المفهوم الأساسي لاتصالات الألياف الضوئية.
الألياف الضوئية عبارة عن دليل موجي ضوئي عازل للكهرباء ، وهي بنية دليل موجي تحجب الضوء وتنشر الضوء في الاتجاه المحوري.
ألياف دقيقة جدًا مصنوعة من زجاج الكوارتز والراتنج الصناعي وما إلى ذلك.
الألياف أحادية الوضع: الأساسية 8-10um ، الكسوة 125um
الألياف متعددة الأوضاع: الأساسية 51um ، الكسوة 125um
تسمى طريقة الاتصال لنقل الإشارات الضوئية باستخدام الألياف الضوئية بالاتصال بالألياف 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 الضوء فوق البنفسجي.
نافذة عمل الموجة الضوئية (ثلاث نوافذ اتصال):
يقع نطاق الطول الموجي المستخدم في اتصالات الألياف الضوئية في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة
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 (الحد الأدنى من نقطة التشتت النظرية) ، 1550 نانومتر (الحد الأدنى النظري لنقطة التوهين)
هيكل الألياف وتصنيفها
1. هيكل الألياف
هيكل الألياف المثالي: اللب ، الكسوة ، الطلاء ، السترة.
يتكون اللب والكسوة من مادة الكوارتز ، والخصائص الميكانيكية هشة نسبيًا وسهلة الكسر.لذلك ، يتم إضافة طبقتين من طبقة الطلاء ، نوع راتنج واحد وطبقة واحدة من نوع النايلون ، 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 التدريجي (ألياف موحدة) وألياف متدرجة (ألياف غير منتظمة).
افترض أن النواة لها معامل انكسار n1 وأن معامل انكسار الكسوة هو n2.
من أجل تمكين القلب من إرسال الضوء عبر مسافات طويلة ، فإن الشرط الضروري لبناء الألياف الضوئية هو n1> n2
يكون توزيع معامل الانكسار للألياف المنتظمة ثابتًا
قانون توزيع معامل الانكسار للألياف غير المنتظمة:
من بينها △ - فرق معامل الانكسار النسبي
Α - معامل الانكسار ، α = - ألياف توزيع معامل الانكسار من النوع التدريجي ، α = 2 - ألياف توزيع معامل الانكسار ذات القانون التربيعي (ألياف متدرجة).تتم مقارنة هذه الألياف بألياف متدرجة أخرى.
(1) وفقًا لعدد الأوضاع المنقولة في النواة: 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.
وضع فردي (يتم نقل وضع واحد فقط في الألياف) ، وضع متعدد (يتم نقل أوضاع متعددة في وقت واحد في الألياف)
في الوقت الحالي ، نظرًا للمتطلبات المتزايدة على معدل الإرسال والعدد المتزايد لعمليات الإرسال ، تتطور شبكة منطقة العاصمة في اتجاه السرعة العالية والسعة الكبيرة ، لذا فإن معظمها عبارة عن ألياف أحادية النمط.(خصائص الإرسال نفسها أفضل من الألياف متعددة الأوضاع)
(2) خصائص الألياف الضوئية:
خصائص فقدان الألياف الضوئية: تنتقل الموجات الضوئية في الألياف الضوئية ، وتنخفض الطاقة الضوئية تدريجياً مع زيادة مسافة الإرسال.
تشمل أسباب فقدان الألياف ما يلي: فقدان الاقتران ، وفقدان الامتصاص ، وفقدان الانتثار ، وفقدان الانحناء الإشعاعي.
خسارة الاقتران هي الخسارة الناتجة عن الاقتران بين الألياف والجهاز.
ينتج فقدان الامتصاص عن امتصاص الطاقة الضوئية بواسطة مواد الألياف والشوائب.
تنقسم خسارة الانتثار إلى تشتت رايلي (عدم انتظام معامل الانكسار) وانتثار الدليل الموجي (عدم انتظام المادة).
فقدان الإشعاع الانحناء هو الخسارة الناتجة عن ثني الألياف المؤدية إلى وضع الإشعاع الناتج عن ثني الألياف.
② خصائص تشتت الألياف الضوئية: مكونات التردد المختلفة في الإشارة المرسلة بواسطة الألياف الضوئية لها سرعات إرسال مختلفة ، وتسمى ظاهرة التشوه الفيزيائية الناتجة عن توسيع نبضة الإشارة عند الوصول إلى الطرف بالتشتت.
ينقسم التشتت إلى تشتت مشروط ، وتشتت المواد ، وتشتت الدليل الموجي.
المكونات الأساسية لأنظمة اتصالات الألياف الضوئية
إرسال جزء:
يتم إرسال خرج إشارة تعديل النبض بواسطة جهاز الإرسال الكهربائي (المحطة الكهربائية) إلى جهاز الإرسال البصري (تتم معالجة الإشارة المرسلة بواسطة المفتاح المتحكم فيه بواسطة البرنامج ، ويتم تشكيل شكل الموجة ، ويتم تغيير 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 المرسلة عبر الألياف الضوئية إلى إشارات كهربائية
تتم استعادة معالجة الإشارة الكهربائية إلى إشارة النبضة الأصلية المعدلة وإرسالها إلى الطرف الكهربائي (تتم معالجة الإشارة الكهربائية المرسلة من قبل المستقبل البصري ، ويتم تشكيل شكل الموجة ، وعكس النمط ... الإشارة الكهربائية المناسبة هي أعيد إلى التبديل القابل للبرمجة)
جزء الإرسال:
ليف أحادي الوضع ، مكرر ضوئي (مكرر كهربائي متجدد (تضخيم التحويل البصري والكهربائي البصري ، وتأخير الإرسال سيكون أكبر ، وسيتم استخدام دائرة قرار النبض لتشكيل شكل الموجة ، والتوقيت) ، مضخم الألياف المخدر بالإربيوم (يكمل التضخيم) على المستوى البصري ، بدون تشكيل شكل موجة)
(1) جهاز الإرسال البصري: هو جهاز إرسال واستقبال بصري يحقق التحويل الكهربائي / البصري.يتكون من مصدر ضوء وسائق ومغير.تتمثل الوظيفة في تعديل الموجة الضوئية من الآلة الكهربائية إلى الموجة الضوئية المنبعثة من مصدر الضوء لتصبح موجة خافتة ، ثم إقران الإشارة الضوئية المعدلة بالألياف الضوئية أو الكابل الضوئي للإرسال.
(2) المستقبل البصري: هو جهاز إرسال واستقبال بصري يحقق التحويل البصري / الكهربائي.يتكون نموذج المنفعة من دائرة كشف الضوء ومكبر ضوئي ، وتتمثل الوظيفة في تحويل الإشارة الضوئية المرسلة بواسطة الألياف الضوئية أو الكبل البصري إلى إشارة كهربائية بواسطة الكاشف البصري ، ثم تضخيم الإشارة الكهربائية الضعيفة إلى مستوى كافٍ من خلال دائرة التضخيم لإرسالها إلى الإشارة.يذهب الطرف المتلقي للآلة الكهربائية.
(3) الألياف / الكابلات: تشكل الألياف أو الكابلات مسار إرسال الضوء.تتمثل الوظيفة في نقل الإشارة الخافتة المرسلة من طرف الإرسال إلى الكاشف البصري للطرف المستقبل بعد الإرسال لمسافات طويلة عبر الألياف الضوئية أو الكبل البصري لإكمال مهمة نقل المعلومات.
(4) مكرر بصري: يتكون من جهاز كشف ضوئي ومصدر ضوئي ودائرة استرجاع للقرار.هناك وظيفتان: الأولى هي تعويض توهين الإشارة الضوئية المنقولة في الألياف الضوئية ؛والآخر هو تشكيل نبض تشويه شكل الموجة.
(5) المكونات السلبية مثل موصلات الألياف الضوئية والمقارنات (لا حاجة لتزويد الطاقة بشكل منفصل ، ولكن الجهاز لا يزال ضائعًا): لأن طول الألياف أو الكبل مقيد بعملية سحب الألياف وظروف بناء الكابلات ، و طول الألياف حد أيضًا (على سبيل المثال 2 كم).لذلك ، قد تكون هناك مشكلة في أن مجموعة من الألياف الضوئية متصلة في خط واحد من الألياف الضوئية.لذلك ، لا غنى عن الاتصال بين الألياف الضوئية ، والتوصيل والاقتران بين الألياف الضوئية وأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية ، واستخدام المكونات السلبية مثل الموصلات والمقارنات الضوئية.
تفوق اتصالات الألياف الضوئية
عرض النطاق الترددي للإرسال ، وقدرة اتصال كبيرة
خسارة نقل منخفضة ومسافة ترحيل كبيرة
قوي مضاد للتداخل الكهرومغناطيسي
(بعيدًا عن الاتصال اللاسلكي: للإشارات اللاسلكية العديد من التأثيرات ، وفوائد تعدد المسارات ، وتأثيرات الظل ، وتلاشي رايلي ، وتأثيرات دوبلر
مقارنة بالكابل المحوري: الإشارة الضوئية أكبر من الكبل المحوري وتتمتع بسرية جيدة)
تردد الموجة الضوئية مرتفع جدًا ، مقارنة بالموجات الكهرومغناطيسية الأخرى ، التداخل صغير.
عيوب الكابلات الضوئية: خواص ميكانيكية رديئة ، سهلة الانكسار ، (تحسين الأداء الميكانيكي ، سيكون لها تأثير على مقاومة التداخل) ، يستغرق بناؤها وقتًا طويلاً ، وتتأثر بالظروف الجغرافية.