الألياف الضوئية عبارة عن ألياف مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك يمكن استخدامها كأداة لنقل الضوء. الغرض الرئيسي من الألياف الضوئية هو الاتصال. في الوقت الحاضر ، الألياف الضوئية المستخدمة في الاتصالات هي في الأساس ألياف بصرية من السيليكا ، ومكونها الرئيسي هو زجاج السيليكا عالي النقاء ، وهو ثاني أكسيد السيليكون (SiO2).
تستخدم أنظمة اتصالات الألياف الضوئية الألياف الضوئية لنقل الموجات الضوئية التي تحمل المعلومات لتحقيق الغرض من الاتصال.
▎ تاريخ تطور اتصالات الألياف الضوئية
في عام 1880 ، اخترع ألكسندر جراهام بيل "الهاتف البصري".
في عام 1887 ، استخرج العالم البريطاني تشارلز فيرنون بويز أول ألياف بصرية من المختبر.
في عام 1938 ، بدأت شركة أوينز إلينوي للزجاج الأمريكية وشركة Nittobo Co.، Ltd. اليابانية في إنتاج ألياف زجاجية طويلة.
في عام 1951 ، اقترح الفيزيائي البصري برايان أوبراين مفهوم الكسوة.
في عام 1956 ، صنع طالب في جامعة ميشيغان أول ألياف مغطاة بالزجاج. استخدم أنبوبًا زجاجيًا بمؤشر انكسار منخفض لصهره على قضيب زجاجي بمؤشر انكسار عالٍ.
في عام 1960 ، أظهر تيودور ميمان للناس أول ليزر. أثار هذا اهتمام الناس بالاتصالات البصرية. يبدو أن الليزر طريقة اتصال واعدة للغاية يمكنها حل مشكلة عرض النطاق الترددي للإرسال. بدأت العديد من المعامل في إجراء التجارب.
في عام 1966 ، أشار الباحث البريطاني الصيني قاو كون إلى إمكانية استخدام الألياف الضوئية ونهجها التقني لنقل المعلومات ، مما وضع الأساس للاتصالات الضوئية الحديثة للاتصالات بالألياف الضوئية.
في عام 1970 ، نجحت شركة Corning في الولايات المتحدة في تطوير ألياف كوارتز البصرية بفقدان 20 ديسيبل / كم.
في عام 1973 ، حققت مختبرات بيل بالولايات المتحدة إنجازات أكبر ، حيث خفضت فقدان الألياف الضوئية إلى 2.5 ديسيبل / كم.
في عام 1976 ، خفضت Nippon Telegraph and Telephone (NTT) فقدان الألياف الضوئية إلى 0.47 ديسيبل / كم (الطول الموجي 1.2 ميكرومتر).
▎ خصائص اتصالات الألياف الضوئية
قدرة اتصال ضخمة
من الناحية النظرية ، يمكن لليف واحد أن ينقل 10 مليارات قناة صوتية في نفس الوقت. نجح الاختبار الحالي لـ 500,000 قناة صوتية في نفس الوقت ، وهو أعلى بآلاف أو حتى مئات الآلاف من المرات من الكابلات المحورية التقليدية وأجهزة الميكروويف.
مسافة تتابع طويلة
تحتوي الألياف الضوئية على معامل توهين منخفض جدًا ، إلى جانب النقل البصري المناسب ، ومعدات الاستقبال البصري ، والمضخم البصري ، وتصحيح الخطأ الأمامي ، وتقنية تعديل رمز RZ ، وما إلى ذلك ، يمكن أن تجعل مسافة الترحيل أكثر من آلاف الكيلومترات ، في حين أن الكابل التقليدي يمكنه فقط نقل 1.5 كم والميكروويف 50 كم ، وهو ببساطة لا يضاهى.
سرية جيدة
قابل للتكيف
تتميز بمزايا عدم الخوف من التداخل من المجالات الكهرومغناطيسية الخارجية القوية ، ومقاومة التآكل ، وما إلى ذلك.
صغيرة الحجم وخفيفة الوزن
مصادر غنية بالمواد الأولية وأسعارها منخفضة
▎ هيكل الألياف
الهيكل النموذجي للألياف الضوئية عبارة عن أسطوانة متحدة المحور متعددة الطبقات ، والتي تتكون أساسًا من لب ، وغطاء ، وطبقة طلاء.
لب الألياف
يقع في وسط الألياف الضوئية ، التركيب عبارة عن سيليكا عالية النقاء مع كمية صغيرة جدًا من الشوائب. معامل الانكسار لللب أعلى بقليل من الكسوة ، والخسارة أقل من الكسوة. تنتقل الطاقة الضوئية بشكل أساسي في القلب.
التغليف
يقع حول القلب ، ويتكون تكوينه أيضًا من سيليكا عالية النقاء تحتوي على كمية صغيرة جدًا من المنشطات. توفر الكسوة سطحًا عاكسًا وعزلًا للضوء لنقل الضوء ، وتلعب دورًا معينًا في الحماية الميكانيكية.
▎ مبدأ عمل الألياف الضوئية
مبدأ الانعكاس الكلي
إذا تم توجيه شعاع الضوء من وسط كثيف بصريًا إلى وسط رقيق بصريًا ، تكون زاوية الانكسار أكبر من زاوية السقوط ، كما هو موضح في الشكل.
إذا تم زيادة θ0 باستمرار ، يمكن أن تصل زاوية الانكسار θ1 إلى 90 درجة ، في هذا الوقت تسمى الزاوية الحرجة θ1.
عندما يشع الضوء من الوسط الكثيف بصريًا إلى الوسط الرقيق بصريًا ، وتكون زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة ، سيحدث الانعكاس الكلي.
تستخدم الألياف الضوئية هذا الانعكاس الكلي لنقل الإشارات الضوئية.
تشتت الألياف
أسباب تشتت الألياف
تتكون الإشارة الضوئية في الألياف الضوئية من العديد من المكونات المختلفة. نظرًا لاختلاف سرعة الانتشار لكل مكون من مكونات التردد أو كل مكون وضع للإشارة ، بعد مسافة معينة عبر الألياف الضوئية ، سيكون هناك فرق تأخير زمني بين المكونات المختلفة ، مما يتسبب في تشويه شكل موجة إشارة الإرسال ، وتوسيع النبض ، وهذا تسمى هذه الظاهرة تشتت الألياف.
تأثير تشتت الألياف
يؤدي وجود تشتت الألياف إلى تشويه وتوسيع نبضة الإشارة المرسلة ، مما يتسبب في حدوث تداخل بين الرموز. لضمان جودة الاتصال ، يجب زيادة الفاصل الزمني بين الرموز ، أي يجب تقليل معدل إرسال الإشارة ، مما يحد من سعة الاتصال ومسافة الإرسال لنظام الألياف الضوئية.
تصنيف تشتت الألياف
وفقًا لأسباب التشتت ، يمكن تقسيم تشتت الألياف إلى تشتت مشروط ، تشتت المادة ، تشتت الدليل الموجي وتشتت الاستقطاب.
الطيف الكهرومغناطيسي للألياف الضوئية
▎ فقدان الألياف
يشير فقدان الألياف الضوئية إلى انخفاض الطاقة الضوئية بسبب الامتصاص والتشتت وأسباب أخرى بعد انتقال الإشارة الضوئية عبر الألياف الضوئية.
▎ تصنيف الألياف الضوئية
الألياف خطوة
في منطقتي اللب والكسوة ، تكون توزيعات معامل الانكسار موحدة ، n1 و n2 ، على التوالي. عند الحد الفاصل بين اللب والغطاء ، يتغير معامل الانكسار بشكل تدريجي (n2
ألياف متدرجة
يعتبر معامل الانكسار عند محور الألياف هو الأكبر (n1) ، ولكنه يتناقص تدريجياً مع زيادة الاتجاه الشعاعي للمقطع العرضي. عند الحد الفاصل بين اللب والغطاء ، تنخفض فقط إلى معامل الانكسار n2 مع منطقة الكسوة.
الألياف متعددة الأوضاع (MMF ، الألياف متعددة الأوضاع)
يمكن أن ينقل وسائط متعددة من الضوء. ومع ذلك ، فإن التشتت البيني كبير نسبيًا ، مما يحد من تواتر إرسال الإشارات الرقمية ، ويصبح أكثر خطورة مع زيادة المسافة.
الألياف أحادية الوضع (SMF ، الألياف أحادية الوضع)
يمكن إرسال وضع واحد فقط من الضوء ، وبالتالي يكون التشتت البيني صغيرًا ، وهو مناسب للاتصال عن بُعد.
▎ واجهة الألياف البصرية
هناك الأنواع التالية من واجهات الألياف الضوئية:
جولة FC مع الخيط (الأكثر استخدامًا على ألواح الترقيع)
الجولة الإضافية ST
نوع مربع متصل ببطاقة SC (الأكثر استخدامًا في مفاتيح جهاز التوجيه)
يتشابه موصل LC في الشكل مع موصل SC ، ولكنه أصغر من موصل SC
نوع مربع MT-RJ ، جهاز إرسال واستقبال مزدوج من الألياف مدمج
نوع MPO / MTP
نوع BFOC
نوع DIN
نوع FDDI
نوع MU
طرق التمثيل الشائعة ، مثل "FC / PC" و "SC / PC" و "SC / APC" ماذا تعني؟
يشير الجزء الموجود أمام "/" إلى نوع الموصل الخاص بالضفيرة ، و FC و SC كما هو مذكور أعلاه ، تم حذفه ؛
يشير الجزء بعد "/" إلى عملية المقطع العرضي لموصل الألياف الضوئية ، أي طريقة الطحن.
"الكمبيوتر الشخصي: جهة اتصال جسدية":
المقطع العرضي المشترك مسطح ، في الواقع هو طحن وتلميع كروي دقيق ، وهو الأكثر استخدامًا في معدات مشغلي الاتصالات.
"APC":
لها زاوية 8 درجات وهي مصقولة ومصقولة بواسطة كرة دقيقة. هذا هو النموذج الذي يستخدم في الغالب في الراديو والتلفزيون وفي وقت مبكر CATV. يعتمد رأس الضفيرة على وجه نهاية مائل ، والذي يمكن أن يحسن جودة إشارة التلفزيون. السبب الرئيسي هو أن الإشارة التليفزيونية تمثيلية. تعديل الضوء ، عندما يكون سطح اقتران المفصل عموديًا ، يعود الضوء المنعكس على طول المسار الأصلي.
"UPC":
يكون التوهين أصغر من توهين "الكمبيوتر الشخصي" ، ويستخدم بشكل عام للمعدات ذات الاحتياجات الخاصة. بعض الشركات المصنعة الأجنبية تستخدم FC / UPC للقافزات الليفية الداخلية في رفوف ODF ، وذلك بشكل أساسي لتحسين معدات ODF نفسها.
▎ وحدة الألياف البصرية
جهاز الإرسال والاستقبال البصري ، الاسم الكامل هو جهاز الإرسال والاستقبال البصري ، هو عنصر مهم في نظام اتصالات الألياف الضوئية.
بشكل عام ، يتم تضمين الأنواع التالية من معدات الشبكة:
SFP (جهاز إرسال واستقبال صغير الحجم قابل للتوصيل بعامل الشكل):
جهاز إرسال واستقبال صغير الحجم قابل للتوصيل (واجهة LC) ، يدعم SFP سرعات 100 م ، 155 م ، 622 م ، 1000 م ، 1250 م ، 2500 م.
GBIC (محول واجهة GigaBit):
محول واجهة جيجابت إيثرنت (واجهة SC)
XFP (جهاز إرسال واستقبال صغير قابل للتوصيل بعامل الشكل 10 جيجابت):
10 Gigabit Ethernet وحدة إرسال واستقبال صغيرة ذات حزمة صغيرة قابلة للتوصيل (واجهة LC)
XENPAK (10 جيجابت EtherNet Transceiver PAcKage):
حزمة جهاز إرسال واستقبال 10 جيجابت إيثرنت (واجهة SC)
▎ الألياف الربط
الربط الانصهار هو تقنية أسلاك تستخدم الحرارة الناتجة عن التفريغ بين قضبان القطب لإذابة الألياف الضوئية في الكل. وهي مقسمة إلى الفئتين التاليتين:
طريقة محاذاة الألياف الأساسية
هذه طريقة اندماج لمراقبة السلك الأساسي للألياف الضوئية تحت المجهر ، ووضعه من خلال معالجة الصور ، مما يجعل المحور المركزي للسلك الأساسي متسقًا ، ثم تفريغه. يتم استخدام آلة الربط الانصهار المزودة بكاميرات مراقبة ثنائية الاتجاه لتحديد المواقع من اتجاهين.
طريقة محاذاة V-groove ثابتة
هذه طريقة اندماج تستخدم ترتيب V-groove عالي الدقة للألياف الضوئية ، وتستخدم تأثير المحاذاة الناتج عن التوتر السطحي للألياف المنصهرة لأداء محاذاة القطر الخارجي. في الآونة الأخيرة ، نظرًا لتطور تكنولوجيا التصنيع ، تم تحسين دقة الأبعاد لموضع نواة الألياف الضوئية ، وبالتالي ، يمكن تحقيق فقدان أسلاك منخفضة. تستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي في الأسلاك متعددة النواة لمرة واحدة.
الكابلات البصرية
الكابلات الضوئية: استخدم المواد المناسبة وهيكل الكابلات لإيواء وحماية الألياف الضوئية للاتصالات ، بحيث تكون الألياف الضوئية محمية من التأثيرات والأضرار الميكانيكية والبيئية ، ومناسبة للاستخدام في مناسبات مختلفة.
▎ هيكل الكابل البصري
يتكون الكبل البصري من واحد أو أكثر من الألياف الضوئية أو حزم الألياف الضوئية وفقًا للخصائص الكيميائية والميكانيكية والبيئية. بغض النظر عن هيكل الكبل البصري ، فهو يتكون أساسًا من ثلاثة أجزاء: قلب الكابل ، وعنصر التقوية والغمد.
قلب الكابل
يجب أن يفي الهيكل الأساسي للكابل بالمتطلبات الأساسية التالية:
① احتفظ بالألياف الضوئية في أفضل وضع وحالة في الكابل لضمان أداء ثابت لنقل الألياف الضوئية. عندما يتعرض الكابل البصري لقوى خارجية معينة مثل التوتر والضغط الجانبي ، يجب ألا تتأثر الألياف الضوئية بالقوى الخارجية.
② يجب أن تكون عناصر التعزيز في قلب الكابل قادرة على تحمل التوتر المسموح به.
③ يجب أن يكون المقطع العرضي لنواة الكابل صغيرًا بقدر الإمكان لتقليل التكاليف. توجد ألياف بصرية أو أكمام أو هياكل وعناصر تقوية في قلب الكبل ، ويلزم ملء قلب الكابل بالشحم ، الذي يتمتع بمقاومة موثوقة للرطوبة ويمنع الرطوبة من الانتشار في قلب الكابل.
طبقة حامية
طالما أن الطبقة الواقية للكابل البصري تحمي قلب الألياف للكابل ، فيمكنها تجنب القوة الميكانيكية الخارجية والأضرار البيئية ، بحيث يمكن تكييف الألياف الضوئية مع مناسبات التمديد المختلفة. لذلك ، يجب أن تتمتع الطبقة الواقية بمقاومة الضغط ومقاومة الرطوبة وخصائص درجة الحرارة الجيدة. خفيفة الوزن ومقاومة كيميائية وخصائص مثبطة للهب.
يمكن تقسيم غلاف الكابل البصري إلى غمد داخلي وغمد خارجي. تعتمد الطبقة الواقية الداخلية بشكل عام البولي إيثيلين أو البولي فينيل كلورايد ، إلخ. يمكن تحديد الطبقة الواقية الخارجية وفقًا لظروف التمديد ، باستخدام شريط الألمنيوم والغطاء الخارجي من البولي إيثيلين LAP ودروع الأسلاك الفولاذية.
عنصر التقوية
عنصر التسليح هو بشكل أساسي لتحمل القوة الخارجية المطبقة أثناء التمديد والتركيب. ينقسم تكوين عناصر تقوية كبلات الألياف الضوئية عمومًا إلى طريقة "عنصر تقوية مركزي" وطريقة "عنصر تقوية محيطي".
بشكل عام ، توجد عناصر تقوية الكابلات الضوئية المجدولة والهيكلية في وسط قلب الكبل وتنتمي إلى "عنصر التقوية المركزي" (قلب التقوية) ؛ يتحرك عنصر تقوية الكبل البصري من نوع الأنبوب المركزي من قلب الكابل إلى الغلاف وينتمي إلى "عنصر التقوية المحيطي".
تشتمل عناصر التسليح بشكل عام على أسلاك الفولاذ المعدني والبلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية غير المعدنية (FRP). يمكن لكابلات الألياف الضوئية غير المعدنية التي تستخدم عناصر تقوية غير معدنية عكس ضربات الصواعق بشكل فعال.
▎ التركيب النموذجي للكابل البصري
تشتمل هياكل كبلات الألياف الضوئية الشائعة الاستخدام على أربعة أنواع: تقطعت بهم السبل ، وهيكل عظمي ، وأنبوب شعاع مركزي وشريط.
▎ تصنيف الكابلات الضوئية
كابل بصري خارجي
تستخدم بشكل رئيسي للدفن المباشر وخطوط الأنابيب والبناء العلوي للخطوط الرئيسية وشبكات المناطق الحضرية.
كابل الشريط
تستخدم بشكل أساسي لبناء شبكات مترو العمود الفقري مع عدد نواة عالي وكثافة عالية.
الشكل 8 كابل بصري
يدمج الكبل البصري الجزء الأساسي للكابل وسلك تعليق السلك الفولاذي في غلاف PE على شكل "8" لتشكيل هيكل ذاتي الدعم. ليست هناك حاجة لتركيب الأسلاك المعلقة والخطافات أثناء عملية التمديد ، كما أن كفاءة البناء عالية وتكلفة البناء منخفضة. من السهل جدًا إدراك التمديد العلوي بين الأعمدة الكهربائية ، وبين الأعمدة الكهربائية والمباني ، وبين المباني والمباني.
كابل بصري داخلي
تستخدم بشكل رئيسي لبناء شبكة LAN والأسلاك العمودية داخل المبنى.
▎ طراز الكابل البصري
وفقًا للتوصيات ذات الصلة الصادرة عن قطاع تقييس الاتصالات ، يتكون نموذج الكبل البصري الحالي من جزأين: رمز نوع الكبل البصري ورمز مواصفات الألياف الضوئية ، مفصولة بخط أفقي قصير في المنتصف.
يتكون رمز النوع لكابل الألياف الضوئية من خمسة أجزاء: التصنيف ، وتقوية العضو ، والميزات المشتقة ، والغلاف والطبقة الخارجية.
كود وأهمية تصنيف الكابلات الضوئية
GY: غرفة الاتصالات (المجال) كابل بصري خارجي
GM: الكابلات الضوئية المتنقلة للاتصالات
GJ: كابل بصري في غرفة الاتصالات (مكتب)
GS: الكابلات البصرية في معدات الاتصال
GH: كابل بصري بحري للاتصال
GT: كابل بصري خاص للاتصال
الاسم الرمزي لعضو التقوية وأهميته
غير موقع: عضو تقوية معدني
F: عضو تقوية غير معدني
الأسماء المشفرة للسمات المشتقة ومعانيها
يجب أن تكون الخصائص الهيكلية للكابل البصري قادرة على إظهار النوع الرئيسي من قلب الكابل والهيكل المشتق من الكبل البصري. عندما يحتوي نوع الكبل البصري على العديد من الميزات الهيكلية التي يجب ملاحظتها ، يمكن الإشارة إليها من خلال رمز المجموعة ، ويتم ترتيب رمز المجموعة بترتيب الرموز المقابلة التالية من أعلى إلى أسفل.
D: هيكل شريط الألياف البصرية
غير موقعة: هيكل طلاء أنبوب فضفاض من الألياف
J: هيكل طلاء غلاف ضيق من الألياف البصرية
غير موقع: هيكل تقطعت بهم السبل
G: هيكل الأخدود الهيكل العظمي
X: هيكل أنبوب الشعاع المركزي
T: هيكل مملوء بالمرهم
Z: هيكل ذاتي الدعم
ب: شكل مسطح
Z: مثبطات اللهب
الاسم الرمزي للغمد وأهميته
Y: غمد بولي إيثيلين
الخامس: غمد PVC
U: غمد البولي يوريثين
أ: غمد الألمنيوم والبولي إيثيلين (غمد)
S: غمد من الصلب والبولي إيثيلين (غمد S)
W: غمد فولاذي - بولي إيثيلين مع أسلاك فولاذية متوازية (غمد W)
L: غلاف من الألومنيوم
G: غلاف فولاذي
س: غمد الرصاص
الاسم الرمزي للطبقة الواقية الخارجية وأهميتها
يشير الغلاف الخارجي إلى طبقة الدروع والطبقة الخارجية خارج طبقة الدرع.
