المكونات الأساسية لـ oاتصالات الألياف الضوئيةيظهر النظام في الشكل 1-1. ويتكون بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: الإرسال والاستقبال ونظام نقل الألياف الضوئية الأساسي الذي يعمل كقناة عامة.
(الشكل 1-1 المكونات الأساسية لنظام اتصالات الألياف الضوئية)
المكونات الأساسية لنظام اتصالات الألياف الضوئية
△تصنيف أنظمة اتصالات الألياف الضوئية
(1) قسم الإرسال: في هذا القسم، يقوم مصدر المعلومات بتحويل معلومات المستخدم إلى إشارة كهربائية خام تسمى إشارة النطاق الأساسي. يقوم جهاز الإرسال البصري بتحويل إشارة النطاق الأساسي إلى إشارة مناسبة لنقل القناة. إذا كان التعديل مطلوبًا، تسمى إشارة الخرج إشارة معدلة. لتحسين جودة الإرسال، يتم عادةً تحويل إشارة النطاق الأساسي التناظرية هذه إلى إشارة معدلة بالتردد - (FM)، أو إشارة معدلة بالتردد - نبضية (PFM)، أو إشارة معدلة بعرض النبضة (PWM) -، وأخيرًا، يتم إدخال هذه الإشارة المعدلة إلى جهاز الإرسال البصري.
سواء كان نظامًا رقميًا أو تناظريًا، يتم تحويل الإشارة الكهربائية التي تحمل مدخلات المعلومات إلى جهاز الإرسال البصري إلى إشارة بصرية من خلال التعديل.
(2) تنتقل الموجة الحاملة الضوئية إلى الطرف المستقبل عبر خطوط الألياف الضوئية، حيث يقوم المستقبل البصري بتحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية. يعمل جهاز الاستقبال الكهربائي بشكل عكسي مع جهاز الإرسال الكهربائي؛ يقوم بتحويل الإشارة الكهربائية المستقبلة إلى إشارة النطاق الأساسي، والتي يتم استخدامها بعد ذلك بواسطة مخزن المعلومات لاستعادة معلومات المستخدم.
في نظام الاتصالات بأكمله، تكون التكنولوجيا والمعدات المستخدمة في اتصالات الألياف الضوئية هي نفسها المستخدمة في اتصالات الكابلات لقطاعات الإشارة الكهربائية قبل جهاز الإرسال البصري وبعد جهاز الاستقبال البصري. والفرق الوحيد هو أن نظام نقل الألياف الضوئية الأساسي، الذي يتكون من جهاز إرسال بصري، وخطوط ألياف ضوئية، وجهاز استقبال بصري، يحل محل نقل الكابلات.
(3) نظام نقل الألياف الضوئية الأساسي وفقًا للشكل 1-1، يمكن تقسيم نظام نقل الألياف الضوئية الأساسي إلى ثلاثة أجزاء: جهاز الإرسال البصري، وخط الألياف الضوئية، وجهاز الاستقبال البصري. تتمثل وظيفة جهاز الإرسال البصري في تحويل مدخلات الإشارة الكهربائية من قسم الإرسال إلى إشارة ضوئية واستخدام تقنية الدمج لحقن الإشارة الضوئية في خط الألياف الضوئية إلى أقصى حد. المعدات الأساسية لجهاز الإرسال البصري هي مصدر الضوء، إلى جانب المحرك والمغير. يعتمد أداء جهاز الإرسال البصري بشكل أساسي على خصائص مصدر الضوء. متطلبات مصدر الضوء هي: طاقة ضوئية عالية بما فيه الكفاية، تردد تعديل عالي بما فيه الكفاية، عرض خط طيفي صغير وزاوية انحراف الشعاع قدر الإمكان، طاقة خرج ثابتة وطول موجي، وعمر طويل للجهاز. تتضمن مصادر الضوء المستخدمة على نطاق واسع حاليًا -الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) وثنائيات ليزر أشباه الموصلات (أو الليزر، LDs)، بالإضافة إلى ليزر التغذية المرتدة الموزعة (DFB) ذو الوضع الديناميكي الفردي- مع عروض خطوط طيفية صغيرة جدًا. يتم استخدام ليزر الحالة الصلبة- أيضًا في بعض الحالات. وظيفة خط الألياف الضوئية هي نقل الإشارة الضوئية من جهاز الإرسال البصري إلى جهاز الاستقبال البصري بأقل قدر ممكن من التشوه والتوهين. يتكون خط الألياف الضوئية من الألياف الضوئية، وموصلات الألياف الضوئية، ومقابس الألياف الضوئية. الألياف الضوئية هي الجسم الرئيسي لخط الألياف الضوئية، والموصلات والمقابس هي مكونات لا غنى عنها. في الهندسة العملية، يتم استخدام الكابلات الضوئية التي تحتوي على ألياف ضوئية متعددة. تعمل أنظمة اتصالات الألياف الضوئية عند أطوال موجية قريبة من-الأشعة تحت الحمراء، ووسيط النقل لاتصالات الألياف الضوئية هو الكوارتز، وهو نوع من دليل الموجات العازلة، وهو عبارة عن جسم أسطواني، بمؤشرات انكسار أساسية وتكسية تبلغ n₁ ومعامل انكسار تكسية n₂، وn₁ > n₂. عندما يتم استيفاء شرط الانعكاس الكامل، يمكن حصر الضوء ونقله داخل القلب. الخصائص الرئيسية للألياف الضوئية هي التوهين وتشتت اللون. يتم التعبير عن التوهين بوحدة ديسيبل / كم، وتحتوي الألياف الضوئية على ثلاث نوافذ منخفضة الخسارة، بأطوال موجية تبلغ:
lect₀=0.85 ميكرومتر (نطاق الطول الموجي القصير) ς₀=1.31 ميكرومتر (نطاق الطول الموجي الطويل)
lect₀=1.55 ميكرومتر (نطاق الطول الموجي الطويل)
يحدث تشتت الألوان في الألياف الضوئية بسبب حقيقة أن المكونات ذات الترددات المختلفة في الألياف الضوئية لا تنتشر بنفس السرعة، مما يؤدي إلى اتساع النبض أثناء الإرسال. يتم التعبير عن تشتت اللون بوحدات ps/(km · nm). مقلوب رقم الإشارة، أي الحد الأقصى لمعدل البت للمسافة-الذي يمكن أن يتحمله تشتت اللون.
تتمثل وظيفة جهاز الاستقبال البصري في تحويل إشارات الألياف الضوئية إلى إشارات كهربائية ذات نسبة إشارة عالية بدرجة كافية -إلى-ضوضاء. المكون الرئيسي لجهاز الاستقبال هو الكاشف الضوئي، وهناك أيضًا مكبرات الصوت والمرشحات والدوائر ذات الصلة. جوهر الكاشف الضوئي هو عنصر استقبال الضوء-. إن متطلبات الكاشف الضوئي هي معدل استجابة مرتفع، وتيار مظلم منخفض، وسرعة استجابة عالية. حاليًا، أجهزة الكشف الضوئي الشائعة الاستخدام في اتصالات الألياف الضوئية هي ثنائيات PIN الضوئية المستندة إلى وصلة PN - (PIN-PD) وثنائيات ضوئية انهيارية (APD).
أهم معلمة مميزة لجهاز الاستقبال البصري هي حساسيته. الحساسية هي مؤشر شامل لجودة جهاز الاستقبال البصري؛ إنه يعكس قدرة جهاز الاستقبال على استقبال الإشارات الضوئية الضعيفة عند ضبطها على حالتها المثلى. تعتمد الحساسية في المقام الأول على ضجيج الثنائيات الضوئية ومكبرات الصوت التي يتكون منها جهاز الاستقبال البصري، وتتأثر أيضًا بمعدل النقل ومعلمات جهاز الإرسال البصري وتشتت خط الألياف الضوئية. ويرتبط أيضًا ارتباطًا وثيقًا بمعدل خطأ البت المطلوب للنظام أو نسبة الإشارة -إلى-الضوضاء. ولذلك، تعد الحساسية أيضًا مؤشرًا مهمًا لجودة نظام اتصالات الألياف الضوئية.
