المفهوم الأساسي لاتصالات الألياف الضوئية.
الألياف الضوئية عبارة عن دليل موجي بصري عازل، وهو هيكل دليل موجي يحجب الضوء وينشر الضوء في الاتجاه المحوري.
ألياف دقيقة جدًا مصنوعة من زجاج الكوارتز والراتنجات الاصطناعية وما إلى ذلك.
ألياف أحادية الوضع: الأساسية 8-10um، الكسوة 125um
الألياف متعددة الأوضاع: الأساسية 51um، الكسوة 125um
تسمى طريقة الاتصال لنقل الإشارات الضوئية باستخدام الألياف الضوئية اتصال الألياف الضوئية.
تنتمي الموجات الضوئية إلى فئة الموجات الكهرومغناطيسية.
نطاق الطول الموجي للضوء المرئي هو 390-760 نانومتر، والجزء الأكبر من 760 نانومتر هو ضوء الأشعة تحت الحمراء، والجزء الأصغر من 390 نانومتر هو ضوء فوق بنفسجي.
نافذة عمل الموجة الخفيفة (ثلاث نوافذ اتصال):
يقع نطاق الطول الموجي المستخدم في اتصالات الألياف الضوئية في المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء
منطقة الطول الموجي القصير (الضوء المرئي، وهو ضوء برتقالي بالعين المجردة) ضوء برتقالي 850 نانومتر
منطقة الطول الموجي الطويل (منطقة الضوء غير المرئية) 1310 نانومتر (نقطة التشتت الدنيا النظرية)، 1550 نانومتر (نقطة التوهين الدنيا النظرية)
هيكل الألياف وتصنيفها
1. هيكل الألياف
هيكل الألياف المثالي: الأساسية، الكسوة، الطلاء، سترة.
اللب والكسوة مصنوعان من مادة الكوارتز، والخصائص الميكانيكية هشة نسبيًا وسهلة الكسر. ولذلك، تتم إضافة طبقتين من طبقة الطلاء، نوع راتينج واحد وطبقة واحدة من نوع النايلون بشكل عام، بحيث يصل الأداء المرن للألياف إلى متطلبات التطبيق العملي للمشروع.
2. تصنيف الألياف الضوئية
(1) يتم تقسيم الألياف وفقًا لتوزيع معامل الانكسار للمقطع العرضي للألياف: وهي مقسمة إلى ألياف من النوع المتدرج (ألياف موحدة) وألياف متدرجة (ألياف غير موحدة).
افترض أن القلب له معامل انكسار n1 وأن معامل انكسار الكسوة هو n2.
من أجل تمكين النواة من نقل الضوء لمسافات طويلة، فإن الشرط اللازم لبناء الألياف الضوئية هو n1>n2
توزيع معامل الانكسار للألياف المنتظمة هو ثابت
قانون توزيع معامل الانكسار للألياف غير المنتظمة:
من بينها، △ – اختلاف معامل الانكسار النسبي
Α - معامل الانكسار، α = ∞ - ألياف توزيع معامل الانكسار من النوع المتدرج، α = 2 - ألياف توزيع معامل الانكسار ذات القانون المربع (ألياف متدرجة). تتم مقارنة هذه الألياف بالألياف المتدرجة الأخرى. وضع التشتت هو الحد الأدنى الأمثل.
(1) وفقًا لعدد الأوضاع المنقولة في القلب: مقسمة إلى ألياف متعددة الأوضاع وألياف أحادية الوضع
يشير النمط هنا إلى توزيع المجال الكهرومغناطيسي للضوء المنقول في الألياف الضوئية. التوزيعات الميدانية المختلفة هي وضع مختلف.
الوضع الفردي (يتم إرسال وضع واحد فقط في الألياف)، الوضع المتعدد (يتم إرسال أوضاع متعددة في نفس الوقت في الألياف)
في الوقت الحاضر، نظرًا للمتطلبات المتزايدة على معدل النقل وزيادة عدد عمليات الإرسال، تتطور شبكة المناطق الحضرية في اتجاه السرعة العالية والسعة الكبيرة، لذا فإن معظمها عبارة عن ألياف متدرجة أحادية النمط. (خصائص النقل في حد ذاتها أفضل من الألياف المتعددة الوسائط)
(2) خصائص الألياف الضوئية:
①خصائص فقدان الألياف الضوئية: تنتقل موجات الضوء في الألياف الضوئية، وتقل الطاقة الضوئية تدريجيًا مع زيادة مسافة الإرسال.
تشمل أسباب فقدان الألياف ما يلي: فقدان الاقتران، وفقدان الامتصاص، وفقدان التشتت، وفقدان إشعاع الانحناء.
فقدان الاقتران هو الخسارة الناجمة عن الاقتران بين الألياف والجهاز.
تحدث خسائر الامتصاص بسبب امتصاص الطاقة الضوئية بواسطة مواد الألياف والشوائب.
وتنقسم خسارة الانتثار إلى انتثار رايلي (عدم انتظام معامل الانكسار) وانتثار الدليل الموجي (عدم استواء المواد).
فقدان إشعاع الانحناء هو الخسارة الناتجة عن ثني الألياف المؤدية إلى وضع الإشعاع الناتج عن ثني الألياف.
②خصائص التشتت للألياف الضوئية: مكونات التردد المختلفة في الإشارة المرسلة بواسطة الألياف الضوئية لها سرعات نقل مختلفة، وتسمى الظاهرة الفيزيائية للتشويه الناجم عن توسيع نبض الإشارة عند الوصول إلى المحطة بالتشتت.
وينقسم التشتت إلى تشتت مشروط، وتشتت المواد، وتشتت الدليل الموجي.
المكونات الأساسية لأنظمة اتصالات الألياف الضوئية
إرسال الجزء:
يتم إرسال إخراج إشارة تعديل النبض بواسطة جهاز الإرسال الكهربائي (المحطة الكهربائية) إلى جهاز الإرسال البصري (الإشارة المرسلة بواسطة جهاز التحكم في البرنامجيُحوّلتتم معالجتها وتشكيل شكل الموجة وتغيير عكس النمط … إلى إشارة كهربائية مناسبة وإرسالها إلى جهاز الإرسال البصري)
يتمثل الدور الأساسي لجهاز الإرسال البصري في تحويل الإشارة الكهربائية إلى إشارة ضوئية مقترنة بالألياف.
جزء الاستلام:
تحويل الإشارات الضوئية المنقولة عبر الألياف الضوئية إلى إشارات كهربائية
تتم استعادة معالجة الإشارة الكهربائية إلى الإشارة الأصلية المعدلة بالنبض وإرسالها إلى الطرف الكهربائي (تتم معالجة الإشارة الكهربائية المرسلة من جهاز الاستقبال البصري، ويتم تشكيل شكل الموجة، ويتم عكس عكس النمط… يتم وضع الإشارة الكهربائية المناسبة إرسالها مرة أخرى إلى للبرمجةيُحوّل)
جزء الإرسال:
ألياف أحادية الوضع، مكرر بصري (مكرر متجدد كهربائي (تضخيم التحويل البصري والكهربائي البصري، سيكون تأخير الإرسال أكبر، وسيتم استخدام دائرة قرار النبض لتشكيل الشكل الموجي والتوقيت)، مضخم الألياف المخدر بالإربيوم (يكمل التضخيم) على المستوى البصري، دون تشكيل الموجي)
(1) جهاز الإرسال البصري: هو جهاز إرسال واستقبال بصري يحقق التحويل الكهربائي / البصري. وهو يتألف من مصدر الضوء، والسائق والمغير. وتتمثل الوظيفة في تعديل موجة الضوء من الآلة الكهربائية إلى موجة الضوء المنبعثة من مصدر الضوء لتصبح موجة خافتة، ثم ربط الإشارة الضوئية المعدلة بالألياف الضوئية أو الكابل البصري للإرسال.
(2) جهاز الاستقبال البصري: هو جهاز إرسال واستقبال بصري يحقق التحويل البصري/الكهربائي. يتكون نموذج المنفعة من دائرة كشف الضوء ومضخم بصري، وتتمثل الوظيفة في تحويل الإشارة الضوئية المنقولة بواسطة الألياف الضوئية أو الكابل الضوئي إلى إشارة كهربائية بواسطة الكاشف البصري، ومن ثم تضخيم الإشارة الكهربائية الضعيفة إلى مستوى كاف من خلال دائرة التضخيم ليتم إرسالها إلى الإشارة. يذهب الطرف المتلقي للآلة الكهربائية.
(3) الألياف / الكابلات: تشكل الألياف أو الكابلات مسار نقل الضوء. وتتمثل الوظيفة في نقل الإشارة الخافتة المرسلة من طرف الإرسال إلى الكاشف البصري للطرف المستقبل بعد الإرسال لمسافات طويلة عبر الألياف الضوئية أو الكابل الضوئي لإكمال مهمة نقل المعلومات.
(4) المكرر البصري: يتكون من كاشف ضوئي ومصدر ضوئي ودائرة تجديد القرار. هناك وظيفتان: إحداهما هي تعويض ضعف الإشارة الضوئية المنقولة في الألياف الضوئية؛ والآخر هو تشكيل نبض تشويه الموجي.
(5) المكونات السلبية مثل موصلات الألياف الضوئية والمقرنات (لا حاجة إلى توفير الطاقة بشكل منفصل، ولكن الجهاز لا يزال ضائعًا): لأن طول الألياف أو الكابل محدود بعملية سحب الألياف وظروف بناء الكابل، و طول الألياف محدود أيضًا (على سبيل المثال 2 كم). ولذلك، قد تكون هناك مشكلة في توصيل مجموعة من الألياف الضوئية في خط ألياف ضوئية واحد. ولذلك، فإن الاتصال بين الألياف الضوئية، وتوصيل واقتران الألياف الضوئية وأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية، واستخدام المكونات السلبية مثل الموصلات البصرية والمقرنات أمر لا غنى عنه.
تفوق اتصالات الألياف الضوئية
عرض النطاق الترددي الإرسال، وقدرة الاتصالات الكبيرة
انخفاض فقدان الإرسال ومسافة التتابع الكبيرة
تدخل قوي مضاد للكهرومغناطيسي
(ما وراء اللاسلكي: الإشارات اللاسلكية لها العديد من التأثيرات، وفوائد تعدد المسارات، وتأثيرات الظل، وخبو رايلي، وتأثيرات دوبلر
بالمقارنة مع الكابل المحوري: الإشارة الضوئية أكبر من الكابل المحوري وتتمتع بسرية جيدة)
تردد موجة الضوء مرتفع جدًا، مقارنة بالموجات الكهرومغناطيسية الأخرى، والتداخل صغير.
عيوب الكابل الضوئي: ضعف الخواص الميكانيكية، سهولة الكسر، (تحسين الأداء الميكانيكي، سيكون له تأثير على مقاومة التداخل)، يستغرق بناءه وقتا طويلا، ويتأثر بالظروف الجغرافية.