مبدأ تحويل ونقل المعلومات عن الألياف الضوئية

غالبًا ما تكون خطوط الاتصال الحديثة المخصصة لنقل المعلومات عبر مسافات طويلة مجرد خطوط بصرية ، نظرًا للكفاءة العالية إلى حد ما لهذه التكنولوجيا ، والتي أثبتتها بنجاح لسنوات عديدة ، على سبيل المثال ، كوسيلة لتوفير الوصول إلى النطاق العريض للإنترنت .

تتكون الألياف نفسها من لب زجاجي محاط بغلاف مع معامل انكسار أقل من اللب. ينتشر شعاع الضوء المسؤول عن نقل المعلومات على طول الخط على طول لب الألياف ، وينعكس في طريقه من الكسوة ، وبالتالي لا يخرج عن خط النقل.

عادة ما يكون مصدر ضوء تكوين الشعاع ليزر الصمام الثنائي أو أشباه الموصلات، في حين أن الألياف نفسها ، اعتمادًا على القطر الأساسي وتوزيع معامل الانكسار ، يمكن أن تكون أحادية الوضع أو متعددة الوضع.

تتفوق الألياف الضوئية في خطوط الاتصال على وسائل الاتصال الإلكترونية ، مما يتيح نقل البيانات الرقمية بسرعة عالية وبدون خسارة عبر مسافات طويلة.

من حيث المبدأ ، يمكن للخطوط الضوئية أن تشكل شبكة مستقلة أو تعمل على توحيد الشبكات الموجودة بالفعل - أقسام من الطرق السريعة للألياف الضوئية متحدة ماديًا على مستوى الألياف الضوئية أو منطقيًا - على مستوى بروتوكولات نقل البيانات.

يمكن قياس سرعة نقل البيانات عبر الخطوط الضوئية بمئات الجيجابت في الثانية ، على سبيل المثال معيار 10 جيجابت إيثرنت ، والذي تم استخدامه لسنوات عديدة في هياكل الاتصالات السلكية واللاسلكية الحديثة.

يُعد عام اختراع الألياف الضوئية عام 1970 ، عندما اخترع بيتر شولتز ودونالد كيك وروبرت مورير - علماء في كورنينغ - أليافًا ضوئية منخفضة الفقد أتاحت إمكانية تكرار نظام الكابلات لإرسال إشارة الهاتف بدون مكررات تستخدم. أنشأ المطورون سلكًا يتيح لك توفير 1٪ من قوة الإشارة الضوئية على مسافة كيلومتر واحد من المصدر.

كانت هذه نقطة تحول للتكنولوجيا. تم تصميم الخطوط في الأصل لنقل مئات من مراحل الضوء في وقت واحد ، وتم تطوير ألياف أحادية الطور لاحقًا بأداء أعلى قادر على الحفاظ على سلامة الإشارة عبر مسافات أطول. تعد الألياف أحادية الطور ذات الإزاحة الصفرية أكثر أنواع الألياف رواجًا منذ عام 1983 حتى اليوم.

لنقل البيانات عبر الألياف الضوئية ، يجب أولاً تحويل الإشارة من كهربائية إلى ضوئية ، ثم نقلها عبر الخط ، ثم تحويلها مرة أخرى إلى كهربائية عند جهاز الاستقبال.يُطلق على الجهاز بأكمله اسم جهاز الإرسال والاستقبال ولا يشتمل على مكونات بصرية فحسب ، بل يتضمن أيضًا مكونات إلكترونية.

لذا ، فإن العنصر الأول في الخط البصري هو جهاز الإرسال البصري. يحول سلسلة من البيانات الكهربائية إلى تيار ضوئي. يشتمل جهاز الإرسال على: محول متوازي إلى تسلسلي مزود بمركب نبضي متزامن ومحرك ومصدر إشارة ضوئية.

يمكن أن يكون مصدر الإشارة الضوئية هو الصمام الثنائي الليزري أو الصمام الثنائي الباعث للضوء. لا تستخدم مصابيح LED التقليدية في أنظمة الاتصالات. يتم توفير تيار التحيز وتيار التعديل للتشكيل المباشر لصمام الليزر بواسطة محرك الليزر. ثم يتم توفير الضوء من خلال الموصل البصري - إلى الألياف كابل بصري.

على الجانب الآخر من الخط ، يتم الكشف عن الإشارة وإشارة التوقيت بواسطة جهاز استقبال بصري (غالبًا مستشعر ثنائي ضوئي) حيث يتم تحويلها إلى إشارة كهربائية يتم تضخيمها ثم إعادة بناء الإشارة المرسلة. على وجه الخصوص ، يمكن تحويل دفق البيانات التسلسلي إلى متوازي.

المضخم المسبق مسؤول عن تحويل التيار غير المتماثل من مستشعر الثنائي الضوئي إلى جهد ، لتضخيمه وتحويله لاحقًا إلى إشارة تفاضلية. تستعيد رقاقة مزامنة واستعادة البيانات إشارات الساعة وتوقيتها من دفق البيانات المستقبَل.

يحقق مُضاعِف تقسيم الوقت معدلات نقل بيانات تصل إلى 10 جيجابت / ثانية. لذلك توجد اليوم المعايير التالية لسرعة نقل البيانات عبر الأنظمة الضوئية:

يتيح لك تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي وتعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي زيادة كثافة نقل البيانات عند إرسال عدة تدفقات بيانات متعددة الإرسال على نفس القناة ، ولكن لكل تيار طول موجي خاص به.

الألياف أحادية الوضع لها قطر خارجي صغير نسبيًا يبلغ حوالي 8 ميكرون. تسمح هذه الألياف لشعاع من تردد معين بالانتشار من خلاله ، بما يتوافق مع خصائص ألياف معينة. عندما تتحرك الحزمة بمفردها ، تختفي مشكلة التشتت البيني ، مما يؤدي إلى زيادة أداء الخط.

يمكن أن يكون توزيع كثافة المادة متدرجًا أو يشبه الخطوة. يتيح توزيع التدرج إنتاجية أعلى. تعد تقنية الوضع الفردي أرق وأكثر تكلفة من الوضع المتعدد ، ولكنها تقنية الوضع الفردي المستخدمة حاليًا في الاتصالات السلكية واللاسلكية.

تسمح الألياف متعددة الأوضاع بانتشار حزم إرسال متعددة بزوايا مختلفة في وقت واحد. عادة ما يكون قطر النواة 50 أو 62.5 ميكرومتر ، لذلك يتم تسهيل إدخال الإشعاع الضوئي. سعر أجهزة الإرسال والاستقبال أقل من سعر أجهزة الإرسال والاستقبال أحادية الوضع.

إنها ألياف متعددة الأوضاع مناسبة جدًا للشبكات المنزلية والمحلية الصغيرة. تعتبر ظاهرة التشتت البيني العيب الرئيسي للألياف متعددة الوسائط ، وبالتالي للحد من هذه الظاهرة الضارة ، تم تطوير الألياف ذات معامل الانكسار المتدرج خصيصًا ، بحيث تنتشر الأشعة على طول المسارات المكافئة ويكون الاختلاف في مساراتها الضوئية أصغر .بطريقة أو بأخرى ، لا يزال أداء تقنية الوضع الفردي أعلى.