مزايا اتصالات الألياف الضوئية:
● قدرة اتصالات كبيرة
● مسافة تتابع طويلة
● لا يوجد تداخل كهرومغناطيسي
● موارد غنية
● خفيف الوزن وصغير الحجم
تاريخ موجز للاتصالات البصرية
منذ أكثر من 2000 سنة مضت، ظهرت أضواء المنارات والإشارات
1880: الاتصالات البصرية اللاسلكية عبر الهاتف
1970: اتصالات الألياف الضوئية
● في عام 1966، "أبو الألياف الضوئية"، اقترح الدكتور جاو يونغ لأول مرة فكرة اتصالات الألياف الضوئية.
● في عام 1970، كان لين يانكسونج من معهد بيل يان عبارة عن ليزر أشباه الموصلات يمكنه العمل بشكل مستمر في درجة حرارة الغرفة.
● في عام 1970، خسرت شركة Corning's Kapron أليافًا بمعدل 20 ديسيبل/كم.
● في عام 1977، أول خط تجاري في شيكاغو بسرعة 45 ميجا بايت / ثانية.
الطيف الكهرومغناطيسي
قسم نطاق الاتصالات ووسائط النقل المقابلة
الانكسار/ الانعكاس والانعكاس الكلي للضوء
نظرًا لأن الضوء ينتقل بشكل مختلف في المواد المختلفة، فعندما ينبعث الضوء من مادة إلى أخرى، يحدث الانكسار والانعكاس عند السطح البيني بين المادتين. علاوة على ذلك، فإن زاوية الضوء المنكسر تختلف باختلاف زاوية الضوء الساقط. عندما تصل زاوية الضوء الساقط إلى زاوية معينة أو تتجاوزها، سيختفي الضوء المنكسر، وسينعكس كل الضوء الساقط مرة أخرى. هذا هو الانعكاس الكلي للضوء. المواد المختلفة لها زوايا انكسار مختلفة لنفس الطول الموجي للضوء (أي أن المواد المختلفة لها مؤشرات انكسار مختلفة)، ونفس المواد لها زوايا انكسار مختلفة لأطوال موجية مختلفة من الضوء. يعتمد اتصال الألياف الضوئية على المبادئ المذكورة أعلاه.
توزيع الانعكاسية: من المعلمات المهمة لتوصيف المواد الضوئية هو معامل الانكسار، والذي يمثله N. ونسبة سرعة الضوء C في الفراغ إلى سرعة الضوء V في المادة هي معامل انكسار المادة.
ن = ج / الخامس
يبلغ معامل انكسار زجاج الكوارتز لاتصالات الألياف الضوئية حوالي 1.5.
هيكل الألياف
تنقسم الألياف العارية بشكل عام إلى ثلاث طبقات:
الطبقة الأولى: المركز الزجاجي ذو معامل الانكسار العالي (قطر النواة بشكل عام 9-10μم، (وضع واحد) 50 أو 62.5 (متعدد الأوضاع).
الطبقة الثانية: الوسط عبارة عن كسوة زجاج السيليكا ذات معامل الانكسار المنخفض (القطر بشكل عام 125μم).
الطبقة الثالثة: الطبقة الخارجية عبارة عن طلاء راتنجي للتقوية.
1) النواة: معامل انكسار عالي، يستخدم لنقل الضوء؛
2) طلاء الكسوة: معامل انكسار منخفض، مما يشكل حالة انعكاس كلي مع القلب؛
3) سترة الحماية: تتميز بقوة عالية ويمكنها تحمل الصدمات الكبيرة لحماية الألياف الضوئية.
كابل بصري 3 مم: برتقالي، مم، متعدد الأوضاع؛ أصفر، SM، وضع واحد
حجم الألياف
القطر الخارجي بشكل عام 125 مم (متوسط 100 مم لكل شعرة).
القطر الداخلي: وضع واحد 9um؛ المتعدد 50 / 62.5um
الفتحة العددية
لا يمكن نقل كل الضوء الساقط على الوجه النهائي للألياف الضوئية بواسطة الألياف الضوئية، ولكن الضوء الساقط فقط يقع ضمن نطاق معين من الزوايا. وتسمى هذه الزاوية الفتحة العددية للألياف. تعد الفتحة الرقمية الأكبر للألياف الضوئية مفيدة لرسو الألياف الضوئية. الشركات المصنعة المختلفة لها فتحات رقمية مختلفة.
نوع الألياف
وفقاً لطريقة انتقال الضوء في الألياف الضوئية يمكن تقسيمها إلى:
متعدد الأوضاع (اختصار: MM)؛ وضع واحد (اختصار: SM)
الألياف متعددة الأوضاع: القلب الزجاجي المركزي أكثر سمكًا (50 أو 62.5μم) ويمكنه نقل الضوء في أوضاع متعددة. إلا أن تشتتها بين الأوضاع كبير، مما يحد من تردد إرسال الإشارات الرقمية، وسيصبح الأمر أكثر خطورة مع زيادة المسافة.على سبيل المثال: تحتوي الألياف 600 ميجابايت / كيلومتر على عرض نطاق ترددي 300 ميجابايت فقط عند 2 كيلومتر. ولذلك، فإن مسافة الإرسال للألياف متعددة الأوضاع قصيرة نسبيًا، وعمومًا لا تتجاوز بضعة كيلومترات.
الألياف أحادية الوضع: اللب الزجاجي المركزي رقيق نسبيًا (قطر اللب عمومًا 9 أو 10μم)، ويمكنه نقل الضوء فقط في وضع واحد. في الواقع، إنه نوع من الألياف الضوئية من النوع المتدرج، لكن القطر الأساسي صغير جدًا. من الناحية النظرية، يُسمح فقط للضوء المباشر لمسار انتشار واحد بالدخول إلى الألياف والانتشار مباشرة في قلب الألياف. بالكاد يمتد نبض الألياف.لذلك، فإن تشتتها بين الأوضاع صغير ومناسب للاتصالات عن بعد، لكن تشتتها اللوني يلعب دورًا رئيسيًا. بهذه الطريقة، تتمتع الألياف أحادية الوضع بمتطلبات أعلى للعرض الطيفي واستقرار مصدر الضوء، أي أن العرض الطيفي ضيق والاستقرار جيد. .
تصنيف الألياف الضوئية
حسب المادة:
الألياف الزجاجية: اللب والكسوة مصنوعان من الزجاج، مع خسارة صغيرة، مسافة نقل طويلة وتكلفة عالية؛
الألياف الضوئية السيليكونية المغطاة بالمطاط: القلب من الزجاج والكسوة من البلاستيك، والتي لها خصائص مشابهة للألياف الزجاجية وتكلفة أقل؛
الألياف الضوئية البلاستيكية: كل من اللب والكسوة مصنوعان من البلاستيك، مع خسارة كبيرة، ومسافة نقل قصيرة، وسعر منخفض. يستخدم في الغالب للأجهزة المنزلية والصوت ونقل الصور لمسافات قصيرة.
وفقًا لنافذة تردد الإرسال الأمثل: الألياف التقليدية أحادية الوضع والألياف أحادية الوضع ذات التشتت.
النوع التقليدي: يعمل بيت إنتاج الألياف الضوئية على تحسين تردد نقل الألياف الضوئية على طول موجة واحد من الضوء، مثل 1300 نانومتر.
النوع المتحول بالتشتت: يقوم منتج الألياف الضوئية بتحسين تردد نقل الألياف على طولين موجيين للضوء، مثل: 1300 نانومتر و1550 نانومتر.
التغيير المفاجئ: يكون معامل انكسار قلب الألياف للكسوة الزجاجية مفاجئًا. لديها تكلفة منخفضة وتشتت عالي بين الأوضاع. مناسبة للاتصالات منخفضة السرعة لمسافات قصيرة، مثل التحكم الصناعي. ومع ذلك، تستخدم الألياف أحادية الوضع نوعًا طفرة بسبب التشتت الصغير بين الأوضاع.
الألياف المتدرجة: يتم تقليل معامل الانكسار لنواة الألياف إلى الكسوة الزجاجية تدريجيًا، مما يسمح للضوء عالي الوضع بالانتشار في شكل جيبي، مما قد يقلل من التشتت بين الأوضاع، ويزيد من عرض النطاق الترددي للألياف، ويزيد من مسافة الإرسال، ولكن التكلفة منخفضة الألياف ذات الوضع الأعلى هي في الغالب ألياف متدرجة.
مواصفات الألياف المشتركة
حجم الألياف:
1) القطر الأساسي للوضع الفردي: 9/125μم، ١٠ / ١٢٥μm
2) قطر الكسوة الخارجية (2D) = 125μm
3) قطر الطلاء الخارجي = 250μm
4) الضفيرة: 300μm
5) المتعدد: 50 / 125μم، المعيار الأوروبي. 62.5 / 125μم، المعيار الأمريكي
6) الشبكات الصناعية والطبية والشبكات المنخفضة السرعة: 100 / 140μم، 200 / 230μm
7) البلاستيك : 98 / 1000μم، يستخدم للتحكم في السيارات
توهين الألياف
العوامل الرئيسية التي تسبب ضعف الألياف هي: العوامل الداخلية، والانحناء، والعصر، والشوائب، وعدم التساوي، والمؤخرة.
الجوهرية: هي الخسارة المتأصلة في الألياف الضوئية، بما في ذلك: تشتت رايلي، والامتصاص الداخلي، وما إلى ذلك.
الانحناء: عندما يتم ثني الألياف، سيتم فقدان الضوء الموجود في جزء من الألياف بسبب التشتت، مما يؤدي إلى فقدانه.
العصر: الفقدان الناتج عن الانحناء الطفيف للألياف عند عصرها.
الشوائب: تعمل الشوائب الموجودة في الألياف الضوئية على امتصاص وتشتت الضوء المنقول في الألياف، مما يتسبب في حدوث خسائر.
غير موحدة: الخسارة الناجمة عن معامل الانكسار غير المتساوي لمادة الألياف.
الإرساء: الخسارة الناتجة أثناء إرساء الألياف، مثل: محاور مختلفة (متطلبات محورية الألياف أحادية الوضع أقل من 0.8μم)، الوجه النهائي ليس عموديًا على المحور، والوجه النهائي غير متساوٍ، وقطر النواة غير متطابق، وجودة الربط رديئة.
نوع الكابل البصري
1) حسب طرق التمديد: الكابلات الضوئية العلوية ذاتية الدعم، والكابلات الضوئية لخطوط الأنابيب، والكابلات الضوئية المدفونة المدرعة، والكابلات الضوئية البحرية.
2) وفقًا لهيكل الكابل البصري، هناك: الكابل البصري الأنبوبي المجمع، والكابل البصري الملتوي ذو الطبقة، والكابل البصري المحكم، والكابل البصري الشريطي، والكابل البصري غير المعدني، والكابل البصري القابل للتفرع.
3) حسب الغرض: الكابلات الضوئية للاتصالات البعيدة، والكابلات الضوئية الخارجية للمسافات القصيرة، والكابلات الضوئية الهجينة، والكابلات الضوئية للمباني.
توصيل وإنهاء الكابلات الضوئية
يعد توصيل الكابلات الضوئية وإنهائها من المهارات الأساسية التي يجب على موظفي صيانة الكابلات الضوئية إتقانها.
تصنيف تكنولوجيا توصيل الألياف الضوئية:
1) تتكون تقنية توصيل الألياف الضوئية وتكنولوجيا توصيل الكابلات الضوئية من جزأين.
2) نهاية الكابل البصري تشبه توصيل الكابل البصري، إلا أن التشغيل يجب أن يكون مختلفًا بسبب اختلاف مواد الموصل.
نوع اتصال الألياف
يمكن تقسيم توصيلات كابلات الألياف الضوئية عمومًا إلى فئتين:
1) الاتصال الثابت للألياف الضوئية (المعروف باسم الموصل الميت). بشكل عام، استخدم جهاز الربط بالألياف الضوئية؛ تستخدم للرأس المباشر للكابل البصري.
2) الموصل النشط للألياف الضوئية (المعروف باسم الموصل المباشر). استخدم الموصلات القابلة للإزالة (المعروفة باسم المفاصل السائبة). لوصلة الألياف، واتصال المعدات، وما إلى ذلك.
نظرًا لعدم اكتمال الوجه النهائي للألياف الضوئية وعدم انتظام الضغط على الوجه النهائي للألياف الضوئية، فإن فقدان لصق الألياف الضوئية بتفريغ واحد لا يزال كبيرًا نسبيًا، وطريقة دمج التفريغ الثانوي يستخدم الآن. أولاً، قم بالتسخين المسبق وتفريغ الوجه النهائي للألياف، وتشكيل الوجه النهائي، وإزالة الغبار والحطام، وجعل الضغط النهائي للألياف موحدًا عن طريق التسخين المسبق.
طريقة مراقبة فقدان اتصال الألياف الضوئية
هناك ثلاث طرق لمراقبة فقدان اتصال الألياف:
1. مراقبة جهاز الربط.
2. مراقبة مصدر الضوء ومقياس الطاقة الضوئية.
3.طريقة قياس OTDR
طريقة تشغيل توصيل الألياف الضوئية
تنقسم عمليات توصيل الألياف الضوئية بشكل عام إلى:
1. التعامل مع وجوه نهاية الألياف.
2. تركيب وصلات الألياف الضوئية.
3. ربط الألياف الضوئية.
4. حماية موصلات الألياف الضوئية.
5. هناك خمس خطوات لعلبة الألياف المتبقية.
بشكل عام، يتم توصيل الكابل البصري بالكامل وفقًا للخطوات التالية:
الخطوة 1: طول جيد جدًا، افتح الكابل البصري وقم بتجريده، ثم قم بإزالة غلاف الكابل
الخطوة 2: قم بتنظيف وإزالة معجون تعبئة البترول الموجود في الكابل البصري.
الخطوة 3: قم بتجميع الألياف.
الخطوة 4: تحقق من عدد نوى الألياف، وقم بإجراء اقتران الألياف، وتحقق مما إذا كانت تسميات ألوان الألياف صحيحة.
الخطوة 5: تقوية اتصال القلب.
الخطوة 6: أزواج الخطوط المساعدة المختلفة، بما في ذلك أزواج خطوط الأعمال، وأزواج خطوط التحكم، والخطوط الأرضية المحمية، وما إلى ذلك (إذا كانت أزواج الخطوط المذكورة أعلاه متوفرة.
الخطوة 7: قم بتوصيل الألياف.
الخطوة 8: حماية موصل الألياف الضوئية؛
الخطوة 9: تخزين مخزون الألياف المتبقية؛
الخطوة 10: أكمل توصيل غلاف الكابل البصري؛
الخطوة 11: حماية موصلات الألياف الضوئية
فقدان الألياف
1310 نانومتر: 0.35 ~ 0.5 ديسيبل / كم
1550 نانومتر: 0.2 ~ 0.3 ديسيبل / كم
850 نانومتر: 2.3 إلى 3.4 ديسيبل / كم
فقدان نقطة اندماج الألياف الضوئية: 0.08 ديسيبل/نقطة
نقطة ربط الألياف 1 نقطة / 2 كم
أسماء الألياف الشائعة
1) التوهين
التوهين: فقدان الطاقة عندما ينتقل الضوء في الألياف الضوئية، الألياف أحادية الوضع 1310 نانومتر 0.4 ~ 0.6 ديسيبل / كم، 1550 نانومتر 0.2 ~ 0.3 ديسيبل / كم؛ الألياف البلاستيكية المتعددة الوسائط 300 ديسيبل / كم
2) التشتت
التشتت: يزداد عرض النطاق الترددي لنبضات الضوء بعد قطع مسافة معينة على طول الألياف. هذا هو العامل الرئيسي الذي يحد من معدل الإرسال.
التشتت بين الأوضاع: يحدث فقط في الألياف متعددة الأوضاع، لأن أنماط الضوء المختلفة تنتقل عبر مسارات مختلفة.
تشتت المواد: تنتقل أطوال موجية مختلفة من الضوء بسرعات مختلفة.
تشتت الدليل الموجي: يحدث هذا لأن الطاقة الضوئية تنتقل بسرعات مختلفة قليلاً أثناء انتقالها عبر القلب والكسوة. في الألياف أحادية الوضع، من المهم جدًا تغيير تشتت الألياف عن طريق تغيير البنية الداخلية للألياف.
نوع الألياف
تبلغ نقطة التشتت الصفرية G.652 حوالي 1300 نانومتر
نقطة التشتت الصفرية G.653 حوالي 1550 نانومتر
G.654 ألياف التشتت السلبية
G.655 الألياف المحولة بالتشتت
ألياف موجة كاملة
3) نثر
بسبب البنية الأساسية غير الكاملة للضوء، يحدث فقدان الطاقة الضوئية، ولم يعد انتقال الضوء في هذا الوقت له اتجاهية جيدة.
المعرفة الأساسية بنظام الألياف الضوئية
مقدمة عن بنية ووظائف نظام الألياف الضوئية الأساسي:
1. وحدة الإرسال: تقوم بتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية.
2. وحدة النقل: وسط يحمل الإشارات الضوئية.
3. وحدة الاستقبال: تستقبل الإشارات الضوئية وتحولها إلى إشارات كهربائية.
4. قم بتوصيل الجهاز: قم بتوصيل الألياف الضوئية بمصدر الضوء وكشف الضوء والألياف الضوئية الأخرى.
أنواع الموصلات الشائعة
نوع وجه نهاية الموصل
مقرنة
وتتمثل المهمة الرئيسية في توزيع الإشارات الضوئية. توجد تطبيقات مهمة في شبكات الألياف الضوئية، خاصة في الشبكات المحلية وفي أجهزة تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي.
الهيكل الأساسي
المقرنة هي جهاز سلبي ثنائي الاتجاه. الأشكال الأساسية هي شجرة ونجمة. المقرنة يتوافق مع الخائن.
إدارة الطلب على المياه
إدارة الطلب على المياه—يرسل معدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي إشارات ضوئية متعددة في ألياف ضوئية واحدة. هذه الإشارات الضوئية لها ترددات مختلفة وألوان مختلفة. يهدف معدد إرسال WDM إلى دمج إشارات ضوئية متعددة في نفس الألياف الضوئية؛ الغرض من مُضاعِف إزالة تعدد الإرسال هو التمييز بين الإشارات الضوئية المتعددة من ألياف ضوئية واحدة.
مُضاعِف بتقسيم الطول الموجي (أسطورة)
تعريف النبضات في الأنظمة الرقمية:
1. السعة: يمثل ارتفاع النبضة طاقة الطاقة الضوئية في نظام الألياف الضوئية.
2. زمن الصعود: الزمن اللازم لارتفاع النبضة من 10% إلى 90% من السعة القصوى.
3. زمن السقوط : الزمن اللازم لهبوط النبضة من 90% إلى 10% من سعتها.
4. عرض النبضة: عرض النبضة عند موضع السعة 50%، معبرًا عنه بالزمن.
5. الدورة: الوقت المحدد للنبض هو وقت العمل المطلوب لإكمال الدورة.
6. نسبة الانقراض: نسبة 1 قوة ضوء الإشارة إلى 0 قوة ضوء الإشارة.
تعريف الوحدات المشتركة في اتصالات الألياف الضوئية:
1. ديسيبل = 10 log10 (العبوس / الدبوس)
العبوس: انتاج الطاقة. دبوس: مدخلات الطاقة
2. dBm = 10 log10 (P/1mw)، وهي وحدة تستخدم على نطاق واسع في هندسة الاتصالات؛ وعادة ما يمثل الطاقة الضوئية بـ 1 مللي واط كمرجع؛
مثال:-10dBm يعني أن الطاقة الضوئية تساوي 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)