليات التوهين

منحنى التوهين التجريبي لألياف السيليكا متعددة الأنماط منخفضة الفقد وألياف ZBLAN. توضح النقاط المثلثة السوداء والأسهم الرمادية انخفاضًا بمقدار أربعة رتب في توهين ألياف السيليكا البصرية على مدى أربعة عقود من حوالي 1000 ديسيبل/كم في عام 1965 إلى حوالي 0.17 ديسيبل/كم في عام 2005.
التوهين الطيفي المقاس تجريبياً للألياف البصرية ذات النواة السيليكية. [ 74 ] الحد الأدنى للتوهين هو 0.1400 ديسيبل/كم عند  طول موجي 1560 نانومتر.

التوهين في الألياف الضوئية، المعروف أيضًا بفقدان الإرسال، هو انخفاض شدة الإشارة الضوئية أثناء انتقالها عبر وسط الإرسال. تُقاس معاملات التوهين في الألياف الضوئية عادةً بوحدة ديسيبل/كم. يتكون هذا الوسط عادةً من ألياف زجاجية من السيليكا [ f ] التي تحصر شعاع الضوء الساقط داخلها. يُعد التوهين عاملًا مهمًا يحد من إرسال الإشارة الرقمية عبر مسافات طويلة. ولذلك، أُجريت أبحاث مكثفة للحد من التوهين وزيادة تضخيم الإشارة الضوئية إلى أقصى حد. وقد نتج انخفاض التوهين في ألياف السيليكا الضوئية بمقدار أربعة رتب على مدى أربعة عقود عن التحسين المستمر لعمليات التصنيع، ونقاء المواد الخام، وتصميمات الألياف، مما سمح لهذه الألياف بالاقتراب من الحد الأدنى النظري للتوهين. [ 74 ]

يمكن تصنيع الألياف الضوئية أحادية النمط بفقد منخفض للغاية. تتميز ألياف كورنينج Vascade® EX2500، وهي ألياف أحادية النمط منخفضة الفقد مخصصة لأطوال موجات الاتصالات، بتوهين اسمي يبلغ 0.148 ديسيبل/كم عند 1550  نانومتر. [ 75 ] ينقل طول 10  كم من هذه الألياف ما يقارب 71% من الطاقة الضوئية عند 1550  نانومتر.

يحدث التوهين في الألياف الضوئية بشكل أساسي نتيجة التشتت والامتصاص . في الألياف المصنوعة من زجاج الفلوريد ، مثل ZBLAN، يكون الحد الأدنى للتوهين محدودًا بامتصاص الشوائب. أما غالبية الألياف الضوئية فهي مصنوعة من زجاج السيليكا، حيث يكون امتصاص الشوائب ضئيلاً. في ألياف السيليكا، يتحدد التوهين بآليات داخلية: تشتت رايلي وامتصاص الأشعة تحت الحمراء في الزجاج الذي يمر الضوء من خلاله. يزداد الامتصاص في السيليكا بشكل حاد عند أطوال موجية أعلى من 1570  نانومتر. عند الأطوال الموجية الأكثر فائدة للاتصالات، يُعد تشتت رايلي آلية الفقد السائدة. عند 1550  نانومتر، يتم إعطاء مكونات التوهين لألياف منخفضة الفقد على النحو التالي: فقد تشتت رايلي: 0.1200 ديسيبل/كم ، فقد امتصاص الأشعة تحت الحمراء: 0.0150 ديسيبل/كم ، فقد امتصاص الشوائب: 0.0047 ديسيبل/كم ، فقد عيوب الدليل الموجي: 0.0010 ديسيبل/كم .

تشتت الضوء

اعتماد تشتت رايلي على الزاوية

يعتمد انتشار الضوء عبر لب الألياف الضوئية على الانعكاس الداخلي الكلي للموجة الضوئية، وفقًا لمبادئ البصريات الهندسية، أو على الأنماط الموجهة، وفقًا لمبادئ الموجهات الكهرومغناطيسية. في الألياف الضوئية أحادية النمط النموذجية، ينتشر حوالي 75% من الضوء عبر مادة اللب، ذات معامل الانكسار الأعلى، بينما ينتشر حوالي 25% عبر الغلاف، ذي معامل الانكسار الأقل. يتميز السطح الفاصل بين زجاج اللب والغلاف بنعومة فائقة، مما يقلل من فقد التشتت أو فقد عيوب الموجهات بشكل ملحوظ. ينشأ فقد التشتت أساسًا من تشتت رايلي في كتلة الزجاج المكون لليف اللب والغلاف.

يُعزى تشتت الضوء في الألياف الزجاجية ذات الجودة البصرية إلى عدم انتظام التركيب الجزيئي (التقلبات التركيبية) في بنية الزجاج. في الواقع، يرى أحد الآراء الحديثة أن الزجاج هو ببساطة الحالة القصوى لمادة صلبة متعددة البلورات. ضمن هذا الإطار، تُصبح المناطق التي تُظهر درجات متفاوتة من الترتيب قصير المدى بمثابة اللبنات الأساسية للمعادن، وكذلك الزجاج والسيراميك. وتتوزع بين هذه المناطق وداخلها عيوبٌ بنيوية دقيقة تُوفر المواقع المثالية لتشتت الضوء.

يعتمد التشتت على طول موجة الضوء المتشتت وحجم مراكز التشتت. يتطابق التغير الزاوي لشدة الضوء المتشتت من الألياف البصرية مع تشتت رايلي، مما يشير إلى أن مراكز التشتت أصغر بكثير من طول موجة الضوء المنتشر. وينشأ هذا التشتت من تقلبات الكثافة الناتجة عن درجة حرارة افتراضية للزجاج، ومن تقلبات تركيز الشوائب في كل من اللب والغطاء. ويمكن تمثيل معامل تشتت رايلي، R  ، على النحو التالي :R=Rد+Rج{\displaystyle R=R_{\text{d}}+R_{\text{c}}}حيث يمثل R <sub>d</sub> تشتت رايلي الناتج عن تقلبات الكثافة، ويمثل R<sub> c</sub> تشتت رايلي الناتج عن تقلبات تركيز الشوائب. تُستخدم الشوائب، مثل ثاني أكسيد الجرمانيوم أو الفلور، لإحداث فرق في معامل الانكسار بين اللب والغطاء، لتشكيل بنية موجه موجي. Rد=8π33λ4ن8ص2βجكبتيو{\displaystyle R_{\text{d}}={\frac {8\pi ^{3}}{3\lambda ^{4}}}n^{8}p^{2}\beta _{\text{c}}k_{\text{B}}T_{\text{f}}} حيث λ هو الطول الموجي، و n هو معامل الانكسار ، و p هو معامل المرونة الضوئية، و β c هو الانضغاطية المتساوية الحرارة، و k B هو ثابت بولتزمان ، و T f هي درجة الحرارة الافتراضية. المتغير الوحيد ذو الأهمية الفيزيائية الذي يؤثر على التشتت الناتج عن تقلبات الكثافة هو درجة الحرارة الافتراضية للزجاج؛ فدرجة الحرارة الافتراضية المنخفضة تؤدي إلى زجاج أكثر تجانسًا وتشتت رايلي أقل. يمكن خفض درجة الحرارة الافتراضية بشكل كبير بإضافة حوالي 100 جزء في المليون وزنيًا من أكسيد قلوي مُضاف إلى لب الألياف، بالإضافة إلى تبريد الألياف ببطء أثناء عملية سحبها. تُستخدم هذه الأساليب لإنتاج ألياف بصرية بأقل قدر من التوهين، وخاصة تلك المستخدمة في كابلات الاتصالات البحرية.

بالنسبة لتركيزات منخفضة من الشوائب، تتناسب R<sub> c</sub> طرديًا مع x (d<sub>n </sub> /d<sub> x</sub> ) <sup> 2</sup> ، حيث x هي الكسر المولي للشوائب في الزجاج القائم على SiO<sub> 2 </sub>، و n هو معامل انكسار الزجاج. عند استخدام شوائب GeO<sub> 2</sub> لزيادة معامل انكسار لب الألياف، يزداد مُكَوِّن تذبذب التركيز الناتج عن تشتت رايلي وتوهين الألياف. لهذا السبب، لا تستخدم الألياف ذات التوهين الأدنى GeO<sub> 2</sub> في اللب، بل تستخدم الفلور في الغلاف لتقليل معامل انكسار الغلاف. تتناسب R<sub> c</sub> في ألياف اللب المصنوعة من السيليكا النقية طرديًا مع تكامل التداخل بين نمط LP01 ومُكَوِّن تذبذب التركيز الناتج عن الفلور في الغلاف.

في قلب ألياف السيليكا النقية المُطعّمة بالبوتاسيوم (KPSC)، تلعب تقلبات الكثافة دورًا هامًا، نظرًا لانخفاض تركيزات أكسيد البوتاسيوم (K₂O ) والفلور والكلور. وتُخفف هذه التقلبات في القلب بانخفاض درجة الحرارة الافتراضية الناتجة عن تطعيم البوتاسيوم، وتُقلل أكثر بالمعالجة الحرارية أثناء عملية سحب الألياف. ويختلف هذا عن الغلاف، حيث تُساهم مستويات الفلور المرتفعة وما ينتج عنها من تقلبات في التركيز في زيادة الفقد. في هذه الألياف، يتعرض الضوء المنتقل عبر القلب لتشتت وتوهين أقل مقارنةً بالضوء المنتشر عبر غلاف الألياف.

عند القدرات البصرية العالية، يمكن أن يحدث التشتت أيضًا بسبب العمليات البصرية غير الخطية في الألياف. [ 76 ] [ 77 ]

امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء

إضافةً إلى تشتت الضوء، قد يحدث التوهين أو فقدان الإشارة نتيجةً للامتصاص الانتقائي لأطوال موجية محددة. تشمل الاعتبارات الأساسية للمواد كلاً من الإلكترونات والجزيئات على النحو التالي:

  • على المستوى الإلكتروني، يعتمد الأمر على ما إذا كانت مدارات الإلكترون متباعدة (أو "مكمّمة") بحيث يمكنها امتصاص كمية من الضوء (أو فوتون) بطول موجي أو تردد محدد في نطاق الأشعة فوق البنفسجية أو المرئية. وهذا ما يُنتج اللون.
  • على المستوى الذري أو الجزيئي، يعتمد ذلك على ترددات الاهتزازات الذرية أو الجزيئية أو الروابط الكيميائية، ومدى تقارب الذرات أو الجزيئات، وما إذا كانت الذرات أو الجزيئات تُظهر ترتيبًا بعيد المدى أم لا. هذه العوامل هي التي تحدد قدرة المادة على نقل أطوال موجية أطول في نطاقات الأشعة تحت الحمراء، والأشعة تحت الحمراء البعيدة، وموجات الراديو، والموجات الميكروية.

يتطلب تصميم أي جهاز شفاف بصريًا اختيار المواد بناءً على معرفة خصائصها وحدودها. تحدد خصائص امتصاص البنية البلورية الملاحظة في نطاقات الترددات المنخفضة (نطاق أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة إلى البعيدة) حد الشفافية عند أطوال الموجات الطويلة للمادة. وهي ناتجة عن التفاعل بين حركات الاهتزازات الحرارية للذرات والجزيئات المكونة للشبكة الصلبة وإشعاع موجة الضوء الساقط. لذا، فإن جميع المواد محصورة بمناطق امتصاص محددة ناتجة عن اهتزازات الذرات والجزيئات (تمدد الروابط) في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة (>10 ميكرومتر). 

بمعنى آخر، يحدث الامتصاص الانتقائي للأشعة تحت الحمراء بواسطة مادة معينة لأن التردد المختار لموجة الضوء يتطابق مع تردد اهتزاز جزيئات تلك المادة (أو مضاعف صحيح له، أي توافقي ). ولأن الذرات والجزيئات المختلفة لها ترددات اهتزاز طبيعية مختلفة، فإنها تمتص بشكل انتقائي ترددات مختلفة (أو أجزاء من الطيف) من الأشعة تحت الحمراء.

يحدث انعكاس وانتقال الموجات الضوئية لأن ترددات هذه الموجات لا تتطابق مع ترددات الرنين الطبيعية لاهتزاز الأجسام. فعندما يصطدم ضوء الأشعة تحت الحمراء ذو ​​هذه الترددات بجسم ما، تنعكس الطاقة أو تنتقل.

ميزانية الخسائر

يزداد التوهين بشكل ملحوظ على امتداد الكابل عند استخدام الموصلات والوصلات. عند حساب التوهين المقبول (ميزانية الفقد) بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال، يتم تضمين ما يلي:

  • فقدان الإشارة بالديسيبل بسبب نوع وطول كابل الألياف الضوئية،
  • فقدان الديسيبل الناتج عن الموصلات، و
  • فقدان الديسيبل الناتج عن وصلات الربط.

تُضيف الموصلات عادةً 0.3  ديسيبل لكل موصل في الموصلات المصقولة جيداً. أما الوصلات، فتُضيف عادةً أقل من 0.2  ديسيبل لكل وصلة.

يمكن حساب إجمالي الخسارة عن طريق:

الفقد = فقد ديسيبل لكل موصل × عدد الموصلات + فقد ديسيبل لكل وصلة × عدد الوصلات + فقد ديسيبل لكل كيلومتر × كيلومترات الألياف،

حيث أن فقد الإشارة بالديسيبل لكل كيلومتر يعتمد على نوع الألياف ويمكن إيجاده في مواصفات الشركة المصنعة. على سبيل المثال،  يبلغ فقد الإشارة في الألياف أحادية النمط النموذجية ذات الطول الموجي 1550 نانومتر 0.3  ديسيبل لكل كيلومتر.

يتم استخدام ميزانية الخسائر المحسوبة عند الاختبار للتأكد من أن الخسائر المقاسة تقع ضمن معايير التشغيل العادية.

تصنيع

مواد

تُصنع الألياف البصرية الزجاجية في الغالب من السيليكا ، ولكن تُستخدم مواد أخرى، مثل زجاج الفلوروزيركونات ، وزجاج الفلوروألومينات ، وزجاج الكالكوجينيد ، بالإضافة إلى مواد بلورية كالياقوت ، لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء ذات الأطوال الموجية الأطول أو تطبيقات متخصصة أخرى. يبلغ معامل انكسار زجاج السيليكا والفلوريد عادةً حوالي 1.5، بينما قد يصل معامل انكسار بعض المواد، مثل الكالكوجينيدات، إلى 3. وعادةً ما يكون الفرق في معامل الانكسار بين اللب والغطاء أقل من واحد بالمئة.

تُعدّ الألياف البصرية البلاستيكية (POF) عادةً أليافًا متعددة الأنماط ذات معامل انكسار متدرج، ويبلغ قطر لبّها 0.5 مليمتر أو أكبر. وتتميز هذه الألياف بمعاملات توهين أعلى من الألياف الزجاجية، تصل إلى 1  ديسيبل/متر أو أكثر، وهذا التوهين العالي يحدّ من نطاق الأنظمة القائمة على الألياف البصرية البلاستيكية.

السيليكا

تُظهر السيليكا نفاذية ضوئية جيدة نسبيًا عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية. في الجزء القريب من الأشعة تحت الحمراء من الطيف، وخاصةً حول 1.5  ميكرومتر، تتميز السيليكا بانخفاض شديد في فقدان الامتصاص والتشتت، يصل إلى 0.2 ديسيبل/كم . ويعتمد هذا الانخفاض في الفقد على استخدام سيليكا فائقة النقاء. ويمكن تحقيق شفافية عالية في منطقة 1.4 ميكرومتر من خلال الحفاظ على تركيز منخفض لمجموعات الهيدروكسيل (OH). في المقابل، يُعد التركيز العالي لمجموعات الهيدروكسيل أفضل للنفاذية في منطقة الأشعة فوق البنفسجية. [ 78 ]

يمكن سحب السيليكا إلى ألياف عند درجات حرارة عالية نسبيًا، ولها نطاق تحول زجاجي واسع . ومن مزاياها الأخرى سهولة وصل ألياف السيليكا بالصهر وفصلها . كما تتميز ألياف السيليكا بقوة ميكانيكية عالية ضد الشد وحتى الانحناء، شريطة ألا تكون الألياف سميكة جدًا وأن تكون أسطحها قد أُعدت جيدًا أثناء التصنيع. حتى الفصل البسيط لأطراف الألياف يمكن أن يوفر أسطحًا مستوية ذات جودة بصرية مقبولة. وتتميز السيليكا أيضًا بخمولها الكيميائي النسبي ، فهي غير ماصة للرطوبة (لا تمتص الماء).

يمكن تطعيم زجاج السيليكا بمواد مختلفة. أحد أغراض التطعيم هو رفع معامل الانكسار (مثلًا باستخدام ثاني أكسيد الجرمانيوم (GeO₂ ) أو أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃ ) ) أو خفضه (مثلًا باستخدام الفلور أو ثالث أكسيد البورون ( B₂O₃ )). كما يُمكن التطعيم بأيونات نشطة ليزريًا (على سبيل المثال، ألياف مطعمة بعناصر أرضية نادرة ) للحصول على ألياف فعالة تُستخدم، على سبيل المثال، في مضخمات الألياف أو تطبيقات الليزر . عادةً ما يتم تطعيم كل من لب الألياف وغلافها ، بحيث يكون التركيب بأكمله (اللب والغلاف) في الواقع من نفس المركب (مثلًا، زجاج ألومينوسيليكات ، أو جرمانيوم سيليكات، أو فوسفوسيليكات، أو بوروسيليكات ).

لا يُعد السيليكا النقي، خاصةً في الألياف النشطة، زجاجًا مضيفًا مناسبًا في العادة، نظرًا لانخفاض ذوبان أيونات العناصر الأرضية النادرة فيه. وقد يؤدي ذلك إلى تأثيرات إخماد نتيجة لتكتل أيونات الشوائب. وتُعدّ الألومينوسيليكات أكثر فعالية في هذا الصدد. كما تتميز ألياف السيليكا بمقاومة عالية للتلف البصري، مما يضمن انخفاض احتمالية تعرضها للانهيار الناتج عن الليزر. وهذا أمر بالغ الأهمية لمضخمات الألياف عند استخدامها لتضخيم النبضات القصيرة.

بفضل هذه الخصائص، تُعدّ ألياف السيليكا الخيار الأمثل في العديد من التطبيقات البصرية، مثل الاتصالات (باستثناء المسافات القصيرة جدًا باستخدام الألياف البصرية البلاستيكية)، وليزر الألياف، ومضخمات الألياف، ومستشعرات الألياف البصرية. وقد ساهمت الجهود الكبيرة المبذولة في تطوير أنواع مختلفة من ألياف السيليكا في تحسين أدائها بشكل ملحوظ مقارنةً بالمواد الأخرى. [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ]

زجاج الفلورايد

يُعدّ زجاج الفلوريد فئة من الزجاج البصري عالي الجودة غير الأكسيدي، ويتكون من فلوريدات معادن مختلفة . ونظرًا لانخفاض لزوجة هذا الزجاج، يصعب تجنب التبلور تمامًا أثناء معالجته خلال مرحلة التحول الزجاجي (أو عند سحب الألياف من المصهور). لذا، فعلى الرغم من أن زجاج فلوريد المعادن الثقيلة (HMFG) يُظهر امتصاصًا بصريًا منخفضًا جدًا، إلا أنه ليس صعب التصنيع فحسب، بل إنه هش للغاية وضعيف المقاومة للرطوبة والعوامل البيئية الأخرى. وتتمثل أفضل ميزة له في افتقاره إلى نطاق الامتصاص المرتبط بمجموعة الهيدروكسيل (OH) (3200-3600  سم⁻¹ ؛ أي 2777-3125 نانومتر أو 2.78-3.13 ميكرومتر)، الموجود في جميع أنواع  الزجاج الأكسيدي تقريبًا. لم تُحقق هذه الخسائر المنخفضة عمليًا، كما أن هشاشة ألياف الفلوريد وارتفاع تكلفتها جعلاها خيارًا غير مثالي كمرشح أساسي.

تُستخدم ألياف الفلورايد في مطيافية الأشعة تحت الحمراء المتوسطة ، ومستشعرات الألياف الضوئية ، وقياس درجة الحرارة ، والتصوير . كما يمكن استخدامها لنقل الموجات الضوئية الموجهة في أوساط مثل ليزر YAG ( غارنت الألومنيوم الإيتريوم ) عند 2.9 ميكرومتر، وهو ما يتطلبه التطبيقات الطبية (مثل طب العيون وطب الأسنان ). [ 87 ] [ 88 ] 

من الأمثلة على زجاج فلوريد المعادن الثقيلة مجموعة زجاج ZBLAN ، التي تتكون من فلوريدات الزركونيوم والباريوم واللانثانوم والألومنيوم والصوديوم . يُستخدم هذا الزجاج بشكل أساسي في التطبيقات التقنية كموجهات ضوئية ، سواءً كانت مستوية أو ليفية . ويتميز بمزايا خاصة في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (2000-5000  نانومتر).

زجاج الفوسفات

بنية P4O10 الشبيهة بالقفص - الوحدة البنائية الأساسية لزجاج الفوسفات

الزجاج الفوسفاتي هو نوع من الزجاج البصري يتكون من ميتافوسفات معادن مختلفة. وبدلاً من رباعيات الأوجه SiO₄ الموجودة في البنية الشبكية الصلبة للزجاج السيليكاتي، فإن الوحدة البنائية لهذا الزجاج هي خماسي أكسيد الفوسفور (P₂O₅ ) ، الذي يتبلور في أربعة أشكال مختلفة على الأقل. وأكثر الأشكال البلورية شيوعاً هو البنية الشبيهة بالقفص لـ P₄O₁₀ .

قد تكون زجاجيات الفوسفات أفضل من زجاجيات السيليكا في الألياف البصرية ذات التركيز العالي من أيونات العناصر الأرضية النادرة. ويُعرف مزيج زجاج الفلوريد وزجاج الفوسفات بزجاج فلوروفوسفات. [ 89 ] [ 90 ]

زجاج الكالكوجينيد

تتفاعل عناصر الكالكوجينات - وهي العناصر الموجودة في المجموعة 16 من الجدول الدوري - وخاصة الكبريت (S) والسيلينيوم (Se) والتيلوريوم (Te)، مع عناصر أكثر كهرجابية ، مثل الفضة ، لتكوين الكالكوجينيدات . تُعد هذه المركبات متعددة الاستخدامات للغاية، إذ يمكن أن تكون بلورية أو غير بلورية، معدنية أو شبه موصلة، وموصلة للأيونات أو الإلكترونات . ويمكن استخدام زجاج الكالكوجينيد في صناعة الألياف لنقل الأشعة تحت الحمراء البعيدة. [ 91 ]

عملية

رسم توضيحي لعملية الترسيب الكيميائي للبخار المعدلة (من الداخل)

تشكيل

تُصنع الألياف البصرية القياسية أولاً عن طريق بناء قالب أولي ذي قطر كبير ومعامل انكسار مضبوط بدقة، ثم سحب هذا القالب لتشكيل الليف البصري الطويل والرفيع. يُصنع القالب الأولي عادةً بثلاث طرق للترسيب الكيميائي للبخار : الترسيب الداخلي ، والترسيب الخارجي ، والترسيب المحوري . [ 92 ] في طريقة الترسيب الداخلي ، يبدأ القالب الأولي بأنبوب زجاجي مجوف طوله حوالي 40 سنتيمترًا (16 بوصة) ، يوضع أفقيًا ويُدار ببطء على مخرطة . تُحقن غازات مثل رابع كلوريد السيليكون (SiCl₄ ) أو رابع كلوريد الجرمانيوم (GeCl₄ ) مع الأكسجين في نهاية الأنبوب. تُسخّن الغازات بعد ذلك باستخدام موقد هيدروجين خارجي، ما يرفع درجة حرارة الغاز إلى 1900 كلفن (1600 درجة مئوية، 3000 درجة فهرنهايت)، حيث تتفاعل رباعيات الكلوريد مع الأكسجين لإنتاج جزيئات السيليكا أو ثاني أكسيد الجرمانيوم . عندما تُختار ظروف التفاعل للسماح بحدوث هذا التفاعل في الطور الغازي في جميع أنحاء حجم الأنبوب، على عكس التقنيات السابقة التي كان التفاعل يحدث فيها على سطح الزجاج فقط، تُسمى هذه التقنية بالترسيب الكيميائي للبخار المُعدّل . [ 93 ] تتكتل جزيئات الأكسيد بعد ذلك لتشكيل سلاسل جزيئية كبيرة، والتي تترسب لاحقًا على جدران الأنبوب على شكل سخام. يعود الترسيب إلى الفرق الكبير في درجة الحرارة بين لب الغاز والجدار، ما يدفع الغاز الجزيئات إلى الخارج في عملية تُعرف باسم الترحيل الحراري . ثم يُحرّك الموقد لأعلى ولأسفل على طول الأنبوب لترسيب المادة بالتساوي. بعد وصول الشعلة إلى نهاية الأنبوب، تُعاد إلى بدايته، ثم تُصهر الجزيئات المترسبة لتشكيل طبقة صلبة. تُكرر هذه العملية حتى تترسب كمية كافية من المادة. يمكن تعديل تركيب كل طبقة بتغيير تركيبة الغاز، مما يُتيح تحكمًا دقيقًا في الخصائص البصرية للألياف النهائية. في الترسيب الخارجي للبخار أو الترسيب المحوري للبخار، يتشكل الزجاج عن طريق التحلل المائي باللهب ، وهو تفاعل يتأكسد فيه رابع كلوريد السيليكون ورابع كلوريد الجرمانيوم بتفاعلهما مع الماء في جو من الأكسجين والهيدروجين.    في الترسيب الخارجي للبخار، يُرسب الزجاج على قضيب صلب، يُزال قبل إجراء أي معالجة أخرى. أما في الترسيب المحوري للبخار، فيُستخدم قضيب بذرة قصير ، ويُبنى على طرفه قالب مسامي لا يتقيد طوله بحجم قضيب البذرة. يُدمج هذا القالب المسامي ليصبح قالبًا صلبًا شفافًا بتسخينه إلى حوالي 1800  كلفن (1500  درجة مئوية، 2800  درجة فهرنهايت).

مقطع عرضي لألياف مسحوبة من قالب أولي على شكل حرف D. لم يتم صقل القالب الأولي لهذه الألياف التجريبية بشكل جيد، ويمكن رؤية الشقوق باستخدام المجهر الضوئي متحد البؤر .

تستخدم ألياف الاتصالات التقليدية شكلاً دائرياً. في بعض التطبيقات، مثل الألياف ذات الغلاف المزدوج، يُفضل استخدام شكل آخر. [ 94 ] في ليزرات الألياف القائمة على الألياف ذات الغلاف المزدوج، يُحسّن الشكل غير المتماثل عامل التعبئة لضخ الليزر .

بسبب التوتر السطحي، يصبح شكل الألياف أكثر نعومة أثناء عملية السحب، ولا يُحاكي شكل الألياف الناتجة الحواف الحادة للشكل الأولي. ومع ذلك، يُعدّ صقل الشكل الأولي بعناية أمرًا بالغ الأهمية، إذ أن أي عيوب في سطحه تؤثر على الخصائص البصرية والميكانيكية للألياف الناتجة.

رسم

تُوضع القطعة الأولية، بغض النظر عن تصميمها، في جهاز يُعرف باسم برج السحب ، حيث تُسخّن طرف القطعة الأولية ويُسحب الليف البصري كخيط. ويمكن التحكم في شدّ الليف للحفاظ على سُمكه المطلوب.

التكسية الخارجية

يُوجَّه الضوء عبر لب الألياف بواسطة غلاف بصري ذي معامل انكسار منخفض، يعمل على حصر الضوء في اللب من خلال الانعكاس الداخلي الكلي. في بعض أنواع الألياف، يُصنع الغلاف من الزجاج ويُسحب مع اللب من قالب ذي معامل انكسار متغير شعاعيًا. أما في أنواع أخرى من الألياف، فيُصنع الغلاف من البلاستيك ويُطبَّق كطبقة خارجية (انظر أدناه).

الطلاءات

يُغطى الغلاف الخارجي بطبقة عازلة (لا ينبغي الخلط بينها وبين أنبوب عازل حقيقي) تحميه من الرطوبة والتلف المادي. [ 80 ] هذه الطبقات عبارة عن مركبات يوريثان أكريلات أو بوليميد معالجة بالأشعة فوق البنفسجية، تُطبق على السطح الخارجي للألياف أثناء عملية السحب. تحمي هذه الطبقات خيوط الألياف الزجاجية الدقيقة للغاية - بحجم شعرة الإنسان تقريبًا - وتسمح لها بتحمل ظروف التصنيع واختبارات التحمل والتوصيل والتركيب. يجب إزالة الطبقة العازلة من الألياف قبل التوصيل أو الربط.

تعتمد عمليات سحب الألياف الضوئية الزجاجية الحديثة على أسلوب الطلاء ثنائي الطبقات. صُممت طبقة طلاء داخلية أساسية لامتصاص الصدمات وتقليل التوهين الناتج عن الانحناءات الدقيقة . أما طبقة الطلاء الخارجية الثانوية، فتحمي الطبقة الأساسية من التلف الميكانيكي وتعمل كحاجز للقوى الجانبية، ويمكن تلوينها لتمييز الخيوط في حزم الكابلات. تُطبق طبقات طلاء الألياف الضوئية هذه أثناء عملية السحب، بسرعات تقارب 100 كيلومتر في الساعة (60 ميلاً في الساعة) . تُطبق طبقات طلاء الألياف الضوئية بإحدى طريقتين: الرطب على الجاف والرطب على الرطب . في طريقة الرطب على الجاف، تمر الألياف عبر طبقة الطلاء الأساسية، التي تُعالج بعد ذلك بالأشعة فوق البنفسجية، ثم عبر طبقة الطلاء الثانوية، التي تُعالج بدورها. أما في طريقة الرطب على الرطب، فتمر الألياف عبر طبقتي الطلاء الأساسية والثانوية، ثم تُعالج بالأشعة فوق البنفسجية. [ 95 ] 

يُؤخذ سُمك الغلاف في الاعتبار عند حساب الإجهاد الذي تتعرض له الألياف تحت أوضاع الانحناء المختلفة. [ 96 ] عندما تُلف ألياف مغلفة حول مغزل، يُعطى الإجهاد الذي تتعرض له الألياف بالمعادلة [ 96 ] : 45σ=هـدودم+دج،{\displaystyle \sigma =E{d_{\text{f}} \over d_{\text{m}}+d_{\text{c}}},} حيث E هو معامل يونغ للألياف ، و d m هو قطر المندريل، و d f هو قطر الغلاف، و d c هو قطر الطلاء.

في تكوين الانحناء ثنائي النقاط، تُثنى ألياف مغلفة على شكل حرف U وتوضع بين أخاديد لوحين أماميين، ثم تُقرّب اللوحتان من بعضهما حتى تنكسر الألياف. يُعطى الإجهاد في الألياف في هذا التكوين بالمعادلة [ 96 ] : 47σ=1.198هـدود-دج،{\displaystyle \sigma =1.198E{d_{\text{f}} \over d-d_{\text{c}}},}حيث يمثل d المسافة بين اللوحتين الأماميتين. أما المعامل 1.198 فهو ثابت هندسي مرتبط بهذا التكوين.

تحمي طبقات الألياف الضوئية الألياف الزجاجية من الخدوش التي قد تؤدي إلى تدهور قوتها. ويؤدي اجتماع الرطوبة والخدوش إلى تسريع شيخوخة الألياف وتدهور قوتها. وعندما تتعرض الألياف لإجهادات منخفضة لفترة طويلة، قد يحدث إجهادها. ومع مرور الوقت أو في الظروف القاسية، تتضافر هذه العوامل لتتسبب في انتشار عيوب مجهرية في الألياف الزجاجية، مما قد يؤدي في النهاية إلى تلفها.

تتأثر ثلاث خصائص رئيسية لموجهات الألياف الضوئية بالظروف البيئية: المتانة، والتوهين، ومقاومة الفقد الناتج عن الانحناء الدقيق. تحمي الأغلفة الخارجية لكابلات الألياف الضوئية وأنابيب الحماية الألياف الزجاجية من الظروف البيئية التي قد تؤثر على أداء الألياف ومتانتها على المدى الطويل. أما من الداخل، فتضمن الطلاءات موثوقية الإشارة المنقولة وتساعد على تقليل التوهين الناتج عن الانحناء الدقيق.

بناء الكابل

كابل الألياف الضوئية

في الألياف العملية، يُغطى الغلاف عادةً براتنج متين ، ويحتوي على طبقة عازلة إضافية ، قد تُحاط بدورها بطبقة خارجية ، عادةً ما تكون بلاستيكية. تُعزز هذه الطبقات قوة الليف دون التأثير على خصائصه البصرية. في بعض الأحيان، تُستخدم طبقات زجاجية ماصة للضوء بين الألياف في تجميعات الألياف الصلبة لمنع تسرب الضوء من ليف إلى آخر. يُقلل هذا من التداخل بين الألياف، أو من التوهج في تطبيقات تصوير حزم الألياف. [ 97 ] [ 98 ] عادةً ما تستخدم كابلات الألياف المتعددة طبقات عازلة ملونة لتمييز كل خيط.

تأتي الكابلات الحديثة في مجموعة واسعة من الأغلفة والدروع، المصممة لتطبيقات مثل الدفن المباشر في الخنادق، والعزل عالي الجهد، والاستخدام المزدوج كخطوط طاقة، [ 99 ] والتركيب في القنوات، والربط بأعمدة الهاتف الهوائية، والتركيب تحت الماء ، والإدخال في الشوارع المعبدة.

تُعزز بعض أنواع كابلات الألياف الضوئية بخيوط الأراميد أو خيوط الزجاج كعنصر تقوية إضافي . ومن الناحية التجارية، يُعد استخدام خيوط الزجاج أكثر فعالية من حيث التكلفة دون التأثير على المتانة الميكانيكية. كما تحمي خيوط الزجاج قلب الكابل من القوارض والنمل الأبيض.

قضايا عملية

تثبيت

تتميز كابلات الألياف الضوئية بمرونة عالية، إلا أن فقد الإشارة في الألياف التقليدية يزداد بشكل كبير عند ثنيها بنصف قطر أقل من 30  مم تقريبًا. ويُشكل هذا مشكلة عند ثني الكابل حول الزوايا. وقد تم اعتماد معيار الألياف القابلة للثني ، المصممة لتسهيل التركيب في المنازل، وفقًا لمعيار ITU-T G.657 . ويمكن ثني هذا النوع من الألياف بنصف قطر يصل إلى 7.5  مم دون أي تأثير سلبي. وقد تم تطوير ألياف أكثر مرونة. [ 100 ] كما تتميز الألياف القابلة للثني بمقاومتها للاختراق، حيث يتم مراقبة الإشارة في الألياف خلسةً عن طريق ثنيها واكتشاف التسريب. [ 101 ]

ومن السمات المهمة الأخرى للكابل قدرته على تحمل الشد، وهو ما يحدد مقدار القوة التي يمكن تطبيقها على الكابل أثناء التركيب.

الإنهاء والوصل

موصلات ST على الألياف متعددة الأنماط

تُوصَّل الألياف الضوئية بالأجهزة الطرفية عبر موصلات الألياف الضوئية . وتكون هذه الموصلات عادةً من النوع القياسي مثل FC و SC و ST و LC و MTRJ و MPO و SMA . يمكن توصيل الألياف الضوئية عبر موصلات موجودة عادةً على لوحة التوصيل ، أو بشكل دائم عن طريق اللحام ، أي وصل ليفين معًا لتشكيل موجه ضوئي متصل. الطريقة الأكثر شيوعًا للحام هي اللحام بالانصهار ، حيث يتم صهر طرفي الألياف معًا. ولتسريع عملية التوصيل، يُستخدم اللحام الميكانيكي . تتضمن جميع تقنيات اللحام تركيب غلاف واقٍ لحماية الوصلة.

تُجرى عملية اللحام الانصهاري باستخدام جهاز متخصص. تُزال أولاً الطبقة البوليمرية الواقية من أطراف الألياف (بالإضافة إلى الغلاف الخارجي الأكثر متانة، إن وُجد). تُقطع الأطراف باستخدام قاطع دقيق لجعلها متعامدة، ثم توضع في حوامل خاصة داخل جهاز اللحام الانصهاري. عادةً ما تُفحص الوصلة عبر شاشة عرض مكبرة للتحقق من القطع قبل اللحام والانصهار بعده. يستخدم جهاز اللحام محركات صغيرة لمحاذاة أسطح الأطراف معًا، ويُصدر شرارة صغيرة بين الأقطاب الكهربائية عند الفجوة لحرق الغبار والرطوبة. بعد ذلك، يُولد الجهاز شرارة أكبر ترفع درجة الحرارة فوق نقطة انصهار الزجاج، مما يؤدي إلى انصهار الأطراف بشكل دائم. يُتحكم بدقة في موقع وطاقة الشرارة بحيث لا يختلط اللب المنصهر مع الغلاف، مما يقلل من الفقد البصري. يُقاس تقدير فقد الوصلة بواسطة جهاز اللحام عن طريق توجيه الضوء عبر الغلاف من جانب واحد وقياس الضوء المتسرب منه من الجانب الآخر. يُعدّ فقدان الإشارة عند وصل الألياف الضوئية أقل من 0.1  ديسيبل أمرًا شائعًا. ونظرًا لتعقيد هذه العملية، فإن وصل الألياف الضوئية أصعب بكثير من وصل الأسلاك النحاسية.

تم إنزال غلاف وصلة الألياف الضوئية الهوائية أثناء التركيب. يتم دمج الألياف الفردية وتخزينها داخل الغلاف لحمايتها من التلف.

صُممت وصلات الألياف الميكانيكية لتكون أسرع وأسهل في التركيب، ولكن لا تزال هناك حاجة إلى إزالة الغلاف الخارجي، والتنظيف الدقيق، والقطع الدقيق. تُحاذى أطراف الألياف وتُثبت معًا بواسطة غلاف دقيق، غالبًا باستخدام جل شفاف مُطابق للمؤشر الضوئي يُحسّن نفاذية الضوء عبر الوصلة. عادةً ما تكون وصلات الألياف الميكانيكية ذات فقد بصري أعلى وأقل متانة من وصلات الانصهار، خاصةً عند استخدام الجل.

تُوصل الألياف بموصلات تُثبّت طرف الليف بدقة وأمان. يتكون موصل الألياف الضوئية من أسطوانة صلبة محاطة بغلاف يُثبّت الأسطوانة في مكانها المخصص. تتنوع آليات التوصيل بين الضغط والنقر ، والتدوير والإغلاق ( تركيب حربة )، واللولبة . عادةً ما تكون الأسطوانة حرة الحركة داخل الغلاف ، وقد تحتوي على مفتاح يمنع دوران الأسطوانة والليف أثناء عملية التوصيل.

يتم تركيب الموصل النموذجي بتحضير طرف الألياف وإدخاله في الجزء الخلفي من جسم الموصل. يُستخدم عادةً لاصق سريع الجفاف لتثبيت الألياف بإحكام، ويتم تثبيت مانع إجهاد في الخلف. بمجرد أن يجف اللاصق، يتم صقل طرف الألياف. تُستخدم أشكال صقل مختلفة، حسب نوع الألياف والتطبيق. يُطلق على فقدان قوة الإشارة الناتج اسم فقدان الفجوة . بالنسبة للألياف أحادية النمط، تُصقل أطراف الألياف عادةً بانحناء طفيف يجعل الموصلات المتصلة تتلامس فقط عند لبها. يُطلق على هذا اسم صقل التلامس المادي (PC). يمكن صقل السطح المنحني بزاوية لعمل وصلة تلامس مادي بزاوية (APC) . تتميز هذه الوصلات بفقدان أعلى من وصلات PC ولكنها تقلل بشكل كبير من الانعكاس الخلفي لأن الضوء المنعكس من السطح المائل يتسرب خارج لب الألياف. تتميز أطراف ألياف APC بانعكاس خلفي منخفض حتى عند فصلها.

في تسعينيات القرن الماضي، كان عدد أجزاء كل موصل، وصقل الألياف، والحاجة إلى تجفيف مادة الإيبوكسي في الفرن داخل كل موصل، عواملَ تُصعّب عملية توصيل كابلات الألياف الضوئية. أما اليوم، فتُقدّم أنواع الموصلات المتوفرة في السوق طرقًا أسهل وأقل استهلاكًا للوقت والجهد لتوصيل الكابلات. بعض الموصلات الأكثر شيوعًا مصقولة مسبقًا في المصنع، وتحتوي على مادة هلامية داخلها. يُجرى شقٌّ بطولٍ مُحدد للوصول إلى أقرب نقطة ممكنة من الجزء المصقول الموجود داخل الموصل. تُحيط المادة الهلامية بنقطة التقاء الجزأين داخل الموصل، مما يُقلّل من فقدان الضوء إلى أدنى حد. [ 102 ] بالنسبة للتركيبات الأكثر تطلبًا، تضمن الضفائر المصقولة مسبقًا في المصنع، ذات الطول الكافي للوصول إلى أول غلاف وصلة انصهار، أداءً جيدًا وتُقلّل من العمل في الموقع.

اقتران الفضاء الحر

غالبًا ما يكون من الضروري محاذاة ليف بصري مع ليف بصري آخر أو مع جهاز إلكتروني ضوئي مثل الصمام الثنائي الباعث للضوء ، أو صمام الليزر الثنائي ، أو المُعدِّل . قد يتضمن ذلك إما محاذاة الليف بدقة ووضعه في تماس مع الجهاز، أو استخدام عدسة للسماح بالاقتران عبر فجوة هوائية. عادةً، يكون حجم نمط الليف أكبر بكثير من حجم النمط في صمام الليزر الثنائي أو شريحة السيليكون البصرية . في هذه الحالة، يُستخدم ليف مخروطي أو مزود بعدسة لمطابقة توزيع مجال نمط الليف مع توزيع مجال العنصر الآخر. يمكن تشكيل العدسة الموجودة في نهاية الليف باستخدام التلميع، أو القطع بالليزر [ 103 ] ، أو اللحام بالانصهار.

في بيئة المختبر، يتم توصيل طرف الألياف المكشوفة باستخدام نظام إطلاق الألياف، الذي يستخدم عدسة مجهرية لتركيز الضوء بدقة متناهية. تُستخدم منصة تحريك دقيقة (طاولة تحديد المواقع الدقيقة) لتحريك العدسة أو الألياف أو الجهاز لتحسين كفاءة التوصيل. تُسهّل الألياف المزودة بموصل في نهايتها هذه العملية بشكل كبير: حيث يتم توصيل الموصل ببساطة بمُجمِّع ألياف ضوئية مُحاذى مسبقًا، والذي يحتوي على عدسة إما مُثبَّتة بدقة على الألياف أو قابلة للتعديل. لتحقيق أفضل كفاءة حقن في ألياف أحادية النمط، يجب تحسين اتجاه الشعاع وموضعه وحجمه وتباعده. مع التحسين الجيد، يمكن الوصول إلى كفاءة توصيل تتراوح بين 70 و90%.

باستخدام ألياف أحادية النمط مصقولة بدقة، يكون للشعاع المنبعث شكل غاوسي مثالي تقريبًا - حتى في المجال البعيد - عند استخدام عدسة جيدة. يجب أن تكون العدسة كبيرة بما يكفي لدعم الفتحة العددية الكاملة للألياف، ويجب ألا تُحدث أي انحرافات في الشعاع. تُستخدم العدسات اللاكروية عادةً.

فيوز الألياف

عند شدة ضوئية تتجاوز ميغاواطين لكل سنتيمتر مربع، قد يحدث انصهار للألياف عند تعرضها لصدمة أو تلف مفاجئ . يؤدي انعكاس الضوء الناتج عن التلف إلى تبخير الألياف مباشرةً قبل انقطاعها، ويبقى هذا العيب الجديد عاكسًا، مما يسمح للتلف بالانتشار عائدًا نحو جهاز الإرسال بسرعة تتراوح بين 1 و3 أمتار في الثانية (4-11  كم/ساعة، 2-8  ميل/ساعة). [ 104 ] [ 105 ] كما يمكن لنظام التحكم في الألياف المفتوحة ، الذي يضمن سلامة العين الليزرية في حالة انقطاع الألياف، أن يوقف انتشار انصهار الألياف بفعالية. [ 106 ] في حالات مثل الكابلات البحرية، حيث قد تُستخدم مستويات طاقة عالية دون الحاجة إلى التحكم في الألياف المفتوحة، يمكن لجهاز حماية انصهار الألياف الموجود في جهاز الإرسال قطع الدائرة لتقليل الضرر.

التشتت اللوني

رتب التشتت في السيليكا المنصهرة. GDD: تشتت تأخير المجموعة، TOD: تشتت من الرتبة الثالثة، FOD: الرتبة الرابعة، FiOD: الرتبة الخامسة، SiOD: الرتبة السادسة، SeOD: الرتبة السابعة، EOD: الرتبة الثامنة، NOD: الرتبة التاسعة، TeOD: الرتبة العاشرة [ 107 ] [ 108 ]

يتغير معامل انكسار الألياف قليلاً بتغير تردد الضوء، كما أن مصادر الضوء ليست أحادية اللون تمامًا. ينشأ التشتت اللوني من بنية الموجه الضوئية للألياف وخصائص تشتت الزجاج نفسه، وعادةً ما يكون التأثير الأخير هو السائد. يؤدي تعديل مصدر الضوء لنقل الإشارة إلى توسيع نطاق تردد الضوء المنقول قليلاً. ونتيجةً لذلك، وعلى مسافات طويلة وبسرعات تعديل عالية، قد تستغرق أجزاء مختلفة من الضوء أوقاتًا متفاوتة للوصول إلى جهاز الاستقبال، مما يجعل الإشارة في النهاية غير قابلة للتمييز. [ 109 ] يمكن التغلب على هذه المشكلة بعدة طرق، منها استخدام مُكرِّرات إضافية واستخدام طول قصير نسبيًا من الألياف ذات تدرج معاكس في معامل الانكسار .

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ بما في ذلك الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية .
  2. ↑ يُعوض هذا التأثير بحساسية الألياف لإشعاع غاما المنبعث من السلاح. يتسبب إشعاع غاما في زيادة التوهين البصري بشكل ملحوظ أثناء انفجار أشعة غاما نتيجة لتعتيم المادة، يليه انبعاث وميض ضوئي ساطع من الألياف نفسها أثناء عملية التلدين. يعتمد زمن التلدين ومستوى التوهين المتبقي على مادة الألياف ودرجة حرارتها. انظر: تأثيرات الإشعاع على الألياف البصرية
  3. ↑ في هذه الحالة، من المحتمل أن تسلك الألياف مسارًا أطول، وستكون هناك تأخيرات إضافية بسبب تبديل معدات الاتصالات وعملية ترميز وفك ترميز الصوت على الألياف.
  4. ↑ قد يكون التحليل الكهرومغناطيسي مطلوبًا أيضًا لفهم السلوكيات مثل التبقع التي تحدث عندما ينتشر الضوء المتماسك في الألياف متعددة الأنماط.
  5. ↑ يمكن أيضًا نمذجة سلوك الألياف متعددة الأنماط ذات النواة الكبيرة باستخدام معادلة الموجة، مما يُظهر أن هذه الألياف تدعم أكثر من نمط انتشار واحد (ومن هنا جاءت التسمية). تتوافق نتائج هذه النمذجة للألياف متعددة الأنماط تقريبًا مع تنبؤات البصريات الهندسية، إذا كانت نواة الألياف كبيرة بما يكفي لدعم أكثر من بضعة أنماط.
  6. ↑ بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب أطوال موجية طيفية، وخاصة في أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (~ 2-7 ميكرومتر)، فإن البديل الأفضل هو الزجاج الفلوري مثل ZBLAN و I nF 3 .

مراجع

  1. ↑ سينيور، جون م.؛ جامرو، م. يوسف (2009). اتصالات الألياف الضوئية: المبادئ والتطبيق . بيرسون للتعليم. ص 7-9 . ISBN  978-0130326812.
  2. ↑ "نشأة المناظير الليفية" . www.olympus-global.com . شركة أوليمبوس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2015 .
  3. ↑ لي، بيونغهو (2003). "مراجعة للوضع الحالي لأجهزة استشعار الألياف الضوئية". تكنولوجيا الألياف الضوئية . 9 (2): 57-79 . Bibcode : 2003OptFT...9...57L . doi : 10.1016/s1068-5200(02)00527-8 .
  4. ↑ "الألياف الضوئية" . www.thefoa.org . جمعية الألياف الضوئية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2015 .
  5. ↑ "تصنيع الألياف البصرية البلاستيكية المشبعة بالفلور" (ملف PDF) . chromisfiber.com. 2004. تاريخ الاسترجاع: 11 سبتمبر 2023 .
  6. ↑ كبار السن ، الصفحات 12-14
  7. ↑ بيرسال، توماس (2010). أساسيات الفوتونيات ( الطبعة الثانية). ماكجرو هيل. ISBN  978-0-07-162935-5أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 17 أغسطس 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 فبراير 2021 .
  8. ↑ دليل شراء صناعة وأنظمة البصريات . شركة النشر البصري. 1984.
  9. ↑ هانسبيرجر (19-10-2017). الأجهزة والأنظمة الضوئية . روتليدج. ISBN 9781351424844.
  10. ↑ فينلي، لورانس ج. (26 نوفمبر 2012). الأمن المادي الفعال ( الطبعة الرابعة). إلسيفير ساينس. ص 355. ISBN   9780124159815.
  11. ↑ سينيور ، ص 218
  12. ↑ كبار السن ، الصفحات 234-235
  13. ↑ «كرسي ناريندر سينغ كاباني في الإلكترونيات الضوئية» . ucsc.edu. مؤرشف من الأصل بتاريخ 21-05-2017 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 01-11-2016 .
  14. ↑ كولادون، جان دانيال (1842). "حول انعكاسات شعاع الضوء داخل تيار سائل مكافئ". Comptes Rendus .
  15. 1 2 بيتس، ريجيس جيه (2001). دليل التبديل البصري والشبكات . نيويورك: ماكجرو هيل. ص 10. ISBN  978-0-07-137356-2.
  16. ↑ تيندال، جون (1870). "الانعكاس الكلي" . ملاحظات حول الضوء .
  17. ↑ تيندال، جون (1873). ست محاضرات عن الضوء . نيويورك: دي. أبليتون.
  18. ↑ بيليس، ماري (11 مايو 2025). "كيف تم اختراع الألياف الضوئية" . موقع ThoughtCo . تم ​​الاطلاع عليه في 19 أبريل 2026 .
  19. 1 2 3 4 5 هيشت، جيف (2004). مدينة النور: قصة الألياف البصرية ( طبعة منقحة). مطبعة جامعة أكسفورد. الصفحات 55-70 . ISBN   9780195162554.
  20. ↑ هوبكنز، هـ. هـ؛ كاباني، ن. س. (1954). "منظار ليفي مرن، باستخدام المسح الثابت". مجلة نيتشر . 173 (4392): 39-41 . رمز Bibcode : 1954Natur.173...39H . doi : 10.1038/173039b0 . S2CID 4275331 . 
  21. ↑ تقنيتان بصريتان ثوريتان . معلومات علمية حول جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2009. Nobelprize.org. 6 أكتوبر 2009
  22. ↑ كانافي، شيفاناند. "كيف أضاعت الهند جائزة نوبل أخرى" . ريديف . تم الاسترجاع في 12 مايو 2025 .
  23. ↑ براءة اختراع DE رقم 1254513 ، مانفريد بورنر، "Mehrstufiges Übertragungssystem für Pulscodemodulation dargestellte Nachrichten."، صدر بتاريخ 16-11-1967، وتم تعيينه لشركة Telefunken Patentverwertungsgesellschaft mbH 
  24. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 3845293 ، بورنر، مانفريد، "نظام نقل كهروضوئي يستخدم الليزر" 
  25. ↑ كاميرا التلفزيون القمرية. خطة اختبار القبول قبل التركيب . ناسا. ١٢ مارس ١٩٦٨
  26. ↑ هيشت، جيف (1999). مدينة النور، قصة الألياف البصرية . نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد . ص 114. ISBN  978-0-19-510818-7.
  27. ↑ "بيان صحفي - جائزة نوبل في الفيزياء 2009" . مؤسسة نوبل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 أكتوبر 2009 . 
  28. ↑ هيشت، جيف (1999). مدينة النور، قصة الألياف البصرية . نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد . ص 271. ISBN  978-0-19-510818-7.
  29. ↑ "1971–1985 مواصلة التقاليد" . الجدول الزمني للابتكار في شركة جنرال إلكتريك . شركة جنرال إلكتريك . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 سبتمبر 2012 .
  30. ↑ «نبذة عن المؤلف – توماس منساه» . كتاب «الصفات الصحيحة تأتي باللون الأسود». مؤرشف من الأصل بتاريخ 2 يناير 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 مارس 2015 .
  31. ↑ "نبذة عن المدير التنفيذي: توماس أو. منساه" . بلومبيرغ. مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 فبراير 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 مارس 2015 .
  32. ↑ "توماس أو. منساه" . المعهد الأمريكي للمهندسين الكيميائيين. 20 نوفمبر 2015. تم الاطلاع عليه في 30 يوليو 2024 .
  33. ↑ كاتانيا، ب.؛ ميكيتي، ل.؛ توسكو، ف.؛ أوتشيني، إ.؛ سيلفستري، ل. (سبتمبر 1976). "أول تجربة إيطالية باستخدام كابل ألياف ضوئية مدفون" (ملف PDF) . وقائع المؤتمر الأوروبي الثاني للاتصالات الضوئية (II ECOC) . الصفحات 315-322 . تاريخ الاطلاع: 18 أغسطس 2022 . 
  34. ^ "15 سبتمبر 1977، تورينو، أول ستيسورا العالم دي أونا فيبرا أوتيكا في التدريب" . أرشيفيو ستوريكو تيليكوم إيطاليا . مؤرشف من الأصل بتاريخ 17-09-2017 . تم الاسترجاع 2017/02/15 .
  35. ^ "Springroove، il giunto per fibre ottiche brevettato nel 1977" . أرشيفيو ستوريكو تيليكوم إيطاليا . مؤرشفة من الأصلي بتاريخ 16-08-2016 . تم الاسترجاع 2017/02/08 .
  36. ↑ ميرز، آر جيه؛ ريكي، إل؛ بول، إس بي؛ باين، دي إن (30 يناير 1986). "ليزر ألياف قابل للضبط ذو عتبة منخفضة يعمل بموجة مستمرة ومفتاح Q عند 1.55 ميكرومتر" (ملف PDF) . رسائل الإلكترونيات . 22 (3): 159-160 . Bibcode : 1986ElL....22..159M . doi : 10.1049/el:19860111 .
  37. ↑ ميرز، آر جيه؛ ريكي، إل؛ جونسي، آي إم؛ باين، دي إن (10 سبتمبر 1987). "مضخم ألياف منخفض الضوضاء مطعّم بالإربيوم يعمل عند 1.54 ميكرومتر" (ملف PDF) . رسائل الإلكترونيات . 23 (19): 1026-1028 . Bibcode : 1987ElL....23.1026M . doi : 10.1049/el:19870719 . 
  38. ↑ ديسورفير، إي.؛ سيمبسون، ج.؛ بيكر، بي سي (1987). "مضخم ألياف عالي الكسب مُطعّم بالإربيوم ذو موجة متحركة". رسائل البصريات . 12 (11): 888-890 . Bibcode : 1987OptL...12..888D . doi : 10.1364/OL.12.000888 . PMID 19741905 . 
  39. ↑ راسل، فيليب (2003). "ألياف البلورات الضوئية". مجلة ساينس . 299 (5605): 358-362 . رمز Bibcode : 2003Sci...299..358R . doi : 10.1126/science.1079280 . PMID 12532007. S2CID 136470113 .  
  40. ↑ "تاريخ شركة كريستال فايبر إيه/إس" . شركة كريستال فايبر إيه/إس. مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 يوليو 2001. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أكتوبر 2008 .
  41. ↑ نايت، جيه سي؛ بروينغ، جيه؛ بيركس، تي إيه؛ راسل، بي. سانت جيه. (1998). "توجيه فجوة النطاق الضوئي في الألياف البصرية". مجلة ساينس . 282 (5393): 1476-1478 . رمز Bibcode : 1998Sci...282.1476K . doi : 10.1126/science.282.5393.1476 . PMID 9822375 . 
  42. ↑ ياو، س. (2003). "الاستقطاب في أنظمة الألياف: زيادة عرض النطاق الترددي" (ملف PDF) . دليل الفوتونيات . دار لورين للنشر. ص 1. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 11 يوليو 2011. 
  43. ↑ "جانيت تُقدّم أول خدمة أطوال موجية بسرعة 40 جيجابت في الثانية في أوروبا" . سيينا (بيان صحفي). 9 يوليو 2007. مؤرشف من الأصل في 14 يناير 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 أكتوبر 2009 .
  44. ↑ شركة NTT (29 سبتمبر 2006). "14 تيرابت في الثانية عبر ليف بصري واحد: عرض ناجح لأكبر سعة في العالم" (بيان صحفي). شركة نيبون للبرق والهاتف. مؤرشف من الأصل بتاريخ 21 سبتمبر 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 فبراير 2017 .
  45. ↑ ألفياد، م.س. وآخرون (2008). "نقل بيانات بسرعة 111 جيجابت/ثانية بتقنية POLMUX-RZ-DQPSK عبر 1140 كم من الألياف أحادية النمط القياسية مع جيران بسرعة 10.7 جيجابت/ثانية بتقنية NRZ-OOK" (ملف PDF) . وقائع مؤتمر ECOC 2008 ، ص. Mo.4.E.2. مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 4 ديسمبر 2013. تاريخ الاسترجاع: 17 سبتمبر 2013 .   
  46. ↑ ألكاتيل-لوسنت (29 سبتمبر/أيلول 2009). "مختبرات بيل تحطم الرقم القياسي في نقل البيانات الضوئية، حاجز 100 بيتابت في الثانية على مسافة كيلومتر واحد" . Phys.org (بيان صحفي). مؤرشف من الأصل في 9 أكتوبر/تشرين الأول 2009.
  47. ↑ هيشت، جيف (29 أبريل 2011). "الألياف البصرية فائقة السرعة تسجل رقماً قياسياً جديداً في السرعة" . مجلة نيو ساينتست . المجلد 210، العدد 2809، صفحة 24. رمز Bibcode : 2011NewSc.210R..24H . doi : 10.1016/S0262-4079(11)60912-3 . تاريخ الاسترجاع: 26 فبراير 2012 .   
  48. ↑ "شركتا NEC وCorning تحققان نقلًا ضوئيًا بسرعة بيتابت" . Optics.org. 22-01-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-01-2013 .
  49. ↑ بوزينوفيتش، ن.؛ يو، ي.؛ رين، ي.؛ تور، م.؛ كريستنسن، ب.؛ هوانغ، هـ.؛ ويلنر، أ.إ.؛ راماتشاندران، س. (2013). "تعدد الإرسال بتقسيم نمط الزخم الزاوي المداري على نطاق تيرابت في الألياف" ( ملف PDF) . مجلة ساينس . 340 (6140): 1545-1548 . رمز Bibcode : 2013Sci...340.1545B . doi : 10.1126/science.1237861 . PMID 23812709. S2CID 206548907. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 20 فبراير 2019.  
  50. ↑ "سرعات نقل بيانات تصل إلى بيتابت في الثانية من مصدر ضوئي واحد بحجم شريحة - DTU Electro" (بيان صحفي). الجامعة التقنية الدنماركية. 31 أكتوبر 2022. مؤرشف من الأصل في 12 يناير 2023.
  51. ↑ كرول، لوت (20 أكتوبر 2022). "رقم قياسي جديد في نقل البيانات" (بيان صحفي). الجامعة التقنية في الدنمارك . تاريخ الاسترجاع: 17 يونيو 2024 .
  52. ↑ "الرقم القياسي العالمي لسعة نقل البيانات عبر الألياف الضوئية يتضاعف إلى 22.9 بيتابت في الثانية | 2023" . المعهد الوطني لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات (NICT) . 
  53. ↑ "كيف تعمل طائرات الألياف الضوئية بدون طيار؟ كل ما تحتاج لمعرفته" . 9 يناير 2025. مؤرشف من الأصل في 4 مايو 2025. تم الاطلاع عليه في 4 مايو 2025 .
  54. هامبلينغ ، ديفيد. "طائرة روسية بدون طيار تعمل بالألياف الضوئية تتفوق على أي جهاز تشويش (تحديث: نسخة أوكرانية)" . فوربس . مؤرشف من الأصل بتاريخ 4 مايو 2025. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 مايو 2025 .
  55. ↑ هامبلينغ، ديفيد (2025-06-06). "عش طائر من الألياف الضوئية يبشر بصيف طائرات بدون طيار من الألياف في أوكرانيا" . فوربس .
  56. ↑ تريفيتيك، جوزيف؛ روغواي، تايلر (2024-03-08). "يبدو أن روسيا تستخدم الآن طائرات كاميكازي بدون طيار موجهة سلكيًا في أوكرانيا" . منطقة الحرب .
  57. ↑ "كيف تُستخدم الطائرات المسيّرة 'شبه غير قابلة للكشف' في الحرب في أوكرانيا" . يورونيوز . 1 سبتمبر 2024. تاريخ الاطلاع: 21 مايو 2025 .
  58. ↑ بارنز، جو (10 يناير 2025). "كيف صنعت روسيا طائرة بدون طيار "غير قابلة للتشويش" بلمسة كلاسيكية" . صحيفة التلغراف . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0307-1235 . 
  59. ↑ استخدام الألياف البصرية المشتتة لإضاءة النباتات (مؤرشف بتاريخ 7 سبتمبر 2006 في أرشيف الإنترنت)
  60. ↑ من الناحية الفنية، يمكن تسمية أي مزيج من استخدام الضوء الطبيعي والضوء الاصطناعي، مثل النوافذ البسيطة والمصابيح المتوهجة، بالإضاءة الهجينة، ولكن مصطلح "الإضاءة الهجينة" يُفهم عادةً على أنه يعني الإضاءة الشمسية الهجينة كما هو محدد هنا.
  61. ↑ ماكسي، كورت. "الألياف البصرية تجلب ضوء الشمس إلى الداخل." الإضاءة الشمسية الهجينة: 1.Photonics.com. موقع إلكتروني. 15 أكتوبر 2009.
  62. ↑ كوستوفسكي، ج.؛ ستودارت، ب. ر.؛ ميتشل، أ. (2014). "طرف الألياف البصرية: منصة مجهرية مقترنة بالضوء بطبيعتها لتقنيات النانو والميكرو". المواد المتقدمة . 26 (23): 3798-820 . Bibcode : 2014AdM....26.3798K . doi : 10.1002/adma.201304605 . PMID 24599822. S2CID 32093488 .  
  63. ↑ بانيكا، فلورينيل-غابرييل (2012). أجهزة الاستشعار الكيميائية وأجهزة الاستشعار الحيوية: الأساسيات والتطبيقات . تشيتشستر: جون وايلي وأولاده. الفصول 18-20. ISBN 978-0-470-71066-1.
  64. ↑ آنا باسانسكايا (1 أكتوبر 2005). "الكهرباء فوق الزجاج" . مجلة IEEE Spectrum .
  65. ↑ "إنجازٌ في مجال الخلايا الكهروضوئية يُحسّن نقل الطاقة عبر الألياف الضوئية" . المنتجات الإلكترونية . 1 يونيو 2006. مؤرشف من الأصل في 18 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 سبتمبر 2020 .
  66. ↑ آل مشكي، زيد؛ ميلينغ، بيتر جيه؛ طومسون، ماري أ. (يونيو 2001). "المراقبة الآنية في الموقع لتفاعل التخمر باستخدام مسبار FT-IR ذي الألياف البصرية" (ملف PDF) . علم الأطياف . 16 (6): 15.
  67. ↑ ميلينغ، بيتر؛ تومسون، ماري (أكتوبر 2002). "مراقبة التفاعلات في المفاعلات الصغيرة والأماكن الضيقة" (ملف PDF) . أخبار المختبرات الأمريكية .
  68. ↑ ميلينغ، بيتر جيه؛ تومسون، ماري (2002). "مجسات الألياف الضوئية لقياس الطيف في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة" (ملف PDF) . في تشالمرز، جون إم؛ غريفيثس، بيتر آر (محرران). دليل مطيافية الاهتزازات . وايلي.
  69. ↑ جوفيند، أغراوال (10 أكتوبر 2012). الألياف البصرية غير الخطية ( الطبعة الخامسة). دار النشر الأكاديمية. ISBN  978-0-12-397023-7.
  70. ↑ بوتكوفيتش، ماريا (8 أبريل 2018). "مقابلة مع إتش لي واينرايت، رائد المنسوجات الإلكترونية" . womenofwearables .
  71. 1 2 باشوتا، روديجر (9 ديسمبر 2006). "الألياف" . موسوعة فيزياء الليزر والتكنولوجيا . آر بي فوتونيكس . تم الاسترجاع في 22 فبراير 2015 .
  72. ↑ "تأثيرات النبضات الكهرومغناطيسية على البنية التحتية للاتصالات" (ملف PDF) . يناير 2024. عمومًا، تُعدّ كابلات الألياف الضوئية، التي تُشكّل معظم خطوط الهاتف لمسافات طويلة في الولايات المتحدة، أكثر مقاومةً للنبضات الكهرومغناطيسية من شبكات الخطوط المعدنية. مع ذلك، تعتمد هذه البنى التحتية السلكية على مُكرِّرات الإشارة لتضخيم الإشارة الضوئية؛ وفي حالة الكابلات البحرية، يعني هذا وضع مُكرِّرات الإشارة كل 60 إلى 70 كيلومترًا في قاع المحيط.
  73. ↑ غلوج، د. (1 أكتوبر 1971). "الألياف ذات التوجيه الضعيف" . البصريات التطبيقية . 10 (10): 2252-2258 . Bibcode : 1971ApOpt..10.2252G . doi : 10.1364/AO.10.002252 . PMID 20111311. تاريخ الاسترجاع: 21 ديسمبر 2023 . 
  74. 1 2 خرابكو، ر.؛ لوغونوف، س. ل.؛ لي، م.؛ ماثيوز، هـ. ب.؛ تاندون، ب.؛ تشو، س. (15-04-2024). "ألياف شبه أحادية النمط ذات توهين منخفض قياسي يبلغ 0.1400 ديسيبل/كم " . رسائل تقنية الفوتونات IEEE . 36 (8): 539-542 . Bibcode : 2024IPTL...36..539K . doi : 10.1109/LPT.2024.3372786 . ISSN 1041-1135 . 
  75. ↑ "ألياف كورنينج البصرية للغواصات" . Corning.com . شركة كورنينج . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 مارس 2024 .
  76. ↑ سميث، ر. ج. (1972). "قدرة معالجة الطاقة الضوئية للألياف البصرية منخفضة الفقد كما تم تحديدها بواسطة تشتت رامان وبريلوين المحفز". البصريات التطبيقية . 11 (11): 2489-94 . Bibcode : 1972ApOpt..11.2489S . doi : 10.1364/AO.11.002489 . PMID 20119362 . 
  77. ↑ باشوتا، روديجر (27 سبتمبر 2008). "تشتت بريلوين" . موسوعة فيزياء الليزر والتكنولوجيا . آر بي فوتونيكس.
  78. ↑ سكوجا، ل.؛ هيرانو، م.؛ هوسونو، هـ.؛ كاجيهارا، ك. (2005). "العيوب في الزجاج الأكسيدي". فيزيكا ستاتوس سوليدي سي . 2 (1): 15-24 . رمز Bibcode : 2005PSSCR...2...15S . doi : 10.1002/pssc.200460102 .
  79. ↑ غلايسيمان، جي إس (1999). "التطورات في القوة الميكانيكية وموثوقية الألياف البصرية". وقائع SPIE . CR73 : 1. Bibcode : 1999SPIE.CR73....3G .
  80. 1 2 كوركجيان، تشارلز ر.؛ سيمبكينز، بيتر ج.؛ إينيس، داريل (1993). "قوة وتدهور وطلاء موجهات الضوء السيليكية". مجلة الجمعية الأمريكية للخزف . 76 (5): 1106-1112 . doi : 10.1111/j.1151-2916.1993.tb03727.x .
  81. ↑ كوركجيان، سي (1988). "الاستقرار الميكانيكي للزجاج الأكسيدي". مجلة المواد الصلبة غير المتبلورة . 102 ( 1-3 ): 71-81 . Bibcode : 1988JNCS..102...71K . doi : 10.1016/0022-3093(88)90114-7 .
  82. ↑ كوركجيان، سي آر؛ كراوس، جيه تي؛ ماثيوسون، إم جيه (1989). "قوة وإجهاد الألياف البصرية المصنوعة من السيليكا". مجلة تكنولوجيا الموجات الضوئية . 7 (9): 1360-1370 . Bibcode : 1989JLwT....7.1360K . doi : 10.1109/50.50715 .
  83. ↑ كوركجيان، تشارلز ر.؛ جيبزلي أوغلو، عثمان س.؛ كامليبل، عرفان (1999). "تغيرات قوة ألياف السيليكا". في: ماثيوسون، م. جون (محرر). موثوقية الألياف الضوئية واختبارها . فوتونيات 99. وقائع SPIE . سلسلة مؤتمرات جمعية مهندسي الأجهزة الضوئية (SPIE). المجلد 3848. ص 77. Bibcode : 1999SPIE.3848...77K . doi : 10.1117/12.372757 . S2CID 119534094 .   
  84. ↑ سكونتورب، آرني (2000). غوبين، بيير ف؛ فريند، كليفورد م (محررون). الخصائص الميكانيكية غير الخطية للألياف البصرية المصنوعة من السيليكا . المؤتمر الأوروبي الخامس حول الهياكل والمواد الذكية. وقائع SPIE . المجلد 4073. ص 278. Bibcode : 2000SPIE.4073..278S . doi : 10.1117/12.396408 . S2CID 135912790 .   
  85. ↑ بروكتر، بكالوريوس الآداب؛ ويتني، آي؛ جونسون، جيه دبليو (1967). "قوة السيليكا المنصهرة". وقائع الجمعية الملكية أ . 297 (1451): 534-557 . رمز Bibcode : 1967RSPSA.297..534P . doi : 10.1098/rspa.1967.0085 . S2CID 137896322 . 
  86. ↑ بارتينيف، ج. (1968). "بنية وقوة الألياف الزجاجية". مجلة المواد غير المتبلورة . 1 (1): 69-90 . Bibcode : 1968JNCS....1...69B . doi : 10.1016/0022-3093(68)90007-0 .
  87. ↑ تران، د.؛ سيجل، ج.؛ بيندو، ب. (1984). "زجاج وألياف فلوريد المعادن الثقيلة: مراجعة". مجلة تكنولوجيا الموجات الضوئية . 2 (5): 566-586 . Bibcode : 1984JLwT....2..566T . doi : 10.1109/JLT.1984.1073661 .
  88. ↑ ني، سو-مي ف.؛ جونسون، ليندا ف.؛ موران، مارك ب.؛ بنتوني، جوني م.؛ داينو، ستيفن م.؛ تران، دان س.؛ بيلمان، كينيث و.؛ سياهاتجار، صادق (2000). "الخواص البصرية والسطحية لزجاج الأوكسي فلوريد" . المواد البصرية غير العضوية II . الندوة الدولية للعلوم والتكنولوجيا البصرية. وقائع SPIE . المجلد 4102. ص 122. Bibcode : 2000SPIE.4102..122N . doi : 10.1117/12.405276 . S2CID 137381989 .   
  89. ↑ كارابولوت، م.؛ ميلنيك، إ.؛ ستيفان، ر.؛ ماراسينغ، ج.ك.؛ راي، س.س.؛ كوركجيان، س.ر.؛ داي، د.إ. (2001). "الخواص الميكانيكية والبنيوية لزجاج الفوسفات". مجلة المواد غير المتبلورة . 288 ( 1-3 ): 8-17 . Bibcode : 2001JNCS..288....8K . doi : 10.1016/S0022-3093(01)00615-9 .
  90. ↑ كوركجيان، ج. (2000). "الخواص الميكانيكية لزجاج الفوسفات". مجلة المواد الصلبة غير المتبلورة . 263-264 ( 1-2 ): 207-212 . Bibcode : 2000JNCS..263..207K . doi : 10.1016/S0022-3093(99)00637-7 .
  91. ↑ شيريايف، ف.س.؛ تشوربانوف، م.ف. (2013). "اتجاهات وآفاق تطوير ألياف الكالكوجينيد لنقل الأشعة تحت الحمراء المتوسطة". مجلة المواد غير المتبلورة . 377 : 225-230 . Bibcode : 2013JNCS..377..225S . doi : 10.1016/j.jnoncrysol.2012.12.048 .
  92. ↑ جوار، جون (1993). أنظمة الاتصالات البصرية ( الطبعة الثانية). هيمبستيد، المملكة المتحدة: برنتيس هول. ص 209. ISBN   978-0-13-638727-5.
  93. ^ مانجالا ، إلياكيم (2022-05-15). "كاب كوانج" . تم الاسترجاع 2025-05-12 .
  94. ↑ كوزنيتسوف، د.؛ مولوني، ج. ف. (2003). "مضخم/ليزر ألياف ضوئية عالي الكفاءة، وعالي الكسب، وقصير الطول، وقابل لتوسيع الطاقة، يعمل بتقنية الصمام الثنائي غير المتماسك". مجلة IEEE للإلكترونيات الكمية . 39 (11): 1452-1461 . Bibcode : 2003IJQE...39.1452K . CiteSeerX 10.1.1.196.6031 . doi : 10.1109/JQE.2003.818311 . 
  95. ↑ خان، ذيشان؛ إسلام، سعيد؛ شاه، ريحان علي؛ خان، محمد الطاف؛ بونيا، إيبينيزر؛ جان، بلال؛ خان، أورنجزيب (2017-01-01). "تحليل طلاء الألياف البصرية ثنائي الطبقة في تدفق الموائع المغناطيسية الهيدروديناميكية المرنة اللزجة باستخدام عملية الطلاء الرطب على الرطب" . نتائج في الفيزياء . 7 : 107-118 . Bibcode : 2017ResPh...7..107K . doi : 10.1016/j.rinp.2016.11.062 . ISSN 2211-3797 . 
  96. 1 2 3 ماثيوسون، م. (1994). "تقنيات الاختبار الميكانيكي للألياف الضوئية" (ملف PDF) . موثوقية واختبار الألياف الضوئية . موثوقية واختبار الألياف الضوئية، 8-9 سبتمبر 1993، بوسطن، ماساتشوستس. المراجعات النقدية للعلوم والتكنولوجيا البصرية. المجلد CR50. جمعية مهندسي الأجهزة الكهروضوئية. الصفحات 32-59 . Bibcode : 1993SPIE10272E..05M . doi : 10.1117/12.181373 . S2CID 136377895. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 2019-05-02 . تم الاسترجاع في 2019-05-02 .   
  97. ↑ "تجميع الضوء ونشره" . منطقة المطورين في شركة ناشيونال إنسترومنتس . شركة ناشيونال إنسترومنتس. مؤرشف من الأصل في 25 يناير 2007. تم الاطلاع عليه في 19 مارس 2007 .
  98. ↑ هيشت، جيف (2002). فهم الألياف الضوئية ( الطبعة الرابعة). برنتيس هول. ISBN  978-0-13-027828-9.
  99. ↑ «تقرير فحص خطة الطاقة الريفية في ألاسكا» (ملف PDF) . قسم الشؤون المجتمعية والإقليمية في ألاسكا . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 8 مايو 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 أبريل 2006 .
  100. ↑ «كورنينج تعلن عن تقنية رائدة في مجال الألياف الضوئية» (بيان صحفي). شركة كورنينج . 23 يوليو 2007. مؤرشف من الأصل في 13 يونيو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 سبتمبر 2013 .
  101. ↑ أولزاك، توم (2007-05-03). "حماية شبكتك من اختراقات الألياف الضوئية" . تيك ريبابليك . سي نت. مؤرشف من الأصل في 2010-02-17 . تم الاطلاع عليه في 2007-12-10 .
  102. ↑ "المواد الهلامية البصرية تُحسّن موصلات ووصلات الألياف الضوئية" . مجلة لايتويف . 1999-10-01 . تاريخ الاسترجاع: 2025-05-12 .
  103. ↑ "عدسات الليزر" . شركة أوبتك سيستمز . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27 يناير 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 يوليو 2012 .
  104. ↑ أتكينز، آر إم؛ سيمبكينز، بي جي؛ يابلون، إيه دي (2003). "مسار فتيل الألياف: عدم استقرار رايلي في الموجهات الضوئية". رسائل البصريات . 28 (12): 974-976 . رمز Bibcode : 2003OptL...28..974A . doi : 10.1364/OL.28.000974 . PMID 12836750 . 
  105. ↑ هيتز، بريك (أغسطس 2003). "الكشف عن أصل مصطلح 'صمام الألياف'" . مجلة فوتونيكس سبكترا . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 مايو 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يناير 2011 .
  106. ↑ سيو، كوجي؛ وآخرون . (أكتوبر 2003). "تقييم قدرة التحمل العالية في وصلات الألياف الضوئية" (ملف PDF) . مجلة فوروكاوا (24): 17-22 . الرقم الدولي الموحد للدوريات 1348-1797 . تاريخ الاسترجاع: 5 يوليو 2008 .  
  107. ↑ بوبمينتشيف، ديميتار؛ بوبمينتشيف، تينيو؛ ستويف، فينتزيسلاف؛ وانغ، سيانغ؛ تشانغ، شياوشي (2022). "مجموعة بيانات للصيغة البصرية التحليلية لاه-لاغير للتشتت اللوني الاضطرابي" . فيغشير. doi : 10.6084/m9.figshare.19236792 . تاريخ الاسترجاع: 15 يوليو 2025 .
  108. ↑ بوبمينتشيف، ديميتار؛ تشانغ، شين؛ ستويف، فينتسيسلاف؛ بوبمينتشيف، تينيو؛ وانغ، شاوي (2022). "صيغة لاه-لاغير البصرية التحليلية للتشتت اللوني الاضطرابي" . أوبتكس إكسبرس . 30 (22): 40779-40808 . Bibcode : 2022OExpr..3040779P . doi : 10.1364/OE.457139 . PMID 36299007 . 
  109. ↑ جي بي أغراوال، أنظمة الاتصالات بالألياف الضوئية، وايلي-إنترساينس، 1997.

للمزيد من القراءة

  • أغراوال، جوفيند (2010). أنظمة الاتصالات بالألياف الضوئية (ملف PDF) (الطبعة الرابعة  ). وايلي. doi : 10.1002/9780470918524 . ISBN 978-0-470-50511-3.
  • غامبلينغ، واشنطن (2000). "صعود الألياف الضوئية المتواصل". مجلة IEEE للمواضيع المختارة في الإلكترونيات الكمومية . 6 (6): 1084-1093 . Bibcode : 2000IJSTQ...6.1084G . doi : 10.1109/2944.902157 . S2CID 23158230 . 
  • ميرابيتو، مايكل إم إيه؛ ومورغنسترن، باربرا إل، تقنيات الاتصالات الجديدة: التطبيقات والسياسات والتأثير ، الطبعة الخامسة. دار فوكال برس، 2004. ( ISBN) 0-240-80586-0).
  • ميتشكه ف.، الألياف البصرية: الفيزياء والتكنولوجيا ، سبرينغر، 2009 ( ISBN) 978-3-642-03702-3)
  • ناجل، إس آر؛ ماكشيني، جيه بي؛ ووكر، كيه إل (1982). "نظرة عامة على عملية الترسيب الكيميائي للبخار المعدل (MCVD) وأدائها". مجلة IEEE للإلكترونيات الكمية . 30 (4): 305-322 . Bibcode : 1982ITMTT..30..305N . doi : 10.1109/TMTT.1982.1131071 . S2CID 33979233 . 
  • راجيف راماسوامي؛ كومار سيفاراجان؛ جالين ساساكي (27 نوفمبر 2009). الشبكات الضوئية: منظور عملي . مورغان كوفمان. ISBN 978-0-08-092072-6.
  • فريدمان، توماس ل. (2007). العالم مسطح . بيكادور. ISBN 978-0-312-42507-4.يتناول الكتاب كيف ساهمت الألياف الضوئية في العولمة ، وكيف أحدثت ثورة في الاتصالات والأعمال التجارية وحتى توزيع رأس المال بين الدول.
  • GR-771، المتطلبات العامة لوصلات الألياف الضوئية ، Telcordia Technologies، الإصدار 2، يوليو 2008. يناقش وصلات الألياف الضوئية والأجهزة المرتبطة بها والتي تهدف إلى استعادة السلامة الميكانيكية والبيئية لكابل ألياف واحد أو أكثر يدخل في العلبة.