أنبوب ضوئي

ليس أمرًا سهلًا تصنيع التصميم الخاص بأنابيب إضاءة الأشعة تحت الحمراء، ومسالك الأدلة الموجية والمجانسة المجوفة. ما يجعل الأمر صعبًا نسبيًا هو أن هذه الأنابيب مبطنة بطبقة ليزر غولد مصقولة بعناية، وعاكسة للأشعة تحت الحمراء، والتي يمكن زيادة سماكتها لدرجة تسمح باستخدام هذه الأنابيب في أجواء تسبب التآكل الشديد. ويمكن استخدام طبقة ليزر بلاك على أجزاء معينة من أنابيب الضوء لامتصاص ضوء الأشعة تحت الحمراء (راجع الضوئيات). يلجأ إلى هذا الإجراء للحد من ضوء الأشعة تحت الحمراء في أجزاء معينة من الأنبوب. لا يقتصر شكل أنابيب الضوء على شكل المقطع-العرضي المستدير. فمنها ما يكون له شكل المقطع العرضي المربع أو السداسي وهي ذات استخدامات خاصة. تميل الأنابيب الضوئية السداسية إلى إنتاج أكثر أنواع الأشعة تحت الحمراء تجانسًا. ليس ضروريًا أن تكون هذه الأنابيب مستقيمة. وللانثناء في الأنابيب أثر لا يذكر على كفاءة عملها.

يطلق على هذا الأنبوب أيضًا تسمية «مدخل الضوء الأنبوبي» أو «جهاز ضوء النهار الأنبوبي»، وهو أقدم أنواع الأنابيب الضوئية المستخدمة لضوء النهار وأكثرها شيوعًا. في الخمسينيات من القرن التاسع عشر بلندن، سجلت أول براءة اختراع للأنظمة العاكسة التجارية باسم «بول إيمي شابوي»، وسُوقت باستخدام أشكال مختلفة من تصميمات المرايا ذات الزوايا. بقي إنتاج عاكسات شركة شابوي مستمرًا إلى أن دمر المصنع في العام 1943. أعيد اكتشاف هذا المفهوم وتسجيل براءة اختراعه باسم شركة سولاتيوب إنترناشونال الأسترالية في عام 1986. وبعدها راج على نطاق واسع التسويق لهذا النظام للاستخدامات السكنية والتجارية. توجد منتجات أخرى لأنابيب إضاءة ضوء النهار، متوفرة في الأسواق تحت أسماء منتجات متنوعة: مثل «سان سكوب»، «الأنبوب الشمسي»، «الأنبوب الضوئي»، «مدخل الضوء الأنبوبي».[2]

يوجه الأنبوب المبطن بمواد عالية الانعكاس الضوء عبر بناء ما، بدايةً من نقطة الدخول التي تكون على سطح البناء أو أحد جدرانه الخارجية.[3]

إن التصوير ليس الهدف من الأنبوب الضوئي (خلافًا لطريقة عمل منظار البريسكوب، كمثال)، ولهذا السبب فإن تشوه الصورة لا يعتبر مشكلةً هنا، بل إنها شيء إيجابي ويُسعى لتطبيقه بطرق عديدة لتقليل الضوء الاتجاهي.

عادةً ما تتكون نقطة الدخول من قبة تؤدي مهمة جمع وعكْس أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس إلى الأنبوب. تضم العديد من الوحدات كذلك على مجمعات اتجاهية، أو عاكسات، أو حتى أجهزة بعدسات فرينل التي تفيد في جمع المزيد من الضوء الاتجاهي في منطقة أسفل الأنبوب.[4][5][6][7]

تنتج شركة كورنينغ ألياف فايبرانس الناشرة للضوء. يعمل فايبرانس بإرسال ضوء ليزر في كابل ألياف بصرية ناشر للضوء.[8]

تستخدم الألياف الضوئية في المنظار الليفي لإجراءات التصوير.

ويمكن استخدام الألياف الضوئية للاستفادة من ضوء النهار. في عام 2004، أدخلت مختبرات أوك ريدج الوطنية في حيز التطوير نظام إضاءة شمسي يعتمد على الألياف الضوئية البلاستيكية. وفي عام 2005، رُكّب النظام في المتحف الأمريكي للعلوم والطاقة في ولاية تينيسي، في الولايات المتحدة الأمريكية، وفي نفس العام طرحته شركة صنلايت دايريكت في الأسواق. على أي حال، سحب هذا النظام من الأسواق في العام 2009.[9][10][11][12][13]

طور لورن وايتهيد موجه الضوء الموشور في عام 1981، وهو بروفيسور الفيزياء في جامعة كولومبيا البريطانية. استخدم موجه الضوء هذا في حالة الإضاءة الشمسية لنقل الضوء وتوزيعه.[14][15][16]

ثمة نظام طوره كل من شركة فلوروسولار والجامعة التقنية بسيدني؛ في هذا النظام تلتقط طبقتان من البوليمر في لوحة مسطحة أشعة الشمس قصيرة الموجة، وخصوصًا الأشعة فوق البنفسجية، الأمر الذي يولد ضوءًا أحمر وضوءًا أخضر، يوجهان إلى داخل المبنى. هنا يُخلط الضوءان الأحمر والأخضر بالضوء الأزرق الصناعي، لينتج الضوء الأبيض، دون الأشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية.[17][18][19]

مقارنةً بمداخل الضوء التقليدية وغيرها من النوافذ، توفر أنابيب الإضاءة الشمسية خصائص عزل حراري أفضل، ومرونة أكبر، للاستخدام في الغرف الداخلية، وإنْ كان الاتصال البصري مع البيئة الخارجية أقل.

في حال الاضطرابات العاطفية الموسمية، قد يكون من المفيد الأخذ بالحسبان أن تثبيت أنابيب ضوئية إضافية يرفع درجة التعرض اليومي لضوء النهار الطبيعي. وبالنتيجة يمكن أن يسهم ذلك في إسعاد السكان أو الموظفين مع تجنب الآثار السلبية للإفراط في الإضاءة.

مقارنة بالإضاءة الكهربائية، تقدم أنابيب الإضاءة خاصية توفير الضوء الطبيعي وتوفير الطاقة في الوقت نفسه. تختلف كثافة الضوء المنقول على مدار اليوم. وفي حال لم يرغب السكان بذلك، يمكن دمج أنابيب الضوء مع الإضاءة الكهربائية في نظام مختلط.[20][21][22][23]

تستخدم الأنابيب الضوئية في المدارس، والمستودعات، والمحلات، والبيوت، والأبنية الحكومية، والمتاحف، والفنادق، والمطاعم.[24][25][26][27][28]

نظرًا لأحجامها الصغيرة نسبيًا وإنتاجها المرتفع من الإضاءة، فأنابيب الإضاءة الشمسية تعتبر مثاليةً للاستخدام في الأماكن الحساسة أمنيًا، مثل السجون، ومراكز احتجاز الشرطة، وغيرها. ما يجعل هذه الأنابيب مفضلة في أماكن كهذه هو قطرها الضيق، وكونها لا تتأثر كثيرًا بشبكات الأمن الداخلية، ما يسمح بتوصيل ضوء النهار إلى تلك الأماكن دون تزويدها باتصالات كهربائية أو بمنفذ تسريب، ودون السماح للأغراض بالمرور إلى الأماكن الآمنة.