استخدامات الليزر في الاتصالات

• ذات صلة
• أفضل نظام اتصالات
• استخدام البكرات

الليزر

يُعد الليزر LASER واحدًا من أهم الاختراعات التي طُوّرت خلال القرن العشرين؛ لأن له مجموعة متنوعة وهائلة من الاستخدامات في مجالات واسعة، أبرزها الإلكترونيات وأجهزة الكمبيوتر والطب والعلوم التجريبية وغيرها، ويشير اختصار ليزر إلى Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء عن طريق تحفيز انبعاث الإشعاع، الليزر لا يوجد في الطبيعة، ومع ذلك فقد اكتشف العلماء طرقًا للحصول على هذا النوع الخاص من الضوء بطرق اصطناعية، ويكون الليزر الناتج عبارة عن شعاع ضيق من الضوء ينتقل بصورة موجات لها أطوال موجية متطابقة وتردد متساوٍ، ونظرًا لأن ضوء الليزر يتركّز ولا ينتشر كثيرًا مثل ضوء المصباح اليدوي مثلًا، فقد أمكن لحزم الليزر السفر لمسافات طويلة جدًا، وأيضًا أصبح بالإمكان تركيز الكثير من الطاقة على مساحة صغيرة جدًا^[١].

استخدامات الليزر في الاتصالات

شكّل الليزر حجر الأساس لجميع أنواع التكنولوجيا الرقمية في القرن الحادي والعشرين، وفي كل مرة تذهب فيها للتسوق ويمر ماسح الباركود على مُشترياتك، فأنت تستخدم الليزر لتحويل الباركود المطبوع إلى رقم يمكن أن يفهمه جهاز الكمبيوتر المتصل بالجهاز، إضافةً إلى كابلات الألياف الضوئية، إذ يُستخدم الليزر على نطاق واسع في تقنية تسمى الضوئيات، وهي تستخدم فوتونات الضوء للتواصل^[٢]، وغيرها الكثير من الاستخدامات التي سنتطرق لها فيما يأتي:

• الألياف الضوئية: لقد أحدث الليزر ثورة في الطريقة التي نتواصل بها وهي مسؤولة إلى حد كبير عن ظهور عصر المعلومات، وتُعد شبكة الألياف البصرية التي تُمثّل جوهر الاتصالات الهاتفية البعيدة المدى والإنترنت من أهم العوامل في هذا العصر الجديد لنقل المعلومات، تعتمد هذه الشبكات على نقل المعلومات عبر الألياف الزجاجية أو البلاستيكية على شكل نبضات ضوء الليزر، إذ تتحول نبضات الضوء في وجهتها إلى إشارات كهربائية تُعبّر عن المعلومات، وقد حلّت أنظمة الألياف الضوئية بسرعة فائقة محل شبكات الأسلاك النحاسية الموجودة مسبقًا، فقد تميزت بمرونتها وتكلفتها الأقل وكفاءتها العالية ووضوح إشارتها وقدرتها المتزايدة على نقل أضعاف حجم البيانات مقارنةً بالأسلاك النحاسية، مما جعلها خيارًا ممتازًا لصناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية^[٣].
• تكنولوجيا المعلومات والاتصالات: نظرًا لأن الليزر يمكنه أن يحمل كميات كبيرة من المعلومات كنبضات، فقد وُظّف على نطاق واسع في صناعة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات، وتشمل الأمثلة على المجالات التي يستخدم فيها الليزر^[٣]:
  • التخزين وحفظ البيانات: يمكن لأجهزة الليزر قراءة المعلومات المشفرة كـ "حفر" مجهرية على الأقراص المضغوطة وأقراص DVD وBlu-Ray وغيرها من وسائط التخزين وكتابتها.
  • زيادة سرعة المعالج: يمكن أن توفر أشعة الليزر الصغيرة بديلًا عالي السرعة للترانزستورات، ويمكن استخدام الإشارات الضوئية لتوصيل الدوائر المتكاملة بسرعة الضوء، وكذلك توفير أساس لجيل جديد من الذاكرة ثلاثية الأبعاد.
• الليزر ديود (Laser Diode): ويُعد الليزر ديود من المكونات الرئيسية لأي أنظمة اتصالات ذات النطاق العريض، إذ تُستخدم كجهاز إرسال عالي السرعة في شبكات الألياف البصرية الرقمية والتناظرية، لضخ أشعة الليزر في مضخمات Erbium doped amplifiers، أو أشعة ليزر عالية الطاقة في مجال الاختبار والقياس، وتضُم الاتصالات البصرية أي شكل من أشكال الاتصالات التي تستخدم الضوء كوسيلة نقل للبيانات، ويتكون نظام الاتصال البصري من جهاز إرسال يشفر رسالة بصورة إشارة ضوئية وقناة تحمل الإشارة إلى وجهتها وجهاز استقبال يعيد إنتاج الرسالة من الإشارة الضوئية المستلمة^[٤].
• الاستخدامات العسكرية: بالنسبة لهم ستكون مثل هذه التقنية ذات أهمية كبيرة، فهي تُنافس الخدمات في زيادة الضغط على النطاق الترددي من الطيف الكهرومغناطيسي المزدحم، من أجل استيعاب المنصات غير المأهولة وأجهزة الاستشعار والأجهزة الأخرى التي تقدم مقاطع فيديو في الوقت الفعلي وغيرها من مجموعات البيانات الكبيرة، كما أن وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة للدفاع تبحث في تقليل الحجم والوزن والطاقة لمتطلبات الليزر التي يمكن استخدامها في الأسلحة وكذلك في الاتصالات ذات النطاق الترددي العالي^[٥].

ويمكنك أن تتخيل مدى أهمية الليزر في الاتصالات ونقل البيانات عندما تعلم أن فيسبوك يجرب حاليًا استخدام الليزر، بدلًا من الموجات الراديوية، لإجراء اتصالات أفضل للأقمار الصناعية الفضائية، مما قد يؤدي إلى ارتفاع معدلات البيانات والوصول إلى الإنترنت أسرع في كثير في البلدان النامية^[٢].

استخدامات الليزر

تتعدد مجالات استخدام الليزر، فيمكن استخدامه في أدوات دقيقة ويمكنه قطع معدن الماس أو أي معدن سميك، كما ويمكن تصميمها للمساعدة في العمليات الجراحية الحساسة، ويستخدم الليزر لتسجيل المعلومات واسترجاعها، و في الاتصالات وفي حمل الإشارات التلفزيونية والإنترنت، ونعثر على تقنية الليزر أيضًا في طابعات الليزر وماسحات الرموز الشريطية، ومشغلات أقراص DVD إذ تنعكس حزمة أشباه الموصلات الليزرية على القرص الدوار لتحويل نمط البيانات المطبوعة إلى أرقام؛ فتحول شريحة الكمبيوتر هذه الأرقام إلى أفلام وموسيقى وصوت، كما أن الليزر يساعد في صنع أجزاء لمكونات الكمبيوتر وغيرها من الأجهزة الإلكترونية.

ويستخدم الليزر أيضًا في أدوات تسمى الطيف، إذ يمكن أن يساعد المقياس الطيفي العلماء على معرفة الأشياء التي تصنع منها المواد، فعلى سبيل المثال، يستخدم مطياف ليزر Curiosity rover لمعرفة أنواع المواد الكيميائية الموجودة في صخور معينة على المريخ، واستخدمت بعثات ناسا الليزر لدراسة الغازات في الغلاف الجوي للأرض، كما استُخدم في الأدوات التي ترسم أسطح الكواكب والأقمار والكويكبات، واستخدم العلماء الليزر لقياس المسافة بين القمر والأرض عن طريق قياس مقدار الوقت الذي يستغرقه شعاع الليزر للسفر إلى القمر والعودة، ويمكن لعلماء الفلك معرفة كم هو بعيد.^[١]

مزايا الليزر وعيوبه

مزايا الليزر

يمتلك الليزر قدرة عالية على حمل المعلومات، وبالتالي يمكن استخدامه في مجال الاتصالات لنقل المعلومات، كما أنه يخلو من التداخل الكهرومغناطيسي، وتُستخدم هذه الظاهرة في الاتصال اللاسلكي البصري عبر مساحة حرة للاتصالات وكذلك شبكات الكمبيوتر، ويمتلك الحد الأدنى للغاية من تسرب إشارة.

وتتميز كيبلات الألياف البصرية القائمة على الليزر بأنها خفيفة جدًا في الوزن، وبالتالي تُستخدم في نظام اتصالات الألياف البصرية، وهي أقل ضررًا مقارنةً بالأشعة السينية، وبالتالي تستخدم على نطاق واسع في المجال الطبي لعلاج السرطان، وتُستخدم أيضًا لحرق الأورام الصغيرة على سطح العين وكذلك على سطح الأنسجة، وتُوظف خاصية الكثافة العالية والتباعد المنخفض لليزر في تدمير دبابة العدو من خلال تحديد دقيق للمدى، ولهذا الغرض، تُستخدم أنواع ليزر النيوديميوم وثاني أكسيد الكربون، ويستخدَم الباحث عن نطاق الليزر أيضًا في العديد من مناطق الدفاع لمسافة متوسطة تصل إلى 10 كم، وساعدت إمكانية تركيز شعاع الليزر الأحادي في مناطق أصغر من قطر صغير واحد في تخزين 100 مليون وحدة من البيانات في سنتمتر مربع واحد، وبسبب هذه الحقيقة، يُستخدم الليزر في أقراص الليزر المدمجة وأقراص الفيديو الرقمية لتخزين البيانات في صورة وصوت وفيديو ومستندات وغيرها^[٦].

عيوب الليزر

لدى الليزر جانب مظلم، فهي تقنية مكلفة والعلاجات القائمة عليها تكلف المرضى أكثر، وتكاليف صيانة المعدات أعلى، كما أن أجهزة الليزر تزيد من تعقيد العلاج ومدته، وشعاع الليزر حساس للغاية في التعامل معه، إذ إن أدنى خطأ في ضبط المسافة ودرجة الحرارة يمكن أن يؤدي إلى حرق أو تلون المعادن، والأهم من ذلك، أنه يمكن أن يكون ضارًا للإنسان في بعض الأحيان مما يسبب حروقًا خطيرة عند الاتصال المباشر^[٧]، كما أنه لا يمكن استخدام الليزر في العديد من عمليات طب الأسنان الشائعة، مثل ملء التجاويف بين الأسنان وما إلى ذلك، إلى جانب أن شعاع الليزر حساس للغاية للتعامل مع عملية القطع^[٦].

المراجع

1. ^ ^{أ ب} "What Is a Laser?", spaceplace.nasa,2019-6-28، Retrieved 2019-11-23. Edited.
2. ^ ^{أ ب} Chris Woodford. (2019-7-10), "Lasers"، explainthatstuff, Retrieved 2019-11-23. Edited.
3. ^ ^{أ ب} "Lasers and communications", stfc.ukri,2016-3-7، Retrieved 2019-11-23. Edited.
4. ↑ "Lasers for communications", modulight, Retrieved 2019-11-23. Edited.
5. ↑ GEORGE LEOPOLD (2017-2-17), "Laser comms from space gets another test"، defensesystems, Retrieved 2019-11-23. Edited.
6. ^ ^{أ ب} "Advantages of Laser | Disadvantages of Laser", rfwireless-world, Retrieved 2019-11-23. Edited.
7. ↑ "Advantages and Disadvantages of Laser", geeksforgeeks,2018-11-26، Retrieved 2019-11-23. Edited.