دليل المبتدئين لمواد الألياف البصرية

كابلات الألياف الضوئية لقد طوّرت التكنولوجيا أنظمة اتصالاتنا. إلا أن السر الحقيقي وراء سلاسة الاتصال يكمن في مادتها. على سبيل المثال، تستخدم معظم الألياف الضوئية خيوطًا رقيقة من الزجاج أو البلاستيك. تتميز هذه المواد بشفافيتها الفائقة وقوتها ومتانتها، مما يُمكّن من نقل الإشارات بشكل موثوق لمسافات طويلة. في هذه المقالة، سنناقش بالتفصيل جميع أنواع مواد الألياف الضوئية. لذا، تابع قراءة هذه المدونة واكتشف كيف يبقى العالم متصلًا.

الشكل رقم 1 مواد كابلات النار الضوئية

1) الفهم مواد الألياف البصرية

"تتكون مواد الألياف الضوئية من بوليمرات دقيقة الصنع (بلاستيك) أو زجاج (سيليكا) وهي شفافة للغاية وتسمح للضوء بالمرور من خلالها مع خسارة ضئيلة للغاية" 

• الميزات الرئيسية لمواد الألياف البصرية

• شفافية عالية: الزجاج (السيليكا) والبلاستيك شفافان للغاية، مما يسمح بمرور الضوء بأقل قدر من الفقد. وهذا يُؤدي إلى نقل بيانات فعال لمسافات بعيدة. 

• خفيفة الوزن ومرنة: الألياف الضوئية أخف بكثير من كابلات النحاس. علاوة على ذلك، فهي أسهل في الثني والدوران دون أن تنكسر، مما يُبسط عملية التركيب. بفضل خفة وزنها ومرونتها، تستطيع الألياف الضوئية التعامل ببراعة مع الأماكن الضيقة أو التركيبات المعقدة، مما يجعلها حلاً عمليًا لتوفير المساحة. 

• متانة وقوة عالية: تتميز الألياف الضوئية بعمر افتراضي طويل بفضل المواد القوية المستخدمة في تصنيعها، مثل الكيفلار، والطلاءات الواقية، والطبقات المقاومة للرطوبة. تقاوم هذه الكابلات العوامل الجوية والانحناء والصدمات. وعند العناية بها جيدًا، تدوم لعقود، وتظل حلاً موثوقًا بفضل طول عمرها.

• مقاومة للحرارة والنار: بعض المواد المستخدمة في كابلات الألياف الضوئية مصممة لتحمل الحرارة وحتى الحريق. وعلى عكس الكابلات المعدنية، لا تسخن الألياف الضوئية بشكل مفرط ولا تُصدر شرارات، مما يجعلها أكثر أمانًا للاستخدام في المباني والمصانع وغيرها من المناطق عالية الخطورة.

2) ما هي المواد؟ كابلات الألياف الضوئية مصنوع من؟

المواد المستخدمة في كابلات الألياف الضوئية يسمح بمرور الضوء لإرسال المعلومات. ولأن لكل جزء من كابل الألياف الضوئية وظيفة خاصة، يجب أن تكون المواد المستخدمة متينة وشفافة ومتينة. فلنتعمق أكثر!

i) المادة الأساسية: حيث ينتقل الضوء  

جوهر كابل الألياف الضوئية هو الجزء الشفاف المركزي الذي يمر عبره الضوء. يجب أن يكون مصنوعًا من مادة تسمح للضوء بالمرور عبره بأقل قدر من الفقد.  

• الزجاج (ألياف تعتمد على السيليكا): تستخدم معظم كابلات الألياف الضوئية زجاجًا عالي النقاء مصنوعًا من السيليكا (SiO₂). يتميز هذا الزجاج بشفافيته الفائقة، مما يسمح بنقل الضوء لمسافات طويلة دون فقدان قوته. يتطلب الإنترنت السريع والاتصالات بعيدة المدى استخدام الزجاج.    

• البلاستيك (الألياف البصرية البلاستيكية، POF): تستخدم بعض الكابلات البلاستيك بدلاً من الزجاج. تتميز هذه الألياف البلاستيكية بسهولة الاستخدام وتوفيرها للمرونة، مما يجعلها مناسبة للمسافات القصيرة، مثل شبكات المنازل وأنظمة السيارات. لكنها لا تعمل مع الشبكات طويلة المدى، لأن البلاستيك لا ينقل الضوء بكثافة الزجاج.

الشكل رقم 2: ما هي المواد التي يمكن استخدامها لصنع خيوط الألياف الضوئية؟

ii) مادة الكسوة: تحافظ على الضوء بالداخل  

الكسوة هي الغلاف الذي يحمل النواة. تمنع الضوء من التسرب عبر الألياف باستخدام الانعكاس الداخلي الكلي، مما يضمن بقاء الضوء داخل النواة.  

• الزجاج (الكسوة القائمة على السيليكا): للكابلات عالية الأداء، يُستخدم الغلاف الزجاجي لانخفاض معامل انكساره مقارنةً باللب، مما يزيد من سهولة انتقال الضوء.  

• الزجاج المضاف إليه الفلور: يؤدي إضافة الفلور إلى الزجاج الخاص إلى تقليل معامل الانكسار، مما يضمن إشارة أكثر وضوحًا من خلال تقليل فقدان الإشارة.  

• الكسوة القائمة على البوليمر: يُستخدم هذا النوع في بعض الألياف البصرية البلاستيكية (POF)، ويستخدم غطاءً بلاستيكيًا لتعزيز مرونته. لكن للأسف، يؤدي هذا إلى زيادة ضعف الإشارة، خاصةً على مسافات طويلة.  

ثالثا) الطلاء والتخزين المؤقت: الحماية من التلف  

بسبب القطر المنخفض للكابلات، فهي تتطلب طبقة واقية للحماية من الخدوش والرطوبة والانحناء.  

• طلاءات البوليمر الأكريليتية: تُغلَّف معظم الألياف الضوئية بهذه البوليمرات لتوفير حماية إضافية من الرطوبة والغبار والانحناء. هذا يمنع تحطُّم النواة الزجاجية أو البلاستيكية.

• طلاءات البولي إيميد: وتغطي هذه الكابلات مجالات الآلات الفضائية والصناعية، وهي مصممة لتحمل درجات الحرارة القصوى أو البيئات الصعبة.

رابعا) مواد التقوية

لحماية الألياف الزجاجية الحساسة من الشد والانحناء والتلف الخارجي، تُستخدم مواد تقوية في كابلات الألياف الضوئية. الخيارات الأكثر شيوعًا هي:

• كيفلر يعتبر خيط الأراميد بسبب وزنه الخفيف ومرونته ومقاومته للتمدد. 

• في حالات التوتر الشديد، مثل كابل الألياف الضوئية الجوي والكابلات البحرية والأسلاك الفولاذية توفر متانة إضافية. 

• توفر عناصر القوة العازلة وقضبان الألياف الزجاجية الدعم الهيكلي مع الحفاظ على المرونة. 

تضمن هذه المواد قدرة الكابل على تحمل الظروف الجوية القاسية وقوى الشد أثناء التركيب. ويعتمد الاختيار الأمثل لمواد تقوية الألياف الضوئية على التطبيق، سواءً كان داخليًا أو خارجيًا أو صناعيًا.

علاوة على ذلك، شارك ستيف بلومنكرانز، وهو مهندس ميكانيكي ومستخدم في Qoura، مراجعاته لمواد الألياف البصرية. وذكر أن الزجاج المضاف إليه ثاني أكسيد الجيرمانيوم أو البلاستيك من المواد الشائعة الاستخدام.

3) مادة غلاف كابل الألياف الضوئية

غلاف كابل الألياف الضوئية هو الطبقة الخارجية التي تُحيط بالكابل وتحميه من مختلف الأضرار. فهو يحمي المكونات الداخلية الحساسة من الرطوبة والحرارة والمواد الكيميائية وأي تأثير مادي. 

عادةً ما تُصنع أغلفة الألياف الضوئية من مواد بلاستيكية متينة للغاية، مقاومة للخدش وتدوم طويلًا. من أهمها:

i) بولي فينيل كلوريد (PVC): بولي فينيل كلوريد هو بوليمر صناعي مصنوع من مونومرات كلوريد الفينيل من خلال عملية بلمرة. يتميز هذا النوع من مواد التغليف بأنه اقتصادي ومرن ومقاوم للحريق؛ ويُعد بولي فينيل كلوريد الخيار الأكثر شيوعًا. يوفر حماية موثوقة من أضرار الرطوبة وحتى التلف المادي البسيط، وهو مثالي للكابلات الداخلية مثل شبكات المكاتب أو اتصالات الإنترنت المنزلية. مع ذلك، لا يمكن استخدام بولي فينيل كلوريد في التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية، إذ يُطلق أبخرة سامة عند احتراقه.

الشكل رقم 3 مادة غلاف كابل الألياف

ii) البولي إيثيلين (PE): البولي إيثيلين (PE) هو نوع أخف من البوليمرات الحرارية البلاستيكية، يُصنع من مونومرات الإيثيلين. يُعدّ البولي إيثيلين مثاليًا للكابلات الخارجية والأرضية، نظرًا لمقاومته للماء والمواد الكيميائية والأشعة فوق البنفسجية. كما أنه لا يتحلل بسهولة في الظروف الجوية القاسية، ولذلك يُستخدم في كابلات الألياف الضوئية تحت الطرق والمناطق الصناعية وحتى تحت المحيطات.

ثالثا) منخفض الدخان وخالي من الهالوجين (LSZH): على عكس مادة PVC، لا تطلق بلاستيكات LSZH غازات سامة عند الاحتراق، مما يجعلها مثالية للمواقع الحساسة للسلامة مثل المستشفيات أو المدارس أو المناطق العامة المزدحمة. 

رابعا) الإيلاستومر الحراري البلاستيكي (TPE) والبولي يوريثين (PU): تتميز هذه المواد بمرونتها وقدرتها على التحمل، مما يسمح باستخدامها في الكابلات التي تنحني باستمرار، مثل تلك المستخدمة في الأذرع والمركبات الآلية. يُستخدم البولي يوريثان في التطبيقات الصناعية والعسكرية بفضل مقاومته الاستثنائية للزيوت والمواد الكيميائية والتآكل.  

5) كلمة الختام

باختصار، يُبرز تطوير الألياف الضوئية الابتكارات التي تحققت في مجال الاتصالات الحديثة عالية السرعة وبعيدة المدى. ومع ذلك، لا يمكن تحقيق ذلك إلا باختيار مواد عالية الجودة، وإلا فستكون هناك تكاليف صيانة وإصلاح. 

لذا، إذا كنت تريد شراء كابلات الألياف الضوئية عالية الجودة، إذن ألياف ديكام نوفر لكم أفضل الحلول المصممة خصيصًا لتلبية احتياجاتكم. لا تترددوا في الاطلاع على مجموعتنا الرائعة من المنتجات وعززوا شبكتكم اليوم!