الألياف الضوئيةالاتصالات، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، والاتصالات الراديوية هي الركائز الثلاث لشبكات الاتصالات الحديثة، مع الألياف الضوئية
يعتبر الاتصال الدعامة الأساسية نظرًا لمزاياه العديدة المهمة
تاريخ اتصالات الألياف الضوئية
إن استخدام الضوء للتواصل ليس مفهومًا جديدًا تمامًا. يعد استخدام بلدي للأبراج الإرشادية لأجهزة الإنذار في العصور القديمة مثالًا رئيسيًا للاتصال البصري المرئي، ويمكن اعتبار استخدام الأوروبيين لإشارات العلم لنقل المعلومات بمثابة أشكال بدائية للاتصال البصري.
يمكن إرجاع شكل الاتصال البصري الحديث إلى الهاتف البصري الذي اخترعه ألكسندر جراهام بيل في عام 1880. فقد استخدم ضوء الشمس كمصدر للضوء، حيث قام بتركيز الشعاع على مرآة تهتز أمام جهاز الإرسال، مما أدى إلى تغير شدة الضوء مع الصوت، وبالتالي تعديل شدة الضوء. في الطرف المتلقي، عكست مرآة مكافئة شعاع الضوء من الغلاف الجوي إلى البطارية، وعملت بلورة السيلينيوم كمستقبل بصري، حيث حولت الإشارة الضوئية إلى تيار كهربائي، وبالتالي نجحت في نقل الإشارات الصوتية عبر الغلاف الجوي. نظرًا لعدم وجود مصدر ضوء مثالي ووسيط إرسال في ذلك الوقت، كان لهذا الهاتف البصري مسافة إرسال قصيرة جدًا ولم يكن له أي تطبيق عملي، وبالتالي كان تطويره بطيئًا. ومع ذلك، ظل الهاتف البصري اختراعًا عظيمًا، حيث أثبت جدوى استخدام الموجات الضوئية كموجات حاملة لنقل المعلومات. لذلك، يمكن القول أن هاتف بيل البصري كان النموذج الأولي للاتصالات البصرية الحديثة.
لقد أتاح اختراع المصباح بناء أنظمة اتصالات بصرية بسيطة واستخدامها كمصادر للضوء، مثل الاتصال بين السفن وبين السفن واليابسة، وإشارات انعطاف السيارات، وإشارات المرور. في الواقع، أي نوع من أضواء المؤشر هو نظام اتصال بصري أساسي. في كثير من الحالات، يمكن استخدام الثنائيات الباعثة للضوء الفلوريسنت عريض النطاق (LEDs) كمصادر للضوء. في عام 1960، اخترع الأمريكي روبرت ميمان أول ليزر ياقوتي، والذي، إلى حد ما، حل مشكلة مصادر الضوء وجلب أملًا جديدًا للاتصالات البصرية. بالمقارنة مع الضوء العادي، فإن الليزر له عرض طيفي ضيق، واتجاهية ممتازة، وسطوع عالي للغاية، وخصائص جيدة للتردد والطور المتسقين نسبيًا. يعتبر الليزر ضوءًا متماسكًا للغاية، وتشبه خصائصه موجات الراديو، مما يجعله ناقلًا ضوئيًا مثاليًا. بعد ليزر الياقوت، ظهر ليزر النيتروجين- الهيدروجين (He-Ne) وليزر ثاني أكسيد الكربون (CO2) وتم تطبيقهما عمليًا. كان اختراع الليزر وتطبيقه بمثابة بداية حقبة جديدة للاتصالات البصرية، والتي كانت خاملة لمدة 80 عامًا.
منذ أن اقترح كاو كوين مفهوم الألياف الضوئية كوسيلة نقل في عام 1966، تطورت اتصالات الألياف الضوئية بسرعة من البحث إلى التطبيق، مع الترقيات التكنولوجية المستمرة، والتحسين المستمر لقدرات الاتصال (معدل الإرسال ومسافة الترحيل)، وتوسيع نطاق التطبيق.
المراحل الخمس لاتصالات الألياف الضوئية
كانت المرحلة الأولى هي فترة التطوير من البحث الأساسي إلى التطبيق التجاري. بدءًا من عام 1976، وفي أعقاب وتيرة البحث والتطوير، وبعد العديد من الاختبارات الميدانية، تم رسميًا وضع الجيل الأول من نظام الموجات الضوئية-الذي يعمل بطول موجي 0.8 ميكرومتر رسميًا في التطبيق التجاري في عام 1978.
وكانت المرحلة الثانية هي فترة التطبيق العملي، بهدف البحث المتمثل في تحسين معدل الإرسال وزيادة مسافة الإرسال، وتعزيز تطبيقه بقوة.
ركزت المرحلة الثالثة على السعة الفائقة-والمسافة الطويلة جدًا-، مع البحث الشامل والمتعمق-في التقنيات الجديدة. خلال هذه الفترة، تم تحقيق تشتت يبلغ 1.55 ميكرومتر-اتصال بالألياف الضوئية أحادي الوضع-متغير. يستخدم نظام اتصالات الألياف الضوئية هذا تقنية التعديل الخارجي، مما يحقق معدلات إرسال تبلغ 2.5-10 جيجابت/ثانية ومسافات إرسال بدون تكرار تبلغ 100-150 كم. ويمكن تحقيق مستويات أعلى في المختبر.
تتميز المرحلة الرابعة من أنظمة اتصالات الألياف الضوئية باستخدام المضخمات الضوئية لزيادة مسافات المكرر واستخدام تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) لزيادة معدل البت ومسافات المكرر. نظرًا لأن هذه الأنظمة تستخدم أحيانًا مخططات الفرق- الفارغة أو غير المتجانسة، فإنها تسمى أيضًا أنظمة الاتصالات البصرية المتماسكة.
تعتمد المرحلة الخامسة من أنظمة اتصالات الألياف الضوئية على الضغط غير الخطي لإلغاء توسيع تشتت الألياف، وتحقيق النقل المطابق لإشارات النبض الضوئية، والمعروف أيضًا باسم اتصال سوليتون البصري. وقد امتدت هذه المرحلة على مدى 20 عامًا وحققت تقدمًا رائدًا.
تطبيقات اتصالات الألياف الضوئية الحديثة
يمكن للألياف الضوئية نقل الإشارات الرقمية والتناظرية. وفي الوقت الحالي، تعتمد 90% من خدمات الاتصالات العالمية على نقل الألياف الضوئية. مع تطور تكنولوجيا اتصالات الألياف الضوئية، قامت العديد من البلدان في جميع أنحاء العالم بدمج أنظمة اتصالات الألياف الضوئية في شبكات الاتصالات العامة وشبكات الترحيل وشبكات الوصول.
تتطور شبكات النقل الأساسية ذات النطاق العريض للألياف الضوئية وشبكات الوصول بسرعة وهي حاليًا المحور الرئيسي للبحث والتطوير والتطبيق. ويمكن تلخيص التطبيقات المختلفة لاتصالات الألياف الضوئية على النحو التالي:
(1) شبكات الاتصالات:تستخدم اتصالات الألياف الضوئية على نطاق واسع في شبكات الاتصالات وأصبحت الطريقة السائدة للاتصالات الحديثة.
(2) تشكل شبكات الكمبيوتر المحلية (LANs) والشبكات الواسعة (WANs) شبكة الإنترنت.
(3) شبكات الجذع والتوزيع لشبكات تلفزيون الكابل، والمحطات الأرضية الساتلية لأنظمة التلفزيون الصناعية، وخطوط الموجات الدقيقة، وأجهزة استقبال الهوائي، وما إلى ذلك.
(4) شبكات الألياف الضوئية للخدمات المتكاملة.
(5) أجهزة استشعار الألياف الضوئية. بالمعنى الدقيق للكلمة، أجهزة استشعار الألياف الضوئية لا تنتمي إلى مجال الاتصالات. ومع ذلك، تعد أجهزة استشعار الألياف الضوئية مجالًا مهمًا للغاية لتطبيق الألياف الضوئية.
