اتصالات بصرية
الاتصال البصري Optical communication، والمعروف أيضًا باسم الاتصالات البصرية عن بعد optical telecommunication، هو اتصال على مسافة باستخدام ضوء لنقل المعلومات. يمكن إجراؤه بصريًا أو باستخدام أجهزة إلكترونية. تعود أقدم الأشكال الأساسية للاتصال البصري إلى عدة آلاف من السنين ، في حين أن أقدم جهاز كهربائي تم إنشاؤه للقيام بذلك كان فوتوفون ، الذي تم اختراعه في عام 1880.
يستخدم نظام الاتصالات البصري مرسل ، الذي يشفر رسالة في الإشارة البصرية ، القناة ، التي ينقل الإشارة إلى وجهتها ، و جهاز استقبال ، الذي يعيد إنتاج الرسالة من الإشارة الضوئية المستقبلة. عندما لا يتم استخدام المعدات الإلكترونية ، فإن "جهاز الاستقبال" هو شخص يراقب الإشارة ويفسرها بصريًا ، والتي قد تكون بسيطة (مثل وجود ضوء منارة) أو معقدة (مثل الأضواء التي تستخدم رموز الألوان) أو تومض في تسلسل شفرة مورس).
تم نشر الاتصال البصري في الفضاء الحر في الفضاء ، في حين أن الأشكال الأرضية مقيدة بشكل طبيعي بالجغرافيا والطقس وتوافر الضوء. تقدم هذه المقالة مقدمة أساسية لأشكال مختلفة من الاتصالات البصرية.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
نماذج
التقنيات البصرية مثل إشارات الدخان ، أضواء المنارة ، التلگراف الهيدروليكي ، أعلام السفن و خط الإشارة كانت أقدم أشكال الاتصال البصري.[1][2][3][4] يعود تاريخ إشارات التلغراف الهيدروليكية إلى القرن الرابع قبل الميلاد في اليونان. لا يزال البحارة يستخدمون شعلة الاستغاثة في حالات الطوارئ ، بينما تُستخدم المنارة و ضوء الملاحة لإبلاغ مخاطر الملاحة.
يستخدم المرسل مرآة لتعكس ضوء الشمس لمراقب بعيد.[5] عندما يميل جهاز الإشارة المرآة ليعكس ضوء الشمس ، يرى المراقب البعيد ومضات ضوئية يمكن استخدامها لإرسال رمز إشارة تم ترتيبه مسبقًا. غالبًا ما تستخدم سفينة بحرية مصابيح الإشارة و شفرة مورس بطريقة مماثلة.
غالبًا ما يستخدم طيارو الطائرات مؤشر المنحدر البصري للاقتراب (VASI) أنظمة الضوء المتوقعة للهبوط بأمان ، خاصة في الليل. تستخدم الطائرات العسكرية التي تهبط على حاملة الطائرات نظامًا مشابهًا للهبوط بشكل صحيح على سطح الحاملة. ينقل نظام الضوء الملون ارتفاع الطائرة بالنسبة لهبوط قياسي منحدر جليدي. كذلك ، أبراج مراقبة المطار لا تزال تستخدم مصباح Aldis لإرسال التعليمات إلى الطائرات التي تعطلت أجهزة الراديو الخاصة بها.
في الوقت الحاضر تقوم مجموعة متنوعة من الأنظمة الإلكترونية بنقل واستقبال المعلومات التي تحملها نبضات ضوئية بشكل بصري. تستخدم اتصالات الألياف الضوئية كابلات الآن لإرسال الغالبية العظمى من البيانات الإلكترونية والمكالمات الهاتفية البعيدة المسافة التي لا يتم نقلها عن طريق الراديو أو الأمواج الميكروية الأرضية أو قمر صناعي. كما يتم استخدام الاتصال البصري في الفضاء الحر كل يوم في تطبيقات مختلفة.
الخط الإشاري
"تلگراف سيمفور" ، يُسمى أيضًا "خط سيمفور" ، أو "تلگراف بصري" ، أو "سلسلة غالق تلگراف" ، أو "تلگراف تشاپ" ، أو "سيمفور نابليون" ، هو نظام يستخدم لنقل المعلومات عن طريق الإشارات المرئية ، باستخدام أبراج ذات أذرع محورية أو مصاريع ، تُعرف أيضًا باسم الشفرات أو المجاذيف. يتم ترميز المعلومات من خلال موقع العناصر الميكانيكية. تتم قراءته عندما يكون الغالق في وضع ثابت.[2][6]
كانت خطوط سيمافور مقدمة التلگراف الكهربائي. كانت أسرع بكثير من موزعي البريد لنقل رسالة عبر مسافات طويلة ، لكنها أكثر تكلفة بكثير وأقل خصوصية من خطوط التلگراف الكهربائية التي ستحل محلها لاحقًا. الحد الأقصى للمسافة التي يمكن لجسر من محطات التلگراف الجوي أن يحدها الجغرافيا والطقس وتوافر الضوء ؛ وهكذا ، في الاستخدام العملي ، استخدمت معظم التلگراف البصري خطوط محطات الإرسال لسد مسافات أطول. تتطلب كل محطة ترحيل أيضًا مجموعة كاملة من مراقبي المشغلين المهرة لنقل الرسائل ذهابًا وإيابًا عبر الخط.
تم توقع التصميم الحديث للمؤشرات لأول مرة من قبل پوليماث روبرت هوك البريطاني ، الذي قدم أولاً مخططًا حيويًا وشاملًا للإبراق المرئي في تقديم عام 1684 إلى المجتمع الملكي. لم يتم وضع اقتراحه (الذي كان مدفوعًا بمخاوف عسكرية بعد معركة ڤيينا في العام السابق) موضع التنفيذ خلال حياته.[7][8]
وصل أول خط إشارة ضوئي تشغيلي عام 1792 ، أنشأه المهندس الفرنسي كلود تشاپ وإخوانه ، الذين نجحوا في تغطية فرنسا بشبكة من 556 محطة تمتد على مسافة إجمالية 4,800 kilometres (3,000 mi). تم استخدامه للاتصالات العسكرية والوطنية حتى 1850s.
اعتمدت العديد من الخدمات الوطنية أنظمة إشارات مختلفة عن نظام تشاپ. على سبيل المثال ، تبنت بريطانيا و السويد أنظمة الألواح المغلقة (في تناقض مع ادعاء الأخوين تشاپ أن القضبان الزاوية أكثر وضوحًا). في إسبانيا ، طور المهندس اگستن دي بيتانكورت نظامه الخاص الذي اعتمدته تلك الدولة. تم اعتبار هذا النظام من قبل العديد من الخبراء في أوروبا أفضل من تشاپ، حتى في فرنسا.
كانت هذه الأنظمة شائعة في أواخر القرن الثامن عشر إلى أوائل القرن التاسع عشر لكنها لم تستطع منافسة التلگراف الكهربائي ، وخرجت تمامًا عن الخدمة بحلول عام 1880.[1]
أعلام إشارة سيمافور
إشارة سيمافور هو نظام لنقل المعلومات عن بعد عن طريق الإشارات المرئية التي تحمل أعلامًا أو قضبانًا أو أقراصًا أو مجاذيف ، أو في بعض الأحيان بأيادي عارية أو قفاز. يتم ترميز المعلومات من خلال موقع الأعلام أو الأشياء أو الأسلحة ؛ يتم قراءتها عندما تكون في وضع ثابت.
تم اعتماد الإشارات واستخدامها على نطاق واسع (مع استبدال الأعلام باليد للأذرع الميكانيكية لـ غالق إشارة سيمافور في العالم البحري في القرن التاسع عشر. لا تزال تُستخدم أثناء التجديد الجاري في البحر وهي مقبولة للاتصالات في حالات الطوارئ في وضح النهار أو ، باستخدام العصا المضاءة بدلاً من الأعلام ، ليلاً.
يستخدم نظام إشارة سيمافور الجديد قطبين قصيرين مع أعلام مربعة ، والتي يحملها المؤشر في مواضع مختلفة لنقل أحرف الأبجدية والأرقام. يحمل جهاز الإرسال قطبًا واحدًا في كل يد ، ويمد كل ذراع في واحد من ثمانية اتجاهات محتملة. باستثناء وضع الراحة ، لا يمكن أن تتداخل الأعلام. يتم تلوين الأعلام بشكل مختلف بناءً على ما إذا كانت الإشارات يتم إرسالها عن طريق البحر أو عن طريق البر. في البحر ، تكون الأعلام ملونة بالأصفر والأحمر ( أعلام أوسكار) ، بينما على الأرض ، تكون باللونين الأبيض والأزرق ( أعلام پاپا). الأعلام غير مطلوبة ، فهي تجعل الشخصيات أكثر وضوحًا.
الألياف البصرية
الألياف الضوئية هو النوع الأكثر شيوعًا من القنوات للاتصالات الضوئية. تكون أجهزة الإرسال في روابط الألياف الضوئية بشكل عام الديودات الباعثة للضوء (LEDs) أو الديودات الليزرية التي تستخدم ضوء ذو الأشعة تحت الحمراء ، بدلاً من الضوء المرئي بشكل أكثر شيوعًا ، لأن الألياف الضوئية تنقل أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء بأقل تخميد و تشتت] . عادةً ما يكون ترميز الإشارة بسيطًا تعديل الكثافة ، على الرغم من أن الطور البصري تاريخيًا و تعديل التردد قد تم إثباته في المختبر. تم استبدال الحاجة إلى تجديد الإشارة الدورية إلى حد كبير بإدخال مضخم الألياف المدعم بالإربيوم ، الذي وسع مسافات الوصلة بتكلفة أقل بكثير.
مصابيح الإشارة
مصابيح الإشارة (مثل مصابيح Aldis) ، هي أجهزة إشارات بصرية للاتصال البصري (عادةً ما تستخدم شفرة مورس). مصابيح الإشارة الحديثة هي مصباح مركّز يمكن أن ينتج نبضًا للضوء. في الإصدارات الكبيرة ، يتم تحقيق هذا النبض عن طريق فتح وإغلاق مصاريع مثبتة أمام المصباح ، إما عن طريق مفتاح ضغط يعمل يدويًا ، أو في الإصدارات اللاحقة ، تلقائيًا.
باستخدام المصابيح المحمولة باليد ، يتم إمالة مرآة مقعرة بواسطة زناد لتركيز الضوء على نبضات. عادة ما تكون المصابيح مجهزة بشكل من أشكال الرؤية البصرية ، ويتم نشرها في الغالب على السفن البحرية وتستخدم أيضًا في أبراج مراقبة المطار المشفرة إشارات ضوء الطيران.
إشارات ضوء الطيران تُستخدم في حالة فشل الراديو ، الطائرة غير مجهزة براديو ، أو في حالة طيار ضعيف السمع. استخدمت مراقب الحركة الجوية بنادق إشارة ضوئية منذ فترة طويلة لتوجيه مثل هذه الطائرات. يحتوي مصباح البندقية الخفيفة على شعاع ساطع مركز قادر على بث ثلاثة ألوان مختلفة: الأحمر والأبيض والأخضر. قد تكون هذه الألوان تومض أو ثابتة ، وتوفر تعليمات مختلفة للطائرة أثناء الطيران أو على الأرض (على سبيل المثال ، "تم مسحها على الأرض" أو "مسحها للإقلاع"). يمكن للطيارين الاعتراف بالتعليمات عن طريق تحريك أجنحة طائرتهم ، أو تحريك طائراتهم aileron إذا كانوا على الأرض ، أو عن طريق وميض [أضواء إنزال الطائرات | الهبوط]] أو ضوء الملاحة أثناء الليل . يتم توجيه 12 تعليمات قياسية بسيطة فقط إلى الطائرات التي تستخدم بنادق الإشارات الخفيفة حيث لا يتم استخدام النظام مع شفرة مورس.
فوتوفون
فوتوفون (يُطلق عليه في الأصل اسم بديل ، راديوفون) هو جهاز اتصال يسمح لـ الإرسال من الكلام على شعاع من الضوء. تم اختراعه بالاشتراك مع ألكسندر جراهام بيل ومساعده تشارلز سومنر تاينتر في 19 فبراير 1880 ، في مختبر بيل ستريت 1325 'L' في واشنطن العاصمة..[9][10] أصبح كلاهما فيما بعد مشاركين كاملين في جمعية مختبر ڤولتا ، التي أنشأها ومولها بيل.
في 21 يونيو 1880 ، نقل مساعد بيل رسالة هاتفية صوتية لاسلكية على مسافة كبيرة ، من سطح مدرسة فرانكلن إلى نافذة مختبر بيل ، على مسافة 213 مترًا (حوالي 700 قدم)[11][12][13][14]
يعتقد بيل أن الهاتف الضوئي هو أهم اختراع له. من بين الـ 18 براءة الممنوحة باسم بيل وحده ، و 12 التي شاركها مع المتعاونين معه ، كان أربعة منهم من أجل الهاتف المصور ، والذي أشار إليه بيل بأنه "أعظم إنجاز له" ، حيث أخبر مراسلًا قبل ذلك بوقت قصير. وفاته التي كان بها الهاتف الضوئي أعظم اختراع قمت به على الإطلاق ، أكبر من الهاتف.[15]
كان الهاتف الضوئي بمثابة مقدمة لأنظمة اتصال الألياف الضوئية التي حققت استخدامًا عالميًا شائعًا بدءًا من الثمانينيات.[16][17][18] تم إصدار براءة الاختراع الرئيسية للهاتف الضوئي (U.S. Patent 235٬199 "جهاز الإشارة والتواصل ، المسمى Photophone") ، في ديسمبر 1880,[13] وقد كانت المبدأ لتطبيقات عملية لعقود عديدة.
اتصال بصري في الفضاء الحر
تُستخدم أنظمة البصريات في الفضاء الحر (FSO) في "الميل الأخير" الاتصالات ويمكن أن تعمل على مسافات عدة كيلومترات طالما هناك خط واضح خط انتشار البصر بين المصدر والوجهة ، ويمكن للمستقبل البصري فك شفرة المعلومات المرسلة بشكل موثوق.[19] يمكن أن توفر أنظمة الفضاء الحر الأخرى ارتباطات بعيدة المدى بمعدل مرتفع للبيانات باستخدام أنظمة فرعية صغيرة منخفضة الكتلة واستهلاك منخفض للطاقة تجعلها مناسبة للاتصالات في الفضاء.[20] مجموعات ساتلية بمخططات مختلفة تهدف إلى توفير تغطية عالمية عريضة النطاق تستفيد من هذه الفوائد وتستخدم اتصالات الليزر للوصلات بين السواتل بين عدة مئات إلى آلاف من السواتل التي تخلق بفعالية الفضاء شبكة شبكة بصرية.
بشكل أعم ، يُعرف إرسال الإشارات الضوئية غير الموجهة باسم الاتصالات اللاسلكية البصرية (OWC). تتضمن الأمثلة المتوسطة اتصال الضوء المرئي والمسافات القصيرة IrDA ، باستخدام مصابيح LED بالأشعة تحت الحمراء.
هليوگراف
هليوگراف (باليونانية: Ἥλιος هليوس, تعني الشمس, و γραφειν graphein, معنى "الكتابة") عبارة عن تلغراف شمسي لاسلكي يشير إلى ومضات من ضوء الشمس (باستخدام شفرة مورس بشكل عام ينعكس بواسطة مرآة. يتم إنتاج الومضات عن طريق تدوير المرآة للحظات ، أو عن طريق مقاطعة الشعاع بغالق.
كانت آلة التصوير الشعاعي أداة بسيطة ولكنها فعالة للاتصال البصري الفوري على مسافات طويلة خلال أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. كانت استخداماته الرئيسية في الأعمال العسكرية والمسوحات وحماية الغابات. كانت هذه قضية قياسية في الجيوش البريطانية والأسترالية حتى الستينيات ، واستخدمها الجيش الباكستاني في أواخر عام 1975.[5]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
انظر أيضاً
- Fiber tapping
- Interconnect bottleneck
- Jun-Ichi Nishizawa an inventor of optical communication.
- Modulating retro-reflector
- OECC (OptoElectronics and Communications Conference)
- Optical interconnect
- Opto-isolator
- Parallel optical interface
مراجع
اقتباسات
- ^ أ ب Chapter 2: Semaphore Signalling ISBN 978-0-86341-327-8 Communications: an international history of the formative years R. W. Burns, 2004
- ^ أ ب Telegraph Vol 10, Encyclopædia Britannica, 6th Edition, 1824 pp. 645-651
- ^ "Nation Park Service Fire History Timeline".
- ^ "Lewis and Clark Journals, July 20, 1805".
- ^ أ ب Harris, J.D. Wire At War - Signals communication in the South African War 1899–1902. Retrieved on 1 June 2008. Note a discussion on the heliograph use during the Boer War.
- ^ Telegraph, Volume 17 of The Edinburgh encyclopaedia, pp. 664-667, 1832 David Brewster, ed.
- ^ Calvert, J.B. The Origin of the Railway Semaphore, Boston University, 15 April 2000, Revised 4 May 2007.
- ^ McVeigh, Daniel P. An Early History of the Telephone: 1664-1865, Part 2 Archived 2012-11-28 at the Wayback Machine, Columbia University in The City of New York, Institute For Learning Technologies, 2000.
- ^ Bruce 1990, pg. 336
- ^ Jones, Newell. First 'Radio' Built by San Diego Resident Partner of Inventor of Telephone: Keeps Notebook of Experiences With Bell Archived 2006-09-04 at archive.today, San Diego Evening Tribune, July 31, 1937. Retrieved from the University of San Diego History Department website, November 26, 2009.
- ^ Bruce 1990, pg. 338
- ^ Carson 2007, pg. 76-78
- ^ أ ب Groth, Mike. Photophones Revisted, 'Amateur Radio' magazine, Wireless Institute of Australia, Melbourne, April 1987 pp. 12–17 and May 1987 pp. 13–17.
- ^ Mims 1982, p. 11.
- ^ Mims 1982, p. 14.
- ^ Morgan, Tim J. "The Fiber Optic Backbone", University of North Texas, 2011.
- ^ Miller, Stewart E. "Lightwaves and Telecommunication", American Scientist, Sigma Xi, The Scientific Research Society, January–February 1984, Vol. 72, No. 1, pp. 66-71, Issue Stable URL.
- ^ Gallardo, Arturo; Mims III, Forrest M.. Fiber-optic Communication Began 130 Years Ago, San Antonio Express-News, June 21, 2010. Accessed January 1, 2013.
- ^ Clint Turner (October 3, 2007). "A 173-mile 2-way all-electronic optical contact". Modulated light web site. Retrieved June 28, 2011.
- ^ Wilson, K. (2000-01-04). "Recent Development in High-Data Rate Optical Communications at JPL". Jet Propulsion Laboratory (NASA Technical Reports Server).
فهرس
- Alwayn, Vivek. Fiber-Optic Technologies, Cisco Press, Apr 23, 2004.
- Bruce, Robert V Bell: Alexander Bell and the Conquest of Solitude, Ithaca, New York: Cornell University Press, 1990. ISBN 0-8014-9691-8.
- Carson, Mary Kay (2007). Alexander Graham Bell: Giving Voice To The World. Sterling Biographies. 387 Park Avenue South, New York, NY 10016: Sterling Publishing Co., Inc. pp. 76–78. ISBN 978-1-4027-3230-0. OCLC 182527281.
{{cite book}}: CS1 maint: location (link) - Mims III, Forest M. The First Century of Lightwave Communications, Fiber Optics Weekly Update, Information Gatekeepers, February 10–26, 1982, pp. 6–23.
- Paschotta, Rüdiger. Encyclopedia of Laser Physics and Technology, RP-Photonics.com website, 2012.
للاستزادة
- Bayvel, Polina Future High-Capacity Optical Telecommunication Networks, Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Vol. 358, No. 1765, January 2000, Science into the Next Millennium: Young Scientists Give Their Visions of the Future: II. Mathematics, Physics and Engineering, pp. 303–329, stable article URL: https://www.jstor.org/stable/2666790, published by The Royal Society.
- Dilhac, J-M. The Telegraph of Claude Chappe -An Optical Telecommunication Network For The XVIII Century, Toulouse: Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse. Retrieved from IEEE Global History Network.
