أصبحت تقنيات نقل البيانات الضوئية طفرة في مجال الاتصالات وشبكات نقل البيانات التي تتطلب سرعات نقل عالية. على مدى السنوات القليلة الماضية ، أدت الأبحاث إلى ظهور أنظمة قادرة على نقل البيانات بسرعة 10 جيجابت / ثانية وما فوق. تتمثل إحدى المزايا الرئيسية للكابل البصري في قدرته على إرسال إشارات ضوئية عالية السرعة عبر مسافات طويلة. هذه المقالة مخصصة للكابل البصري ، والمبادئ التي يعمل عليها ، بالإضافة إلى الكتل الرئيسية لأنظمة نقل البيانات عبر الألياف الضوئية.

تستخدم تقنية الألياف الضوئية الضوء لنقل البيانات. بدأ استخدام الكابلات الضوئية حوالي عام 1970 ، عندما كان من الممكن تقليل تكلفة إنتاج الكابلات البصرية والتكاليف ذات الصلة.

باستخدام كابل بصري

تستخدم كابلات الألياف الضوئية في مجموعة واسعة من التطبيقات ، من الاستشعار الطبي إلى شبكات بيانات الدفاع عالية السرعة. يتم نقل البيانات باستخدام أجهزة إرسال بصرية تنقل إشارات عالية السرعة إلى أجهزة استقبال بصرية خاصة. في هذه الحالة ، يتم تحويل الإشارات الرقمية إلى إشارات ضوئية والعكس صحيح. يصل معدل نقل البيانات عبر الكابل البصري إلى 10 جيجابت / ثانية.

يوجد اليوم نوعان من الكابلات الضوئية: الوضع الفردي (SM) والوضع المتعدد (MM). في الآونة الأخيرة ، كان هناك المزيد والمزيد من الادعاءات بأن الوسائط المتعددة واعدة أكثر ، حيث توفر أكثر من مائة مرة ميزة الأداء على الكبل البصري أحادي الوضع.

يحدث الاستخدام الأكثر نشاطًا للكابلات الضوئية في صناعة الاتصالات. في البداية ، استخدمت شركات الهاتف الكبلات الضوئية لنقل كميات كبيرة من حركة الصوت بين المكاتب المركزية. منذ الثمانينيات ، بدأت شركات الهاتف في نشر الشبكات الضوئية في كل مكان.

عرض النطاق الترددي للكابل البصري هو أهم خصائصه وأهمها. كلما زاد عرض النطاق الترددي ، زاد معدل الإرسال وزادت حركة المرور. للنحاس عرض نطاق ترددي محدود للغاية وقيود شديدة على طول الكابل ، مما يجعل الزوج النحاسي أقل ملاءمة لنقل الإشارات عالية السرعة عبر مسافات طويلة.

يوفر استخدام كابل بصري الفوائد التالية:

• عرض النطاق الترددي العالي لنقل الصوت أو الفيديو.
• يمكن أن تحمل الألياف الضوئية آلاف المرات من المعلومات أكثر من الأسلاك النحاسية. على سبيل المثال ، يمكن لشريط واحد من الألياف أن يحمل جميع المحادثات الهاتفية الأمريكية خلال ساعة الذروة.
• الكبل البصري أخف بعشر مرات من النحاس.
• خسائر منخفضة. كلما زاد تردد الإشارة ، زادت الخسارة في زوج النحاس. فقدان الإشارة في الكبل البصري هو نفسه على جميع الترددات ، باستثناء الترددات فائقة الارتفاع.
• الموثوقية - الكبل البصري أكثر موثوقية وعمرًا أطول من الكبل النحاسي.
• الأمان - الألياف الضوئية لا تنبعث منها مجالات كهرومغناطيسية ، وهي غير حساسة للتداخل.

الآلية الفيزيائية لنقل الإشارات الضوئية

في تطبيق اليوم ، تنقسم الكابلات الضوئية إلى وضع متعدد (MM) ووضع أحادي (SM) ، ومع ذلك ، يعتمد كلاهما على نفس المبادئ. يمكن نقل الإشارة عبر كابل بصري بسبب ظاهرة تسمى الانعكاس الداخلي الكلي. هذا يجعل من الممكن إرسال إشارة ضوئية بسرعة عالية عبر مسافات طويلة.

كابل بصري أحادي الوضع أم متعدد الأوضاع؟

تختلف كبلات SM و MM في الحجم ، مما يؤثر بدوره على الإشارة التي تمر عبر الألياف. تستخدم كبلات SM سماكة الألياف الأساسية من 8 إلى 10 ميكرون ، مما يسمح بنقل طول موجي واحد فقط. من ناحية أخرى ، تستخدم كبلات MM أليافًا أساسية أكثر سمكًا بحوالي 50-60 ميكرون ، مما يسمح بنقل أطوال موجية متعددة في وقت واحد. كبلات SM لديها توهين أقل ، مما يجعل من الممكن استخدامها لمسافات طويلة. يسمح لك كابل MM بنقل المزيد من البيانات. الذي - التي. عادةً ما يتم استخدام كبل MM للمسافات القصيرة ، حيث يكون من الضروري نقل البيانات بسرعة عالية ، كما هو الحال في أنظمة تخزين البيانات.

اللبنات الأساسية لأنظمة الألياف البصرية

يتكون تخطيط نظام الألياف البصرية النموذجي من جهاز إرسال وكابل بصري وجهاز استقبال. يقوم جهاز الإرسال بتحويل الإشارات الكهربائية الرقمية إلى إشارات ضوئية ، والتي يتم إرسالها بعد ذلك عبر كابل بصري ، مما يوفر سرعة إرسال عالية واستقلالية عن التداخل الكهرومغناطيسي.
يتكون الكبل البصري من ألياف بصرية وموصلين في النهايات ، عادةً ما يكون ST أو SC أو FC ، اعتمادًا على تكوين جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال.

تتكون الألياف الضوئية من ألياف مركزية بسمك بضعة ميكرونات ، وسترة توفر انعكاسًا بصريًا كاملًا للإشارة ، وجديلاً خارجيًا يوفر الحماية والتعرف على الكبل البصري.

وبالتالي ، فإن بناء وتشغيل أنظمة الألياف الضوئية موجه بالأجهزة لنقل الإشارات عبر مسافات طويلة. غالبًا ما يتم تعيين المهمة بهذه الطريقة: استخدام كابل بصري لنقل إشارة عالية السرعة مع توهين منخفض عبر مسافة طويلة مع مستوى مقبول من التكاليف المالية.

تصميم الكابلات البصرية

يتكون من عدة عناصر. يتكون الكبل البصري من عدة عناصر: نواة وغمد وغمد خارجي. يعتمد الكبل البصري على نواة يتم من خلالها إرسال الإشارات الضوئية. جوهر يعتمد على السيليكون والجرمانيوم. يتكون الغلاف المحيط بنواة الكبل البصري من السيليكون وله معامل انكسار أقل قليلاً من اللب المركزي. معامل الانكسار هو نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في مادة ما. 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 النقي هو 1 ، مما يعني أن سرعة الضوء في الهواء تبلغ 300000 كم / ثانية. معامل الانكسار في الزجاج 1.5 ، مما يعني أن سرعة الضوء في الزجاج تبلغ 200000 كم / ثانية.

عدة طبقات من جلود العازلة تحمي النواة المركزية. تعمل الحماية على تقليل الضغوط المادية على الكابل ، مثل التمدد والانحناء وما إلى ذلك. يحمي الجديل الخارجي من التأثيرات الخارجية ، مثل العوامل البيئية (درجة الحرارة ، الرطوبة ، البيئة العدوانية).

لتوصيل كبل بصري ، غالبًا ما تستخدم موصلات SC. يوفر موصل SC أعلى كثافة تعبئة. 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 ، تتراوح عادةً من 8 إلى 10 ميكرون ، مما يسمح بنقل الإشارات الضوئية دون أجهزة تكرار على مسافات تصل إلى 80 كم ، اعتمادًا على نوع الجهاز. يتمتع الكبل البصري SC بإمكانية معلومات ضخمة نظرًا لحقيقة أنه يحتوي على عرض نطاق ترددي غير محدود تقريبًا.

يمكن للوضع المتعدد أن ينقل موجات ضوئية متعددة ، وله نواة أكثر سمكًا بحوالي 50 أو 62.5 ميكرون. بسبب التشتت ، يكون للكابل البصري متعدد الأوضاع توهين أكبر.

بصريات

يتكون أي نظام بصري من ثلاثة مكونات: مرسل ، وسيط (ألياف كبلية) ، وجهاز استقبال. يحول جهاز الإرسال الإشارات الكهربائية إلى ضوء ويرسلها على طول الألياف. يستقبل جهاز الاستقبال الإشارة الضوئية ويحولها إلى إشارة كهربائية
الإشارة. هناك نوعان من أجهزة الإرسال: الصمام الثنائي الليزري أو الصمام الثنائي الباعث للضوء.

تشير طاقة الخرج لجهاز الإرسال إلى مقدار الطاقة المنبعثة في شريحة زمنية معينة. كلما زادت الطاقة ، زادت مسافة نقل الإشارة. المرسل لديه القدرة على تغيير معدل الإرسال لتلبية متطلبات عرض النطاق الترددي للنظام. نطاق الأطوال الموجية المنبعثة من مصدر إشارة هو في العرض الطيفي.

أجهزة الإرسال والاستقبال حساسة لحالة البيئة. يتطلب ديود الليزر جهدًا ثابتًا ودرجة حرارة. المصابيح أقل حساسية للتقلبات البيئية. ثنائيات الليزر أغلى ثمناً. تتمتع المصادر الضوئية LED بعمر افتراضي أقصر ، لكنها 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 البصرية لزيادة إنتاجية منتجاتها. تتمثل إحدى التحديات التي تواجهها بعض الشركات في كيفية توصيل المعدات والبنية التحتية الحالية بنظام الألياف الضوئية دون ترقيات باهظة الثمن. باستخدام محولات الوسائط التي تسمح لك بتوصيل قنوات الشبكة العادية بناءً على زوج مجدول نحاسي وألياف بصرية ، من الممكن توصيل أي معدات شبكة تقريبًا. تم تصميم محولات الوسائط لتسهيل الانتقال إلى الكبل البصري ، وتقليل تكاليف استكشاف الأخطاء وإصلاحها.

انتباه! يحظر نسخ وإعادة طبع المعلومات من هذا الموقع دون موافقة خطية من الإدارة.

نشرت مجلة Nature Photonics وصفًا لتقنية جديدة لنقل البيانات عبر الألياف بسرعات تصل إلى 26 تيرا بايت في الثانية بدلاً من الحد الأقصى الحالي البالغ 1.6 تيرا بايت في الثانية.

قام فريق من المهندسين الألمان بقيادة البروفيسور فولفغانغ فرويد من جامعة كارلسروه بتطبيق تقنية OFDM (مضاعفة تقسيم التردد المتعامد) ، والتي تستخدم على نطاق واسع في الاتصالات اللاسلكية (802.11 و LTE) والتلفزيون الرقمي (DVB-T) و ADSL ، إلى الألياف البصرية.

من الصعب استخدام OFDM في الألياف الضوئية ، لأنك هنا تحتاج إلى تقسيم تدفق الضوء إلى ناقلات فرعية. في السابق ، كانت الطريقة الوحيدة للقيام بذلك هي استخدام ليزر منفصل لكل ناقل فرعي.

مقارنة بين أنواع مختلفة من مضاعفة الإرسال

يتم استخدام ليزر منفصل وجهاز استقبال منفصل للبث على كل تردد ، بحيث يمكن لمئات الليزر أن ترسل إشارة في وقت واحد على قناة ألياف بصرية واحدة. وفقًا للبروفيسور فرويد ، فإن النطاق الترددي الإجمالي للقناة يقتصر فقط على عدد أجهزة الليزر. وقال في مقابلة مع هيئة الإذاعة البريطانية "تم إجراء تجربة بالفعل وتم عرض سرعة تبلغ 100 تيرابت / ثانية". ولكن لهذا الغرض ، كان لا بد من استخدام حوالي 500 ليزر ، وهو في حد ذاته مكلف للغاية.

طور فرويد وزملاؤه تقنية لنقل أكثر من 300 حاملة فرعية بألوان مختلفة عبر ألياف ضوئية باستخدام ليزر واحد يعمل بنبضات قصيرة. هذا هو المكان الذي تلعب فيه ظاهرة مثيرة للاهتمام تسمى مشط التردد البصري. يتم "تلطيخ" كل نبضة صغيرة في التردد والوقت ، بحيث يمكن لمستقبل الإشارة ، مع التوقيت المناسب ، معالجة كل تردد نظريًا على حدة.

بعد عدة سنوات من العمل ، تمكن الباحثون الألمان من العثور على التوقيت المناسب واختيار المواد المناسبة وتطبيق معالجة كل ناقل فرعي باستخدام Fast Fourier Transform (FFT). تحويل فورييه هو عملية تربط دالة لمتغير حقيقي بوظيفة أخرى لمتغير حقيقي. تصف هذه الوظيفة الجديدة المعاملات في تحلل الوظيفة الأصلية إلى مكونات أولية - التذبذبات التوافقية ذات الترددات المختلفة.

يعتبر FFT مثاليًا لتقسيم الضوء إلى ناقلات فرعية. اتضح أنه يمكن استخلاص حوالي 350 لونًا (ترددات) من نبضة طبيعية في المجموع ، ويستخدم كل منها كحامل فرعي منفصل ، كما هو الحال في تقنية OFDM التقليدية. في العام الماضي ، أجرى فرويد وزملاؤه تجربة وأظهروا من الناحية العملية سرعة 10.8 تيرابت / ثانية ، والآن قاموا بتحسين دقة التعرف على التردد.

وفقًا لفرويد ، يمكن تطبيق التوقيت وتقنية FFT التي طورها في دائرة كهربائية صغيرة وإيجاد تطبيق تجاري.

ستساعدك هذه النصائح على توفير الوقت والأعصاب

اسأل مسؤول الشبكة عن رأيه في تقنيات الألياف البصرية وستسمع على الأرجح أنها باهظة الثمن ومعقدة وتتطلب اهتمامًا مستمرًا. يبدو الواقع مختلفًا تمامًا: الألياف غير مكلفة وموثوقة للغاية وتوفر أي معدل نقل بيانات يمكن تصوره. إذا سبق لك العمل مع UTP Category 5 أو حتى إقناع ، فستكون على ما يرام مع تقنية الألياف البصرية.

مجال مثل تقنية الألياف الضوئية واسع جدًا لمقال واحد. لذلك ، سنركز فقط على أسباب استخدام الألياف في شبكتك. ثم سنتطرق إلى طوبولوجيا الشبكة والمواصفات وعدد الألياف والموصلات ولوحة التبديل والتكمية ، وأخيراً سنتحدث بإيجاز عن أجهزة اختبار الألياف.

لماذا الألياف البصرية؟

لماذا يجب تركيب الألياف الضوئية بدلاً من الكابلات النحاسية؟ يمكن للكابل البصري نقل البيانات بنطاق ترددي عالٍ جدًا. تتميز الألياف الضوئية بخصائص نقل ممتازة ، وسعة بيانات عالية ، وإمكانية زيادة الإنتاجية ، ومقاومة التداخل الكهرومغناطيسي وترددات الراديو.

يتكون دليل الضوء من قلب وطبقة خارجية زجاجية واقية (كسوة). يعمل الغمد كطبقة عاكسة يتم من خلالها احتواء إشارة الضوء داخل القلب. قد يتكون الكبل البصري من دليل ضوء واحد فقط ، ولكنه يحتوي عمليًا على العديد من أدلة الإضاءة. يتم وضع أدلة الضوء في مادة واقية ناعمة (عازلة) ، والتي بدورها محمية بطبقة صلبة.

في أدلة الضوء المستخدمة على نطاق واسع ، يبلغ قطر الكسوة 125 ميكرون. الحجم الأساسي في أنواع الألياف الشائعة هو 50 ميكرون و 62.5 ميكرون للألياف متعددة الأوضاع و 8 ميكرون للألياف أحادية الوضع. بشكل عام ، تتميز أدلة الإضاءة بنسبة أبعاد أساسية إلى أبعاد البطانة ، مثل 50/125 أو 62.5 / 125 أو 8/125.

تنتقل الإشارات الضوئية عبر الألياف الضوئية وتستقبلها المعدات الإلكترونية في الطرف الآخر من الكبل. هذه المعدات الإلكترونية ، التي تسمى معدات إنهاء الألياف الضوئية ، تقوم بتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية والعكس صحيح. إحدى مزايا الألياف ، بالمناسبة ، هي أنه يمكن زيادة قدرة الشبكة القائمة على الألياف ببساطة عن طريق استبدال المعدات الإلكترونية في طرفي الكابل.

تختلف الألياف متعددة الأنماط والألياف أحادية الوضع في السعة والطريقة التي ينتقل بها الضوء. يتمثل الاختلاف الأكثر وضوحًا في حجم نواة الألياف الضوئية. وبشكل أكثر تحديدًا ، يمكن للألياف متعددة الأوضاع أن تنقل أوضاعًا متعددة (مسارات ضوئية مستقلة) بأطوال موجية أو أطوار مختلفة ، ومع ذلك ، فإن القطر الأساسي الأكبر يزيد من احتمالية انعكاس الضوء من السطح الخارجي للنواة ، وهذا محفوف بالتشتت ونتيجة لذلك ، انخفاض في الإنتاجية.القدرات والمسافات بين الراسبين. بشكل تقريبي ، تبلغ سرعة نقل الألياف متعددة الأوضاع حوالي 2.5 جيجابت في الثانية. تنقل الألياف أحادية الوضع الضوء فقط في وضع واحد ، ومع ذلك ، فإن القطر الأصغر يعني تشتتًا أقل ، ونتيجة لذلك ، يمكن إرسال الإشارة عبر مسافات طويلة بدون مكررات. تكمن المشكلة في أن كلاً من الألياف أحادية الوضع نفسها والمكونات الإلكترونية لإرسال الضوء واستقباله أغلى.

تتميز الألياف أحادية الوضع بنواة رفيعة جدًا (قطرها 10 ميكرون أو أقل). نظرًا للقطر الصغير ، فإن شعاع الضوء ينعكس من سطح القلب في كثير من الأحيان ، وهذا يؤدي إلى تشتت أقل. يعني مصطلح "الوضع الفردي" أن مثل هذا النواة الرقيقة يمكن أن يرسل إشارة حاملة خفيفة واحدة فقط. يتجاوز عرض النطاق الترددي للألياف أحادية الوضع 10 جيجابت في الثانية.

طبولوجيا الشبكة الفيزيائية

تحتوي أسلاك الألياف الضوئية ، مثل أسلاك UTP ، على طبولوجيا فيزيائية ومنطقية. الهيكل المادي هو مخطط الأسلاك للكابل البصري بين المباني وداخل كل مبنى لتشكيل الأساس لطوبولوجيا منطقية مرنة.

أحد أفضل مصادر المعلومات العملية حول الكابلات المادية ، إن لم يكن أفضلها ، هو دليل طريقة توزيع الاتصالات السلكية واللاسلكية (TDM) لعام 1995 من BISCI. يوفر TDM الأساس لبناء هيكل شبكة باستخدام أسلاك الكابلات الضوئية وفقًا للمعايير المقبولة.

يوصي كل من TDM ومعيار أسلاك اتصالات المباني التجارية (ANSI / TIA / EIA-568A) ببنية نجمية فعلية لربط العمود الفقري للألياف الضوئية داخليًا وخارجيًا. بالطبع ، يتم تحديد الهيكل المادي إلى حد كبير من خلال الموقع النسبي والتخطيط الداخلي للمباني ، بالإضافة إلى وجود قنوات مسبقة الصنع. على الرغم من أن الهيكل النجمي الهرمي يوفر أكبر قدر من المرونة ، إلا أنه قد لا يكون فعالاً من حيث التكلفة. ولكن حتى الحلقة المادية أفضل من عدم وجود جذع كابل بصري على الإطلاق.

عدد الألياف والكابلات الهجينة

يُطلق على عدد أدلة الضوء في الكبل عدد الألياف. لسوء الحظ ، لا يوجد معيار منشور يحدد عدد الألياف التي يجب أن تكون في الكبل.

لذلك ، يجب على المصمم أن يقرر بنفسه عدد الألياف الموجودة في كل كابل وكم منها سيكون في الوضع الفردي.

يُطلق على الكبل البصري الذي يكون فيه أحد أجزاء الألياف أحادي الوضع والجزء الآخر متعدد الأوضاع اسمًا هجينًا. عند اختيار عدد الألياف ومجموعة الألياف أحادية الوضع والألياف متعددة الوسائط ، تذكر أن مصنعي كبلات الألياف الضوئية يصنعون عادةً الكابلات بمضاعفات 6 أو 12 أليافًا.

القاعدة العامة هي أنه يجب أن يكون هناك العديد من الألياف في الكابلات بين المباني حسب ما تسمح به ميزانيتك. ولكن مع ذلك ، ما هو الحد الأدنى العملي لعدد الألياف؟ احسب عدد الألياف التي تحتاجها لدعم تطبيقاتك من اليوم الأول ، ثم اضرب هذا الرقم في اثنين للحصول على الحد الأدنى. على سبيل المثال ، إذا كنت ستستخدم 31 أليافًا في كبل بين مبنيين ، فقرب هذا الرقم إلى أقرب مضاعف لستة (أعلى) ، وهو 36. في وضعنا الافتراضي ، ستحتاج إلى كبل به على الأقل 72 ألياف.

المعلمة التالية التي يجب أن تأخذها في الاعتبار هي النسبة بين الألياف أحادية الوضع والألياف متعددة الوسائط في الكبل. نوصي بشكل عام بأن تكون 25٪ من الألياف في الكبل في الوضع الفردي. استمرارًا لمثال 72 أليافًا ، لدينا 18 أليافًا أحادية الوضع و 54 أليافًا متعددة الأوضاع.

إذا كنت معتادًا على UTP ، فقد يبدو أن 72 من الألياف كثيرًا بالنسبة لك. ومع ذلك ، تذكر أن سعر الكابل المكون من 72 ليفًا لا يساوي بأي حال من الأحوال ضعف سعر الكابل المكون من 36 ليفًا. في الواقع ، يكلف 20٪ فقط أكثر من كبل 32 ليفًا. تذكر أيضًا أن تكلفة وتعقيد تشغيل كابل من 72 ليفًا هي تقريبًا نفس تكلفة كابل من 36 ليفًا ، وقد تكون الألياف الإضافية مفيدة في المستقبل.

مواصفات الألياف

هناك المئات من المواصفات للألياف الضوئية ، تغطي كل شيء من الأبعاد المادية إلى عرض النطاق الترددي ، من قوة الشد إلى لون مادة التدريع. تحمي المادة الواقية (المخزن المؤقت) الألياف من التلف وعادة ما تكون مشفرة بالألوان لسهولة التعرف عليها. المعلمات العملية التي يجب معرفتها هي الطول والقطر والنافذة البصرية (الطول الموجي) والتوهين وعرض النطاق الترددي وجودة الألياف.

يشار إلى الطول بالأمتار والكيلومترات في مواصفات الألياف الضوئية. ومع ذلك ، نوصي بشدة بتحديد الطول بالأقدام / الأميال بدلاً من الأمتار / الكيلومترات (2 كم يساوي 1.3 ميل) في مواصفاتك للبائع أو الشركة المصنعة.

عندما تتلقى الكابل البصري الذي طلبته ، تأكد من أن الكبل المصاحب هو الطول الصحيح. على سبيل المثال ، إذا كنت بحاجة إلى كبل واحد بطول 600 قدم واثنين 700 قدم بإجمالي 2000 قدم ، وحصلت على بكرتين بطول 1000 قدم ، ثم بعد تثبيت كابل بطول 600 قدم و 700 قدم ، تكون قد تركت بكابل واحد بطول 300 قدم وكابل بطول 400 قدم ، لكن لا يمكنهم استبدال الكابل الإضافي الذي يبلغ طوله 700 قدم الذي تحتاجه. لتجنب هذه المشكلة ، يجب طلب ثلاث قطع من الكابلات بشكل خاص: واحدة بطول 650 قدمًا واثنتان بطول 750 قدمًا. يمكن أن يكون التسامح الذي يبلغ 50 قدمًا مفيدًا إذا أخطأت في تقدير طول قنوات الكابل ، على سبيل المثال. بالإضافة إلى ذلك ، في حالة إعادة ترتيب رف المعدات داخل الغرفة ، على سبيل المثال ، فإن شراء بكرة كابل إضافية للغرفة مع المعدات الطرفية له ما يبرره تمامًا.

يمكن أن تأتي الألياف متعددة الأنماط بعدة أقطار ، ولكن الأكثر شيوعًا هو الألياف بنسبة من اللب إلى الكسوة تبلغ 62.5 × 125 ميكرون. هذه هي الألياف متعددة الأوضاع التي سنستخدمها في جميع الأمثلة في هذه المقالة. الحجم 65.2 / 125 يسمى ANSI / TIA /

معيار EIA-568A لتوصيل الأسلاك. الألياف أحادية الوضع لها حجم قياسي واحد - 9 ميكرون (زائد أو ناقص ميكرون واحد). تذكر ، إذا كانت معدات الألياف الضوئية الخاصة بك تستخدم ألياف ذات قطر خاص وتعتزم الاستمرار في استخدامها ، فمن المرجح ألا تعمل مع الألياف ذات القطر العادي.

النافذة الضوئية هي الطول الموجي للضوء الذي ينقله الألياف بأقل توهين. يقاس الطول الموجي عادة بالنانومتر (نانومتر). الأطوال الموجية الأكثر شيوعًا هي 850 و 1300 و 1310 و 1550 نانومتر. تحتوي معظم الألياف على نافذتين - أي أن الضوء يمكن أن ينتقل بطول موجي. بالنسبة للألياف متعددة الأوضاع ، تكون 850 و 1310 نانومتر ، وللألياف أحادية الوضع ، فهذه هي 1310 و 1550 نانومتر.

يميز التوهين مقدار فقد الإشارة ويشبه المقاومة في كبل نحاسي. يتم قياس التوهين بالديسيبل لكل كيلومتر (ديسيبل / كم). يبلغ التوهين النموذجي للألياف أحادية النمط 0.5 ديسيبل / كم عند 1310 نانومتر و 0.4 ديسيبل / كم عند 1550 نانومتر. بالنسبة للألياف متعددة الأوضاع ، تبلغ هذه القيم 3.0 ديسيبل / كم عند 850 نانومتر و 1.5 ديسيبل / كم عند 1300 نانومتر. نظرًا لأنها أرق ، يمكن للألياف أحادية النمط أن ترسل إشارة بنفس التوهين عبر مسافات أطول من الألياف متعددة الأوضاع المكافئة.

لاحظ ، مع ذلك ، أن مواصفات الكبل يجب أن تستند إلى الحد الأقصى للتوهين المسموح به (أي سيناريو أسوأ الحالات) وليس الخسارة النموذجية. وبالتالي ، فإن قيمة التوهين القصوى عند الأطوال الموجية المحددة للأسلوب الفردي هي 1.0 / 0.75 ديسيبل / كم و 3.75 / 1.5 ديسيبل / كم للأسلوب المتعدد. كلما اتسعت النافذة البصرية ، أي كلما زاد طول الموجة ، انخفض التوهين لكلا النوعين من الكابلات. قد تبدو مواصفات التوهين كما يلي ، على سبيل المثال: يجب أن يكون الحد الأقصى للتوهين للألياف أحادية النمط 0.5 ديسيبل / كم عند نافذة 1310 نانومتر ، أو يجب أن يكون الحد الأقصى للتوهين للألياف متعددة الأنماط 3.75 / 1.5 ديسيبل / كم لنافذة بصرية 850/1300 نانومتر.

عرض النطاق الترددي أو سعة البيانات المرسلة عبر دليل الضوء يتناسب عكسياً مع التوهين. بمعنى آخر ، كلما انخفض التوهين (dB / km) ، اتسع عرض النطاق بالميغاهرتز. يجب أن يكون الحد الأدنى لعرض النطاق الترددي المسموح به للألياف متعددة الأوضاع 160/500 ميجاهرتز عند 850/1300 نانومتر مع الحد الأقصى للتوهين 3.75 / 1.5 ديسيبل / كم. تلبي هذه المواصفات متطلبات FDDI و TIA / EIA-568 لشبكة Ethernet و Token Ring.

يمكن أن تتكون الألياف من ثلاثة أنواع مختلفة اعتمادًا على خصائص النقل البصري المطلوبة: قياسية وعالية الجودة وممتازة. عادةً ما يتم استخدام الألياف عالية الجودة لتلبية متطلبات أكثر صرامة لطول الكابل وتوهين الإشارة.

موصلات الألياف البصرية

هناك العديد من أنواع الموصلات مثل الشركات المصنعة للمعدات. نوع الموصل الموصى به لمواصفات أسلاك الاتصالات ANSI / TIA / EIA-568A للمباني التجارية هو موصل SC مزدوج الأداة الإضافية ، ولكن نوع الموصل الأكثر استخدامًا في لوحات التبديل أصبح موصل حربة متوافق مع AT&T ST. نظرًا للاستخدام الواسع النطاق لموصلات الألياف البصرية المتوافقة مع ST ، فإن معيار 568A ، على الرغم من أنها غير قياسية ، يوفر استخدامها.

إذا كنت ستقوم فقط بتشغيل كبلات الألياف الضوئية ، فإننا نوصي باستخدام موصلات SC ذات النهايتين ، حيث يضمن ذلك استقطاب الألياف بشكل صحيح أثناء مرورها عبر لوحة التبديل.

على الرغم من الطبيعة القياسية لموصلات لوحة التصحيح ، فمن المحتمل أن تصادف العديد من موصلات الألياف الضوئية في المعدات النهائية. قد تقدم الشركات المصنعة لهذه المعدات خيارات مختلفة للموصلات لضمان توحيدها القياسي ، ولكن عندما يتعلق الأمر بها ، فإن الأسوأ هو توقعها. إذا كان الموصل الموجود على الجهاز الطرفي لا يتطابق مع الموصل الموجود على لوحة التبديل ، فسيتعين عليك شراء وصلة مرور مزدوجة الوجه بالموصلات المطلوبة.

لوحة التبديل

نوصي بشدة باستخدام لوحات التوصيل لإنهاء الكابلات الضوئية داخل المباني وبينها. تقدم الشركات المصنّعة مجموعة متنوعة من اللوحات ، ولكن بغض النظر عن اللوحات التي تستخدمها ، فإنهم جميعًا بحاجة إلى استخدام نوع واحد فقط من الموصلات فيها. إذا أمكن ، يجب استخدام نفس الموصلات في الجهاز الطرفي.

عند اختيار لوحة التبديل ، تذكر العامل البشري. يعد وجود 72 موصلًا من الألياف في مساحة 7 × 18 بوصة أمرًا جيدًا ، طالما أن المهندس لا يضطر إلى البحث في هذا الحاجز عن الموصل المناسب لإزالته. من الواضح أنه سيكون من الجيد إزالة واحدة دون لمس الباقي. لكن هل يمكنك ضغط أصابعك بين الـ 71 المتبقية؟

توفر الجِلب أو وصلات العبور أو الجِلب اتصالاً بين موصلين من الألياف الضوئية وتُستخدم في لوحات المفاتيح لتوصيل الكابلات.

الألياف المتساقطة

كبلات الربط هو إجراء لا مفر منه. أكثر طريقتين للربط شيوعًا هما الربط الميكانيكي والدمج ، ولكل منهما مؤيدها المخلص. في عملية الربط الميكانيكي ، يتم توصيل أطراف الألياف ببعضها البعض بواسطة مشبك ؛ وفي حالة الانصهار ، يتم لحام أطراف الألياف معًا.

يمكن أن يكون الاستثمار الأولي لمعدات الربط بالألياف كبيرًا ، ولكن النتيجة هي لصق غير مرئي تقريبًا لـ OTDR. يمكن الحصول على الربط الميكانيكي بجودة مماثلة باستخدام مادة هلامية ، لكنه لا يزال أسوأ.

يعتبر التوصيل الفاشل للألياف متعددة الأوضاع مشكلة أقل من الألياف ذات النمط الأحادي لأن عرض النطاق الترددي للإشارة المنقولة عبر الألياف متعددة الأوضاع أقل وليس حساسًا للانعكاسات الناتجة عن الربط الميكانيكي. إذا كان التطبيق حساسًا للانعكاسات ، فيجب استخدام الاندماج كطريقة ربط.

معدات اختبار

إذا كنت ستقوم بالفعل بعمل الأسلاك من كابل بصري ، فلا تكن بخيلًا في شراء مقياس طاقة إشارة ضوئية. يجب معايرة هذه العدادات لضمان دقة قياس مستوى قدرة الإشارة عند طول موجة معين. تسمح لك العدادات عالية الجودة باختيار الطول الموجي عند قياس الطاقة.

لتوليد إشارة ضوئية للقياس ، تحتاج إلى مصدر ضوء بطول الموجة المناسب. هذا المصدر ، كما يتوقع المرء ، يولد ضوءًا بطول موجة ومستوى طاقة معروفين. تحقق من أن مصدر الضوء يصدر ضوءًا بنفس الطول الموجي مثل الجهاز الطرفي ، وإلا فإن الفقد البصري المقاس لن يتطابق مع الفقد البصري الفعلي لنظام الألياف البصرية النهائي.

عند تمديد الكابلات ، فإنك تحتاج إلى OTDR. إذا لم تتمكن من شراء OTDR ، فقم بتأجيره أو استعارته طوال مدة التمديد. سيساعدك OTDR في تحديد خصائص الألياف بتمثيل رسومي لها. يمكن اعتبار OTDR على أنه رادار بصري: فهو يرسل نبضات ضوئية ثم يقيس الوقت والسعة للإشارة المنعكسة. ضع في اعتبارك ، مع ذلك ، أنه على الرغم من أن مقاييس الانعكاس هذه يمكن أن تقيس التوهين بالديسيبل ، فإن هذه القيمة ، كما تظهر التجربة ، ليست دقيقة للغاية. لقياس التوهين ، يجب استخدام مقياس قوة إشارة الضوء ومصدر طول موجة معروف.

أخيرًا ، يتم استخدام محولات الألياف العارية للاتصال المؤقت بمعدات الاختبار. إنها توفر اتصالًا سريعًا وفصلًا للطرف العاري للألياف باستخدام معدات الاختبار. توجد هذه المحولات في موصلات بصرية مختلفة ؛ لا توفر اقترانًا دقيقًا للألياف ، إلا أنها تسمح لك بفحصها باستخدام OTDR قبل التضمين في الموصلات الضوئية لقطاعات الكابلات الموضوعة.

أخيراً

كان هدفنا هو تعريف المهنيين من عالم شبكات الكمبيوتر بتقنية الألياف البصرية. ومع ذلك ، فإن مشاكل الألياف الضوئية لا تقتصر على هذا - فهناك ، على سبيل المثال ، نصف قطر الانحناء ، والمواد اللازمة لصنع الكابل ، واختيار المعدات الطرفية. ولكن إذا أقنعناك أن عالم الكابلات الضوئية لا يختلف كثيرًا عن العالم الأكثر شيوعًا المتمثل في الاقتران والزوج الملتوي ، فستنتهي مهمتنا.

يمكن الاتصال بـ James Jones على: [بريد إلكتروني محمي].

انتباه!لا تنظر مباشرة إلى الألياف! احترم أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية! لا يمكن رؤية الموجات الضوئية التي تنتقل عبر الألياف الضوئية للعين البشرية ، ولكنها يمكن أن تلحق الضرر الدائم بشبكية العين.

انتباه!قصاصات الألياف الناتجة عن تضفير الألياف عبارة عن شظايا زجاجية. يمكن لهذه القصاصات الصغيرة غير المرئية تقريبًا أن تلحق الضرر بالجلد أو تدخل العين. سيساعد الشريط اللاصق على الوجهين في تجميعها.

انتباه!راقب النار أثناء ربط الألياف. عند تجريد الألياف ، عادة ما يتم استخدام الكحول ، وهو شديد الاشتعال ، وإلى جانب ذلك ، يكون الاحتراق عديم اللون!

اختبار ألياف المستندات.توفر الاختبارات التي يتم إجراؤها أثناء تركيب الكابلات بيانات قيمة للغاية. احتفظ بنسخ من قياسات الخسارة وأشكال الموجة في حالة حدوث مشاكل مستقبلية.

توهين الإشارة.قم بتعيين وتسجيل التوهين لكل ليف عند الطول الموجي المستخدم. إذا كانت المعدات الطرفية تعمل بموجة تبلغ 780 نانومتر ، فيجب التحقق من التوهين عند 780 نانومتر - سيكون التوهين عند 850 نانومتر مختلفًا عن المستوى المطلوب.

عدد الألياف.يجب أن يكون عدد الألياف في الكبل بين المباني وداخل المباني مرتفعًا قدر الإمكان.

رباعي قدرة التسامح.اسمح بما لا يقل عن 2 ديسيبل من التوهين البصري فوق الألياف ، وحتى أكثر إذا سمحت ميزانيتك بذلك.

لا تدخن.لا تدخن أثناء ربط الألياف.

وصف الخط البصري.وصف الارتباط البصري من طرف إلى طرف ، بما في ذلك طاقة الإرسال الضوئية ، والفقد البصري ، وموقع لوحة التبديل ، ونوع الموصل لكل ارتباط ، واستقبال الطاقة الضوئية.

موصلات للألياف أحادية الوضع.إذا كنت تستخدم كلاً من الألياف أحادية الوضع والألياف متعددة الأوضاع في الكبلات ، فيجب أن تظل الموصلات والوصلات أحادية الوضع منفصلة عن الوضع المتعدد. أولاً ، المكونات أحادية الوضع أكثر تكلفة. وثانياً ، ليس من السهل اكتشاف مكون متعدد الأوضاع مثبت بدلاً من وضع واحد حتى بمساعدة أجهزة خاصة.

طوبولوجيا "نجمة".كلما كان ذلك ممكنًا ، يجب أن تكون الأسلاك المادية في طوبولوجيا نجمية.

موقع تقاطعات Tx / Rx.يجب الإشارة إلى موقع انتقالات Tx / Rx في وصف السطر. اتصال Tx / Tx في الجهاز النهائي يعادل قطع الألياف: لا يعمل.

استخدام الألياف 62.5 / 125.بالنسبة للتطبيقات الداخلية ، يفضل استخدام الألياف متعددة الأوضاع 62.5 / 125 ميكرون ويوصى به وفقًا لمعيار ANSI / TIA / EIA / -568A.

بدون شك ، ستصبح تقنية الألياف الضوئية الوسيلة الرئيسية لنقل المعلومات في المستقبل. إنه أحد أسباب النمو الهائل للاتصالات الدولية وتأثير "تقلص الكوكب". بناءً على هذه التكنولوجيا ، تمكنت الإنترنت من أن تصبح أداة المعلومات التي لا تقدر بثمن كما هي اليوم. ومع ذلك ، على عكس الاعتقاد السائد ، فإن هذا ليس الدواء الشافي. لا تزال أنظمة الألياف الضوئية تواجه العديد من القيود والعقبات التي يجب التغلب عليها. قبل أن نبدأ في مناقشة نظرية نقل الألياف الضوئية ، دعونا نقارن بين الكابلات التقليدية وكابلات الألياف البصرية ونقيم مزاياها وعيوبها.

1.2.1. عرض النطاق

الألياف البصرية

اليوم ، تتمتع كابلات الألياف الضوئية بعرض نطاق ترددي ضخم ، مع معدلات نقل تصل إلى 40 جيجابت / ثانية في مكانها اليوم وأكثر من 100 جيجابت / ثانية في المستقبل القريب. في الوقت الحاضر ، العوامل التي تحد من نمو معدلات الإرسال هي: أولاً ، وقت استجابة المصادر وأجهزة الكشف لمعدلات نقل البيانات العالية كبير مقارنة بفترات النبض ؛ ثانيًا ، قرب الطول الموجي للضوء من فترة النبضة ، مما يسبب مشاكل تمايز في أجهزة الكشف. تزيد تقنيات مضاعفة الأطوال الموجية المتعددة على ليف واحد (تسمى مضاعفة تقسيم الموجة (WDM) من إجمالي معدل الإرسال عبر ليف واحد إلى عدة Tbit / s.

ستمنحك المقارنة التالية إحساسًا بما يعنيه هذا من حيث نقل البيانات: من خلال اتصالات الألياف الضوئية بسرعة 1 جيجابت في الثانية تقريبًا ، يمكن نقل أكثر من 30000 محادثة هاتفية مضغوطة في وقت واحد. مع اتصال 30 جيجابت في الثانية ، يمكن نقل ما يصل إلى مليون محادثة هاتفية في وقت واحد عبر ألياف زجاجية واحدة!

الكابلات

يمكن أن توفر الكابلات المحورية التي يصل قطرها إلى 8 سم معدلات نقل تصل إلى 1 جيجابت في الثانية عبر مسافات تصل إلى 10 كم. العامل المحدد هو التكلفة العالية جدًا للنحاس.

تجري حاليًا أبحاث مهمة لزيادة سرعة الإرسال عبر كبلات ثنائية مجدولة. اليوم ، أصبحت سرعات 100 ميجابت في الثانية شائعة جدًا في العديد من شبكات المنطقة المحلية. تتوفر أيضًا أنظمة تجارية تعمل بسرعات تصل إلى 1 جيجابت في الثانية. بعد الاختبارات المعملية الناجحة بسرعة 10 جيجابت / ثانية ، يجري إعداد المنتجات المطابقة للإصدار التجاري. يكمن سبب هذا النشاط في هذا المجال في وفرة البنية التحتية مع الكابلات المزدوجة الملتوية المثبتة بالفعل ، والتي يمكن أن توفر بشكل كبير في حفر الخنادق ومد القنوات ومد كابلات الألياف الضوئية الجديدة. لهذا السبب ، تتنافس تقنية الكبل المزدوج المجدول حاليًا بنجاح مع تقنية الألياف البصرية ، نظرًا لأن كلاهما لهما العديد من التطبيقات الشائعة.

1.2.2. التشوش

الألياف البصرية

كابلات الألياف الضوئية محصنة تمامًا ضد التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) ، وتداخل التردد اللاسلكي (RFI) ، والبرق والارتفاعات المفاجئة في الجهد الكهربائي. لا يعانون من مشاكل الاقتران السعوي أو الاستقرائي. عندما يتم تصميم كابلات الألياف الضوئية بشكل صحيح ، يجب ألا تتأثر بالنبضات الكهرومغناطيسية الناتجة عن الانفجارات النووية وإشعاع الخلفية. (ستواسي هذه الأخبار جزءًا كبيرًا من السكان بعد الحرب النووية!)

بالإضافة إلى هذه الحقيقة ، فإن كابلات الألياف الضوئية لا تسبب أي تداخل كهرومغناطيسي أو تردد لاسلكي. تعد هذه الخاصية ذات قيمة كبيرة في معالجة الحوسبة والفيديو والصوت ، حيث تزداد أهمية البيئة منخفضة الضوضاء لتحسين جودة التشغيل والتسجيل.

الكابلات

تتأثر الكابلات العادية بالتدخل الخارجي. اعتمادًا على أنواع الكابلات ودرجة تدريعها ، فإنها تخضع لدرجات متفاوتة من التداخل الكهرومغناطيسي والراديوي من خلال الاقتران الاستقرائي والسعوي والمقاوم. أنظمة الاتصالات القائمة على الكابلات التقليدية تفشل تمامًا تحت تأثير النبضات الكهرومغناطيسية الناتجة عن الانفجارات النووية.

تشع الكابلات العادية أيضًا موجات كهرومغناطيسية ، مما قد يتسبب في حدوث تداخل في أنظمة اتصالات الكابلات الأخرى. تعتمد كمية الإشعاع على حجم الإشارة المرسلة وجودة الشاشة.

1.2.5. عزل كهربي

الألياف البصرية

توفر كابلات الألياف الضوئية عزلًا كلفانيًا كاملًا بين طرفي الكابل. عدم توصيل الألياف يجعل الكابلات غير حساسة لارتفاعات الجهد. هذا يلغي EMI و EMI التي يمكن أن تكون ناجمة عن الحلقات الأرضية ، الفولتية في الوضع المشترك ، والتعويضات والقصر المحتمل للأرض. يعمل كابل الألياف الضوئية كعازل طويل. نظرًا لأن الألياف الضوئية لا تشع موجات ولا تخضع للتداخل ، فهناك ميزة أخرى تتمثل في عدم وجود تأثير متبادل للكابلات (أي تأثير إشعاع أحد كبلات الاتصال على كابل آخر يوضع بجانبه).

الكابلات

توفر الكابلات التقليدية ، ببساطة من خلال العمل على النحو المنشود ، توصيلًا كهربائيًا بين نهاياتها. لذلك ، فهي عرضة للتداخل الكهرومغناطيسي والأثير من الحلقات الأرضية ، والجهود المشتركة للوضع ، والتعويضات المحتملة للأرض. هم أيضا عرضة لمشاكل التأثير المتبادل.

1.2.4. مسافات النقل

الألياف البصرية

بالنسبة لأنظمة الألياف الضوئية البسيطة منخفضة التكلفة ، يمكن استخدام مسافات مكرر تصل إلى 5 كيلومترات. بالنسبة للأنظمة التجارية عالية الجودة ، أصبحت مسافات المكرر التي تصل إلى 300 كم متاحة بسهولة الآن. تم تطوير الأنظمة (بدون استخدام أجهزة إعادة الإرسال) لمسافات تصل إلى 400 كم. تم تحقيق مسافات قريبة من 1000 كم في المختبر ، ولكنها غير متوفر حتى الآن في السوق. قال أحد الأوروبيين الشركة إنها تقوم حاليًا بتطوير كابل ألياف بصرية يمكن أن يمتد على طول خط الاستواء للأرض ، وبدون أي مكررات ، يكون قادرًا على إرسال إشارة من طرف إلى آخر! الإلكترونات الموجودة في الغلاف والتي بدورها تبعث فوتونات ذات طاقة أعلى ، وبالتالي يحدث نوع من التضخيم الذاتي ، وسوف تشرح الفصول التالية المصطلحات المستخدمة للقارئ.

الكابلات

في سوق الكابلات المزدوجة المجدولة 4 ميجابت في الثانية ، تتوفر مسافات مكرر تصل إلى 2.4 كم. في حالة الكابلات المحورية بسرعات أقل من 1 ميجابت / ثانية ، من الممكن أن تصل مسافات تصل إلى 25 كم بين أجهزة إعادة الإرسال.

1.2.5. حجم والوزن

الألياف البصرية

بالمقارنة مع جميع كبلات نقل البيانات الأخرى ، فإن كابلات الألياف الضوئية صغيرة جدًا في القطر وخفيفة الوزن للغاية. يزن كبل الألياف البصرية رباعي النواة حوالي 240 كجم / كم ، بينما يزن كابل الألياف الضوئية 36 نواة حوالي 3 كجم فقط. نظرًا لصغر حجمها مقارنةً بالكابلات التقليدية التي لها نفس النطاق الترددي ، فمن الأسهل عادةً تثبيتها في البيئات الحالية ، كما أن وقت التثبيت وتكلفته أقل عمومًا نظرًا لخفة وزنها وسهولة العمل بها.

الكابلات

يمكن أن يزن الكبل التقليدي من 800 كجم / كم لكابل 36 زوجًا ملتويًا إلى 5 طن / كم للكابل المحوري ذو القطر الكبير عالي الجودة.

تتكون الألياف الضوئية من موصل مركزي للضوء (لب) - ليف زجاجي محاط بطبقة أخرى من الزجاج - غلاف له معامل انكسار أقل من اللب. تنتشر أشعة الضوء عبر اللب ، ولا تتجاوز حدودها ، حيث تنعكس من طبقة الغلاف من الغلاف. في الألياف الضوئية ، يتم تشكيل شعاع الضوء عادة بواسطة أشباه الموصلات أو ليزر الصمام الثنائي. اعتمادًا على توزيع معامل الانكسار وحجم قطر النواة ، يتم تقسيم الألياف الضوئية إلى وضع أحادي ووضع متعدد.

سوق منتجات الألياف البصرية في روسيا

قصة

على الرغم من أن الألياف الضوئية هي وسيلة شائعة الاستخدام وشائعة لتوفير الاتصالات ، إلا أن التكنولوجيا نفسها بسيطة وتم تطويرها منذ وقت طويل. تم عرض تجربة لتغيير اتجاه شعاع الضوء عن طريق الانكسار بواسطة دانيال كولادون وجاك بابيت في وقت مبكر من عام 1840. بعد بضع سنوات ، استخدم جون تيندال هذه التجربة في محاضراته العامة في لندن ، ونشر بالفعل في عام 1870 عملاً عن طبيعة الضوء. تم العثور على التطبيق العملي للتكنولوجيا فقط في القرن العشرين. في عشرينيات القرن الماضي ، أظهر المجربان كلارنس هاسنيل وجون بيرد إمكانية نقل الصور عبر الأنابيب الضوئية. تم استخدام هذا المبدأ من قبل هاينريش لام للفحص الطبي للمرضى. فقط في عام 1952 ، أجرى الفيزيائي الهندي ناريندر سينغ كاباني سلسلة من تجاربه الخاصة ، والتي أدت إلى اختراع الألياف الضوئية. في الواقع ، قام بإنشاء نفس حزمة الخيوط الزجاجية ، وصُنع الغلاف واللب من ألياف ذات مؤشرات انكسار مختلفة. كانت القشرة في الواقع بمثابة مرآة ، وكان اللب أكثر شفافية - كانت هذه هي الطريقة التي تم بها حل مشكلة التشتت السريع. إذا لم تصل الحزمة في وقت سابق إلى نهاية الخيط البصري ، وكان من المستحيل استخدام وسيط الإرسال هذا عبر مسافات طويلة ، فقد تم حل المشكلة الآن. قام Narinder Kapani بتحسين التكنولوجيا بحلول عام 1956. قامت مجموعة من قضبان الزجاج المرنة بنقل الصورة دون فقد أو تشويه تقريبًا.

يعتبر اختراع الألياف الضوئية في عام 1970 من قبل متخصصي Corning ، والذي جعل من الممكن تكرار نظام نقل بيانات إشارة الهاتف عبر سلك نحاسي على نفس المسافة بدون مكررات ، نقطة تحول في تاريخ تطور الألياف البصرية التقنيات. تمكن المطورون من إنشاء موصل قادر على الحفاظ على واحد بالمائة على الأقل من قوة الإشارة الضوئية على مسافة كيلومتر واحد. وفقًا لمعايير اليوم ، يعد هذا إنجازًا متواضعًا إلى حد ما ، ولكن بعد ذلك ، منذ ما يقرب من 40 عامًا ، كان شرطًا ضروريًا لتطوير نوع جديد من الاتصالات السلكية.

في البداية ، كانت الألياف الضوئية متعددة الأطوار ، أي يمكنها نقل مئات الأطوار الضوئية دفعة واحدة. علاوة على ذلك ، فإن القطر المتزايد لنواة الألياف جعل من الممكن استخدام أجهزة إرسال وموصلات بصرية رخيصة. بعد ذلك بكثير ، بدأوا في استخدام ألياف ذات إنتاجية أكبر ، والتي من خلالها كان من الممكن بث مرحلة واحدة فقط في وسط بصري. مع إدخال الألياف أحادية الطور ، يمكن الحفاظ على سلامة الإشارة على مسافة أطول ، مما يساهم في نقل كميات كبيرة من المعلومات.

الأكثر شيوعًا اليوم هو الألياف أحادية الطور مع إزاحة الطول الموجي الصفري. منذ عام 1983 ، احتلت مكانة رائدة بين منتجات صناعة الألياف البصرية ، بعد أن أثبتت أدائها على مدى عشرات الملايين من الكيلومترات.

مزايا نوع الاتصال بالألياف الضوئية

• الإشارات الضوئية ذات النطاق العريض بسبب التردد العالي للغاية للناقل. وهذا يعني أنه يمكن نقل المعلومات عبر خط ألياف بصرية بمعدل 1 Tbit / s ؛
• توهين منخفض جدًا للإشارة الضوئية في الألياف ، مما يجعل من الممكن بناء خطوط اتصال من الألياف الضوئية يصل طولها إلى 100 كم أو أكثر دون تجديد الإشارة ؛
• مناعة ضد التداخل الكهرومغناطيسي من أنظمة الكابلات النحاسية المحيطة ، والمعدات الكهربائية (خطوط الطاقة ، وتركيبات المحركات الكهربائية ، وما إلى ذلك) والظروف الجوية ؛
• الحماية ضد الوصول غير المصرح به. لا يمكن اعتراض المعلومات المنقولة عبر خطوط اتصالات الألياف الضوئية بطريقة غير مدمرة ؛
• السلامة الكهربائية. لكونها أليافًا ضوئية عازلة للكهرباء ، فإنها تزيد من السلامة من الانفجار والحريق للشبكة ، وهو أمر مهم بشكل خاص في مصافي المواد الكيميائية والنفط ، عند خدمة العمليات التكنولوجية عالية الخطورة ؛
• متانة FOCL - عمر خدمة خطوط اتصالات الألياف الضوئية لا يقل عن 25 عامًا.

عيوب نوع الاتصال بالألياف الضوئية

• التكلفة العالية نسبيًا لعناصر الخط النشط التي تحول الإشارات الكهربائية إلى ضوء وضوء إلى إشارات كهربائية ؛
• تكلفة عالية نسبيًا لربط الألياف الضوئية. وهذا يتطلب معدات تكنولوجية دقيقة ، وبالتالي باهظة الثمن. نتيجة لذلك ، عندما ينكسر كابل بصري ، تكون تكلفة استعادة FOCL أعلى من تكلفة العمل مع الكابلات النحاسية.

عناصر خط الألياف البصرية

• جهاز استقبال بصري

تكتشف المستقبلات الضوئية الإشارات المرسلة عبر كبل الألياف الضوئية وتحولها إلى إشارات كهربائية ، ثم تضخمها وتعيد تشكيلها ، بالإضافة إلى إشارات الساعة. اعتمادًا على معدل البث بالباود وخصائص نظام الجهاز ، يمكن تحويل دفق البيانات من تسلسلي إلى متوازي.

• الارسال البصري

يقوم جهاز الإرسال البصري في نظام الألياف الضوئية بتحويل التسلسل الكهربائي للبيانات التي توفرها مكونات النظام إلى تدفق بيانات بصري. يتكون جهاز الإرسال من محول متوازي إلى تسلسلي مع مُركِّب على مدار الساعة (يعتمد على إعداد النظام ومعدل البت) ، ومحرك ، ومصدر إشارة بصرية. يمكن استخدام مصادر بصرية مختلفة لأنظمة النقل البصرية. على سبيل المثال ، غالبًا ما تستخدم الثنائيات الباعثة للضوء في شبكات المنطقة المحلية منخفضة التكلفة للاتصالات قصيرة المسافة. ومع ذلك ، فإن النطاق الترددي الطيفي الواسع واستحالة العمل في الأطوال الموجية للنوافذ البصرية الثانية والثالثة لا تسمح باستخدام LED في أنظمة الاتصالات.

• المضخم

يقوم مكبر الصوت بتحويل التيار غير المتماثل من مستشعر الثنائي الضوئي إلى جهد غير متماثل ، يتم تضخيمه وتحويله إلى إشارة تفاضلية.

• مزامنة رقاقة واستعادة البيانات

يجب أن تستعيد هذه الدائرة المصغرة إشارات الساعة من دفق البيانات المستقبلة وتوقيتها. يتم أيضًا دمج دارة الحلقة المقفلة الطور المطلوبة لاستعادة الساعة بشكل كامل في شريحة الساعة ولا تتطلب مرجع ساعة خارجيًا.

• وحدة التحويل التسلسلي إلى المتوازي

• بالتوازي مع المحول التسلسلي

• المشكل الليزر

وتتمثل مهمتها الرئيسية في توفير تيار التحيز وتيار التعديل من أجل التعديل المباشر لصمام الليزر.

• الكابلات البصرية، تتكون من ألياف بصرية تحت غلاف واقي مشترك.

وضع واحد من الألياف

مع قطر ليفي صغير بما فيه الكفاية وطول موجي مناسب ، سوف تنتشر حزمة واحدة عبر الألياف. بشكل عام ، تشير حقيقة اختيار القطر الأساسي لأسلوب انتشار الإشارة أحادي الأسلوب إلى خصوصية كل متغير فردي لتصميم الألياف. بمعنى ، يجب فهم الوضع الفردي على أنه خصائص الألياف بالنسبة للتردد المحدد للموجة المستخدمة. إن انتشار حزمة واحدة فقط يجعل من الممكن التخلص من التشتت البيني ، وبالتالي فإن الألياف أحادية النمط هي أوامر من حيث الحجم أكثر إنتاجية. في الوقت الحالي ، يتم استخدام نواة بقطر خارجي يبلغ حوالي 8 ميكرون. كما في حالة الألياف متعددة الأنماط ، يتم استخدام توزيعات كثافة المواد المتدرجة والمتدرجة.

الخيار الثاني أكثر كفاءة. تعد التكنولوجيا أحادية الوضع أرق وأكثر تكلفة وتستخدم حاليًا في الاتصالات. تُستخدم الألياف الضوئية في خطوط اتصالات الألياف الضوئية ، والتي تتفوق على الاتصالات الإلكترونية من حيث أنها تسمح بنقل البيانات الرقمية بسرعة عالية وبدون خسارة عبر مسافات شاسعة. يمكن أن تشكل خطوط الألياف الضوئية شبكة جديدة أو تعمل على الجمع بين الشبكات الموجودة - أقسام من جذوع الألياف الضوئية المتصلة فعليًا على مستوى الألياف ، أو بشكل منطقي - على مستوى بروتوكولات نقل البيانات. يمكن قياس سرعة نقل البيانات عبر FOCL بمئات الجيجابت في الثانية. يجري بالفعل وضع اللمسات الأخيرة على معيار يسمح بنقل البيانات بسرعة 100 جيجابت / ثانية ، وقد تم استخدام معيار 10 جيجابت إيثرنت في هياكل الاتصالات الحديثة لعدة سنوات.

الألياف متعددة الأوضاع

في الألياف الضوئية متعددة الأوضاع ، يمكن لعدد كبير من الأنماط أن ينتشر في وقت واحد - يتم إدخال الأشعة في الألياف بزوايا مختلفة. الألياف الضوئية متعددة الأنماط لها قطر أساسي كبير نسبيًا (قيم معيارية 50 و 62.5 ميكرومتر) ، وبالتالي ، فتحة عددية كبيرة. يعمل القطر الأساسي الأكبر للألياف متعددة الأوضاع على تبسيط حقن الإشعاع الضوئي في الألياف ، كما أن متطلبات التحمل الأكثر ليونة للألياف متعددة الأوضاع تقلل من تكلفة أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية. وبالتالي ، فإن الألياف متعددة الأوضاع تهيمن على الشبكات المحلية والمنزلية ذات المدى الصغير.

العيب الرئيسي للألياف متعددة الوسائط هو وجود تشتت intermode ، والذي يحدث بسبب حقيقة أن الأنماط المختلفة تصنع مسارات بصرية مختلفة في الألياف. لتقليل تأثير هذه الظاهرة ، تم تطوير ألياف متعددة الأنماط مع مؤشر انكسار متدرج ، ونتيجة لذلك تنتشر الأنماط في الألياف على طول مسارات القطع المكافئ ، والاختلاف في مساراتها الضوئية ، وبالتالي يكون التشتت البيني أصغر بكثير . ومع ذلك ، بغض النظر عن مدى توازن الألياف متعددة الأنماط المتدرجة ، لا يمكن مقارنة إنتاجيتها بالتقنيات أحادية الوضع.

أجهزة الإرسال والاستقبال من الألياف الضوئية

من أجل نقل البيانات عبر القنوات الضوئية ، يجب تحويل الإشارات من شكل كهربائي إلى شكل بصري ، ونقلها عبر خط اتصال ، ثم تحويلها مرة أخرى إلى شكل كهربائي في جهاز الاستقبال. تحدث هذه التحويلات في جهاز الإرسال والاستقبال ، الذي يحتوي على مكونات إلكترونية إلى جانب مكونات بصرية.

يستخدم معدد تقسيم الوقت على نطاق واسع في تقنية الإرسال ، مما يسمح لك بزيادة معدل الإرسال حتى 10 جيجابت / ثانية. توفر أنظمة الألياف الضوئية الحديثة عالية السرعة معايير سرعة الإرسال التالية.

معيار SONET	معيار SDH	سرعة انتقال
OC 1	-	51.84 ميجابت في الثانية
OC 3	STM 1	155.52 ميجابت في الثانية
OC 12	STM4	622.08 ميجابت في الثانية
OC48	STM 16	2.4883 جيجابت / ثانية
OC 192	STM64	9.9533 جيجابت / ثانية

تتيح الطرق الجديدة لتعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي أو تعدد الإرسال بالتقسيم الطيفي زيادة كثافة إرسال البيانات. للقيام بذلك ، يتم إرسال تدفقات معلومات متعددة الإرسال عبر قناة ألياف بصرية واحدة باستخدام إرسال كل تيار بأطوال موجية مختلفة. تختلف المكونات الإلكترونية في جهاز استقبال وجهاز إرسال WDM عن تلك المستخدمة في نظام تقسيم الوقت.

تطبيق خطوط الاتصال بالألياف الضوئية

تُستخدم الألياف الضوئية بنشاط لبناء شبكات اتصالات المدينة والإقليمية والفيدرالية ، وكذلك لترتيب خطوط الاتصال بين بدالات الهاتف التلقائية في المدينة. ويرجع ذلك إلى سرعة وموثوقية وعرض النطاق الترددي العالي لشبكات الألياف. أيضًا ، من خلال استخدام قنوات الألياف البصرية ، هناك تلفزيون الكابل والمراقبة بالفيديو عن بعد ومؤتمرات الفيديو وبث الفيديو والقياس عن بعد وأنظمة المعلومات الأخرى. في المستقبل ، من المتوقع أن تستخدم شبكات الألياف الضوئية تحويل إشارات الكلام إلى إشارات ضوئية.