مسافات نقل الألياف الضوئية. عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية سرعة اتصالات الألياف الضوئية
أرز. 3.13.
يتم تحقيق ذلك باستخدام عدة مكونات. أولاً، يجب إرسال البيانات المرسلة على طول موجة حاملة محددة. موجة عادة تعدد الإرساليتم تنفيذ WDM في نافذة الشفافية 1530-1560 نانومتر، حيث يكون الحد الأدنى توهين الإشارةما يصل إلى 0.2 ديسيبل / كم. عادة، تستخدم أنظمة الألياف الضوئية 3 أطوال موجية - 850، 1310 و 1550 نانومتر. إذا كانت إشارة الدخل بصرية وتم إرسالها عند أحد هذه الأطوال الموجية، فيجب تحويلها للإرسال عند الطول الموجي لنافذة شفافية WDM. عندما يكون هناك عدة إشارات دخل مستقلة، يجب تحويل كل منها للإرسال بطول موجي مختلف ضمن هذا النطاق. يتم بعد ذلك دمج هذه الإشارات باستخدام نظام بصري بحيث يتم نقل معظم قوة جميع الإشارات عبر ليف ضوئي واحد. وفي الطرف الآخر من الخط، يتم تقسيم الإشارات الضوئية باستخدام مقسم 5 جهاز مصمم لتقسيم الإشارة إلى عدة أجزاء.(نظام عدسة آخر) إلى عدة قنوات. تمر كل قناة من هذه القنوات عبر مرشحات تفصل بين طول موج واحد فقط. في النهاية، يصل كل من الأطوال الموجية المنفصلة إلى جهاز الاستقبال الخاص به، والذي يحوله إلى شكله الأصلي (بصري عند الأطوال الموجية 850، 1310 و1550 نانومتر أو النحاس).
هناك نوعان من أنظمة WDM التي توفر الحبيبات الخشنة (CWDM) تعدد الإرسالمع تباعد الموجة الحاملة الكبيرة أو تقسيم مقياس الطول الموجي الكثيف (DWDM). توفر أنظمة CWDM عادةً إرسالًا يتراوح من 8 إلى 16 طولًا موجيًا بزيادات 20 نانومتر، من 1310 إلى 1630 نانومتر. تعمل أنظمة DWDM بما يصل إلى 144 طولًا موجيًا، عادةً بزيادات أقل من 2 نانومتر على نفس نطاق الطول الموجي تقريبًا. عادةً ما يتم استخدام WDM (CWDM أو DWDM) في أحد التطبيقين.
أول وأهم شيء هو زيادة كمية المعلومات المنقولة عبر الألياف الضوئية. في هذه الحالة، يتم نقل عدد كبير من تدفقات البيانات عبر عدد صغير من الكابلات الضوئية. هذا يجعل من الممكن زيادة إنتاجية الكابل البصري بشكل كبير. لذلك، بسرعة 10 جيجابت/ثانية لكل قناة إجمالي الإنتاجيةستكون كل ألياف 1.25 تيرابت/ثانية (أي 12.500.000.000.000 بت في الثانية). بالطبع، في معظم الحالات، لا يكون هذا المستوى من السرعات مطلوبًا؛ فالمهمة الشائعة هي إرسال تدفقات جيجابت إيثرنت متعددة عبر زوج واحد من الألياف عندما لا تتوفر أزواج إضافية. في كثير من الحالات، يكون مد كابل ضوئي جديد مكلفًا للغاية أو ببساطة مستحيلًا. ومن ثم يصبح استخدام تقنية WDM هو الخيار الوحيد لزيادة الإنتاجية.
ظهر التطبيق الثاني لـ WDM مؤخرًا نسبيًا، عندما بدأ عدد متزايد من العملاء في استخدام قنوات الاتصال عالية السرعة. في هذه الحالة، يقوم مشغل الاتصالات بتزويد العملاء بمكاتب في أجزاء مختلفة من المدينة بأطوال موجية في الكابل الخاص بهم لتنظيم القنوات من نقطة إلى نقطة. على سبيل المثال، قد تقوم شركة كبيرة لديها مبنيين في أجزاء مختلفة من المدينة بمهمة دمجهما. لحل هذه المشكلة، يمكن للمشغل نشر الشبكة. عند استخدام إدارة الطلب على المياه (WDM)، لا يحتاج المشغل إلى القلق بشأن البروتوكول أو التقنية التي يستخدمها العملاء، مما يسمح بتقديم خدمة أكثر مرونة. سيتم مناقشة استخدام WDM في شبكات وصول المشتركين بشكل أكبر.
أجهزة تنظيم WDM سلبية، أي. لا تحتاج إلى مصدر طاقة. ومع ذلك، فإن الكثير منهم يتطلب درجة حرارة ثابتة. للقيام بذلك، يتم تثبيت أجهزة التحكم في درجة الحرارة، وهي تتطلب مصدر طاقة عن بعد. ثم يتم استخدام كابل مختلط يحتوي مع الألياف الضوئية على موصلات نحاسية. لضمان معايير التوهين عند نقل المعلومات عبر الكابلات الضوئية، يتم استخدام مولدات الإشارة ومكبرات الصوت.
عند إرسال إشارة ضوئية واحدة (انظر الشكل 3.13 أ)، يقوم كل جهاز إعادة توليد بتحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية، وضبط معلمات التوقيت، واستخراج المعلومات المرسلة، ونتيجة لذلك، يتحكم في جهاز إرسال الليزر لتجديد الإشارة وتحويلها الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائيةيتطلب تكاليف عالية لأنه يستخدم مكونات باهظة الثمن (أشعة الليزر والإلكترونيات فائقة السرعة).
أنظمة النقل البصرية: أ) مع التجديد الخطي؛ ب) إشارة مركبة DWDM مع قسم واحد لتقسيم الطول الموجي؛ ج) إشارة مركبة DWDM مع مضخم بصري لإدخال المعلومات بشكل تسلسلي في كابل ضوئي لنقلها عبر القسم التالي.
الرسم البياني الموضح في الشكل. 3.13 ب، ينقل إشارة WDM مركبة. في هذه الحالة، في كل قسم من أقسام إعادة التوليد، يتم تقسيم الإشارة المركبة إلى إشارات منفصلة. بعد ذلك، يتم التحويل الفردي إلى الشكل الكهربائي والتجديد الفردي. من الأفضل استخدام مكبرات الصوت الضوئية التي يمكنها تضخيم الإشارة عند جميع الأطوال الموجية التي تشكل إشارة WDM. مكبر الصوت البصري المعتمد على ألياف مخدرة بالإربيوم (مضخم ألياف مخدر بالإربيوم - EDFA) عبارة عن قطعة من الألياف الضوئية من نوع EDFA وصمام ثنائي ليزر أشباه الموصلات كمصدر "ضخ". يأخذ مكبر الصوت الإشارة الموهنة ويولد إشارة عالية الطاقة في كابل ضوئي مطلي بالإربيوم. عند تعرضها لإشارة قوية، يتم إثارة ذرات الإربيوم وتوليد فوتونات في نفس طور واتجاه الإشارة المرسلة. والنتيجة هي تأثير التضخيم. يمكن تصميم مكبرات الصوت هذه لجميع نطاقات الطول الموجي. يؤدي استخدام مكبرات الصوت إلى تقليل الحاجة إلى استخدام أجهزة إعادة التوليد، كما هو موضح في الشكل 1. 3.13 ب. في هذه الحالة، هناك قيود على عدد مكبرات الصوت المثبتة في السلسلة. ومع ذلك، فإن تركيب مكبرات الصوت يجعل من الممكن زيادة المسافة بين المولدات وتحويل البصريات والإلكترونيات المرتبطة بها إلى مئات وآلاف الكيلومترات.
ملخص موجز
- يتمتع نقل المعلومات عبر كابل الألياف الضوئية بعدد من المزايا مقارنة بنقلها عبر الكابلات النحاسية: عرض النطاق الترددي الواسع، والتوهين المنخفض للإشارة الضوئية في الألياف، وانخفاض مستوى الضوضاء، والحصانة من التداخل الكهرومغناطيسي، وانخفاض الوزن والحجم، والأمان العالي من الوصول غير المصرح به , العزلة كلفانيعناصر الشبكة، السلامة من الحرائق، تقليل متطلبات هياكل الكابلات الخطية، الكفاءة، عمر الخدمة الطويل.
- يحتوي كابل الألياف الضوئية على ثلاثة عناصر رئيسية: الجديلة والسترة والقلب.
- النواة - عنصر من الألياف الموصلة للضوء محاط بقشرة ذات معامل انكسار أقل للضوء. يؤدي هذا إلى انعكاس معظم أشعة الضوء الموجودة في القلب إلى القلب.
- تسمى الزاوية القصوى التي يتم عندها ضمان الانعكاس الداخلي الكلي لإشعاع الضوء الذي يدخل إلى الألياف الفتحة الرقمية.
- عند بناء الشبكات، يمكن استخدام الكابلات متعددة النواة.
- تسمى الألياف الضوئية التي تسمح للأشعة بالانتقال عبر مسارات متعددة إلى جهاز الاستقبال بالوضع المتعدد.
- تؤدي الأشعة المتأخرة إلى توسع النبضات المرسلة. وتسمى هذه الظاهرة التشتت. ويتناسب مقدار هذا التوسع بشكل مباشر مع عرض النبضة ويتناسب عكسيا مع سرعة الإرسال.
- صبيب الكابل الضوئي والذي يتميز بعامل عرض النطاق الترددي (BDF - Bandwidth Distance Factor).
- تسمى الألياف التي تظهر قفزة في معامل الانكسار في واجهة الكسوة الأساسية أليافًا ذات معامل انكسار.
- تسمى الألياف ذات معامل الانكسار المتغير وفقًا للقانون المذكور أعلاه الانحدارويكون معامل النطاق العريض أكبر بمقدار أمرين من الألياف المتدرجة.
- يتم قياس التوهين بوحدة ديسيبل/كم ويتم تحديده بواسطة الخسارة الناتجة عن امتصاص أو تشتت الإشعاع في الألياف الضوئية. تعتمد خسائر الامتصاص على شفافية المادة التي تصنع منها الألياف. تعتمد خسائر التشتت على عدم تجانس المادة الانكساري.
- يحدث التشتت اللوني عندما تتكون الإشارة الضوئية من أطوال موجية مختلفة. التشتت اللوني هو إحدى آليات الحد من عرض النطاق الترددي لكابلات الألياف الضوئية التي تعيق انتشار نبضات الإشارة التي تتكون من ألوان مختلفة من الضوء المرسل (عدم ترابط الإشارة).
- يتكون التشتت اللوني من مكونات مادية ودليل موجي ويحدث أثناء الانتشار في كل من الألياف أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع.
- يعكس مكون المادة خصائص اعتماد معامل انكسار الألياف على الطول الموجي. يتضمن التعبير الخاص بتشتت الألياف أحادية الوضع خاصية المادة، وهي اعتماد المؤشر على الطول الموجي. يتم تحديد هذا المكون من خلال المعدل (التفاضلي) لزيادة أو نقصان معامل الانكسار اعتمادًا على الطول الموجي. ومع زيادة الطول الموجي، يمكن أن يكون هذا المؤشر موجبًا (يزيد معامل الانكسار) أو سلبيًا (ينخفض معامل الانكسار).
- يتم تحديد تشتت الموجة بواسطة وقت انتشار الإشارة اعتمادًا على طول الموجة. إنه موجب دائمًا (يزداد وقت الانتشار فقط مع زيادة الطول الموجي).
- عند طول موجي معين (تقريبًا بالنسبة للألياف أحادية الوضع المتدرجة)، يحدث تعويض متبادل لتشتت المواد والموجات، ويصبح التشتت الناتج صفرًا. ويسمى الطول الموجي الذي يحدث عنده هذا الطول الموجي صفر التشتت. عادةً ما يتم تحديد نطاق معين من الأطوال الموجية، والتي يمكن أن تختلف ضمنها بالنسبة لتلك الألياف المعينة.
- لقد ثبت أنه بالنسبة لشكل إشارة معين يكون لديه أقل تشتت. تسمى هذه النبضات solitons.
- هناك نوعان من الأجهزة التي تحول الإشارة الكهربائية إلى ضوء - مصابيح LED وثنائيات الليزر. تولد مصابيح LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) إشعاعًا غير متماسك (تحتوي الإشارة على مكونات ذات أطوال موجية متعددة). يسمح مبدأ إشعاع LED بالتعديل فقط من خلال شدة الإشعاع. يمكن أن تصل قوة انبعاث مصابيح LED إلى عدة عشرات من الميكرووات.
- يوفر الصمام الثنائي الليزري إشعاعًا متماسكًا. شعاعها له طيف أضيق مقارنة بمصباح LED. يسمح مبدأ الإشعاع الصادر عن ثنائيات الليزر باستخدام التعديل وفقًا لمعلمات موجة الضوء، على سبيل المثال التردد.
- تتميز الثنائيات الليزرية بتصميم أكثر تعقيدًا وأحمال كهربائية أعلى مقارنة بمصابيح LED، لكنها أقل شأنا من الأخيرة من حيث الموثوقية. سهولة الاستعمالوالتكلفة.
- في الثنائيات الضوئية التقليدية، يتم إنشاء تيار اعتمادًا على شدة الإشعاع الساقط، وتتميز بالخطية الجيدة واستقرار التشغيل، ووقت الاستجابة القصير، لكنها لا توفر تضخيمًا للتيار الضوئي.
- الترانزستورات الضوئيةلديهم حساسية عالية وكسب جيد، ولكن بسبب سعة الحاجز الكبيرة لديهم وقت استجابة طويل، أي أن خصائص التردد أسوأ من خصائص الثنائيات.
- p-i-n أكثر حساسية من مصابيح LED. سعة حاجزها صغيرة، مما يضمن خصائص تردد جيدة (تردد القطع - يصل إلى 1 جيجا هرتز).
- تتميز الثنائيات الانهيارية بحساسية عالية وكسب عالي وسرعة عالية، ومع ذلك، فإن استخدامها يعوقه التعقيد والتكلفة العالية وفولتية التشغيل العالية والحاجة إلى تثبيت الفولتية ودرجات الحرارة والتشغيل فقط في وضع تضخيم الإشارة الضعيف.
- بعض المجالات الهامة لأنظمة الألياف هي وصلات الألياف والموصلات. فقدان الضوء في الموصل هو 10-20%. للمقارنة: ألياف اللحام تؤدي إلى خسائر لا تزيد عن 1-2٪.
- الصليب المصمم للكابلات الضوئية هو صليب عالي الكثافة، أي. يتجاوز عدد الأزواج المتصلة لكل وحدة مساحة الأنظمة السابقة (على سبيل المثال، أنظمة الضغط الرقمي).
- مضاعفة تقسيم الموجة -
5.2 الفرق في حدود وقت السفر
سعة خط الاتصال
وتستند التوقعات المتفائلة بشأن السعة الهائلة للكابلات البصرية والاتصالات المذكورة في الفقرة 1.4 إلى اعتبار أن عرض نطاق الإشارة المرسلة ينبغي أن يكون دائماً أقل إلى حد ما من تردد الموجة الحاملة نفسه.
القدرة الاستيعابية للألياف الزجاجية ليست غير محدودة.
لنقل محادثة هاتفية كسلسلة من النبضات، من الضروري إرسال عدد كبير (تحديدًا 64000) حرف ثنائي في الثانية (64000 بت في الثانية أو 64 كيلوبت في الثانية). لتحويل تيار الميكروفون المتغير باستمرار إلى إشارة ثنائية، يجب أولاً إعادة إنتاجه باستخدام النبضات. سيتم الآن تمثيل قيم السعة الموجودة كرقم ثنائي وإرسالها كإشارات ثنائية بين رشقتين نبضيتين. وعلى الجانب المتلقي، يتبع نفس التحويل العكسي. لنقل إشارة بجودة أعلى، من الضروري التمييز بين 256 قيمة سعة لتيار الميكروفون على الأقل. ولذلك، يلزم وجود نظام مكون من ثمانية رموز (8 أحرف ثنائية لكل كلمة مشفرة) لكل قيمة نبضة. لنقل صورة تلفزيونية متحركة واحدة، يلزم معدل إرسال يبلغ 80 مليون بت في الثانية (80 ميجابت في الثانية).
مثل عرض النطاقالخط - سواء كان مصنوعًا من النحاس أو الزجاج - يتم قبول أعلى سرعة لنقل الإشارة عبر هذا الخط، والتي تقاس بالبت في الثانية (البت عبارة عن رقم ثنائي).
يمكن تحويل وحدة المعلومات الثنائية تقريبًا إلى عرض النطاق الترددي المقابل، كما يحدث عادةً في تكنولوجيا الإرسال التناظري للإشارة إلى خصائص الإشارات أو الكابلات. نظرًا لأن نقل المعلومات بسرعة 2 بت في الثانية يتطلب نظريًا عرض نطاق ترددي لا يقل عن 1 هرتز (عمليًا حوالي 1.6 هرتز)، فيمكننا تقريب معدل نقل الإشارة أو عرض النطاق الترددي بالبت في الثانية وعرض النطاق الترددي المقابل بالهرتز.
لنأخذ إشارة الهاتف المشفرة الثنائية كمثال. يجب ألا تزيد كل إشارة منفردة في هذا التسلسل (نبضة تيار أو ضوء واحدة) عن 1/64000 ثانية حتى لا تتداخل مع الإشارات اللاحقة. تكون سعة الخط أعلى بشكل أساسي، وكلما كانت النبضات التي يمكن نقلها عبره أقصر.
وبنفس الطريقة، هناك حدود لدليل الضوء. سبق ذكر مبدأ عملها: ينتشر الضوء بطريقة متعرجة في القلب الموصل للضوء بسبب الانعكاس الداخلي الكلي من الجدران، التي يجاور الجانب الخارجي منها وسطًا ذو معامل انكسار منخفض - الكسوة. هذا الانعكاس الكلييخضع لشرط واحد. يجب ألا تزيد الزاوية بين شعاع الضوء والمحور البصري لموجه الضوء عن أقصى زاوية للانعكاس الداخلي الكلي. يتم تحديده من خلال نسبة مؤشرات الانكسار في القلب وفي الكسوة 
:
يمكن للمرء أن يفضل الألياف ذات الاختلاف الأكبر في معامل الانكسار، حيث يمكنها بوضوح قبول ونقل المزيد من الضوء من مصدر ذي زاوية انبعاث أكبر. ستكون هذه الميزة حاسمة حقًا إذا كانت المتطلبات تتعلق فقط بأعلى إنتاجية ممكنة للألياف الضوئية.
5.3 سعة الألياف
وهو يختلف في الألياف أحادية الوضع (أحادية الوضع) والألياف متعددة الأوضاع (أكثر في الألياف أحادية الوضع نظرًا لسمك قضيبها). يُطلق على التشتت الزمني لعناصر إشارة الخرج الناتجة عن أطوال المسار المختلفة في دليل الضوء، ونتيجة لذلك، تبديد جزء من الطاقة عند إخراج دليل الضوء اسم تشتت الوضع. لسوء الحظ، هذا ليس السبب الوحيد لقيود النطاق الترددي. ومن الضروري أيضًا إضافة ما يسمى بتشتت المواد. يتكون من حقيقة أن معامل الانكسار لقضيب توجيه الضوء يعتمد على الطول الموجي. تنحرف الأشعة الحمراء ذات الطول الموجي الطويل بشكل أقل من الأشعة الزرقاء ذات الطول الموجي القصير. لن يكون هذا التأثير مهمًا بالنسبة لتكنولوجيا الاتصالات الضوئية إذا كانت المصادر المستخدمة تنبعث ضوءًا بطول موجي واحد فقط. لسوء الحظ، هذا لا يحدث. على الرغم من أن العرض الطيفي لليزر شبه الموصل ضيق نسبيًا، إلا أنه يبعث الضوء على نطاق من الأطوال الموجية يبلغ عرضه عدة نانومترات. يتفوق الصمام الثنائي الباعث للضوء بشكل كبير في هذا الصدد - بحوالي 30 - 40 نانومتر. الحد من هذا النطاق مستحيل دون فقدان الطاقة. هذه المكونات الطيفية المختلفة للإشعاع هي التي تمر عبر دليل الضوء بسرعات مختلفة 
مما يؤدي بالطبع إلى توسيع النبض ويحد من إنتاجية الألياف.
في الألياف ذات ملف تعريف مؤشر الخطوة، يسود تشتت الوضع بسبب الاختلاف الكبير في أوقات السفر بين الأشعة المحورية والحدودية. في الألياف المتدرجة ذات المظهر الجانبي الأمثل لمؤشر الانكسار، يصبح كلا التشتت متساويين تقريبًا. في المقابل، في الألياف أحادية الوضع، لا يعد تشتت الوضع مهمًا ويحدد تشتت المادة فقط أداء الإرسال.
والعامل الثالث الذي يؤثر على جودة الإرسال هو تشتت الدليل الموجي. يحدث هذا فقط في الألياف أحادية الوضع، وذلك لأن الوضع الوحيد القادر على الانتشار له سرعة انتشار تعتمد على الطول الموجي.
سمح لنا تحليل أسباب وتأثير تشتت المواد على خصائص الإرسال باستخلاص استنتاجات ذات أهمية استثنائية للممارسة ولها تأثير حاسم على التطوير الإضافي لتكنولوجيا التوجيه الضوئي. بادئ ذي بدء، اتضح أن توسيع النبض الناجم عن تشتت المواد يتم تحديده إلى حد كبير من خلال البنية المجهرية لاعتماد الطول الموجي لمؤشر الانكسار لمادة معينة موصلة للضوء. إذا كان هناك قسم على الرسم البياني لمثل هذا الاعتماد حيث يميل المنحنى إلى الصفر، عند هذا الطول الموجي يمكن للمرء أن يتوقع الحد الأدنى من اتساع النبض وإهمال تأثير تشتت المواد.
في الواقع، يمكن العثور على مثل هذه النقطة في منحنيات ملف تعريف معامل الانكسار، على سبيل المثال، لزجاج الكوارتز عند 
. وهذا يعني أنه إذا كان من بين مصادر الضوء ضيقة النطاق تلك التي يكون تشتت المواد فيها صفرًا، فإن الإنتاجية تأخذ قيمة قصوى.
بناءً على قيم تشتت المادة، من الممكن حساب توسيع النبضة لأطوال موجية مختلفة ومن هنا سرعة الإرسال لليزر (العرض الطيفي حوالي 2 نانومتر) وللصمام الثنائي الباعث للضوء (العرض الطيفي حوالي 40 نانومتر). وحتى بالنسبة للصمام الثنائي الباعث للضوء في منطقة الطول الموجي هذه، يمكن توقع معدلات إرسال تزيد عن 1 جيجابت/ثانية لكل كيلومتر. بالنسبة لأشعة الليزر، تم الحصول تجريبيًا على قيمة 1.4 جيجابت/ثانية لكل كيلومتر واحد! من الواضح أن هذه المنطقة ذات الأطوال الموجية ذات التشتت الصفري للألياف الضوئية تحظى باهتمام كبير.
خصائص النقل المذكورة للتو حقيقية وتشير إلى الإمكانيات التقنية الموجودة في الألياف البسيطة متعددة الوسائط والتي لم يتم استنفادها بعد اليوم. ومع ذلك، يجب ألا ننسى أن معدلات النقل العالية هذه لا يمكن تحقيقها إلا من خلال ضمان المعلمات المثلى للصمام الثنائي الباعث للضوء لطول موجي معين، مما يخلق ظروف نقل أسوأ للأطوال الموجية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري الحفاظ على تفاوتات صغيرة جدًا عند تصنيع دليل الضوء لضمان ملف معامل الانكسار المطلوب، مما يزيد بلا شك من تكلفة دليل الضوء.
الاعتبارات المذكورة أعلاه مثيرة للاهتمام ومهمة أيضًا: في أي حال، لا يمكن إنشاء ألياف ذات إنتاجية قصوى. بالنسبة لمعظم المناطق، فإن إنتاجية الألياف كافية. في هذه الحالة، اتضح أنه من الممكن استخدام موصلات كهربائية أبسط والحصول على كفاءة أكبر عند الاتصال، وما إلى ذلك.
5.4 الكابلات الضوئية وتصميماتها وخصائصها
تعتبر الدائرة المفردة المكونة من سلكين، والزوج المحوري الواحد، ظاهرة نادرة في تكنولوجيا الاتصالات الكهربائية. عادة، يتكون الكابل الكهربائي من عدة أزواج. يحميهم الدرع العام من أنواع مختلفة من التأثيرات البيئية - الأضرار الناجمة عن القوارض والرطوبة والتأثيرات الميكانيكية.
يتم تضمين دليل الضوء، مثل الموصل الكهربائي، بالإضافة إلى استخدامه كموصل واحد للضوء، في الكابل البصري، ويخضع لمتطلبات مماثلة لتلك الخاصة بالكابلات الكهربائية.
ومع ذلك، فإن الموصلات الكهربائية والألياف الضوئية مختلفة جدًا لدرجة أنه سيكون من المفاجئ إذا لم تختلف الكابلات الكهربائية والبصرية عن بعضها البعض في التصميم وطرق التركيب والتركيب والتشغيل. في الوقت نفسه، هناك سنوات عديدة من الخبرة في مجال الحماية الميكانيكية للموصلات الرفيعة (يتم استخدام الأسلاك النحاسية التي يبلغ سمكها أعشار المليمتر على نطاق واسع)، والتي يمكن استخدامها لحماية الألياف الزجاجية الحساسة.
عندما يتعلق الأمر بالفرق بين أدلة الضوء والموصلات النحاسية، فمن الضروري تسمية الخاصية الرئيسية التي لم يتم تسميتها بعد على الإطلاق: عدم الحساسية المطلقة لموجه الضوء فيما يتعلق بالتداخل من الكهرباءو المجالات المغناطيسية. هنا يمكن القول أن حماية الكابلات الكهربائية لحمايتها من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي غير ضروري على الإطلاق في الكابلات الضوئية.
يتم لعب الدور الرئيسي، بالطبع، من خلال المادة نفسها - الزجاج، الذي يعمل الآن كبديل للمعدن غير الحديدي الثمين - النحاس. هذا مادة بديلةوينتج عنه مكاسب اقتصادية كبيرة. إن احتياطيات النحاس في العالم تستنزف باستمرار، وترتفع الأسعار. وفقا لبعض التوقعات، بحلول نهاية القرن، سيتم استنفاد الودائع البرية المعروفة اليوم. المادة الرئيسية للألياف الضوئية الزجاجية، رمل الكوارتز، متوفرة بكميات كبيرة. في تكنولوجيا الاتصالات، يمكن استبدال عدة كيلوغرامات من النحاس بـ 1 غرام من الزجاج عالي النقاء، إذا تم أخذ نفس سعة الكابل كأساس.
وتؤدي هذه النسبة إلى ميزة أخرى: وهي الكابلات الضوئية أسهلالكهرباء. يُلاحظ هذا بشكل خاص في الكابلات ذات النطاق الترددي العالي نظرًا لصغر قطر دليل الضوء. ومن الواضح أن هاتين الخاصيتين تعتبران ميزة فورية في العديد من التطبيقات.
وأخيراً لا بد من الإشارة إلى عامل العزل الجلفاني للمرسل والمستقبل. في النظام البصري، يتم عزلها كهربائيًا تمامًا عن بعضها البعض، والعديد من المشكلات المرتبطة بالتأريض والإزالة المحتملة التي نشأت حتى الآن عند توصيل الكابلات الكهربائية لم تعد صالحة.
إلى جانب هذه المعلمات المفيدة، من الضروري، بالطبع، تسمية الآخرين، حيث تكون الألياف الضوئية أدنى من النحاس والتي يجب أن يأخذها مصمم الكابلات في الاعتبار.
هذا هو أولا وقبل كل شيء حساسيةألياف غير محمية لبخار الماء. تم اكتشاف هذه الخاصية المهمة بسرعة كبيرة، ولكن تم اكتشاف إجراء مضاد أيضًا: وهو طلاء موجه الضوء مباشرة بطبقة واقية يبلغ سمكها عدة ميكرومترات مباشرة أثناء عملية سحب الألياف.
هذا الغلاف الواقي، المكون بشكل أساسي من البوليمر، يحمي دليل الضوء بالكامل. كما أنه يزيد من القوة الميكانيكية لدليل الضوء ومرونته. بالإضافة إلى ذلك، يتم ضمان اتساق المعلمات في ظل الظروف البيئية غير المواتية؛ وبدون غلاف واقي، فإنها تنخفض في غضون ساعات أو أيام قليلة.
قوة الشد الميكانيكيةلأن الألياف عالية جدًا وتتوافق مع قوة الفولاذ. ومع ذلك، فإن الزجاج هش؛ ولا يمكنه تحمل الانحناءات والكسر بنصف قطر صغير. لكن هذا العيب نسبي أيضًا: فالألياف الزجاجية المجهزة بالطبقة الواقية الرقيقة المذكورة أعلاه يمكن لفها بسهولة حول إصبعك، بل ويمكن لف بعض الأصناف حول قلم رصاص رفيع. ونظرًا لهذه الخاصية النموذجية للزجاج، فمن الضروري بالطبع اتخاذ تدابير وقائية في الحالات التي يتم فيها دمج العديد من الألياف الضوئية في كابل واحد، والذي سوف ينحني ويلتوي لاحقًا. يحدث هذا أثناء لف الأسطوانة وأثناء وضعها. يجب أن يكون تصميم الكابل بحيث يزيل الأحمال الميكانيكية الزائدة لدليل الضوء. ولكن ليس فقط تدمير الألياف هو أمر خطير، ولكن أيضًا الانحناء الدقيق. وتحدث عندما تقع الألياف الموصلة للضوء على سطح خشن تحت قوة الشد، ويمكن أن تسبب فقدانًا إضافيًا للضوء. يمكن ملاحظة هذه الظاهرة في تجربة توضيحية عندما يتم إمداد الضوء المرئي، على سبيل المثال من ليزر He-Ne، إلى ألياف موصلة للضوء ملفوفة بإحكام، تدور حول أسطوانة. تنبعث الأسطوانة بأكملها من ضوء أحمر ساطع، مما يشير إلى فقدان الضوء الناتج عن الانحناء الدقيق.
لتقليل الضغط الميكانيكي على الألياف، تم تجربة عدد من الحلول. يتم وضع الموصلات الفردية بحرية في المقطع العرضي للكابل؛ أثناء عملية تصنيع الكابل، تأكد من أن الألياف أطول قليلاً من الكابل. يوضح الشكل تصميمًا متحد المركز، ويتم استخدامه كثيرًا. في هذه الحالة، يتم وضع أدلة الضوء بحرية في أنابيب مرنة رقيقة أو يتم تطبيق العزل المسامي عليها.
عندما تتردد درجة الحرارة المحيطةتعتمد القوى الميكانيكية التي تعمل على دليل الضوء بشكل كبير على تصميم الكابل. يبدو أن نقطة الضعف الوحيدة هي تكسية ألياف مؤشر الدرجات. يمكن أن يزيد معامل انكساره، الذي يقل قليلاً عن معامل انكسار اللب، في حالات غير مواتية عند درجات حرارة منخفضة، مما ينتهك شروط الانعكاس الداخلي الكلي، وبالتالي ستظهر خسائر إشعاعية إضافية.
بصري ألياف...عملية الفيبر-بصري خطوط مجال الاتصالاتعلى الهواء مباشرة خطوطنقل الطاقة...
إعداد العمل المختبري للدورة الفيبر-بصريأنظمة مجال الاتصالات
الملخص >> الصناعة والإنتاجأنا.. الفيبر-بصري خطوط مجال الاتصالات. -م: الإذاعة و اتصال، 1990 –224 ص. مم. بوتوسوف، س.م. ويرنيك، س.ل. بالكين وآخرون. الفيبر-بصريأنظمة النقل. -م: الإذاعة و اتصال ...
الفيبر-بصريأجهزة الاستشعار
الملخص >> الاتصالات والاتصالاتمعلومة. هناك ما يسمى متماسكة الفيبر-بصري خطوط مجال الاتصالات، حيث يكون الوضع الفردي مناسبًا فقط... بشكل متماسك خطوط مجال الاتصالاتغير عملي ، والذي تم تحديد استخدامه مسبقًا في مثل هذا خطوطوضع واحد فقط بصري ألياف. ضد، ...
تحديث شبكة المناطق في منطقة سمارة على أساس الفيبر-بصري خطوطالتروس
الأطروحة >> الاتصالات والاتصالاتفي و. ايفانوفا. - م: الإذاعة و اتصال، 1994. – 224 ص. البناء والتشغيل الفني الفيبر-بصري خطوط مجال الاتصالات/ ف.أ. أندريف، ف. بوردين، بي.في. بوبوف...
تفتح البصريات فرصًا رائعة حيث تكون هناك حاجة إلى اتصالات عالية السرعة ذات إنتاجية عالية. هذه تقنية مجربة ومفهومة ومريحة. وفي المجال السمعي البصري يفتح آفاقاً جديدة ويقدم حلولاً لا تتوفر بالطرق الأخرى. لقد اخترقت البصريات جميع المجالات الرئيسية - أنظمة المراقبة وغرف التحكم ومراكز العمليات والمرافق العسكرية والطبية والمناطق ذات ظروف التشغيل القاسية. توفر خطوط الألياف الضوئية درجة عالية من حماية المعلومات السرية وتسمح بنقل البيانات غير المضغوطة مثل الرسومات عالية الدقة والفيديو بدقة البكسل. معايير وتقنيات جديدة لخطوط اتصالات الألياف الضوئية. هل الألياف هي مستقبل SCS (أنظمة الكابلات الهيكلية)؟ نحن نبني شبكة المؤسسة.
كابل الألياف الضوئية (المعروف أيضًا باسم الألياف الضوئية).- هذا نوع مختلف تمامًا من الكابلات مقارنةً بنوعي الكابلات الكهربائية أو النحاسية قيد النظر. لا يتم نقل المعلومات المتعلقة به عن طريق إشارة كهربائية، بل عن طريق إشارة ضوئية. عنصرها الرئيسي هو الألياف الزجاجية الشفافة، التي ينتقل من خلالها الضوء عبر مسافات شاسعة (تصل إلى عشرات الكيلومترات) مع توهين ضئيل.
هيكل كابل الألياف الضوئية بسيط للغايةويشبه هيكل الكابل الكهربائي المحوري (الشكل 1). فقط بدلاً من السلك النحاسي المركزي، يتم استخدام الألياف الزجاجية الرقيقة (قطرها حوالي 1 - 10 ميكرون) هنا، وبدلاً من العزل الداخلي، يتم استخدام غلاف زجاجي أو بلاستيكي، والذي لا يسمح للضوء بالهروب خارج الألياف الزجاجية. في هذه الحالة، نحن نتحدث عن وضع ما يسمى الانعكاس الداخلي الكلي للضوء من حدود مادتين لهما معاملات انكسار مختلفة (القشرة الزجاجية لها معامل انكسار أقل بكثير من الألياف المركزية). لا يوجد عادة أي جديلة معدنية على الكابل، حيث أنه ليس من الضروري الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي. ومع ذلك، في بعض الأحيان لا يزال يستخدم للحماية الميكانيكية من البيئة (يُطلق على هذا الكابل أحيانًا اسم الكابل المدرع؛ ويمكنه الجمع بين عدة كابلات ألياف بصرية تحت غلاف واحد).
يتمتع كابل الألياف الضوئية بأداء استثنائيبشأن الحصانة من الضوضاء وسرية المعلومات المرسلة. من حيث المبدأ، لا يمكن لأي تداخل كهرومغناطيسي خارجي أن يشوه الإشارة الضوئية، والإشارة نفسها لا تولد إشعاعًا كهرومغناطيسيًا خارجيًا. يكاد يكون من المستحيل الاتصال بهذا النوع من الكابلات للتنصت غير المصرح به على الشبكة، لأن ذلك من شأنه أن يضر بسلامة الكابل. يصل عرض النطاق الترددي الممكن نظريًا لمثل هذا الكابل إلى 1012 هرتز، أي 1000 جيجا هرتز، وهو أعلى بما لا يقاس من عرض الكابلات الكهربائية. تنخفض تكلفة كابلات الألياف الضوئية باستمرار وهي الآن تقريبًا نفس تكلفة الكابلات المحورية الرفيعة.
التوهين النموذجي للإشارة في كابلات الألياف الضوئيةعند الترددات المستخدمة في الشبكات المحلية تتراوح من 5 إلى 20 ديسيبل/كم، وهو ما يتوافق تقريباً مع أداء الكابلات الكهربائية عند الترددات المنخفضة. ولكن في حالة كابل الألياف الضوئية، مع زيادة تردد الإشارة المرسلة، يزداد التوهين قليلاً جدًا، وفي الترددات العالية (خاصة فوق 200 ميجاهرتز)، لا يمكن إنكار مزاياه مقارنة بالكابل الكهربائي؛ المنافسين.
تتيح خطوط اتصالات الألياف الضوئية (FOCL) نقل الإشارات التناظرية والرقمية عبر مسافات طويلة، تصل في بعض الحالات إلى عشرات الكيلومترات. كما يتم استخدامها أيضًا على مسافات أصغر وأكثر "قابلية للتحكم"، مثل داخل المباني. توجد هنا أمثلة لحلول بناء SCS (أنظمة الكابلات الهيكلية) لبناء شبكة مؤسسة: بناء شبكة مؤسسة: مخطط إنشاء SCS - البصريات الأفقية. بناء شبكة مؤسسية: مخطط بناء SCS - نظام الكابلات الضوئية المركزي. بناء شبكة مؤسسية: مخطط بناء SCS - نظام الكابلات الضوئية للمنطقة.
مزايا البصريات معروفة جيدًا: الحصانة ضد الضوضاء والتداخل، والكابلات ذات القطر الصغير ذات النطاق الترددي الضخم، ومقاومة القرصنة واعتراض المعلومات، وعدم الحاجة إلى أجهزة إعادة الإرسال ومكبرات الصوت، وما إلى ذلك.
كانت هناك مشاكل في إنهاء الخطوط البصرية، ولكن اليوم تم حلها إلى حد كبير، لذلك أصبح العمل مع هذه التكنولوجيا أسهل بكثير. ومع ذلك، هناك عدد من القضايا التي يجب النظر فيها فقط في سياق مجالات التطبيق. كما هو الحال مع البث النحاسي أو الراديوي، تعتمد جودة اتصال الألياف الضوئية على مدى توافق إشارة خرج جهاز الإرسال ومرحلة إدخال جهاز الاستقبال. تؤدي مواصفات طاقة الإشارة غير الصحيحة إلى زيادة معدلات خطأ بتات الإرسال؛ الكثير من الطاقة و"التشبع المفرط" لمكبر الصوت المستقبل، قليل جدًا وتنشأ مشكلة الضوضاء، حيث تبدأ في التداخل مع الإشارة المفيدة. فيما يلي المعلمتان الأكثر أهمية لخط الألياف الضوئية: طاقة الخرج لجهاز الإرسال وخسارة الإرسال - التوهين في الكبل البصري الذي يربط جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال.
هناك نوعان مختلفان من كابلات الألياف الضوئية:
* كبل متعدد الأوضاع أو متعدد الأوضاع، أرخص، ولكن بجودة أقل؛
* كابل أحادي الوضع، أغلى ثمناً، لكنه يتمتع بخصائص أفضل مقارنة بالكابل الأول.
سيحدد نوع الكبل عدد أوضاع الانتشار، أو "المسارات"، التي ينتقل فيها الضوء داخل الكبل.
كابل متعدد الأوضاع، الأكثر استخدامًا في المشاريع الصناعية والسكنية والتجارية الصغيرة، وله أعلى معامل توهين ويعمل فقط على مسافات قصيرة. النوع الأقدم من الكابلات، 62.5/125 (هذه الأرقام تميز الأقطار الداخلية/الخارجية للألياف بالميكرونات)، والتي تسمى غالبًا "OM1"، لها نطاق ترددي محدود وتستخدم لنقل البيانات بسرعات تصل إلى 200 ميجابت في الثانية.
تم مؤخرًا طرح كابلات 50/125 "OM2" و"OM3"، مما يوفر سرعات تبلغ 1 جيجابت/ثانية على مسافات تصل إلى 500 متر و10 جيجابت/ثانية على مسافات تصل إلى 300 متر.
كابل أحادي الوضعتُستخدم في الاتصالات عالية السرعة (أعلى من 10 جيجابت/ثانية) أو عبر مسافات طويلة (تصل إلى 30 كم). لنقل الصوت والفيديو، الأنسب هو استخدام كابلات “OM2”.
يشير راينر ستيل، نائب رئيس التسويق لشركة Extron Europe، إلى أن خطوط الألياف الضوئية أصبحت ميسورة التكلفة ويتم استخدامها بشكل متزايد للتواصل داخل المباني، مما يؤدي إلى زيادة استخدام أنظمة الصوت والفيديو القائمة على التقنيات البصرية. يقول ستيل: «فيما يتعلق بالتكامل، تقدم خطوط الألياف الضوئية بالفعل العديد من المزايا الرئيسية اليوم.
بالمقارنة مع البنية التحتية المماثلة للكابلات النحاسية، تسمح البصريات باستخدام إشارات الفيديو التناظرية والرقمية في وقت واحد، مما يوفر حل نظام واحد للعمل مع تنسيقات الفيديو الحالية والمستقبلية.
بالإضافة إلى ذلك، لأن توفر البصريات إنتاجية عالية جدًا، وسيعمل نفس الكابل بدقة أعلى في المستقبل. تتكيف FOCL بسهولة مع المعايير والأشكال الجديدة الناشئة في عملية تطوير تقنيات AV.
ومن الخبراء الآخرين المعترف بهم في هذا المجال جيم هايز، رئيس جمعية الألياف البصرية الأمريكية، التي تأسست عام 1995 وتعمل على تعزيز الاحتراف في مجال الألياف الضوئية ولديها أكثر من 27000 متخصص مؤهل في مجال التركيب البصري. ويقول ما يلي عن الشعبية المتزايدة لخطوط الألياف الضوئية: “الفائدة هي سرعة التركيب والتكلفة المنخفضة للمكونات. يتزايد استخدام البصريات في الاتصالات السلكية واللاسلكية، خاصة في أنظمة الألياف الضوئية إلى المنزل* (FTTH). تمكين اللاسلكية، و في مجال الأمن (كاميرات المراقبة).
يبدو أن قطاع FTTH ينمو بشكل أسرع من الأسواق الأخرى في جميع البلدان المتقدمة. هنا في الولايات المتحدة الأمريكية، يتم بناء شبكات التحكم في حركة المرور والخدمات البلدية (الإدارة ورجال الإطفاء والشرطة) والمؤسسات التعليمية (المدارس والمكتبات) على الألياف الضوئية.
يتزايد عدد مستخدمي الإنترنت - ونحن نقوم بسرعة ببناء مراكز جديدة لمعالجة البيانات (DPCs)، والتي يتم استخدام الألياف الضوئية فيها. في الواقع، عند إرسال الإشارات بسرعة 10 جيجابت/ثانية، تكون التكاليف مماثلة للخطوط "النحاسية"، لكن البصريات تستهلك طاقة أقل بكثير. لسنوات عديدة، كان المدافعون عن الألياف والنحاس يتقاتلون من أجل الأولوية في شبكات الشركات. مضيعة للوقت!
اليوم، أصبح اتصال WiFi جيدًا جدًا لدرجة أن مستخدمي أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة iPhone أعطوا الأفضلية للتنقل. والآن في الشبكات المحلية للشركات، يتم استخدام البصريات للتبديل مع نقاط الوصول اللاسلكية.
وفي الواقع، فإن عدد تطبيقات البصريات آخذ في الازدياد، ويرجع ذلك أساسًا إلى المزايا المذكورة أعلاه مقارنة بالنحاس.
لقد اخترقت البصريات جميع المجالات الرئيسية - أنظمة المراقبة وغرف التحكم ومراكز العمليات والمرافق العسكرية والطبية والمناطق ذات ظروف التشغيل القاسية. لقد أتاح انخفاض تكاليف المعدات استخدام التكنولوجيا البصرية في المناطق التي تعتمد تقليديًا على النحاس - مثل قاعات المؤتمرات والملاعب ومراكز البيع بالتجزئة والنقل.
يعلق راينر ستيل من شركة Extron قائلاً: "تُستخدم معدات الألياف الضوئية على نطاق واسع في أماكن الرعاية الصحية، على سبيل المثال لتحويل إشارات الفيديو المحلية في غرف العمليات. الإشارات الضوئية لا علاقة لها بالكهرباء، وهي مثالية لسلامة المرضى. تعتبر FOCLs أيضًا مثالية لكليات الطب، حيث من الضروري توزيع إشارات الفيديو من عدة غرف عمليات إلى عدة فصول دراسية حتى يتمكن الطلاب من مشاهدة تقدم العملية "مباشرة".
ويفضل الجيش أيضًا تقنيات الألياف الضوئية، نظرًا لصعوبة أو حتى استحالة "قراءة" البيانات المرسلة من الخارج.
توفر خطوط الألياف الضوئية درجة عالية من حماية المعلومات السرية وتسمح بنقل البيانات غير المضغوطة مثل الرسومات عالية الدقة والفيديو بدقة البكسل.
إن القدرة على الإرسال عبر مسافات طويلة تجعل البصريات مثالية لأنظمة اللافتات الرقمية في مراكز التسوق الكبيرة، حيث يمكن أن يصل طول خطوط الكابلات إلى عدة كيلومترات. إذا كانت المسافة بالنسبة للكابل المزدوج الملتوي تقتصر على 450 مترًا، فإن 30 كم ليست الحد الأقصى بالنسبة للبصريات.
عندما يتعلق الأمر باستخدام الألياف الضوئية في الصناعة السمعية والبصرية، هناك عاملان رئيسيان يقودان التقدم. أولا، هذا هو التطوير المكثف لأنظمة نقل الصوت والفيديو القائمة على IP، والتي تعتمد على شبكات النطاق الترددي العالي - خطوط الألياف الضوئية مثالية لهم.
ثانيًا، هناك حاجة واسعة النطاق لنقل الفيديو عالي الدقة وصور كمبيوتر HR عبر مسافات تزيد عن 15 مترًا - وهذا هو الحد الأقصى لنقل HDMI عبر النحاس.
هناك حالات لا يمكن فيها ببساطة "توزيع" إشارة الفيديو عبر كابل نحاسي ومن الضروري استخدام الألياف الضوئية - مثل هذه المواقف تحفز تطوير منتجات جديدة. يوضح بيونج هو بارك، نائب رئيس التسويق في شركة Opticis: "يتطلب عرض النطاق الترددي للبيانات UXGA 60 هرتز والألوان 24 بت سرعة إجمالية تبلغ 5 جيجابت في الثانية، أو 1.65 جيجابت في الثانية لكل قناة ملونة. يتمتع HDTV بنطاق ترددي أقل قليلاً. يدفع المصنعون السوق، لكن السوق يدفع اللاعبين أيضًا إلى استخدام صور ذات جودة أعلى. هناك بعض التطبيقات التي تتطلب شاشات عرض قادرة على عرض 3-5 مليون بكسل أو عمق ألوان 30-36 بت. وهذا بدوره سيتطلب سرعة نقل تبلغ حوالي 10 جيجابت/ثانية.
اليوم، تقدم العديد من الشركات المصنعة لمعدات التبديل إصدارات من موسعات الفيديو (الموسعات) للعمل مع الخطوط الضوئية. أتين الدولية, تريندنت, ريكسترون, جيفنوينتج آخرون نماذج مختلفة لمجموعة من تنسيقات الفيديو والكمبيوتر.
في هذه الحالة، يمكن إرسال بيانات الخدمة - HDCP** وEDID*** - باستخدام خط بصري إضافي، وفي بعض الحالات - عبر كابل نحاسي منفصل يربط بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال.
نظرًا لأن HD أصبح المعيار في سوق البث،يقول جيم جياشيتا، نائب الرئيس الأول للهندسة في Multidyne: "لقد بدأت الأسواق الأخرى - أسواق التثبيت، على سبيل المثال - أيضًا في استخدام حماية النسخ للمحتوى بتنسيقات DVI وHDMI". "باستخدام جهاز HDMI-ONE الخاص بنا، يمكن للمستخدمين إرسال إشارة فيديو من مشغل DVD أو Blu-ray إلى شاشة أو شاشة عرض تقع على مسافة تصل إلى 1000 متر. "في السابق، لم يكن هناك جهاز متعدد الأوضاع يدعم حماية نسخ HDCP."
يجب على أولئك الذين يعملون مع خطوط الألياف الضوئية ألا ينسوا مشاكل التثبيت المحددة - إنهاء الكابل. 
وفي هذا الصدد، تقوم العديد من الشركات المصنعة بإنتاج الموصلات نفسها ومجموعات التثبيت، والتي تتضمن أدوات متخصصة، بالإضافة إلى المواد الكيميائية.
وفي الوقت نفسه، يجب فحص أي عنصر من عناصر خط الألياف الضوئية، سواء كان سلك تمديد أو موصل أو وصلة كبل، للتأكد من توهين الإشارة باستخدام مقياس بصري - وهذا ضروري لتقييم إجمالي ميزانية الطاقة (ميزانية الطاقة، الميزانية الرئيسية المؤشر المحسوب لخط الألياف الضوئية). بطبيعة الحال، يمكنك تجميع موصلات كابلات الألياف يدويًا، "على ركبتيك"، ولكن يتم ضمان الجودة والموثوقية العالية حقًا فقط عند استخدام الكابلات "المقطوعة" الجاهزة والمنتجة في المصنع والتي خضعت لاختبار شامل متعدد المراحل.
على الرغم من النطاق الترددي الهائل لخطوط اتصالات الألياف الضوئية، لا يزال الكثيرون لديهم الرغبة في "حشر" المزيد من المعلومات في كابل واحد.
هنا، يسير التطوير في اتجاهين - تعدد الإرسال الطيفي (WDM البصري)، عندما يتم إرسال عدة أشعة ضوئية ذات أطوال موجية مختلفة إلى دليل ضوئي واحد، والآخر - تسلسل / إلغاء تسلسل البيانات (الإنجليزية SerDes)، عندما يتم تحويل الكود المتوازي إلى المسلسل والعكس.
ومع ذلك، فإن معدات تعدد إرسال الطيف باهظة الثمن بسبب التصميم المعقد واستخدام مكونات بصرية مصغرة، ولكنها لا تزيد من سرعة الإرسال. كما أن الأجهزة المنطقية عالية السرعة المستخدمة في معدات SerDes تزيد من تكلفة المشروع.
بالإضافة إلى ذلك، يتم اليوم إنتاج معدات تتيح لك تعدد إرسال وإلغاء تعدد إرسال بيانات التحكم - USB أو RS232/485 - من إجمالي تدفق الضوء. في هذه الحالة، يمكن إرسال تيارات الضوء عبر كابل واحد في اتجاهين متعاكسين، على الرغم من أن سعر الأجهزة التي تؤدي هذه "الحيل" عادة ما يتجاوز تكلفة دليل ضوئي إضافي لإعادة البيانات.
تفتح البصريات فرصًا رائعة حيث تكون هناك حاجة إلى اتصالات عالية السرعة ذات إنتاجية عالية. هذه تقنية مجربة ومفهومة ومريحة. وفي المجال السمعي البصري يفتح آفاقاً جديدة ويقدم حلولاً لا تتوفر بالطرق الأخرى. على الأقل دون جهد عمل كبير وتكاليف مالية.
اعتمادًا على مجال التطبيق الرئيسي، تنقسم كابلات الألياف الضوئية إلى نوعين رئيسيين:
الكابل الداخلي:
عند تركيب خطوط الألياف الضوئية في الأماكن المغلقة، عادةً ما يتم استخدام كابل ألياف ضوئية مزود بعازل كثيف (للحماية من القوارض). يستخدم لبناء SCS ككابل رئيسي أو أفقي. يدعم نقل البيانات عبر مسافات قصيرة ومتوسطة. مثالية للكابلات الأفقية.
كابل خارجي:
كابل ألياف بصرية ذو عازل كثيف، مصفح بشريط فولاذي، مقاوم للرطوبة. يتم استخدامه للتركيب الخارجي عند إنشاء نظام فرعي للطرق السريعة الخارجية وربط المباني الفردية. يمكن تركيبها في قنوات الكابل. مناسبة للتركيب المباشر في الأرض.
كابل الألياف الضوئية الخارجي ذاتي الدعم:
كابل الألياف الضوئية ذاتي الدعم، مزود بكابل فولاذي. يستخدم للتثبيت الخارجي على مسافات طويلة داخل شبكات الهاتف. يدعم نقل إشارة تلفزيون الكابل وكذلك نقل البيانات. مناسبة للتركيب في قنوات الكابلات والتركيبات العلوية.
مميزات خطوط اتصالات الألياف الضوئية:
- يتمتع نقل المعلومات عبر خطوط الألياف الضوئية بعدد من المزايا مقارنةً بنقلها عبر الكابلات النحاسية. يعد التنفيذ السريع للمجلدات في شبكات المعلومات نتيجة للمزايا الناشئة عن خصائص انتشار الإشارة في الألياف الضوئية.
- عرض النطاق الترددي الواسع - بسبب تردد الموجة الحاملة العالي للغاية البالغ 1014 هرتز. وهذا يجعل من الممكن نقل تدفقات المعلومات بعدة تيرابت في الثانية عبر ليف ضوئي واحد. يعد عرض النطاق الترددي العالي أحد أهم مزايا الألياف الضوئية مقارنة بالنحاس أو أي وسيلة أخرى لنقل المعلومات.
- توهين منخفض للإشارة الضوئية في الألياف. الألياف الضوئية الصناعية التي تنتجها الشركات المصنعة المحلية والأجنبية حاليًا لديها توهين يتراوح بين 0.2-0.3 ديسيبل عند طول موجة يبلغ 1.55 ميكرون لكل كيلومتر. يتيح التوهين المنخفض والتشتت المنخفض إنشاء أقسام من الخطوط دون ترحيل بطول يصل إلى 100 كم أو أكثر.
- يتيح لك مستوى الضوضاء المنخفض في كابل الألياف الضوئية زيادة عرض النطاق الترددي عن طريق إرسال تعديلات مختلفة للإشارات مع تكرار منخفض للكود.
- مناعة عالية للضوضاء. نظرًا لأن الألياف مصنوعة من مادة عازلة للكهرباء، فهي محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي من أنظمة الكابلات النحاسية المحيطة والمعدات الكهربائية التي يمكن أن تولد الإشعاع الكهرومغناطيسي (خطوط الكهرباء، المحركات الكهربائية، إلخ). تتجنب الكابلات متعددة الألياف أيضًا مشكلة التداخل الكهرومغناطيسي المتأصلة في الكابلات النحاسية متعددة الأزواج.
- انخفاض الوزن والحجم. تتميز كابلات الألياف الضوئية (FOC) بوزن وحجم أقل مقارنة بالكابلات النحاسية لنفس عرض النطاق الترددي. على سبيل المثال، يمكن استبدال كابل هاتف مكون من 900 زوج يبلغ قطره 7.5 سم بألياف واحدة يبلغ قطرها 0.1 سم سيكون طول كابل الألياف الضوئية 1.5 سم، وهو أصغر بعدة مرات من كابل الهاتف المعني.
- إجراءات أمنية مشددة ضد الوصول غير المصرح به. نظرًا لأن FOC لا ينبعث عمليًا في نطاق الراديو، فمن الصعب سماع المعلومات المرسلة عبره دون تعطيل الاستقبال والإرسال. يمكن لأنظمة المراقبة (المراقبة المستمرة) لسلامة خط الاتصال البصري، باستخدام خصائص الحساسية العالية للألياف، أن تقوم على الفور بإيقاف قناة الاتصال "المخترقة" وإصدار إنذار. تتمتع أنظمة الاستشعار التي تستخدم تأثيرات التداخل للإشارات الضوئية المنتشرة (من خلال ألياف مختلفة واستقطابات مختلفة) بحساسية عالية جدًا للاهتزازات واختلافات الضغط الصغيرة. تعتبر هذه الأنظمة ضرورية بشكل خاص عند إنشاء خطوط اتصال في الحكومة والخدمات المصرفية وبعض الخدمات الخاصة الأخرى التي زادت متطلبات حماية البيانات.
- العزلة الكلفانية لعناصر الشبكة. تكمن ميزة الألياف الضوئية في خصائصها العازلة. تساعد الألياف على تجنب الحلقات الأرضية الكهربائية التي يمكن أن تحدث عندما يكون لجهازين متصلين بالشبكة غير معزولين بواسطة كابل نحاسي وصلات أرضية في نقاط مختلفة في المبنى، مثل الطوابق المختلفة. وقد يؤدي ذلك إلى حدوث فرق كبير في الجهد، مما قد يؤدي إلى تلف معدات الشبكة. بالنسبة للألياف، هذه المشكلة ببساطة غير موجودة.
- الانفجار والسلامة من الحرائق. نظرًا لعدم وجود شرارة، تعمل الألياف الضوئية على زيادة أمان الشبكة في مصافي تكرير المواد الكيميائية والنفط، عند خدمة العمليات التكنولوجية عالية المخاطر.
- فعالية تكلفة خطوط اتصالات الألياف الضوئية. وتتكون الألياف من الكوارتز، الذي يعتمد على ثاني أكسيد السيليكون، وهي مادة واسعة الانتشار وبالتالي غير مكلفة، على عكس النحاس. حاليًا، تبلغ تكلفة الألياف بالنسبة لزوج النحاس 2:5. في الوقت نفسه، يتيح لك FOC إرسال الإشارات عبر مسافات أطول بكثير دون الحاجة إلى الترحيل. يتم تقليل عدد أجهزة إعادة الإرسال في الخطوط الطويلة عند استخدام FOC. عند استخدام أنظمة نقل سوليتون، تم تحقيق نطاقات تبلغ 4000 كم دون تجديد (أي استخدام مكبرات الصوت الضوئية فقط في العقد المتوسطة) بمعدلات إرسال أعلى من 10 جيجابت/ثانية.
- عمر خدمة طويل. بمرور الوقت، تتعرض الألياف للتدهور. وهذا يعني أن التوهين في الكابل الموضوع يزداد تدريجياً. ومع ذلك، بفضل كمال التقنيات الحديثة لإنتاج الألياف الضوئية، تباطأت هذه العملية بشكل كبير، ويبلغ عمر خدمة الألياف الضوئية للألياف الضوئية حوالي 25 عامًا. خلال هذا الوقت، قد تتغير عدة أجيال/معايير أنظمة الإرسال والاستقبال.
- إمدادات الطاقة عن بعد. في بعض الحالات، يلزم توفير الطاقة عن بعد لعقدة شبكة المعلومات. الألياف الضوئية غير قادرة على أداء وظائف كابل الطاقة. ومع ذلك، في هذه الحالات، يمكن استخدام كابل مختلط عندما يكون الكابل مزودًا بعنصر موصل نحاسي، إلى جانب الألياف الضوئية. يستخدم هذا الكابل على نطاق واسع في روسيا وخارجها.
ومع ذلك، فإن كابلات الألياف الضوئية لها أيضًا بعض العيوب:
- وأهمها هو التعقيد العالي للتركيب (دقة الميكرون مطلوبة عند تركيب الموصلات؛ والتوهين في الموصل يعتمد بشكل كبير على دقة تقطيع الألياف الزجاجية ودرجة تلميعها). لتثبيت الموصلات، يتم استخدام اللحام أو اللصق باستخدام هلام خاص له نفس معامل انكسار الضوء مثل الألياف الزجاجية. وعلى أية حال، فإن هذا يتطلب موظفين مؤهلين تأهيلا عاليا وأدوات خاصة. لذلك، يتم بيع كابلات الألياف الضوئية في أغلب الأحيان على شكل قطع مقطوعة مسبقًا بأطوال مختلفة، حيث تم بالفعل تثبيت النوع المطلوب من الموصلات على كلا الطرفين. يجب أن نتذكر أن التثبيت السيئ للموصل يقلل بشكل كبير من طول الكابل المسموح به، والذي يحدده التوهين.
- ويجب أن نتذكر أيضًا أن استخدام كابل الألياف الضوئية يتطلب أجهزة استقبال وإرسال بصرية خاصة تعمل على تحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية والعكس، وهو ما يزيد أحيانًا بشكل كبير من تكلفة الشبكة ككل.
- تسمح كابلات الألياف الضوئية بتفرع الإشارة (يتم إنتاج مقسمات سلبية خاصة (مقرنات) من 2 إلى 8 قنوات لهذا الغرض)، ولكن كقاعدة عامة، يتم استخدامها لنقل البيانات في اتجاه واحد فقط بين جهاز إرسال واحد وجهاز استقبال واحد. بعد كل شيء، فإن أي متفرع يضعف حتما إشارة الضوء بشكل كبير، وإذا كان هناك العديد من الفروع، فقد لا يصل الضوء ببساطة إلى نهاية الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي جهاز التقسيم أيضًا على خسائر داخلية، بحيث يكون إجمالي طاقة الإشارة عند الإخراج أقل من طاقة الإدخال.
- كابلات الألياف الضوئية أقل متانة ومرونة من الكابلات الكهربائية. يبلغ نصف قطر الانحناء النموذجي المسموح به حوالي 10 - 20 سم، مع نصف قطر انحناء أصغر قد تنكسر الألياف المركزية. لا يتحمل التمدد الكبلي والميكانيكي، فضلاً عن تأثيرات التكسير.
- كما أن كابل الألياف الضوئية حساس للإشعاع المؤين، مما يقلل من شفافية الألياف الزجاجية، أي يزيد من توهين الإشارة. التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة لها أيضًا تأثير سلبي عليها، ويمكن أن تتشقق الألياف الزجاجية.
- يتم استخدام كابلات الألياف الضوئية فقط في الشبكات ذات الهيكل النجمي والحلقي. لا توجد مشاكل في التنسيق أو التأريض في هذه الحالة. يوفر الكابل عزلًا كلفانيًا مثاليًا لأجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة. في المستقبل، من المرجح أن يحل هذا النوع من الكابلات محل الكابلات الكهربائية، أو على الأقل يحل محلها بشكل كبير.
آفاق تطوير خطوط اتصالات الألياف الضوئية:
- مع تزايد الطلب على تطبيقات الشبكات الجديدة، أصبح استخدام تقنيات الألياف الضوئية في أنظمة الكابلات الهيكلية ذا أهمية متزايدة. ما هي مزايا وميزات استخدام التقنيات البصرية في النظام الفرعي للكابلات الأفقية، وكذلك في أماكن عمل المستخدمين؟
- بعد تحليل التغيرات في تقنيات الشبكات على مدى السنوات الخمس الماضية، من السهل أن نرى أن معايير SCS النحاسية قد تخلفت عن سباق "تسلح الشبكة". دون أن يكون لديك وقت لتثبيت SCS من الفئة الثالثة، كان على المؤسسات أن تنتقل إلى الفئة الخامسة، والآن إلى السادسة، واستخدام الفئة السابعة هو قاب قوسين أو أدنى.
- من الواضح أن تطوير تقنيات الشبكات لن يتوقف عند هذا الحد: ستصبح جيجابت لكل مكان عمل قريبًا معيارًا فعليًا، ومن ثم قانونيًا، وبالنسبة للشبكات المحلية (LAN) الخاصة بمؤسسة كبيرة أو حتى متوسطة الحجم، 10 جيجابت / ثانية لن يكون Etnernet غير شائع.
- لذلك، من المهم جدًا استخدام نظام كابلات يمكنه التعامل بسهولة مع السرعات المتزايدة لتطبيقات الشبكة لمدة 10 سنوات على الأقل - وهذا هو الحد الأدنى لعمر خدمة SCS المحدد وفقًا للمعايير الدولية.
- علاوة على ذلك، عند تغيير معايير بروتوكولات LAN، من الضروري تجنب إعادة وضع الكابلات الجديدة، والتي تسببت في السابق في تكاليف كبيرة لتشغيل SCS وهي ببساطة غير مقبولة في المستقبل.
- وسيط نقل واحد فقط في SCS يلبي هذه المتطلبات - البصريات. تم استخدام الكابلات الضوئية في شبكات الاتصالات لأكثر من 25 عامًا، وقد وجدت مؤخرًا استخدامًا واسع النطاق في تلفزيون الكابل والشبكات المحلية (LAN).
- في الشبكات المحلية، يتم استخدامها بشكل أساسي لبناء قنوات الكابل الأساسية بين المباني وفي المباني نفسها , مع ضمان سرعات نقل عالية للبيانات بين شرائح هذه الشبكات. ومع ذلك، فإن تطور تقنيات الشبكات الحديثة أدى إلى تفعيل استخدام الألياف الضوئية كوسيلة رئيسية لتوصيل المستخدمين مباشرة.
معايير وتقنيات جديدة لخطوط اتصالات الألياف الضوئية:
في السنوات الأخيرة، ظهرت العديد من التقنيات والمنتجات في السوق والتي تجعل استخدام الألياف الضوئية في نظام الكابلات الأفقية وتوصيلها بمحطات عمل المستخدم أسهل بكثير وأقل تكلفة.
من بين هذه الحلول الجديدة، أود أولاً أن أسلط الضوء على الموصلات الضوئية ذات عامل الشكل الصغير - SFFC (موصلات ذات عامل الشكل الصغير)، وثنائيات الليزر المستوية ذات تجويف عمودي - VCSEL (ليزر ينبعث من سطح التجويف العمودي) و الجيل الجديد من الألياف الضوئية متعددة الأوضاع.
تجدر الإشارة إلى أن النوع المعتمد مؤخرًا من الألياف الضوئية متعددة الأوضاع OM-3 له عرض نطاق يزيد عن 2000 ميجاهرتز/كم عند طول موجة ليزر يبلغ 850 نانومتر. يوفر هذا النوع من الألياف نقلًا تسلسليًا لتدفقات بيانات بروتوكول 10 جيجابت إيثرنت على مسافة 300 متر. ويضمن استخدام أنواع جديدة من الألياف الضوئية متعددة الأوضاع وأشعة الليزر VCSEL ذات 850 نانومتر أقل تكلفة لتنفيذ حلول 10 جيجابت إيثرنت.
إن تطوير معايير جديدة لموصلات الألياف الضوئية جعل أنظمة الألياف الضوئية منافسًا خطيرًا للحلول النحاسية. تقليديًا، تتطلب أنظمة الألياف الضوئية ضعف عدد الموصلات وأسلاك التصحيح التي تتطلبها الأنظمة النحاسية، حيث تتطلب مواقع الاتصالات مساحة أكبر بكثير لاستيعاب المعدات البصرية، السلبية والنشطة على حد سواء.
توفر الموصلات الضوئية صغيرة الحجم، التي تم تقديمها مؤخرًا من قبل عدد من الشركات المصنعة، ضعف كثافة المنافذ مقارنة بالحلول السابقة لأن كل موصل صغير الحجم يحتوي على ليفين بصريين بدلاً من واحد فقط.
في الوقت نفسه، يتم تقليل أحجام كل من العناصر السلبية البصرية - التوصيلات المتقاطعة، وما إلى ذلك، ومعدات الشبكة النشطة، مما يسمح بتقليل تكاليف التثبيت أربع مرات (مقارنة بالحلول البصرية التقليدية).
تجدر الإشارة إلى أن هيئات التقييس الأمريكية EIA وTIA قررت في عام 1998 عدم تنظيم استخدام أي نوع محدد من الموصلات الضوئية صغيرة الحجم، مما أدى إلى ظهور ستة أنواع من الحلول المنافسة في هذا المجال في السوق: MT -RJ، LC، VF-45، Opti-Jack، LX.5 وSCDC. هناك أيضًا تطورات جديدة اليوم.
الموصل المصغر الأكثر شيوعًا هو الموصل من النوع MT-RJ، الذي يحتوي على طرف بوليمر واحد مع اثنين من الألياف الضوئية بداخله. تم تصميم تصميمه من قبل مجموعة من الشركات بقيادة AMP Netconnect استنادًا إلى موصل MT متعدد الألياف الذي تم تطويره في اليابان. قدمت AMP Netconnect اليوم أكثر من 30 ترخيصًا لإنتاج هذا النوع من موصلات MT-RJ.
يدين موصل MT-RJ بالكثير من نجاحه إلى تصميمه الخارجي، والذي يشبه تصميم موصل RJ-45 النحاسي المعياري ذي 8 سنون. لقد تحسن أداء موصل MT-RJ بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة - توفر AMP Netconnect موصلات MT-RJ بمفاتيح تمنع الاتصال الخاطئ أو غير المصرح به بنظام الكابل. بالإضافة إلى ذلك، يقوم عدد من الشركات بتطوير إصدارات أحادية الوضع من موصل MT-RJ.
هناك طلب مرتفع إلى حد ما على موصلات LC الخاصة بالشركة في سوق حلول الكابلات الضوئية أفايا(http://www.avaya.com). يعتمد تصميم هذا الموصل على استخدام طرف من السيراميك بقطر مخفض إلى 1.25 ملم وغطاء بلاستيكي مزود بمزلاج خارجي من نوع الرافعة للتثبيت في مقبس مقبس التوصيل.
الموصل متاح في كلا الإصدارين البسيط والمزدوج. الميزة الرئيسية لموصل LC هي انخفاض متوسط الخسارة وانحرافه المعياري الذي يبلغ 0.1 ديسيبل فقط. تضمن هذه القيمة التشغيل المستقر لنظام الكابل ككل. يتبع تركيب شوكة LC إجراءات الربط والتلميع القياسية بالإيبوكسي. اليوم، وجدت الموصلات استخدامها بين الشركات المصنعة لأجهزة الإرسال والاستقبال بسرعة 10 جيجابت / ثانية.
تنتج شركة Corning Cable Systems (http://www.corning.com/cablesystems) موصلات LC وMT-RJ. في رأيها، قامت صناعة SCS باختيارها لصالح موصلات MT-RJ وLC. أصدرت الشركة مؤخرًا أول موصل MT-RJ أحادي الوضع وإصدارات UniCam من موصلات MT-RJ وLC، والتي تتميز بوقت تثبيت قصير. وفي الوقت نفسه، لتثبيت موصلات من نوع UniCam، ليست هناك حاجة لاستخدام غراء الإيبوكسي والبولي
أصبحت تقنيات نقل البيانات الضوئية طفرة في مجال الاتصالات وشبكات البيانات التي تتطلب سرعات نقل عالية. على مدى السنوات القليلة الماضية، أدت الأبحاث إلى ظهور أنظمة قادرة على نقل البيانات بسرعات تصل إلى 10 جيجابايت/ثانية وما فوق. إحدى المزايا الرئيسية للكابل الضوئي هي قدرته على نقل الإشارات الضوئية عالية السرعة عبر مسافات طويلة. هذه المقالة مخصصة للكابلات الضوئية، والمبادئ التي تعمل عليها، وكذلك الكتل الرئيسية لأنظمة نقل البيانات عبر الألياف الضوئية.
تستخدم تقنية الألياف الضوئية الضوء ببساطة لنقل البيانات. بدأ استخدام الكابلات الضوئية في عام 1970 تقريبًا، عندما أصبح من الممكن تقليل تكلفة إنتاج الكابلات الضوئية والتكاليف المرتبطة بها.
باستخدام كابل بصري
تُستخدم كابلات الألياف الضوئية في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من الاستشعار الطبي وحتى شبكات البيانات الدفاعية عالية السرعة. يتم نقل البيانات باستخدام أجهزة إرسال بصرية تنقل إشارات عالية السرعة إلى أجهزة استقبال بصرية خاصة. وفي هذه الحالة يتم تحويل الإشارات الرقمية إلى إشارات ضوئية والعكس صحيح. تصل سرعة نقل البيانات عبر الكابل الضوئي إلى 10 جيجابايت/ثانية.يوجد اليوم نوعان من الكابلات الضوئية: أحادية الوضع (SM) ومتعددة الأوضاع (MM). في الآونة الأخيرة، تم سماع تصريحات متزايدة مفادها أن الأوضاع المتعددة تعد أكثر واعدة، حيث توفر أداءً أفضل بأكثر من مائة مرة مقارنة بالكابلات الضوئية أحادية الوضع.
الاستخدام الأكثر نشاطًا للكابلات الضوئية يحدث في صناعة الاتصالات. في البداية، استخدمت شركات الهاتف الكابلات الضوئية لنقل كميات كبيرة من حركة المرور الصوتية بين مكاتب الهاتف المركزية. منذ الثمانينيات، بدأت شركات الهاتف في نشر الشبكات الضوئية في كل مكان.
إن إنتاجية الكابل البصري هي أهم وأهم خصائصه. كلما زاد عرض النطاق الترددي، زادت سرعة الإرسال وزادت حركة المرور. يتمتع النحاس بنطاق ترددي محدود للغاية وقيود شديدة على طول الكابل، مما يجعل الزوج النحاسي أقل ملاءمة لنقل الإشارات عالية السرعة عبر مسافات طويلة.
يوفر استخدام الكابل البصري المزايا التالية:
- عرض النطاق الترددي العالي لنقل الصوت أو الفيديو.
- يمكن للألياف الضوئية أن تحمل معلومات أكثر بآلاف المرات من الأسلاك النحاسية. على سبيل المثال، يمكن لشريط واحد فقط من الألياف أن ينقل جميع المحادثات الهاتفية في أمريكا خلال ساعة الذروة.
- الكابلات الضوئية أخف بحوالي 10 مرات من النحاس.
- خسائر منخفضة. كلما زاد تردد الإشارة، زادت الخسائر في زوج النحاس. فقدان الإشارة في الكبل البصري هو نفسه في جميع الترددات، باستثناء الترددات العالية جدًا.
- الموثوقية - الكابلات الضوئية أكثر موثوقية ولها عمر أطول من الكابلات النحاسية.
- الأمان - لا تبعث الألياف الضوئية مجالات كهرومغناطيسية، كما أنها غير حساسة للتداخل.
الآلية المادية لنقل الإشارات الضوئية
في التطبيقات الحديثة، يتم تقسيم الكابلات الضوئية إلى وضع متعدد (MM) ووضع واحد (SM)، ولكن كلاهما يعتمد على نفس المبادئ. يمكن نقل الإشارة عبر كابل ضوئي بسبب ظاهرة تسمى الانعكاس الداخلي الكلي. وهذا يجعل من الممكن نقل الإشارات الضوئية بسرعة عالية لمسافات طويلة.كبل ضوئي أحادي الوضع أم متعدد الأوضاع؟
تختلف كابلات SM وMM في الحجم، مما يؤثر بدوره على الإشارة التي تمر عبر الألياف. تستخدم كابلات SM سماكة ألياف أساسية تتراوح من 8 إلى 10 ميكرون، مما يسمح بنقل طول موجي واحد فقط. من ناحية أخرى، تستخدم كابلات MM أليافًا أساسية أكثر سمكًا تبلغ حوالي 50-60 ميكرون، مما يسمح بنقل أطوال موجية متعددة في وقت واحد. تتميز كابلات SM بتوهين أقل، مما يجعل من الممكن استخدامها لمسافات طويلة. يسمح لك كابل MM بنقل المزيد من البيانات. الذي - التي. عادةً ما يتم استخدام كابل MM عبر مسافات قصيرة حيث يلزم نقل البيانات بسرعات عالية، كما هو الحال في أنظمة تخزين البيانات.اللبنات الأساسية لأنظمة الألياف البصرية
يتكون التصميم النموذجي لنظام الألياف الضوئية من جهاز إرسال وكابل ضوئي وجهاز استقبال. يقوم جهاز الإرسال بتحويل الإشارات الكهربائية الرقمية إلى إشارات ضوئية، والتي يتم إرسالها بعد ذلك عبر كابل ضوئي، مما يوفر سرعات نقل عالية واستقلالية عن التداخل الكهرومغناطيسي.يتكون الكابل الضوئي من ألياف بصرية وموصلين في الأطراف، عادةً ST أو SC أو FC، اعتمادًا على تكوين جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال.
تتكون الألياف الضوئية من ألياف مركزية يبلغ سمكها عدة ميكرونات، وكسوة توفر انعكاسًا بصريًا كاملاً للإشارة، وجديلة خارجية توفر الحماية والتعرف على الكابل البصري.
وبالتالي، فإن بناء وتشغيل أنظمة الألياف الضوئية موجه نحو الأجهزة لنقل الإشارات عبر مسافات طويلة. غالبًا ما يتم تحديد المهمة بهذه الطريقة تمامًا: استخدام كابل ضوئي لإرسال إشارة عالية السرعة عبر مسافة طويلة مع توهين منخفض بمستوى مقبول من التكاليف المالية.
تصميم الكابلات الضوئية
يتكون من عدة عناصر. يتكون الكابل البصري من عدة عناصر: قلب، وغطاء، وغطاء خارجي. يعتمد الكابل البصري على قلب يتم من خلاله إرسال الإشارات الضوئية. ويستند جوهر على السيليكون والجرمانيوم. الغلاف المحيط بقلب الكابل البصري مصنوع من السيليكون وله معامل انكسار أقل قليلاً من القلب المركزي. معامل الانكسار هو نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في المادة. تبلغ سرعة الضوء في الفراغ 300.000.000 متر في الثانية. كلما زاد معامل الانكسار، انخفضت سرعة الضوء في المادة. على سبيل المثال، معامل انكسار الضوء في الهواء النظيف هو 1، مما يعني أن سرعة الضوء في الهواء تبلغ 300000 كم/ثانية. معامل الانكسار في الزجاج هو 1.5، مما يعني أن سرعة الضوء في الزجاج 200000 كم/ثانية.
عدة طبقات من الغلاف العازل تحمي النواة المركزية. تعمل الحماية على تقليل الضغط الجسدي على الكابل، مثل التمدد والثني وما إلى ذلك. يحمي الجديل الخارجي من التأثيرات الخارجية، مثل التأثيرات البيئية (درجة الحرارة والرطوبة والبيئة العدوانية).
تُستخدم موصلات SC غالبًا لتوصيل الكابلات الضوئية. يوفر موصل SC أعلى كثافة للتغليف. يجب على مسؤولي النظام مراعاة خصائص الكبل البصري والمعدات النشطة لتحديد نوع الموصل المناسب.
أنواع الكابلات الضوئية
يحتوي الكبل البصري أحادي الوضع على نواة صغيرة جدًا، عادةً 8-10 ميكرون، مما يسمح بنقل الإشارات الضوئية بدون مكررات لمسافات تصل إلى 80 كم، اعتمادًا على نوع الجهاز. يتمتع الكابل البصري SC بإمكانيات معلوماتية هائلة نظرًا لأنه يحتوي على نطاق ترددي غير محدود فعليًا.يمكن للوضع المتعدد أن ينقل موجات ضوئية متعددة وله نواة أكثر سمكًا يبلغ حجمها حوالي 50 أو 62.5 ميكرون. بسبب التشتت، فإن الكابلات الضوئية متعددة الأوضاع لديها توهين أعلى.
بصريات
يتكون أي نظام بصري من ثلاثة مكونات: جهاز الإرسال والوسط (كابل الألياف) وجهاز الاستقبال. يقوم جهاز الإرسال بتحويل الإشارات الكهربائية إلى ضوء ويرسلها عبر الألياف. يستقبل جهاز الاستقبال الإشارة الضوئية ويحولها إلى كهربائيةالإشارة. هناك نوعان من أجهزة الإرسال: صمام ثنائي ليزر أو LED.
تشير طاقة الخرج لجهاز الإرسال إلى كمية الطاقة المنبعثة في شريحة زمنية محددة. كلما زادت الطاقة، زادت مسافة إرسال الإشارة. يتمتع جهاز الإرسال بالقدرة على تغيير معدل الباود لتلبية احتياجات النطاق الترددي للنظام. نطاق الأطوال الموجية المنبعثة من مصدر الإشارة يقع في العرض الطيفي.
أجهزة الإرسال والاستقبال حساسة للظروف البيئية. يتطلب الصمام الثنائي الليزري جهدًا ثابتًا ودرجة حرارة ثابتة. مصابيح LED أقل حساسية للتقلبات البيئية. الثنائيات الليزرية أكثر تكلفة. تتمتع مصادر LED الضوئية بعمر افتراضي أقصر، ولكنها أسهل في التركيب وأكثر اقتصادا.
خاتمة
على الرغم من أن تطوير استخدام الكابلات الضوئية بدأ في بيئة الاتصالات، إلا أنه أصبح اليوم أمرًا شائعًا بالفعل. استفادت العديد من الشركات والصناعات من أنظمة الألياف الضوئية لزيادة إنتاجيتها. أحد التحديات التي تواجهها بعض الشركات هو كيفية ربط المعدات والبنية التحتية الحالية بنظام الألياف الضوئية دون إجراء ترقيات باهظة الثمن. باستخدام محولات الوسائط التي تسمح لك بتوصيل قنوات الشبكة التقليدية القائمة على زوج النحاس الملتوي والألياف الضوئية، من الممكن توصيل أي جهاز شبكة تقريبًا. تم تصميم محولات الوسائط لتسهيل الانتقال إلى استخدام الكابلات الضوئية، مما يقلل من تكلفة استكشاف الأخطاء وإصلاحها التي تنشأ.انتباه! يحظر نسخ وإعادة طباعة المعلومات من هذا الموقع دون موافقة كتابية من الإدارة.
بالنسبة لأنظمة الألياف الضوئية البسيطة ومنخفضة التكلفة، يمكن توفير مسافات بين أجهزة إعادة الإرسال تصل إلى 5 كيلومترات. تتوفر الآن مسافات مكررة تصل إلى 300 كيلومتر للأنظمة التجارية عالية الجودة. وقد تم تطوير الأنظمة (بدون مكررات) لمسافات تصل إلى 400 كيلومتر في ظروف المختبر
وقد تم تحقيق مسافات تقترب من 1000 كيلومتر، لكنها غير متوفرة في الأسواق بعد. أعلنت إحدى الشركات الأوروبية أنها تعمل حالياً على تطوير كابل ألياف بصرية يمكن مده على طول خط الاستواء للأرض، وبدون أي مكررات، سيكون من الممكن نقل إشارة من طرف إلى آخر! كيف يكون هذا ممكنا؟ مع الغلاف المشع قليلًا، تثير الفوتونات منخفضة الطاقة الواردة الإلكترونات في الغلاف، والتي بدورها تبعث فوتونات ذات طاقة أعلى. وهذا يخلق شكلاً من أشكال التضخيم التلقائي. وستشرح الفصول التالية المصطلحات المستخدمة للقارئ.
في سوق الكابلات المزدوجة المجدولة بسرعة 4 ميجابت في الثانية، تتوفر مسافات مكررة تصل إلى 2.4 كم. بالنسبة للكابلات المحورية بسرعات أقل من 1 ميجابت/ثانية، من الممكن أن تصل المسافات بين أجهزة إعادة الإرسال إلى 25 كم.
].2.5. حجم ووزن الألياف الضوئية
بالمقارنة مع جميع كابلات النقل الأخرى، تتميز كابلات الألياف الضوئية بقطر صغير جدًا وخفيفة الوزن للغاية. يزن كابل الألياف الضوئية رباعي النواة حوالي 240 كجم/كم، في حين يزن كابل الألياف الضوئية *36 مركزًا حوالي 3 كجم فقط. نظرًا لأنها أصغر حجمًا من الكابلات التقليدية التي لها نفس السعة، فهي عادةً ما تكون أسهل في التثبيت في البيئات الحالية، كما أن وقت التثبيت والتكلفة أقل عمومًا لأنها خفيفة الوزن وأسهل في العمل معها.
يمكن أن يزن الكابل التقليدي من 800 كجم/كم لـ 36 زوجًا ملتويًا من الكابلات إلى 5 طن/كم للكابل المحوري ذو القطر الكبير عالي الجودة.
1.2.6. الاستخدام في بيئات الغازات القابلة للاشتعال. الألياف الضوئية
تعتبر الألياف متعددة الأوضاع التي تعمل مع مصادر إضاءة LED مناسبة للاستخدام في المناطق القابلة للاشتعال. حتى وقت قريب، كان يُعتقد أن جميع أنواع الألياف صالحة للاستخدام في المناطق القابلة للاشتعال؛ ومع ذلك، أظهرت الأبحاث أن بعض أنظمة الألياف ذات مصادر الضوء عالية الطاقة (الليزر) يمكن أن ترفع درجة حرارة السطح المعدني الذي تتألق عليه إلى درجة اشتعال الغازات القابلة للاشتعال، ويمكن أن تسبب أيضًا شرارات في ظل ظروف معينة.
ما لم يتم تصميم أنظمة الاتصالات التقليدية المعتمدة على الكابلات بشكل صارم للغاية وتلتزم ببعض معايير السلامة الداخلية، فهي غير مناسبة للاستخدام في المناطق القابلة للاشتعال. يمكن للكابلات التقليدية، حتى تلك التي تحمل تيارات منخفضة، أن تخلق شرارات أو أقواس فيما بينها ما لم يتم استخدام وسائل تحديد التيار في دوائر النقل.
تتضمن الموجات الكهرومغناطيسية مزيجًا من المجالات الكهربائية والمغناطيسية. دعونا نفكر في الشحنة الكهربائية. يخلق مجالا كهربائيا حول نفسه. إذا تحركت الشحنة، فإنها تخلق مجالًا مغناطيسيًا. وقد تم عرضه نظريا و...
هنا، يقوم المرسل والمستقبل بإنشاء مزامنة أولية، ثم ينقلان البيانات بشكل مستمر، ويحافظان عليها طوال جلسة الإرسال. ويتم تحقيق ذلك من خلال مخططات خاصة لتشفير البيانات، مثل تشفير مانشستر (مانشستر...
هنا، يعمل المرسل والمستقبل بشكل مستقل ويتبادلان نمط البت المتزامن في بداية كل شريحة (إطار) رسالة. لا توجد علاقة ثابتة بين إطار رسالة واحد والآخر. هذا مشابه ل...
