ألياف ذات وضع واحد-
الألياف الضوئيةالتي يمكنها نقل وضع واحد فقط تسمى ألياف الوضع الفردي-. يمكن للألياف أحادية الوضع - أن تنقل فقط الوضع الأساسي (وضع الترتيب الأدنى)، ولا يوجد فرق في تأخير الوضع - بين الوضع. ولذلك، فهي تتمتع بنطاق ترددي أكبر بكثير من الألياف متعددة الأوضاع، وهو أمر بالغ الأهمية لنقل البيانات بسرعة عالية-. عادةً ما يكون عرض النطاق الترددي للألياف ذات الوضع الفردي- في نطاق عشرات جيجاهرتز·كم أو أعلى.
يتم عرض بنية الألياف ذات الوضع -الفهرس الفردي-في الشكل 2-13. تحتوي الألياف ذات الوضع الفردي - على قطر أساسي صغير لضمان نقل الوضع الفردي -، ولكن قطر كسوتها أكبر بعشر مرات من القطر الأساسي لتجنب الفقد البصري. وظائف كل جزء من بنية الألياف ذات الوضع الواحد - مماثلة لتلك الخاصة بالألياف متعددة الأوضاع. الفرق هو أنه يتم التعبير عن القطر الأساسي باستخدام قطر مجال الوضع المعتمد على الطول الموجي *w*. يستخدم هذا النوع من الألياف على نطاق واسع في هندسة اتصالات الألياف الضوئية الحديثة.
يوضح الشكل 2-13 بنية خطوة-فهرسة الألياف الضوئية أحادية الوضع.
يتم عرض معلمات الأبعاد للألياف الضوئية أحادية الوضع -من النوعين B1.1 وB4 في الجدول 2-1 والجدول 2-2.
| اسم | المعلمة |
|---|---|
| وضع 1310 نانومتر-قطر المجال | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| قطر الكسوة | (125 ± 1) µm |
| خطأ في تركيز الألياف 1310 نانومتر | أقل من أو يساوي 0.8 ميكرومتر |
| الكسوة غير دائرية | أقل من أو يساوي 2% |
| قطر الطلاء (اللون الأساسي) | (245 ± 10) µm |
| قطر الطلاء (ملون) | (250 ± 15) µm |
| الكسوة / خطأ تركيز الطلاء | أقل من أو يساوي 12.5 ميكرومتر |
جدول 2-1 معلمات الحجم للألياف أحادية الوضع B1.1
| اسم | المعلمة |
|---|---|
| وضع 1550 نانومتر-قطر المجال | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| قطر الكسوة | (125 ± 1) µm |
| خطأ في تركيز الألياف يبلغ 1550 نانومتر | أقل من أو يساوي 0.8 ميكرومتر |
| الكسوة غير دائرية | أقل من أو يساوي 2% |
| قطر الطلاء (اللون الأساسي) | (245 ± 10) µm |
| قطر الطلاء (ملون) | (250 ± 15) µm |
| الكسوة / خطأ تركيز الطلاء | أقل من أو يساوي 12.5 ميكرومتر |
جدول 2-2 معلمات الحجم للألياف أحادية الوضع B4
معايير وتطبيقات الألياف-ذات الوضع الواحد
تعتبر الألياف ذات الوضع الواحد-، بمزاياها المتمثلة في التوهين المنخفض وعرض النطاق الترددي الواسع والسعة الكبيرة والتكلفة المنخفضة وسهولة التوسع، وسيلة نقل اتصالات بصرية مثالية وقد تم استخدامها على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم. حاليًا، مع تطور مجتمع المعلومات، قام الباحثون بتطوير مضخمات الألياف، وتعدد الإرسال بتقسيم الزمن (TDM)، وتعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي - (WDM)، وتقنيات تعدد الإرسال بتقسيم التردد - (FDM)، مما يزيد من تحسين مسافة الإرسال، وقدرة الاتصال، ومعدل الإرسال للألياف ذات النمط الفردي -.
تجدر الإشارة إلى أنه بينما تقوم مكبرات الصوت الليفية بتوسيع مسافات الإرسال وتقنيات تعدد الإرسال توفر إرسال إشارة عالي السرعة-وسعة عالية-، فإنها تزيد أيضًا من تأثير التشتت والتأثيرات غير الخطية على جودة إرسال النظام. لذلك، تم بحث وتطوير عدة أنواع من الألياف الضوئية على وجه التحديد: ألياف التشتت-المزاحة، والألياف المزاح غير-الصفرية-المشتتة، والألياف المسطحة المشتتة، والألياف المعوضة المشتتة-، ولكل منها مزاياه الفريدة في معالجة التشتت والتأثيرات غير الخطية.
يمكن تصنيف الألياف الضوئية أحادية الوضع -إلى خمسة أنواع بناءً على ما إذا كانت تظهر طول موجة تشتت -صفرًا وإزاحة طول موجة مقطوعة. أصدر قطاع تقييس الاتصالات التابع للاتحاد الدولي للاتصالات (ITU-T) توصيات بشأن أربعة من هذه الأنواع في أكتوبر 2000: ألياف G.652 وG.653 وG.654 وG.655. يظهر الشكل 2-14 المراسلات بين IEC (اللجنة الكهروتقنية الدولية) واصطلاحات التسمية ITU-T للألياف الضوئية أحادية الوضع-.
| الاسم الصيني | الاتحاد الدولي للاتصالات-T | اللجنة الانتخابية المستقلة |
|---|---|---|
| ألياف ذات وضع واحد- | ||
| ألياف أحادية الوضع-غير مشتتة مُزاحة | G.652 A/B/C | ب1.1 و ب1.3 |
| تم إزاحة التشتت-من الألياف أحادية الوضع | G.653 | B2 |
| قطع-ألياف ذات وضع واحد متغير الطول الموجي-. | G.654 | B1.2 |
| ألياف أحادية الوضع -غير مشتتة صفرية مُزاحة | G.655 A/B | B4 |
| النطاق العريض غير -التشتت الصفري المزاح ذو الوضع الفردي-من الألياف | - | - |
| ثني-ألياف الوضع الفردي-غير الحساسة | - | - |
يوضح الشكل 2-14 المراسلات بين مختلف الألياف الضوئية أحادية الوضع - التي تسميها IEC وITU-T.
G.652 – ألياف أحادية النمط غير مشتتة-منزاحة-.
يقسم النص القياسي أيضًا ألياف G.652 إلى G.652A وG.652B وG.652C استنادًا إلى التوهين والتشتت وتشتت وضع الاستقطاب ونطاق طول موجة التشغيل والتطبيق في أنظمة SDH بمعدلات إرسال مختلفة. في جوهر الأمر، يمكن تقسيم ألياف G.652 إلى نوعين: ألياف الوضع الأحادي- التقليدية (G.652A وG.652B) والألياف ذات الوضع الفردي المنخفض-الماء-ذروة-الألياف (G.652C).
(1) الألياف التقليدية ذات الوضع الفردي-: بدأ الاستخدام التجاري للألياف التقليدية ذات النمط الفردي- في عام 1983. وخصائص أدائها هي: عدم التشتت عند طول موجة يبلغ 1310 نانومتر؛ الحد الأدنى لمعامل التوهين بالقرب من طول موجة قدره 1550 نانومتر، أي حوالي 0.22 ديسيبل/كم، لكن معامل التشتت الأقصى يبلغ 17 ps/(nm·km) بالقرب من 1550 نانومتر؛ يمكن اختيار الطول الموجي العامل لهذه الألياف في منطقتي الطول الموجي 1310 نانومتر و1550 نانومتر، مع طول موجة العمل الأمثل في منطقة 1310 نانومتر. يُطلق على هذه الألياف غالبًا اسم الألياف "التقليدية" أو "القياسية" ذات الوضع الفردي-، وهي الألياف الأكثر استخدامًا حاليًا. حتى الآن، وصل انتشارها التراكمي في جميع أنحاء العالم إلى 7 × 10⁻⁶ كم.
(2) الألياف ذات الوضع الفردي-}الذروة-منخفضة المياه: لمواجهة التحديات التي تواجهها شبكات المناطق الحضرية (MANs) مثل بيئات الخدمة المعقدة والمتغيرة، وعدد كبير من المستخدمين المدعومين بشكل مباشر، ومسافات الإرسال القصيرة (عادةً 50-80 كم فقط)، يتمثل الحل المعتمد في استخدام تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي عالي الكثافة (HDWDM) مع عشرات إلى مئات من الإرسال المتعدد الأطوال الموجية. يتضمن ذلك تخصيص خدمات بمعدلات وخصائص مختلفة لأطوال موجية مختلفة وإجراء التوجيه وإزالة تعدد الإرسال على المسار البصري. لذلك، من الضروري تطوير ألياف ذات وضع -ذروة مائية أحادية-منخفضة (ITU-T G.652C) مع نطاق طول موجي تشغيلي أوسع لتلبية احتياجات تطوير HDWDM MAN.
G.653 التشتت -وضع الألياف المفردة المتحولة-
تم تسويق -ألياف النمط الأحادي-المشتت (ITU-T G.653) تجاريًا في عام 1985. وتحقق الألياف ذات الوضع الفردي المزاح -المشتت- ذلك عن طريق تغيير المعلمات الهيكلية للألياف وتوزيع معامل الانكسار لزيادة تشتت الدليل الموجي، وبالتالي تحويل الحد الأدنى لنقطة التشتت الصفرية- من 1310 نانومتر إلى 1550 نانومتر. يؤدي هذا إلى أن يكون أدنى طول موجة توهين عند 1550 نانومتر متوافقًا مع طول موجة التشتت الصفري، ويعمل ضمن نطاق الطول الموجي التشغيلي 1530-1565 نانومتر لمضخمات الألياف الصابورة. يعتبر هذا النوع من الألياف مناسبًا بشكل مثالي لأنظمة التضخيم الضوئي-المسافات الطويلة والقناة الفردية-والسرعة العالية-؛ على سبيل المثال، يمكن تنفيذ نظام بسرعة 20 جيجابت/ثانية مباشرة على هذه الألياف دون أي تدابير لتعويض التشتت.
إن أكثر التطبيقات الواعدة للألياف ذات وضع التشتت-المزاح الفردي-هو في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية البحرية لنقل إشارة القناة-الفردية لمسافات طويلة-. بالإضافة إلى ذلك، تم أيضًا نشر عدد معين من ألياف التشتت -المتحركة ذات النمط الفردي-في شبكات الاتصالات السلكية الأرضية ذات المسافات الطويلة-.
G. 654-الطول الموجي المقطوع تم إزاحته بشكل فردي-وضع الألياف
الطول الموجي للقطع 1550 نانومتر -ألياف أحادية النمط -مزاحة (ITU-T G.654) هي ألياف غير -مشتتة-مزاحة مع طول موجة تشتت صفر-حوالي 1310 نانومتر. يتم تحويل الطول الموجي المقطوع إلى نطاق طول موجي أطول، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من التوهين في منطقة الطول الموجي 1550 نانومتر. نطاق الطول الموجي الأمثل للتشغيل هو 1500-1600 نانومتر.
تشتمل طريقة الحصول على ألياف منخفضة التوهين- على استخدام قلب من زجاج السيليكا النقي وكسوة مجوفة-مطعمة بالفلور؛ يقلل الطول الموجي الطويل من حساسية الألياف للانحناء-الخسائر الناجمة.
ونظرًا لصعوبة تصنيع هذا النوع من الألياف وباهظ الثمن للغاية، فإنه نادرًا ما يتم استخدامه. يتم استخدامه بشكل أساسي في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية البحرية غير المتكررة ذات مسافات نقل طويلة حيث لا يمكن إدخال الأجهزة النشطة.
G.655-ألياف أحادية الوضع غير -تشتت صفري-
الألياف ذات النمط غير -التشتت الصفري-المتحركة أحادية الوضع- (ITU-T G.655) هي نوع جديد من الألياف الضوئية تم تصميمها وتصنيعها في عام 1994 من قبل شركة Lucent Technologies وCorning Incorporated خصيصًا للجيل التالي- من أنظمة الإرسال المتعدد بتقسيم الطول الموجي مع مضخمات الألياف. تعتمد هذه الألياف على ألياف نمط التشتت - المنزاحة الأحادية -، ومن خلال تغيير بنية المظهر الجانبي الانكساري، يصبح التشتت عند طول موجة يبلغ 1550 نانومتر غير - صفرًا؛ ومن هنا جاء اسم الألياف غير -التشتت الصفري-الألياف ذات النمط الفردي المتحرك-.
التشتت-الألياف المسطحة-المسطحة
في عام 1988، تم تسويق ألياف التشتيت-المفردة المسطحة-تسويقًا تجاريًا. تُظهر هذه الألياف تشتتًا منخفضًا في نطاق الطول الموجي 1310-1550 نانومتر وتمتلك طولين موجيين صفريين -، وهما 1310 نانومتر و1550 نانومتر. يمكن استخدام هذه الألياف مع أجهزة الليزر ذات الطول الموجي المركزي الأوسع وأجهزة الليزر القياسية التي تعمل عند 1310 نانومتر و1550 نانومتر للإرسال بسرعة عالية-مع مصابيح LED. ومع ذلك، فإن ألياف نمط التشتت-المفردة المسطحة- لها ملف تعريف معقد لمؤشر الانكسار، مما يجعل من الصعب تصنيعها، كما أن توهينها العالي يحد من تطبيقها العملي. يتم عرض أداء وتطبيقات ألياف وضع التشتت -المفردة المسطحة- في الجدول 2-8.
| أداء | قطر مجال الوضع (μm) | قطر الكسوة (نانومتر) | الطول الموجي صفر التشتت (نانومتر) | الطول الموجي للتشغيل (نانومتر) | الحد الأقصى لخسارة Macrobend (ديسيبل·كم⁻¹) | الحد الأقصى لتشتت وضع الاستقطاب (ps·√km)⁻¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| متطلبات | 8 (1310 نانومتر) 11 (1550 نانومتر) | أقل من أو يساوي 125 | 1310 و 1550 | من 1310 إلى 1550 | أقل من أو يساوي 0.25 (1310 نانومتر) أقل من أو يساوي 0.30 (1550 نانومتر) | 0 (1310 نانومتر) 0 (1550 نانومتر) |
سيناريو التطبيق: هذا النوع من الألياف مناسب بشكل خاص للبيئات ذات تشتت الانحناء الداخلي المنخفض في نطاق الطول الموجي للتشغيل 1310-1550 نانومتر.
تشتيت-ألياف أحادية الوضعية معوضة-.
مع تطبيق مضخمات الألياف الضوئية، لم يعد التوهين يمثل قيدًا كبيرًا على مسافة أنظمة اتصالات الألياف الضوئية. ومع ذلك، فإن التشتت يعيق بشدة ترقية وتوسيع أطوال موجات تشغيل الألياف التقليدية أحادية الوضع - من 1310 نانومتر إلى 1550 نانومتر. لمعالجة هذه المشكلة العملية، تم تطوير ألياف نمطية مفردة مشتتة -معوضة-.
ألياف النمط الأحادي -المعوضة-المشتتة هي نوع من الألياف ذات النمط الفردي- ذات التشتت السلبي الكبير عند طول موجة يبلغ 1550 نانومتر. تظهر النتائج التجريبية الحالية أن معامل التشتت للألياف أحادية الوضع -المعوضة للتشتت يتراوح من 50 إلى -548 ps/(nm·km)، ويكون التوهين عادةً من 0.5 إلى 1.0 ديسيبل/كم.
عند ترقية الطول الموجي التشغيلي لنظام الألياف التقليدي-ذو الوضع الواحد من 1310 نانومتر إلى 1550 نانومتر، يكون التشتت الإجمالي موجبًا. من خلال إضافة قسم من ألياف التشتت السالبة إلى النظام، يمكن إلغاء التشتت الإيجابي عند 1550 نانومتر في عشرات الكيلومترات من الألياف التقليدية أحادية الوضع-، وبالتالي ترقية الطول الموجي التشغيلي للألياف ذات الوضع الفردي التقليدي - المثبتة من 1310 نانومتر إلى 1550 نانومتر، وبالتالي تحقيق سرعة عالية-، ومسافة طويلة-، وسعة نقل عالية-. يمكن تعويض التوهين الناتج عن إضافة التشتت-الألياف ذات الوضع الفردي-تعويضًا كاملاً بواسطة مضخم الألياف.
الألياف المتعددة الوسائط
كما يوحي الاسم، فإن الألياف متعددة الأوضاع هي ألياف ضوئية تسمح بنقل أوضاع متعددة داخلها، أو بمعنى آخر، يُسمح بوجود أوضاع نقل متعددة منفصلة في الألياف متعددة الأوضاع.
معايير وتطبيقات الألياف المتعددة الوسائط
متدرج-وضع الألياف المتعددة الأوضاع
ألياف G.651 عبارة عن ألياف متعددة الأوضاع متدرجة - تستخدم بشكل أساسي لنقل الإشارات التناظرية أو الرقمية في مناطق الطول الموجي 850 نانومتر و1310 نانومتر. يبلغ قطرها الأساسي 50 ميكرومتر وقطر الكسوة 125 ميكرومتر. في منطقة الطول الموجي 850 نانومتر، يكون معامل التوهين أقل من 4 ديسيبل/كم ومعامل التشتت أقل من 120ps/(nm·km)؛ وفي منطقة الطول الموجي 1310 نانومتر، يكون معامل التوهين أقل من 2 ديسيبل/كم ومعامل التشتت أقل من 6ps/(nm·km).
وضع التدرج-الألياف المتعددة الأوضاع
يتم عرض بنية الألياف المتعددة الأوضاع -المدرجة في الشكل 2-18. يتضمن هذا النوع من الألياف أنواع Ala وAlb وAlc وAld. يمكن تصنيعها باستخدام زجاج متعدد المكونات أو زجاج السيليكا المخدر. لتقليل توهين الألياف، فإن المواد المستخدمة لتصنيع ألياف متعددة الأوضاع ذات مؤشر - متدرجة تتمتع بدرجة نقاء أعلى بكثير من تلك المستخدمة في معظم الألياف متعددة الأوضاع ذات مؤشر - المتدرجة. إنه على وجه التحديد بسبب توزيع معامل الانكسار المتدرج والتوهين المنخفض، فإن الألياف متعددة الأوضاع المتدرجة - تتفوق في الأداء على الألياف متعددة الأوضاع ذات المؤشر المتدرج.
الخطوة-فهرسة الألياف متعددة الأوضاع
يتم عرض بنية الألياف المتعددة الأوضاع ذات مؤشر الخطوة -في الشكل 2-19. يأتي هذا النوع من الألياف في ثلاث فئات (A2، A3، وA4) وتسعة أصناف. يمكن استخدام الزجاج متعدد المكونات أو الزجاج المطلي أو البلاستيك لتصنيع القلب والكسوة. نظرًا لحجمها الأساسي الكبير وفتحتها الرقمية الكبيرة، يمكن ربط هذه الألياف متعددة الأوضاع بشكل أكثر فعالية بمصادر الضوء غير المتماسكة، مثل الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs). يمكن إجراء اتصالات الارتباط باستخدام موصلات مقولبة-حقنة وغير مكلفة، مما يؤدي إلى تقليل التكلفة الإجمالية لإنشاء الشبكة. لذلك، تلعب الألياف متعددة الأوضاع ذات المؤشر المتدرج، وخاصة الألياف البلاستيكية A4، دورًا مهمًا في الاتصالات قصيرة المسافة.
