بناء كابلات الألياف الضوئية: تحليل شامل

هل تساءلت يومًا ما الذي يجعل كابلات الألياف الضوئية هل كابلات الألياف الضوئية أفضل من أسلاك النحاس التقليدية؟ إذا كان الأمر كذلك، فتذكر أن كابلات الألياف الضوئية مصنوعة من أنوية زجاجية عالية الجودة وأغلفة واقية بيئيًا، مما يجعلها تتحمل جميع الظروف، من توصيلات الشبكات المنزلية إلى الوصلات تحت الماء. في هذه المقالة، سنناقش بالتفصيل تركيب كابلات الألياف الضوئية ونستعرض التحديات التي قد تواجهها. لذا، تابع القراءة لمعرفة لماذا تُعدّ هذه الكابلات العمود الفقري للاتصالات في العالم.

الشكل رقم 1: بناء كابل الألياف الضوئية

1) مكونات ومواد الألياف البصرية 

كابلات الألياف الضوئية قد تبدو رقيقة وهشة. ومع ذلك، فهي تتكون من مكونات عديدة، كل منها مصنوع من مواد متطورة لضمان نقل سريع وموثوق للبيانات. فلنبدأ بشرحها!

i) النواة: قلب كابل الألياف

ال جوهر هو الجزء الأساسي في كابل الألياف الضوئية. وهو مسؤول عن نقل الإشارات الضوئية (البيانات) ونقلها بسرعة قريبة من سرعة الضوء. علاوة على ذلك، تُحدد جودة النواة المسافة والسرعة التي يمكن قطعها بأقل خسارة. هناك نوعان رئيسيان من الأنوية المستخدمة في الألياف الضوئية:

أ) الزجاج (لب السيليكا): تتكون هذه الألياف الزجاجية من زجاج السيليكا عالي النقاء (SiO₂)، وهو النوع المستخدم في معظم اتصالات الاتصالات والإنترنت. تتيح هذه الألياف نقل البيانات لمسافات تصل إلى مئات الكيلومترات مع أدنى حد من فقدان الإشارة.

ب) البلاستيك البصري (POF): هذا النوع من الألياف مصنوع من بلاستيك أقل تكلفة، ويفقد الإشارة أسرع من الألياف الزجاجية. ومع ذلك، فهو مناسب للتطبيقات قصيرة المدى، مثل أنظمة الترفيه المنزلي أو المركبات.

علاوةً على ذلك، لتحسين التحكم في انتشار الضوء في النواة، تُضاف مواد متخصصة من خلال عملية تُعرف باسم التنشيط. على سبيل المثال؛ 

• الجرمانيوم (GeO₂): مركب يساعد على زيادة معامل الانكسار والاحتفاظ بالضوء في القلب.

• الفوسفور (P₂O₅): كما أنه يعمل على تعزيز ميزات الزجاج لزيادة متانة وأداء الألياف. 

الشكل رقم 2 المكونات الرئيسية للألياف الضوئية 

ii) طبقة الكسوة

يُحاط كل نواة من الألياف الضوئية بطبقة عازلة، وهي بالغة الأهمية لأنها تمنع فقدان الضوء من النواة. وتعمل هذه الطبقة بفضل ظاهرة تُعرف بالانعكاس الداخلي الكلي، أي أن الضوء في نواة الألياف لا يتسرب، بل ينعكس عن جوانب النواة ويستمر في السير للأمام.

بخلاف النواة، يُصنع الكسوة من نوع مختلف من زجاج السيليكا ذي معامل انكسار أقل. يضمن هذا الاختلاف في معامل الانكسار عدم تسرب الإشارات الضوئية من الألياف، مما يُتيح انتشارها لمسافات طويلة دون أي انقطاع.

ثالثا) طلاء عازل

طبقة العزل هي الطبقة الخارجية الواقية للألياف. في غياب هذه الطبقة، تصبح الألياف هشة للغاية ولا تتحمل أي ضغط. تحمي طبقة العزل من الرطوبة والمواد الكيميائية والإجهاد الفيزيائي. من المواد الشائعة المستخدمة في طلاء العزل:

• أكريلات: طلاء أكثر مرونة وخفيف الوزن، وبالتالي فهو مفيد في معظم التطبيقات. 

• بوليميد: يتم استخدامه في مجال الطيران والتطبيقات الصناعية الأخرى ذات درجات الحرارة المرتفعة بسبب خصائصه المقاومة للحرارة.

2) طبقات التعزيز والحماية في الكابلات البصرية

	غاية	مواد	الفوائد الرئيسية
أعضاء القوة	يمنع التمدد والكسر	كيفلر®، قضبان فولاذية، زجاج	يزيد من المتانة والمرونة
السترة الخارجية	دروع من الحرائق والأشعة فوق البنفسجية والمواد الكيميائية	بولي كلوريد الفينيل، LSZH، البولي يوريثين	يعزز السلامة وطول العمر
العزل المائي	يمنع أضرار الرطوبة	مملوء بالهلام، ذو قلب جاف	يطيل العمر الافتراضي في الظروف الرطبة
التدريع	يحمي من الصدمات والقوارض	شريط فولاذي، درع من الألومنيوم	يضمن المتانة في البيئات القاسية

3) عملية تصنيع كابلات الألياف الضوئية

يُشبه تصنيع كابلات الألياف الضوئية إنشاء طريق سريع مثالي للإشارات الضوئية. يجب اتباع الخطوات المذكورة أدناه بدقة عالية لضمان سرعة ووضوح الاتصالات. لننتقل الآن إلى الإجراءات التفصيلية.  

الخطوة 1: صنع القالب – المخطط التفصيلي

يبدأ بناء كابل الألياف الضوئية بتشكيل مسبق، وهو قضيب زجاجي سميك فائق النقاء يُمدد ليشكل ليفًا. يستخدم القضيب مادة فائقة النقاء وضوءًا، مما يمنع تشتت الضوء الساقط.  

الخطوة 2: الرسم – تمديده بشكل رقيق

الآن، يمكنك وضع القالب الأولي في فرن مُسخّن إلى أكثر من ٢٠٠٠ درجة مئوية، وتحويله إلى النتيجة المطلوبة. أثناء صب الزجاج المنصهر، يُمدّد بعناية حتى يصبح سمكه مائة وخمسة وعشرين ميكرونًا (ميكرومتر)، أي بسمك شعرة الإنسان! 

للحماية والمرونة، يُوضع طلاء سائل فورًا بعد التمدد. كما يُستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتصلب الطلاء فورًا، مما يضمن متانة الألياف وخلوها من أي تشققات. 

الشكل رقم 3 عملية تصنيع الألياف الضوئية

الخطوة 3: تجميع الكابلات – إضافة الحماية

تزيد إضافة طبقات إضافية من معدل بقاء الألياف ومتانتها، مما يسمح لها بتحمل الظروف الطبيعية. ويمكن تحقيق ذلك من خلال وضع طبقات مدروسة. على سبيل المثال، 

• أولاً، يتم وضع الألياف داخل أنابيب عازلة للحماية من الرطوبة والانحناء. 

• بعد ذلك، يتم استخدام قضبان Kevlar® أو الفولاذ كعناصر قوة لمنع التمدد والانكسار. 

• بعد ذلك، يُستخدم غلاف خارجي مصنوع من PVC أو LSZH أو البولي يوريثان. يحمي هذا الغلاف الهيكل من الماء والحريق والأضرار الأخرى. 

وأخيرًا، بالنسبة للكابلات متعددة النواة، يتم استخدام عدة طبقات واقية إلى جانب حزمة متعددة الألياف، مما يسمح بتخصيص إضافي.

الخطوة 4: إجراءات مراقبة الجودة: الخطوات النهائية نحو الكمال

قبل تجهيز هذه الكابلات للاستخدام، تخضع لسلسلة اختبارات شاملة لتقييم أدائها في ظروف متنوعة. وفيما يلي الاختبارات المحددة التي أُجريت:

اختبار التوهين: يقوم هذا الاختبار بتقييم درجة التوهين يحدث ذلك للإشارة الضوئية أثناء مرورها عبر الألياف الضوئية. يبقى الهدف فقدان إشارة بحد أقصى قدره 0.2 ديسيبل/كم، وهي قيمة منخفضة للغاية، مما يزيد من وضوح وسرعة نقل البيانات.

? اختبار قوة الشد: يُشَدَّد كابل الألياف الضوئية بقوة عالية لاختبار نقطة انكساره. هذا يضمن قدرة الكابل على تحمل التمدد أثناء التركيب دون تكسر.

الشكل رقم 4 اختبارات جودة الألياف الضوئية

? اختبار مقاومة السحق: تُطبّق أحمال ساكنة على الكابل لمحاكاة سيناريوهات واقعية، مثل دفنه تحت الأرض أو مرور المركبات فوقه. يجب أن يبقى الألياف سليمًا ويواصل نقل الإشارات دون انقطاع.

? اختبار درجة الحرارة والإجهاد البيئي: يتعرض الكابل لدرجات حرارة عالية ومنخفضة، بالإضافة إلى ظروف رطبة، لتقييم تمدده وانكماشه بمرور الوقت. هذا يضمن أداءً فعالاً بغض النظر عن بيئة التركيب، سواءً في الصحاري أو الجبال أو أعماق البحار.

بعد أن تكمل كابلات الألياف الضوئية اختباراتها، تصبح جاهزة للشحن والتركيب، مما يتيح إنترنت سريع وموثوق، ومكالمات هاتفية، ونقل بيانات لملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم!

4) اختلافات البناء لتطبيقات مختلفة

تختلف هذه التعديلات لكابلات الألياف الضوئية باختلاف موقع استخدامها. دعونا نستكشف هذه الاختلافات.

• الكابلات البصرية الداخلية مقابل الكابلات البصرية الخارجية

• داخلي: تتطلب المباني استخدام الكابلات الداخلية تتميز هذه المواد بالأمان والمرونة. ولزيادة مقاومة الحريق، يُصنع الغلاف الخارجي عادةً من مادة PVC أو LSZH (منخفض الدخان وخالي من الهالوجين). كما أن خفة وزنها تُسهّل تركيبها في الأماكن الضيقة.

• في الهواء الطلق: الكابلات الخارجية تواجه الكابلات ظروفًا قاسية، لذا فهي تحتاج إلى حماية إضافية. على سبيل المثال، تُستخدم مواد خفيفة الوزن مقاومة للأشعة فوق البنفسجية والماء في ارتداء هذه السترة. كما تساعد المواد الليفية داخل بعض الكابلات، والتي تعمل كعازل للهلام أو الماء، في منع تآكلها بسبب الرطوبة.

الشكل رقم 5 كابلات الألياف المدرعة الخارجية

• الكابلات الهوائية والأرضية

تتطلب الكابلات المكشوفة المعلقة بين الأعمدة دعمًا إضافيًا من خلال أسلاك توصيل قوية. تحمي هذه الأسلاك من الانحناء والانكسار أثناء هبوب الرياح القوية.

يُعدّ التدريع تحت الأرض المصنوع من الفولاذ أو الألومنيوم مثاليًا لحماية الكابلات من الأوساخ والصخور والضغط. كما تتوفر طبقات مقاومة للماء أكثر سمكًا تمنع الرطوبة، مما يُمكّن البعض من الاستغناء عن هذه المواد.

• كابلات شريطية عالية الكثافة

بالنسبة لمواقع مراكز البيانات التي تتطلب آلاف الثواني في مساحة صغيرة، تجمع كابلات الشريط عددًا كبيرًا من الثواني على شكل شريط. فهي تُمكّن من التوصيل السريع والبسيط، مما يُسهّل التركيب. قد تكون صغيرة الحجم، لكن كمية البيانات التي يُمكن نقلها في وقت واحد هائلة!

5) التحديات في بناء الكابلات البصرية

قد يبدو بناء كابلات الألياف الضوئية سهلاً، إلا أنه ينطوي على تحديات صعبة. إليك بعضًا من أبرزها:  

? تحقيق مستوى عال من النقاء داخل النواة: لضمان نقل إشارة مثالي، يجب أن تكون الألياف مصنوعة من زجاج نقي بنسبة 99.9999%. أي شوائب قد تؤثر سلبًا على جودة الإشارة، مما يؤدي إلى بطء سرعة الإنترنت واتصال المكالمات الهاتفية.  

? الحفاظ على المرونة والصلابة: يُمكّن الجمع بين هذه العوامل من أداء فعال. يجب أن تحافظ الكابلات على مرونتها الفائقة أثناء الانحناء، وقوتها الفريدة أثناء تحمّل التمدد والانكسار والالتواء.  

? البيئات القاسية والتحكم في درجة الحرارة: توجد هذه الكابلات عادةً على كابلات الألياف الضوئية، ويمكن العثور عليها في أماكن متعددة، بدءًا من الجبال المتجمدة وصولًا إلى الصحاري المرتفعة. تسمح هذه الكابلات بالتمدد والانكماش دون تشقق، كما أنها تحميها من التلف الناتج عن الماء المكشوف والثلج والحرارة. علاوة على ذلك، فإن تعريضها لدرجات حرارة تتراوح بين -40 و80 درجة مئوية يسمح لها بالحفاظ على مرونتها، مما يمنحها قوة أكبر لتحمل درجات الحرارة القصوى.

? التكلفة العالية وتعقيد التصنيع: يتطلب بناء كابلات الألياف الضوئية آلات متطورة ودقيقة ومكلفة. ويُعتبر تصنيع هذه الألياف عمليةً متكاملة؛ فخطأ واحد قد يُعطل جميع الألياف!

6) الخاتمة  

يركز بناء كابلات الألياف الضوئية على السرعة إلى جانب المتانة. صُمم هيكلها بالكامل، بدءًا من النواة الزجاجية وانتهاءً بالغلاف الواقي، لنقل الاتصالات إلى المستخدم بسرعة ووضوح. ومع تطور التكنولوجيا، تتطور الألياف الضوئية أيضًا. لذا، إذا كنت ترغب في ترقية شبكتك، فإليك الحل الأمثل. ألياف ديكامنحن متخصصون في إنتاج حلول الألياف المخصصة. تواصل معنا اليوم!