ما هي مكونات الألياف البصرية
ما هي مكونات الألياف البصرية؟ يتكون الألياف الضوئية النموذجية من ثلاثة مكونات رئيسية: القلب الذي يحمل الضوء ؛ الكسوة ، التي تحيط النواة مع انخفاض مؤشر الانكسار ويحتوي على الضوء ؛ والطلاء ، الذي يحمي الألياف الهشة في الداخل.
النواة
النواة ، التي تحمل الضوء ، هي أصغر جزء من الألياف الضوئية. يتكون لب الألياف الضوئية عادة من الزجاج ، على الرغم من أن بعضها مصنوع من البلاستيك. إن الزجاج المستخدم في القلب هو ثاني أكسيد السيليكون النقي للغاية (SiO2) ، وهي مادة واضحة لدرجة أنه يمكنك البحث من خلال خمسة أميال منه كما لو كنت تبحث من خلال نافذة منزلية.
في عملية التصنيع ، يتم استخدام المنشطات مثل ألمانيا أو خامس أكسيد الفوسفور أو الألومينا لرفع معامل الانكسار في ظل ظروف خاضعة للرقابة.
يتم تصنيع قلوب الألياف الضوئية بأقطار مختلفة لتطبيقات مختلفة. يتراوح حجم النوى الزجاجية النموذجية بين 3.7 و 200 م. الأحجام الأساسية المستخدمة عادة في الاتصالات السلكية واللاسلكية هي 9um ، 50um و 62.5um. يمكن أن تكون نوى الألياف البصرية البلاستيكية أكبر بكثير من الزجاج. حجم النواة البلاستيكية الشعبية هو 980um.
الكسوة
تحيط الكسوة بالجوهر وتوفر مؤشر انكسار أقل لجعل الألياف الضوئية تعمل. عند استخدام الكسوة الزجاجية ، يتم تصنيع الكسوة والنواة معًا من نفس المادة المستندة إلى ثاني أكسيد السيليكون في حالة انصهار دائم. تضيف عملية التصنيع كميات مختلفة من المنشطات إلى القلب والكسوة للحفاظ على الفرق في مؤشرات الانكسار بينهما حوالي 1 ٪.
قد يحتوي النواة النموذجية على مؤشر انكساري 1.49 عند 1300 نانومتر بينما قد يكون للكسوة مؤشر انكسار قدره 1.47. هذه الأرقام ، ومع ذلك ، تعتمد على الطول الموجي. سيكون لب الألياف نفسها مؤشر انكسار مختلف بطول موجة مختلفة.
مثل اللب ، يتم تصنيع الكسوة بأقطار قياسية. أقطار الأكثر استخداما هي 125um و 140um. الكسوة 125um تدعم عادة الأحجام الأساسية 9um ، 50um ، 62.5um و 85um. الكسوة 140um عادة ما يكون جوهر 100um.
طلاء
الطلاء هو طبقة واقية تلح من الألياف البصرية. يمتص الطلاء الصدمات ، النكات ، الخدوش ، وحتى الرطوبة التي قد تلحق الضرر بالكسوة. بدون الطلاء ، تكون الألياف الضوئية هشة للغاية. قد يؤدي وجود نواة مجهرية واحدة في الكسوة إلى كسر الألياف الضوئية عند ثنيها. يعد الطلاء ضروريًا للألياف الزجاجية بالكامل ، ولا يتم بيعها بدونها.
طلاء واقية فقط. إنه لا يساهم في قدرة الألياف الضوئية على الحمل بأي شكل من الأشكال. القطر الخارجي للطلاء هو عادة 250um أو 500um. عموما طلاء عديم اللون. في بعض التطبيقات ، يكون الطلاء ملونًا ، بحيث يمكن التعرف على الألياف الضوئية الفردية في مجموعة من الألياف البصرية.
يتم تحديد الطلاء الموجود على الألياف الضوئية لنوع معين من الأداء أو البيئة. مرة واحدة من أكثر أنواع الطلاء شيوعًا هي أكريليت. عادة ما يتم تطبيق هذا الطلاء في طبقتين. يتم تطبيق الطلاء الأساسي مباشرة على الكسوة. هذا الطلاء ناعم ويوفر وسادة للألياف البصرية عند ثنيها. الطبقة الثانوية أصعب من الطلاء الأساسي وتوفر سطحًا خارجيًا صلبًا. أكريليت ، ومع ذلك ، يقتصر في أداء درجة الحرارة. قد تؤدي الأكريلات النموذجية في درجات حرارة تصل إلى 125 درجة مئوية.
السيليكون ، والكربون ، والبوليميد هي عوازل قد توجد على الألياف الضوئية التي تستخدم في البيئات القاسية مثل تلك المرتبطة بالإلكترونيات الجوية والفضاء والفضاء. يمكن استخدامها أيضًا على الألياف الضوئية المصممة للتعدين أو لحفر النفط والغاز.
المعايير
في حين أن العديد من مجموعات الأحجام الأساسية والكسوة ممكنة ، إلا أن المعايير ضرورية لضمان مطابقة الموصلات والمعدات بشكل صحيح. هذا مهم بشكل خاص عند التعامل مع مكونات صغيرة مثل تلك المستخدمة في الألياف البصرية ، حيث يمكن حتى اختلالات طفيفة تجعل النظام بأكمله عديمة الفائدة.
تنشر منظمتان معايير تحدد أداء الألياف الضوئية المستخدمة في صناعة الاتصالات ؛ هم اتحاد صناعة الاتصالات (TIA) والاتحاد الدولي للاتصالات (ITU). في حين أن TIA والاتحاد الدولي للاتصالات ينشران العديد من المعايير بشأن الألياف الضوئية ، فإن المعايير الأساسية التي يجب أن تكون على دراية ANSI / TIA-568-C.3 و ITU-TG.653 و ITU-TG.655 و ITU-T G.657.
ينطبق معيار ANSI / TIA-568-C.3 على مكونات كابلات الألياف الضوئية في المباني. تنطبق معايير الاتحاد الدولي للاتصالات على كبل الألياف البصرية أحادي الوضع. فيما يلي أوصافهم:
> ITU-TG.652: خصائص الألياف البصرية والكابل أحادي النمط
> ITU-T G.655: خصائص التشتت والألياف الضوئية والكبلات أحادية النمط
> ITU-T G.657: خصائص الألياف والكبلات الضوئية أحادية النمط غير التشتت ذات التشتت
تحتوي هذه المعايير على معلومات مهمة تحدد أداء الألياف الضوئية وكابلات الشبكة البصرية ، ومكونات مثل الموصلات الضوئية والتوصيلات.
المواد
تصنع الألياف الضوئية عادةً من لب زجاجي وكسوة زجاجية ، ولكن يمكن استخدام مواد أخرى إذا كان يجب موازنة أداء الألياف بتكلفة تركيب الألياف وتركيبها مع الموصلات وضمان حمايتها بشكل صحيح من التلف. في كثير من الحالات ، يجب أن تعمل الألياف على مسافة قصيرة فقط ، وستصبح فوائد الألياف الزجاجية عالية الجودة أقل أهمية من مجرد توفير المال. هناك أيضًا ظروف تتعرض فيها الألياف لظروف قاسية ، مثل الاهتزاز أو درجة الحرارة القصوى أو المعالجة المتكررة أو الحركة المستمرة. تطورت التصنيفات الليفية المختلفة لتناسب مختلف الظروف وعوامل التكلفة ومتطلبات الأداء.
تصنيفات الألياف الرئيسية حسب المواد هي :
الألياف الزجاجية : تحتوي على لب زجاجي وكسوة زجاجية. يتم استخدامها عند الحاجة إلى معدلات بيانات عالية أو مسافات طويلة المدى أو مزيج من الاثنين. الألياف الزجاجية هي الأكثر هشاشة من بين الأنواع المختلفة المتاحة ، ونتيجة لذلك يجب تثبيتها في البيئات التي لن تتعرض فيها لسوء المعاملة ، أو يجب أن تكون محمية بواسطة كابلات أو حاويات خاصة للتأكد من أنها ليس معطوب.
تم العثور على الألياف الزجاجية بشكل شائع في بيانات المسافات الطويلة وتطبيقات الشبكات البينية الداخلية.
السيليكا المغطاة بالبلاستيك (PCS) : تحتوي هذه الألياف على لب زجاجي وكسوة بلاستيكية. جوهر أكبر من جميع الألياف الزجاجية. عادة ، 200 ميكرون مع سمك الكسوة من 50µm. مثل الألياف الضوئية الزجاجية السيليكونية ، يتم استخدام الطلاء البلاستيكي للألياف الضوئية PCS مع عازلة حرارية من البلاستيك تحيط بالكسوة البلاستيكية. مواصفات الألياف PCS النموذجية ستكون 200 / 300µm. تعمل الكسوة البلاستيكية أيضًا كطبقة واقية للنواة الزجاجية ، لذلك لا يتم تضمين الطلاء الموجود عادةً على الألياف الزجاجية بالكامل في ألياف PCS. عادة ما تستخدم ألياف PCS لتطبيقات الاستشعار الصناعي والتطبيقات الطبية / طب الأسنان.
السيليكا شديدة الصلابة (HCS) : تشبه هذه الألياف ألياف PCS ، لكن لها نواة زجاجية مع تكسية مصنوعة من بوليمر صلب أو مواد أخرى ، وعادةً ما تكون أقوى من مواد الكسوة الأخرى. يشيع استخدام ألياف السيليكا شديدة الصلابة في الأماكن التي يكون فيها الصلابة أحد الاعتبارات الرئيسية ، مثل التصنيع وأتمتة المصانع وغيرها من المناطق التي تجعل الصدمات والاهتزاز من الألياف الزجاجية القياسية غير موثوقة. الألياف الضوئية HCS عادة ما تكون أكبر بكثير من الألياف الضوئية الزجاجية. حجم شعبية جدا هو 200 / 230µm.
الألياف البلاستيكية : تحتوي هذه الألياف على لب أساسي وكسوة بلاستيكية. يتم اختيارهم بتكلفة منخفضة ، ووعورة ، وسهولة الاستخدام ، ويتم تثبيتها عندما لا تكون هناك حاجة لعرض النطاق الترددي العالي والمسافة الطويلة. في حين أن الألياف البلاستيكية غير مناسبة للإرسال لمسافات طويلة وعالية الأداء ، فإنها لا تزال تحمل إشارات بمعدلات بيانات مفيدة عبر مسافات أقل من 100 متر. حجم شعبية جدا هو 980 / 1000µm. عادة ما يتم تصميم الألياف البلاستيكية لأطوال موجية مرئية في نطاق 650nm. تشمل بعض المواقع النموذجية للألياف البلاستيكية أنظمة الترفيه المنزلي وأنظمة التحكم في التصنيع والتصنيع. يمكن استخدامها أيضًا في الروابط بين أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الطرفية وفي المعدات الطبية.
مزايا الألياف البصرية البلاستيكية الكبيرة الأساسية
من السهل أن تشعر بالحماس حيال النطاق الترددي العالي وقدرات الإرسال لمسافات طويلة من الألياف الضوئية الزجاجية. ومن الواضح أنه يتفوق على أي وسيلة أخرى. ومع ذلك ، لا تتطلب العديد من التطبيقات عرض نطاق ترددي عالي عبر مسافات كبيرة. هناك العديد من التطبيقات للألياف البصرية في منزلك. قد يكون لديك بالفعل نظام ترفيه منزلي يستخدم الألياف الضوئية البلاستيكية ، أو قد تمتلك سيارة تستخدم الألياف الضوئية البلاستيكية لتوصيل أجهزة الصوت أو مغير أقراص DVD. لا يتطلب أي من هذه التطبيقات عرض النطاق الترددي العالي على مسافات كبيرة. هذه التطبيقات مثالية للألياف الضوئية البلاستيكية الأساسية الكبيرة. عادةً ما يتم تصميم الألياف الضوئية البلاستيكية لتعمل بطول موجة مرئية حول مدى 650nm. القدرة على رؤية الضوء عند خروجه من الألياف البصرية لديها ميزة كبيرة ؛ لا معدات الاختبار باهظة الثمن هو مطلوب. يلزم عداد الطاقة لقياس الضوء الخارج من الألياف البصرية الزجاجية العاملة في نطاق الأشعة تحت الحمراء. يمكن أن تتكلف عدادات الطاقة أكثر من نظام الترفيه المنزلي.
يتمتع اللب الكبير للألياف الضوئية البلاستيكية بميزة أخرى مقارنة بالألياف الزجاجية الصغيرة: من السهل محاذاتها مع ألياف أخرى أو مصدر ضوء أو كاشف. تخيل محاذاة شعرين بشريين بحيث تنتهي اللمسات وتتركز بشكل مثالي. تخيل الآن أن تفعل الشيء نفسه مع اثنين من المعكرونة السباغيتي غير المطهية.
