الكابلات الضوئية - الجهاز والأنواع والخصائص

تستخدم الكابلات الضوئية ، على عكس الكابلات ذات الموصلات النحاسية أو المصنوعة من الألومنيوم ، أليافًا ضوئية شفافة كوسيط لنقل الإشارة. تنتقل الإشارة هنا ليس بمساعدة التيار الكهربائي ، ولكن بمساعدة الضوء. هذا يعني أنه لا توجد إلكترونات تتحرك عمليًا ، بل تتحرك الفوتونات بالأحرى ، وتبين أن خسائر إرسال الإشارات ضئيلة.

تعتبر هذه الكابلات مثالية كوسيلة لنقل المعلومات ، حيث يمكن للضوء أن يمر عبر الألياف الزجاجية الشفافة عمليا دون عوائق لعشرات الكيلومترات ، بينما تقل شدة الضوء بشكل طفيف.

هنالك كابلات GOF (كابل الألياف الزجاجية الضوئية) - بألياف زجاجية ، و كبلات POF (كابل بصري بلاستيكي) - بألياف بلاستيكية شفافة. كلاهما يسمى تقليديا الكابلات الضوئية أو الألياف البصرية.

جهاز كابل بصري

يحتوي كابل الألياف الضوئية على جهاز بسيط إلى حد ما.يوجد في وسط الكبل دليل ضوئي مصنوع من الألياف الزجاجية (لا يتجاوز قطره 10 ميكرون) ، يرتدي غلافًا بلاستيكيًا أو زجاجيًا واقيًا ، مما يوفر انعكاسًا داخليًا كليًا للضوء بسبب الاختلاف في مؤشرات الانكسار عند الحدود من اثنين من الوسائط.

اتضح أن الضوء ، على طول الطريق من المرسل إلى المستقبل ، لا يمكنه مغادرة الوريد المركزي. بالإضافة إلى ذلك ، لا يخاف الضوء من التداخل الكهرومغناطيسي ، لذلك لا يحتاج هذا الكبل إلى حماية كهرومغناطيسية ، ولكنه يحتاج فقط إلى التعزيز.

من أجل ضمان القوة الميكانيكية للكابل البصري ، يتم اتخاذ تدابير خاصة - فهي تجعل الكبل مدرعًا ، خاصةً عندما يتعلق الأمر بالكابلات الضوئية متعددة النواة التي تحمل العديد من الألياف الضوئية المنفصلة في نفس الوقت. تتطلب الكابلات المعلقة تعزيزًا خاصًا بالمعدن والكيفلار.

أبسط تصميم لكابلات الألياف الضوئية هو ألياف زجاجية في غلاف بلاستيكي... التصميم الأكثر تعقيدًا هو كبل متعدد الطبقات مع عناصر تقوية ، على سبيل المثال ، للتركيب تحت الماء أو تحت الأرض أو معلق.

في الكابل المدرع متعدد الطبقات ، يتكون كابل التعزيز الداعم من المعدن المغلف بغلاف بولي إيثيلين. يتم وضع ألياف بلاستيكية أو زجاجية تحمل الضوء حولها. يتم تغليف كل ليف فردي بطبقة من الورنيش الملون للترميز اللوني والحماية من التلف الميكانيكي. حزم الألياف معبأة في أنابيب بلاستيكية مملوءة بهلام مسعور.

يمكن أن يحتوي الأنبوب البلاستيكي من 4 إلى 12 من هذه الألياف ، في حين أن العدد الإجمالي للألياف في أحد هذه الكابلات يمكن أن يصل إلى 288 قطعة. الأنابيب متشابكة بخيط يشد الفيلم المبلل بهلام مسعور - من أجل توسيد أكبر للتأثيرات الميكانيكية. الأنابيب والكابلات المركزية محاطة بالبولي إيثيلين.فيما يلي خيوط كيفلر ، والتي توفر عمليا درعًا للكابل الذي تقطعت به السبل. ثم البولي إيثيلين مرة أخرى لحمايته من الرطوبة ، وأخيراً الغلاف الخارجي.

النوعان الرئيسيان من كابلات الألياف الضوئية

هناك نوعان من كابلات الألياف الضوئية: الوضع المتعدد والوضع الفردي. تعد الأنظمة متعددة الأوضاع أرخص ، أما الوضع الفردي فهو أكثر تكلفة.

كابل وضع واحد يضمن أن الأشعة التي تمر عبر الألياف تسلك عمليًا نفس المسار دون انحرافات متبادلة كبيرة ، ونتيجة لذلك ، تصل جميع الأشعة إلى جهاز الاستقبال في نفس الوقت وبدون تشويه لشكل الإشارة. يبلغ قطر الألياف الضوئية في كابل أحادي الوضع حوالي 1.3 ميكرومتر ، وعند هذا الطول الموجي يجب أن ينتقل الضوء من خلاله.

لهذا السبب ، يتم استخدام مصدر ليزر مع ضوء أحادي اللون بطول موجي ضروري للغاية كجهاز إرسال. تعتبر الكابلات من هذا النوع بدقة (أحادية الوضع) اليوم هي الأكثر واعدة للاتصالات بعيدة المدى في المستقبل ، ولكنها في الوقت الحالي هي غالية الثمن وقصيرة العمر.

كابل متعدد الأوضاع أقل "دقة" من الوضع الفردي. تمر الحزم من جهاز الإرسال إليه مع تشتت ، وهناك بعض التشويه على جانب جهاز الاستقبال في شكل الإشارة المرسلة. يبلغ قطر الألياف الضوئية في الكبل متعدد الأوضاع 62.5 ميكرومتر والقطر الخارجي للغلاف 125 ميكرومتر.

يستخدم مصباح LED تقليدي (غير ليزر) على جانب جهاز الإرسال (الطول الموجي 0.85 ميكرومتر) ، والمعدات ليست باهظة الثمن مثل مصدر ضوء الليزر ، والكابلات متعددة الأوضاع الحالية لها عمر أطول. لا يتجاوز طول الكابلات من هذا النوع 5 كيلومترات. يكون زمن انتقال الإشارة النموذجي في حدود 5 نانوثانية / م.

مزايا كابلات الألياف الضوئية

بطريقة أو بأخرى ، يختلف الكبل البصري جذريًا عن الكابلات الكهربائية العادية بفضل الحماية الاستثنائية للضوضاء التي يوفرها ، مما يضمن أقصى درجات الأمان لسلامة وسرية المعلومات المنقولة من خلاله.

التداخل الكهرومغناطيسي الموجه إلى كابل بصري غير قادر على تشويه تدفق الضوء ، والفوتونات نفسها لا تولد إشعاعًا كهرومغناطيسيًا خارجيًا. بدون كسر سلامة الكبل ، من المستحيل اعتراض المعلومات المنقولة من خلاله.

عرض النطاق الترددي لكابل الألياف الضوئية هو نظريًا 10 ^ 12 هرتز ، والذي لا يمكن مقارنته بالكابلات الحالية بأي تعقيد. يمكنك نقل المعلومات بسهولة بسرعة تصل إلى 10 جيجابت في الثانية لكل كيلومتر.

كابل الألياف الضوئية نفسه ليس باهظ الثمن مثل الكابلات المحورية الرقيقة. لكن الحصة الرئيسية من الزيادة في سعر الشبكة النهائية لا تزال تقع على أجهزة الإرسال والاستقبال ، والتي تتمثل مهمتها في تحويل الإشارة الكهربائية إلى ضوء والعكس صحيح.

لا يتجاوز توهين الإشارة الضوئية عند المرور عبر كبل بصري لشبكة محلية 5 ديسيبل لكل كيلومتر واحد ، أي تقريبًا نفس الإشارة الكهربائية منخفضة التردد. أيضًا ، كلما زاد التردد - زادت قوة الوسيط البصري على الأسلاك الكهربائية التقليدية - يزداد التوهين بشكل هامشي. وعلى ترددات أعلى من 0.2 جيجاهرتز ، من الواضح أن الكبل البصري خارج المنافسة. من الممكن عمليا زيادة مسافة الإرسال حتى 800 كم.

كبلات الألياف الضوئية قابلة للتطبيق في شبكات الهيكل الدائري أو النجمي مع التخلص تمامًا من مشكلات موازنة التأريض والحمل ذات الصلة دائمًا بالكابلات الكهربائية.

ممتاز العزلة كلفاني، إلى جانب المزايا المذكورة أعلاه ، يسمح للمحللين بالتنبؤ بأنه في اتصالات الشبكة ، ستحل الكابلات الضوئية قريبًا محل الكابلات الكهربائية تمامًا ، لا سيما بالنظر إلى النقص المتزايد في النحاس على هذا الكوكب.

عيوب كابلات الألياف الضوئية

في الإنصاف ، لا يسعنا إلا أن نذكر عيوب أنظمة نقل البيانات الضوئية ، وأهمها تعقيد تثبيت الأنظمة والمتطلبات العالية لدقة تثبيت الموصلات. يمكن أن تؤدي انحرافات الميكرون أثناء تجميع الموصل إلى زيادة التوهين فيه. تحتاج هنا إلى لحام عالي الدقة أو مادة هلامية لاصقة خاصة ، يكون معامل انكسارها مشابهًا لمؤشر الألياف الزجاجية المثبتة نفسها.

لهذا السبب ، فإن تأهيل الموظفين لا يسمح بالتساهل ، والأدوات الخاصة والمهارات العالية مطلوبة لاستخدامهم. في أغلب الأحيان ، يلجأون إلى استخدام قطع الكابلات الجاهزة ، والتي تم بالفعل تثبيت موصلات جاهزة من النوع المطلوب في نهايتها. لتفريع الإشارة من الألياف الضوئية ، يتم استخدام مقسمات متخصصة لعدة قنوات (من 2 إلى 8) ، ولكن عند التفرع ، يحدث توهين الضوء حتمًا.

بالطبع ، تعتبر الألياف مادة أقل قوة وأقل مرونة من النحاس ، ومن الخطر ثني الألياف إلى نصف قطر أقل من 10 سم من أجل سلامتها.يقلل الإشعاع المؤين من شفافية الألياف الضوئية ، ويزيد من توهين إشارة الضوء المرسلة.

تعد كابلات الألياف الضوئية المقاومة للإشعاع أكثر تكلفة من كابلات الألياف الضوئية التقليدية. يمكن أن يتسبب التغيير المفاجئ في درجة الحرارة في تكوين صدع في الألياف. بالطبع ، الألياف الضوئية عرضة للإجهاد الميكانيكي والصدمات والموجات فوق الصوتية ؛ للحماية من هذه العوامل ، يتم استخدام مواد خاصة لامتصاص الصوت من أغلفة الكابلات.