تعتبر الألياف الضوئية المنتج الأساسي والأكثر استخدامًا في مجال الاتصالات.. يمكن تقسيم الألياف الضوئية إلى ألياف ضوئية أحادية الوضع وألياف ضوئية متعددة الأوضاع.. في جملة قصيرة, الألياف الضوئية أحادية الوضع مناسبة لنقل الاتصالات لمسافات طويلة, في حين أن الألياف الضوئية متعددة الأوضاع مناسبة لنقل الاتصالات لمسافات قصيرة.
جدول المحتويات
- الألياف الضوئية أحادية الوضع
- الألياف الضوئية المتعددة الأوضاع
- أنواع الألياف أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع
- الاختلافات بين الألياف الضوئية أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع
- أسئلة متكررة
- ما نوع الألياف الضوئية الذي يجب أن أختاره؟?
- لماذا تكون مسافة الإرسال للألياف الضوئية متعددة الأوضاع أقل من مسافة الإرسال للوضع الفردي؟?
- الاختلافات بين أجهزة إرسال واستقبال الألياف الضوئية متعددة الأوضاع وأحادية الوضع
- هل يمكن خلط الألياف الضوئية أحادية الوضع/متعددة الأوضاع مع الوحدات الضوئية أحادية الوضع/متعددة الأوضاع؟?
- كيفية اختيار كابل الألياف الضوئية المناسب?
- كيفية الاختيار بين اتصال الألياف الضوئية الثابت أو القابل للفصل?
- في توصيلات الألياف الضوئية الثابتة, هل يجب علي اختيار الانضمام الميكانيكي أو الانصهار الحراري؟?
الألياف الضوئية أحادية الوضع
عندما تكون الأبعاد الهندسية للألياف الضوئية (أساسا القطر الأساسي) تكون قريبة من الطول الموجي للضوء, كقطر أساسي d1 في حدود 5～10μm, تسمح الألياف الضوئية بالانتشار في وضع واحد فقط (الوضع الأساسي HE11), مع تعتيم جميع الأوضاع الأعلى الأخرى تمامًا. تسمى الألياف الضوئية التي تنتقل بهذه الطريقة بالألياف الضوئية أحادية الوضع..
معدل نقل الألياف الضوئية أحادية الوضع هو 100M/s أو 1G/s, مع مسافة نقل أكثر من 5km. عمومًا, يتم استخدام الألياف الضوئية أحادية الوضع لنقل الإشارات لمسافات طويلة. مصدر ضوءها هو مصدر ضوء الليزر, مع أطوال موجية قابلة للتطبيق تبلغ 1310 نانومتر/1550 نانومتر. لون السلك أصفر بشكل عام, والموصلات في الغالب زرقاء أو خضراء.
لأنه يحتوي على طريقة واحدة فقط للانتشار, يتجنب مشكلة تشتت مشروط, لذلك, ال الألياف الضوئية أحادية الوضع لديها عرض نطاق واسع جدا, مناسبة بشكل خاص لاتصالات الألياف الضوئية ذات السعة الكبيرة. لذلك, لتحقيق انتقال وضع واحد, من الضروري أن تستوفي معلمات الألياف الضوئية شروطًا معينة. علي سبيل المثال, من خلال حسابات الصيغة, للألياف الضوئية ذات NA = 0.12 ولتحقيق إرسال أحادي الوضع عند أطوال موجية أكبر من 1.3 = 1.3 ميكرومتر, يجب أن يكون نصف قطر الألياف الأساسية .24.2 ميكرومتر, ذلك بالقول, يجب أن يكون قطرها الأساسي d1 .48.4 ميكرومتر. نظرًا لأن القطر الأساسي لكابل الألياف الضوئية أحادي الوضع صغير جدًا, وهذا يضع متطلبات أكثر صرامة على عملية التصنيع الخاصة بك..
الألياف الضوئية المتعددة الأوضاع
عندما تكون الأبعاد الهندسية للألياف الضوئية (أساسا القطر الأساسي d1) فهي أطول بكثير من الطول الموجي للضوء, قد يكون هناك العشرات أو حتى المئات من أوضاع الانتشار في الألياف الضوئية.. تسمى الألياف الضوئية التي تنتقل بهذه الطريقة بالألياف الضوئية متعددة الأوضاع..
قلب كابل الألياف الضوئية متعدد الأوضاع هو 50μm/62.5μm, بمعدل نموذجي 100 متر/الثانية, ويمكن أن تصل مسافة الإرسال إلى 2 كم, 1 G/s يمكن أن تصل إلى 1000 متر, ذ 10 G/s يمكن أن تصل إلى 550 متر. مصدر الضوء الخاص به هو مصدر ضوء LED, مع أطوال موجية قابلة للتطبيق تبلغ 850 نانومتر/1310 نانومتر. لون كابل جيجابت برتقالي في الغالب, و ل 10 جيجابت هو في الغالب أزرق مائي, مع موصلات في الغالب باللون الأبيض الرمادي.
لأن أوضاع الانتشار المختلفة لها سرعات ومراحل انتشار مختلفة, قد يؤدي النقل لمسافات طويلة إلى تأخير واتساع نبضات الضوء. وتسمى هذه الظاهرة التشتت المشروط للألياف الضوئية. (ويسمى أيضًا التشتت متعدد الوسائط). يؤدي التشتت المشروط إلى تضييق عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية متعددة الأوضاع, تقليل قدرتها على الإرسال, لذلك, الألياف الضوئية متعددة الأوضاع مناسبة فقط للاتصالات قدرة الألياف الضوئية الأصغر.
أنواع الألياف أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع
من بين أنواع الألياف الضوئية أحادية الوضع G652, جي 655 و جي 657. على الجانب الآخر, تشمل أنواع الألياف الضوئية متعددة الأوضاع OM1, OM2, OM3, OM4 و OM5.
عادةً ما تكون كابلات التصحيح OM5 ذات لون أخضر ليموني. على عكس كابلات التصحيح OM4, والتي تدعم فقط إرسال طول موجي واحد في المرة الواحدة, يمكن أن تدعم OM5s ما يصل إلى أربعة أطوال موجية في وقت واحد ولها مسافة إرسال أطول. وهذا يجعلها قابلة للتطبيق على نطاق واسع على البنية التحتية للكابلات 40G/100G في مراكز البيانات.. يتم استخدام OM1/OM2 على نطاق واسع في الداخل ويكون لونها برتقاليًا بشكل عام. OM3/OM4 عادة ما يكون باللون الأزرق المائي, ولكنها متوفرة أيضًا باللون الأرجواني والأرجواني, وتستخدم بشكل أساسي لكابلات 10G إلى 40G/100G في مراكز البيانات.
الاختلافات بين الألياف الضوئية أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع
قطر النواة
الفرق الرئيسي بين الألياف الضوئية أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع هو القطر الأساسي.; الوضع المتعدد له قطر أكبر, عادة من 50 62.5 ميكرون. في حين أن القطر الأساسي النموذجي للألياف أحادية الوضع هو 8 ذ 10 ميكرومتر, كلا النوعين لهما قطر طلاء 125 ميكرومتر.
مصدر ضوء
تستخدم الألياف الضوئية عمومًا أشعة الليزر أو مصابيح LED كمصدر للضوء. مصادر ضوء الليزر, وهي أغلى بكثير من مصابيح LED, إنها تولد ضوءًا يمكن التحكم فيه بدقة ولها طاقة عالية. تولد مصابيح LED المزيد من الضوء المشتت (العديد من أوضاع الإضاءة), والذي يستخدم بشكل عام للألياف متعددة الأوضاع. في غضون, مصادر ضوء الليزر (التي تولد الضوء بالقرب من وضع واحد) يتم استخدامها بشكل عام للألياف الضوئية أحادية الوضع.
عرض النطاق
الألياف الضوئية المتعددة الأوضاع, مع حجمها الأساسي الأكبر, يسمح وسائط نقل متعددة, مما أدى إلى تشتت مشروط وعرض النطاق الترددي أضيق. وهذا يؤدي إلى ارتفاع معدل توسع النبض, الحد من قدرة نقل المعلومات من الألياف متعددة الوسائط. على الجانب الآخر, يكون التشتت المشروط في الألياف أحادية الوضع أقل بكثير من الألياف متعددة الأوضاع., مما يمنحها نطاق ترددي أوسع بكثير, مناسبة خاصة للاتصالات ذات السعة العالية.
لون الطلاء
يُستخدم لون الطلاء أحيانًا للتمييز بين كابلات تصحيح الألياف الضوئية أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع.. وفقا للمعيار تيا-598C, في التطبيقات غير العسكرية, تستخدم الألياف أحادية الوضع طبقة خارجية صفراء, بينما تستخدم الألياف متعددة الأوضاع طلاءًا برتقاليًا أو مائيًا. اعتمادا على النوع, تستخدم بعض الشركات المصنعة ألوانًا أخرى للتمييز بين ألياف OM5 عالية الأداء وأنواع الألياف الأخرى.
بريسيو
على الرغم من أن الألياف متعددة الأوضاع يمكنها دعم أوضاع إضاءة متعددة وسعرها أعلى من الوضع الفردي, تستخدم أجهزة الألياف أحادية الوضع عمومًا ثنائيات الليزر ذات الحالة الصلبة, والتي هي أكثر تكلفة. بينما يمكن لوحدات الألياف أحادية الوضع الإرسال حتى 150-200 كم, يمكن لوحدات الألياف متعددة الأوضاع أن تصل إلى ما يصل إلى 2 كم. لكن, تبلغ تكلفة الأجهزة المستخدمة في وحدات الألياف أحادية الوضع ضعف تكلفة الأجهزة الموجودة في وحدات الألياف متعددة الأوضاع, وبالتالي فإن تكلفة معدات الكابلات أحادية الوضع أعلى بكثير من تكلفة الكابلات متعددة الأوضاع.
في ظل ظروف انتقال الضوء لمسافات قصيرة, خاصة في سيناريوهات كابلات الشبكة المحلية, تعمل الألياف متعددة الأوضاع بالإضافة إلى الوضع الفردي. لذلك, مدفوعة بميزة التكلفة, تعتبر الألياف متعددة الأوضاع أكثر ملاءمة لبناء مراكز البيانات.
أسئلة متكررة
ما نوع الألياف الضوئية الذي يجب أن أختاره؟?
يجب أن يعتمد اختيار الألياف الضوئية على مسافة الإرسال والميزانية الإجمالية. إذا كانت المسافة بضعة أميال, ستعمل الألياف الضوئية متعددة الأوضاع بشكل جيد وتتحمل تكلفة نظام النقل (المرسلين والمستقبلين) سوف تختلف بين 500 ذ 600 دولار. إذا تجاوزت مسافة الإرسال 6-10 كيلومترات, ما إذا كان سيتم اختيار الألياف الضوئية أحادية الوضع, ولكن بسبب الزيادة في تكلفة الثنائيات الليزر, سوف تتجاوز تكلفة نظام النقل بشكل عام 1000 دولار. للاستخدام في الهواء الطلق, يجب أن تستخدم كابلات الألياف الضوئية المدرعة.
لماذا تكون مسافة الإرسال للألياف الضوئية متعددة الأوضاع أقل من مسافة الإرسال للوضع الفردي؟?
تشمل الأطوال الموجية التشغيلية للألياف الضوئية الطول الموجي القصير البالغ 850 نانومتر, وكذلك 1310 نانومتر و1550 نانومتر. يتناقص فقدان الألياف الضوئية عمومًا مع زيادة الطول الموجي.. الخسارة عند 850 نانومتر هي 2.5 ديسيبل / كم, وتعمل الألياف الضوئية متعددة الأوضاع عند هذا الطول الموجي, مما أدى إلى خسارة كبيرة. على الجانب الآخر, تبلغ أطوال موجات التشغيل للألياف الضوئية أحادية الوضع 1310 نانومتر مع خسارة قدرها 0.35 ديسيبل/كم, و1550 نانومتر مع خسارة 0.20 ديسيبل/كم, ما هي أقل الخسائر في الألياف الضوئية؟.
الاختلافات بين أجهزة إرسال واستقبال الألياف الضوئية متعددة الأوضاع وأحادية الوضع
- بريسيو: أجهزة إرسال واستقبال الألياف الضوئية متعددة الأوضاع أرخص, في حين أن الألياف الضوئية أحادية الوضع أكثر تكلفة.
- مسافة: يتم استخدام أجهزة إرسال واستقبال الألياف الضوئية متعددة الأوضاع لمسافات أقل من 2 كيلومتر, بينما يمكن لأجهزة إرسال واستقبال الألياف الضوئية أحادية الوضع الوصول إلى مسافات تزيد عن 100 كيلومتر.
في سوق اليوم, أجهزة الإرسال والاستقبال المتعددة الوسائط اقتصادية, مع سعر تقريبي 40 ما يكفي من الدولارات لعرض النطاق الترددي 100Mbps. بالمقارنة, أجهزة الإرسال والاستقبال أحادية الوضع أقل شيوعًا وأكثر تكلفة, مع سعر تقريبي 60 دولار وعرض النطاق الترددي 1000Mbps.
هل يمكن خلط الألياف الضوئية أحادية الوضع/متعددة الأوضاع مع الوحدات الضوئية أحادية الوضع/متعددة الأوضاع؟?
لا ينبغي خلط الألياف الضوئية أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع مع الوحدات الضوئية أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع., على التوالى. إذا تم إرساله باستخدام وحدة أحادية الوضع في الألياف الضوئية متعددة الأوضاع, سيحدث فقدان كبير للحزمة. بجانب, سيؤدي الاختلاف الكبير في القطر الأساسي بين الألياف أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع إلى خسارة إدخال عالية جدًا عند محاولة الجمع بين الاثنين.. يجب أن يكون للمحولات متعددة الأوضاع وأحادية الوضع وظائف الطول الموجي ونقل واستقبال الضوء المقابلة لتحقيق التحويل الكهروضوئي بشكل صحيح..
كيفية اختيار كابل الألياف الضوئية المناسب?
اختيار كابل الألياف الضوئية, بالإضافة إلى أنها تعتمد على عدد الألياف ونوع الألياف, يجب أن تأخذ في الاعتبار الهيكل والغلاف الخارجي للكابل وفقًا لبيئة الاستخدام.
- للاستخدام الخارجي والدفن المباشر, يوصى باختيار كابلات الألياف الضوئية المدرعة بشكل غير محكم. للوضع الجوي, يمكن اختياره كابلات هوائية من الألياف الضوئية فضفاضة مع واحد أو أكثر من قضبان التسليح وغطاء خارجي من البولي إيثيلين الأسود.
- يجب أن تكون كابلات الألياف الضوئية المستخدمة داخل المباني من النوع المحكم مع الاهتمام بخصائص مقاومتها للحريق. عمومًا, في القنوات أو الأماكن ذات التهوية القسرية, يمكن اختيار الأنواع المقاومة للحريق والدخان (جلسة مكتملة) أو الأنواع غير السامة القابلة للاحتراق (LSZH), أما في البيئات المكشوفة فيجب اختيار نوع مقاوم للحريق, غير سامة وعديمة الدخان.
- للتمديدات الرأسية أو الأفقية داخل المباني, ويمكن اختيار كابلات الألياف الضوئية الضيقة, كابلات التوزيع أو الكابلات الفرعية الشائعة في الداخل.
- اعتمادًا على تطبيق الشبكة ومعلمات تطبيق الكابل, اختر بين الألياف الضوئية أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع; عمومًا, بالنسبة للتطبيقات الداخلية والمسافات القصيرة، يفضل استخدام الألياف متعددة الأوضاع., بينما بالنسبة للتطبيقات الخارجية والمسافات الطويلة، يُفضل استخدام الألياف أحادية الوضع..
كيفية الاختيار بين اتصال الألياف الضوئية الثابت أو القابل للفصل?
يتم تحقيق اتصال الألياف الضوئية القابل للفصل من خلال موصلات الألياف الضوئية. تعتبر نقطة الاتصال النشطة في سلسلة الارتباط الليفي بمثابة واجهة فصل واضحة. عند الاختيار بين الاتصالات الثابتة والقابلة للإزالة, تتمتع الاتصالات الثابتة بميزة التكلفة المنخفضة وفقدان الضوء, لكنها أقل مرونة, في حين أن الاتصالات القابلة للفصل هي عكس ذلك.
في تصميم الشبكات, يجب الاختيار بمرونة بين استخدام التوصيلات الثابتة والقابلة للفصل وفقًا للحالة الكاملة لسلسلة الارتباط, ضمان المرونة والاستقرار, والاستفادة من مزايا كل منها. تعد واجهة الاتصال القابلة للفصل نقطة حاسمة للاختبار, الصيانة والتغييرات, مما يسهل تحديد الأخطاء في سلسلة الارتباط واستبدال المكونات المعيبة, وبالتالي تحسين إمكانية صيانة النظام وتقليل تكاليف الصيانة.
في توصيلات الألياف الضوئية الثابتة, هل يجب علي اختيار الانضمام الميكانيكي أو الانصهار الحراري؟?
الاتحاد الميكانيكي, المعروف أيضًا باسم الربط البارد بالألياف الضوئية, لا يتطلب آلة ربط الانصهار ويستخدم تقنيات الاتصال الميكانيكية لعمل اتحاد دائم لواحد أو أكثر من الألياف الضوئية. بشكل عام, لتوصيل عدد صغير من الألياف في مواقع متفرقة متعددة, يفضل الربط الميكانيكي على الربط الانصهار.
لقد تم استخدام تقنية الربط الميكانيكي على نطاق واسع في إصلاحات خطوط الطوارئ., تطبيقات صغيرة الحجم في المواقف الخاصة والممارسات الهندسية الأخرى. مع الانتشار الهائل للألياف على سطح المكتب و الألياف البصرية إلى المنازل (FTTH) فى السنوات الاخيرة, لقد تم الاعتراف بالربط الميكانيكي كوسيلة مهمة لتوصيل الألياف الضوئية.
للألياف إلى سطح المكتب والألياف إلى التطبيقات المنزلية, والتي تتميز بوجود عدد كبير من المستخدمين المتوزعين جغرافياً, عندما يصل مقياس المستخدم إلى مستوى معين, تعقيد البناء وتوافر الموظفين ومعدات الربط لا يمكن أن تلبي الأوقات المطلوبة لخدمة المستخدم. بسبب عملها البسيط, فترة تدريب قصيرة للموظفين وانخفاض الاستثمار في المعدات, يوفر الربط الميكانيكي حل اتصال الألياف الضوئية الأكثر فعالية من حيث التكلفة لعمليات النشر واسعة النطاق.
على الجانب الآخر, هو ربط الألياف الضوئية بسبب الاندماج يتطلب تدريبًا أكبر للأفراد ومعدات أكثر تقدمًا, ويجب استخدامه على طرق الاتصال الرئيسية لضمان سلامة وموثوقية الخط.