1.كيف يتم دمج الألياف البصرية؟
الإجابة: تتكون الألياف الضوئية من جزأين أساسيين: قلب مصنوع من مواد بصرية شفافة وطبقة غلاف وطلاء.
2. ما هي المعلمات الأساسية التي تصف خصائص نقل خطوط الألياف الضوئية؟
الإجابة: تشمل الخسارة، والتشتت، وعرض النطاق الترددي، وطول الموجة المقطوعة، وقطر مجال الوضع، وما إلى ذلك.
3. ما هي أسباب ضعف الألياف؟
الإجابة: يشير مصطلح التوهين في الألياف إلى انخفاض القدرة الضوئية بين مقطعين عرضيين للألياف، وهو ما يرتبط بطول الموجة. والأسباب الرئيسية للتوهين هي التشتت والامتصاص والفقد الضوئي الناجم عن الموصلات والمفاصل.
4. كيف يتم تعريف معامل التوهين للألياف الضوئية؟
الإجابة: يتم تعريفها من خلال التوهين لكل وحدة طول من الألياف الضوئية المنتظمة في حالة مستقرة (ديسيبل / كم).
5. ما هو فقدان الإدراج؟
الإجابة: يشير إلى التوهين الناتج عن إدخال المكونات البصرية (مثل إدخال الموصلات أو المقرنات) في خط النقل البصري.
6. ما علاقة عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية؟
الإجابة: يشير عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية إلى تردد التعديل عندما يتم تقليل سعة الطاقة الضوئية بنسبة 50٪ أو 3 ديسيبل مقارنة بسعة التردد الصفري في دالة نقل الألياف الضوئية. يتناسب عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية عكسياً تقريبًا مع طولها، وحاصل ضرب عرض النطاق الترددي في الطول ثابت.
7. ما هي أنواع تشتت الألياف الضوئية؟ ما هي علاقتها؟
الإجابة: يشير تشتت الألياف الضوئية إلى توسيع التأخير الجماعي في الألياف الضوئية، بما في ذلك تشتت الوضع وتشتت المادة والتشتت الهيكلي. ويعتمد ذلك على خصائص كل من مصدر الضوء والألياف الضوئية.
8. كيف يمكن وصف خصائص تشتت الإشارات المنتشرة في الألياف الضوئية؟
الإجابة: يمكن وصفها بثلاث كميات فيزيائية: اتساع النبضة، وعرض النطاق الترددي للألياف الضوئية، ومعامل تشتت الألياف الضوئية.
9. ما هو طول الموجة المقطوعة؟
الإجابة: يشير إلى أقصر طول موجي يمكنه فقط نقل النمط الأساسي في الألياف الضوئية. بالنسبة للألياف الضوئية أحادية النمط، يجب أن يكون طول الموجة القطعية أقصر من طول موجة الضوء المنقول.
10. ما هو تأثير انتشار الألياف الضوئية على أداء نظام الاتصالات بالألياف الضوئية؟
الإجابة: سيؤدي تشتت الألياف الضوئية إلى اتساع النبضة الضوئية أثناء النقل في الألياف الضوئية، مما يؤثر على معدل خطأ البت ومسافة النقل ومعدل النظام.
11. ما هي طريقة التشتت الخلفي؟
الإجابة: طريقة التشتت الخلفي هي طريقة لقياس التوهين على طول الألياف الضوئية. تنتشر معظم الطاقة الضوئية في الألياف الضوئية للأمام، ولكن جزءًا صغيرًا منها يتشتت للخلف باتجاه باعث الضوء. باستخدام مطياف عند باعث الضوء لمراقبة منحنى زمن التشتت الخلفي، لا يمكن قياس طول وتوهين الألياف الضوئية المنتظمة المتصلة من أحد الطرفين فحسب، بل يمكن أيضًا قياس المخالفات المحلية ونقاط الانقطاع وفقدان الطاقة الضوئية الناجم عن الوصلات والموصلات.
12. ما هو مبدأ اختبار جهاز انعكاس المجال الزمني البصري (OTDR)؟ ما هي وظائفه؟
الإجابة: يعتمد جهاز OTDR على مبدأ التشتت الخلفي للضوء وانعكاس فرينل. ويستخدم الضوء المشتت الخلفي الناتج عن انتشار الضوء في الألياف الضوئية للحصول على معلومات التوهين. ويمكن استخدامه لقياس التوهين في الألياف الضوئية، وفقدان الوصلة، وموقع نقطة خطأ الألياف الضوئية، وفهم توزيع الخسارة على طول الألياف الضوئية. وهو أداة لا غنى عنها في بناء الكابلات الضوئية وصيانتها ومراقبتها. وتشمل مؤشراته الرئيسية: النطاق الديناميكي، والحساسية، والدقة، ووقت القياس، والمنطقة العمياء.
13. ما هي المنطقة العمياء في OTDR؟ ما تأثيرها على الاختبار؟ كيف نتعامل مع المنطقة العمياء في الاختبار الفعلي؟
الإجابة: عادةً، تُسمى سلسلة من "النقاط العمياء" الناتجة عن تشبع الطرف المستقبل لجهاز OTDR بسبب الانعكاسات الناتجة عن نقاط مميزة مثل الموصلات النشطة والمفاصل الميكانيكية بالمناطق العمياء.
تنقسم المناطق العمياء في الألياف الضوئية إلى مناطق عمياء حدث ومناطق عمياء توهين: تسمى المسافة الطولية من نقطة بداية ذروة الانعكاس إلى ذروة تشبع المستقبل الناتجة عن تدخل الموصلات النشطة مناطق عمياء حدث؛ تسمى المسافة من نقطة بداية ذروة الانعكاس إلى نقاط حدث أخرى يمكن التعرف عليها ناتجة عن تدخل الموصلات النشطة في الألياف الضوئية مناطق عمياء توهين.
بالنسبة لـ OTDR، كلما كانت المنطقة العمياء أصغر، كان ذلك أفضل. ستزداد المنطقة العمياء مع زيادة عرض اتساع النبضة. على الرغم من أن زيادة عرض النبضة تزيد من طول القياس، إلا أنها تزيد أيضًا من المنطقة العمياء للقياس. لذلك، عند اختبار الألياف الضوئية، يجب استخدام النبضات الضيقة لقياس الألياف الضوئية ونقاط الحدث المجاورة لملحقات OTDR، بينما يجب استخدام النبضات العريضة لقياس الطرف البعيد للألياف الضوئية.
14. هل يمكن لجهاز OTDR قياس أنواع مختلفة من الألياف البصرية؟
ج: إذا كنت تستخدم وحدة OTDR أحادية الوضع لقياس ألياف متعددة الأوضاع، أو تستخدم وحدة OTDR متعددة الأوضاع لقياس ألياف أحادية الوضع بقطر قلب يبلغ 62.5 مم، فلن تتأثر نتيجة قياس طول الألياف، ولكن ستكون نتائج فقدان الألياف وفقدان الموصل البصري وفقدان العودة غير صحيحة. لذلك، عند قياس الألياف الضوئية، يجب عليك اختيار OTDR يطابق الألياف المقاسة للقياس، حتى تتمكن من الحصول على النتائج الصحيحة لجميع مؤشرات الأداء.
15. ماذا يعني "1310nm" أو "1550nm" في أجهزة الاختبار البصرية الشائعة؟
ج: يشير إلى الطول الموجي للإشارة الضوئية. يقع نطاق الطول الموجي المستخدم في اتصالات الألياف الضوئية في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة، مع طول موجي يتراوح بين 800 نانومتر و1700 نانومتر. غالبًا ما يتم تقسيمه إلى نطاقات ذات طول موجي قصير ونطاقات ذات طول موجي طويل، يشير الأول إلى طول موجي 850 نانومتر، ويشير الأخير إلى 1310 نانومتر و1550 نانومتر.
16. في الألياف الضوئية التجارية الحالية، ما هو الطول الموجي للضوء الذي له أقل معدل تشتت؟ ما هو الطول الموجي للضوء الذي له أقل معدل فقدان؟
الإجابة: الضوء ذو الطول الموجي 1310 نانومتر له أقل تشتت، والضوء ذو الطول الموجي 1550 نانومتر له أقل خسارة.
17. كيف يتم تصنيف الألياف البصرية حسب التغير في معامل الانكسار لقلب الألياف البصرية؟
الإجابة: يمكن تقسيمها إلى ألياف بصرية ذات مؤشر متدرج وألياف بصرية ذات مؤشر متدرج. تتمتع الألياف البصرية ذات المؤشر المتدرج بنطاق ترددي ضيق وهي مناسبة للاتصالات القصيرة المدى ذات السعة الصغيرة؛ تتمتع الألياف البصرية ذات المؤشر المتدرج بنطاق ترددي واسع وهي مناسبة للاتصالات ذات السعة المتوسطة والكبيرة.
18. كيف يتم تصنيف الألياف الضوئية وفقًا لأنماط الموجات الضوئية المختلفة التي تنتقل في الألياف الضوئية؟
الإجابة: يمكن تقسيمها إلى ألياف بصرية أحادية الوضع وألياف بصرية متعددة الأوضاع. يبلغ قطر قلب الألياف البصرية أحادية الوضع ما بين 1 و10 ميكرومتر تقريبًا. عند طول موجة عمل معين، يتم نقل وضع أساسي واحد فقط، وهو مناسب لأنظمة الاتصالات ذات السعة الكبيرة والمسافات الطويلة. يمكن للألياف البصرية متعددة الأوضاع نقل أوضاع متعددة من موجات الضوء، بقطر قلب يتراوح ما بين 50 و60 ميكرومتر تقريبًا، وأداء نقلها أسوأ من أداء الألياف البصرية أحادية الوضع.
عند نقل الحماية التفاضلية الحالية للحماية المتعددة، غالبًا ما يتم استخدام الألياف الضوئية متعددة الأوضاع بين جهاز التحويل الضوئي الإلكتروني المثبت في غرفة الاتصالات في المحطة الفرعية وجهاز الحماية المثبت في غرفة التحكم الرئيسية.
19. ما أهمية الفتحة العددية (NA) للألياف الضوئية ذات مؤشر الخطوة؟
الإجابة: تشير الفتحة الرقمية (NA) إلى قدرة الألياف الضوئية على جمع الضوء. وكلما كانت الفتحة الرقمية أكبر، زادت قدرة الألياف الضوئية على جمع الضوء.
20. ما هو ازدواجية الانكسار للألياف الضوئية أحادية الوضع؟
الإجابة: يوجد نمطان للاستقطاب المتعامد في الألياف الضوئية أحادية النمط. عندما لا تكون الألياف الضوئية متماثلة أسطوانيًا تمامًا، فإن نمطي الاستقطاب المتعامدين لا يتدهوران. القيمة المطلقة للفرق في معامل الانكسار لنمطي الاستقطاب المتعامدين هي الازدواج الانكساري.
21. ما هي هياكل الكابلات الضوئية الأكثر شيوعًا؟
الجواب: هناك نوعان: النوع الملتوي الطبقي والنوع الهيكلي.
22. ما هي المكونات الرئيسية للكابلات الضوئية؟
الإجابة: يتكون بشكل أساسي من: قلب الألياف، شحم الألياف الضوئية، مادة الغلاف، مادة PBT (بولي بوتيلين تيريفثالات) ومواد أخرى.
23. ما الذي يشير إليه درع الكابلات الضوئية؟
الإجابة: يشير إلى عنصر الحماية (عادةً سلك فولاذي أو حزام فولاذي) المستخدم في الكابلات البصرية لأغراض خاصة (مثل الكابلات البصرية البحرية، وما إلى ذلك). يتم توصيل الدرع بالغلاف الداخلي للكابل البصري.
24. ما هي المواد المستخدمة في غمد الكابلات البصرية؟
الإجابة: عادة ما يكون الغلاف أو الغلاف الخاص بالكابلات الضوئية مصنوعًا من مواد البولي إيثيلين (PE) وكلوريد البولي فينيل (PVC)، وتتمثل وظيفته في حماية قلب الكابل من التأثيرات الخارجية.
25. أذكر الكابلات الضوئية الخاصة المستخدمة في أنظمة الطاقة.
الإجابة: هناك ثلاثة كابلات بصرية خاصة بشكل أساسي:
كابل ضوئي مركب من سلك أرضي (OPGW)، يتم وضع الألياف الضوئية في خط الطاقة للهيكل المصنوع من الألومنيوم المغلف بالفولاذ. يتميز تطبيق كابل بصري OPGW بوظيفتين، سلك أرضي واتصالات، مما يحسن بشكل فعال معدل استخدام أعمدة وأبراج الطاقة.
الكابل البصري الملفوف (GWWOP)، حيث يوجد خط نقل موجود، يتم لف هذا النوع من الكابل البصري أو تعليقه على السلك الأرضي.
يتمتع الكابل البصري الداعم لذاته (ADSS) بقوة شد قوية ويمكن تعليقه مباشرة بين برجين للطاقة، مع مدى أقصى يصل إلى 1000 متر.
26. ما عدد هياكل التطبيق المتوفرة لكابل البصري OPGW؟
الإجابة: بشكل أساسي: 1) طبقة أنبوب بلاستيكي ملتوية + هيكل أنبوب من الألومنيوم؛ 2) أنبوب بلاستيكي مركزي + هيكل أنبوب من الألومنيوم؛ 3) هيكل هيكل من الألومنيوم؛ 4) هيكل أنبوب حلزوني من الألومنيوم؛ 5) هيكل أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ أحادي الطبقة (هيكل أنبوب مركزي من الفولاذ المقاوم للصدأ، هيكل ملتوي لطبقة أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ)؛ 6) هيكل أنبوب مركب من الفولاذ المقاوم للصدأ (هيكل أنبوب مركزي من الفولاذ المقاوم للصدأ، هيكل ملتوي لطبقة أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ).
27. ما هي المكونات الرئيسية للسلك العالق خارج قلب الكابل الضوئي OPGW؟
الإجابة: يتكون من سلك AA (سلك سبائك الألومنيوم) وسلك AS (سلك فولاذي مغطى بالألومنيوم).
28. ما هي الشروط الفنية المطلوبة لاختيار نماذج الكابلات الضوئية OPGW؟
الإجابة: 1) قوة الشد الاسمية (RTS) لكابل OPGW (كيلو نيوتن)؛ 2) عدد أنوية الألياف (SM) لكابل OPGW؛ 3) تيار ماس كهربائي (كيلو أمبير)؛ 4) زمن ماس كهربائي (ثانية)؛ 5) نطاق درجة الحرارة (درجة مئوية).
29. كيف يتم تحديد درجة انحناء الكابل البصري؟
الإجابة: يجب ألا يقل نصف قطر انحناء الكابل البصري عن 20 ضعف القطر الخارجي للكابل البصري، وألا يقل عن 30 ضعف القطر الخارجي للكابل البصري أثناء البناء (حالة غير ثابتة).
30. ما الذي يجب الانتباه إليه في هندسة الكابلات الضوئية ADSS؟
الإجابة: هناك ثلاث تقنيات رئيسية: التصميم الميكانيكي للكابل البصري، وتحديد نقاط التعليق، واختيار وتركيب الأجهزة الداعمة.
31. ما هي الأنواع الرئيسية لتجهيزات الكابلات البصرية؟
الإجابة: تشير تجهيزات الكابلات البصرية إلى الأجهزة المستخدمة في تثبيت الكابلات البصرية، بما في ذلك بشكل أساسي: المشابك التوترية، ومشابك التعليق، وعوازل الاهتزاز، وما إلى ذلك.
32. موصلات الألياف الضوئية لها معياران أساسيان للأداء، ما هما؟
الإجابة: تُعرف موصلات الألياف الضوئية عادةً باسم الوصلات الحية. بالنسبة لمتطلبات الأداء الضوئي للموصلات ذات الألياف المفردة، ينصب التركيز على معاملي الأداء الأساسيين وهما خسارة الإدخال وخسارة الإرجاع.
33. كم عدد أنواع موصلات الألياف الضوئية المستخدمة بشكل شائع؟
الإجابة: وفقًا لطرق التصنيف المختلفة، يمكن تقسيم موصلات الألياف الضوئية إلى أنواع مختلفة. وفقًا لوسائط النقل المختلفة، يمكن تقسيمها إلى موصلات ألياف ضوئية أحادية الوضع وموصلات ألياف ضوئية متعددة الأوضاع؛ وفقًا للهياكل المختلفة، يمكن تقسيمها إلى أنواع مختلفة مثل FC وSC وST وD4 وDIN وBiconic وMU وLC وMT وما إلى ذلك؛ وفقًا لوجه الطرف الدبوس للموصل، يمكن تقسيمها إلى FC وPC (UPC) وAPC. موصلات الألياف الضوئية المستخدمة بشكل شائع: موصل الألياف الضوئية من نوع FC/PC، وموصل الألياف الضوئية من نوع SC، وموصل الألياف الضوئية من نوع LC.
34. في نظام الاتصالات بالألياف الضوئية، توجد العناصر التالية بشكل شائع. يرجى الإشارة إلى أسمائها.
محول AFC، محول FC، محول ST، محول SC، موصل FC/APC، موصل FC/PC، موصل SC، موصل ST، سلك توصيل LC، سلك توصيل MU، سلك توصيل أحادي الوضع أو متعدد الأوضاع.
35. ما هي خسارة الإدخال (أو خسارة الإدخال) لموصل الألياف الضوئية؟
الإجابة: يشير ذلك إلى قيمة الانخفاض في القدرة الفعالة لخط النقل الناتج عن إدخال الموصل. بالنسبة للمستخدمين، كلما كانت القيمة أصغر، كان ذلك أفضل. تنص ITU-T على ألا تتجاوز قيمتها 0.5 ديسيبل.
36. ما هي خسارة العودة (أو التوهين الانعكاسي، خسارة العودة، خسارة العودة) لموصل الألياف الضوئية؟
الإجابة: هو مقياس لمكون طاقة الإدخال المنعكس من الموصل والمرتجع على طول قناة الإدخال. ويجب ألا تقل قيمته النموذجية عن 25 ديسيبل.
37. ما هو الفرق الأبرز بين الضوء المنبعث من الثنائيات الباعثة للضوء والليزر أشباه الموصلات؟
الإجابة: الضوء الناتج عن الصمام الثنائي الباعث للضوء هو ضوء غير متماسك ذو طيف واسع؛ الضوء الناتج عن الليزر هو ضوء متماسك ذو طيف ضيق للغاية.
38. ما هو الفرق الأكثر وضوحا بين خصائص عمل الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) والليزر أشباه الموصلات (LD)؟
الإجابة: لا يوجد حد أدنى للصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، بينما يوجد حد أدنى للصمام الثنائي الباعث للضوء (LD). ولن يتم توليد الليزر إلا عندما يتجاوز التيار المحقون الحد الأدنى للصمام الثنائي الباعث للضوء (LD).
39. ما هما الليزران أشباه الموصلات أحاديا الوضع الطولي المستخدمان بشكل شائع؟
الإجابة: ليزر DFB وليزر DBR، وكلاهما من ليزرات التغذية الراجعة الموزعة، ويتم توفير التغذية الراجعة البصرية الخاصة بهما بواسطة شبكة براج ذات التغذية الراجعة الموزعة في التجويف البصري.
40. ما هما النوعان الرئيسيان لأجهزة الاستقبال الضوئية؟
الإجابة: إنها في الأساس عبارة عن ثنائيات ضوئية (أنابيب PIN) وثنائيات ضوئية انهيارية (APDs).
41. ما هي العوامل المسببة للضوضاء في أنظمة الاتصالات بالألياف الضوئية؟
الإجابة: هناك ضوضاء ناجمة عن نسبة الانقراض غير المؤهلة، وضوضاء ناجمة عن تغييرات عشوائية في شدة الضوء، وضوضاء ناجمة عن اهتزاز الوقت، وضوضاء النقطة والضوضاء الحرارية للمستقبل، وضوضاء الوضع للألياف الضوئية، وضوضاء ناجمة عن اتساع النبضة الناجم عن التشتت، وضوضاء توزيع الوضع لـ LD، وضوضاء ناجمة عن زقزقة التردد لـ LD، وضوضاء ناجمة عن الانعكاس.
42. ما هي الألياف الضوئية الرئيسية المستخدمة حاليًا في بناء شبكات النقل؟ وما هي مميزاتها الرئيسية؟
الإجابة: هناك ثلاثة أنواع رئيسية، وهي الألياف البصرية أحادية الوضع التقليدية G.652، والألياف البصرية أحادية الوضع المحولة بالتشتت G.653، والألياف البصرية غير المحولة بالتشتت الصفري G.655.
تتميز الألياف أحادية الوضع G.652 بتشتت كبير في النطاق C 1530-1565nm والنطاق L 1565-1625nm، وعادة ما يكون 17-22psnm•km. وعندما يصل معدل النظام إلى 2.5Gbit/s أو أعلى، يلزم تعويض التشتت. وعند 10Gbit/s، تكون تكلفة تعويض التشتت للنظام مرتفعة نسبيًا. وهي الألياف الأكثر استخدامًا في شبكة النقل الحالية.
إن تشتت الألياف G.653 المحولة بالتشتت في النطاق C والنطاق L هو عمومًا -1-3.5psnm•km، وهو تشتت صفري عند 1550nm. يمكن أن يصل معدل النظام إلى 20Gbit/s و40Gbit/s، مما يجعله أفضل ألياف لنقل الموجات الطويلة جدًا بطول موجي واحد. ومع ذلك، نظرًا لخصائص التشتت الصفري، ستحدث تأثيرات غير خطية عند استخدام DWDM لتوسيع السعة، مما يؤدي إلى تداخل الإشارات وخلط الموجات الأربع FWM، لذلك فهو غير مناسب لـ DWDM.
ألياف G.655 غير الصفرية المحولة بالتشتت: تشتت ألياف G.655 غير الصفرية المحولة بالتشتت في النطاق C هو 1 إلى 6 psnm•km، والتشتت في النطاق L هو عمومًا 6 إلى 10 psnm•km. التشتت صغير، مما يتجنب منطقة التشتت الصفرية، ويمنع خلط الموجات الأربع FWM، ويمكن استخدامه لتوسيع سعة DWDM وفتح أنظمة عالية السرعة. يمكن لألياف G.655 الجديدة توسيع المنطقة الفعالة إلى 1.5 إلى 2 مرة من الألياف الضوئية العادية. يمكن للمنطقة الفعالة الكبيرة تقليل كثافة الطاقة وتقليل التأثير غير الخطي للألياف الضوئية.
43. ما هي اللاخطية في الألياف البصرية؟
الإجابة: هذا يعني أنه عندما تتجاوز القدرة الضوئية للألياف قيمة معينة، فإن معامل الانكسار للألياف الضوئية سيكون مرتبطًا بشكل غير خطي بالقدرة الضوئية، وسيتم إنشاء تشتت رامان وتشتت بريلوين، مما يتسبب في تغيير تردد الضوء الساقط.
44. ما هو تأثير عدم خطية الألياف الضوئية على النقل؟
الإجابة: سيتسبب التأثير غير الخطي في حدوث بعض الخسائر والتداخلات الإضافية، مما يؤدي إلى تدهور أداء النظام. إن الطاقة الضوئية لنظام WDM كبيرة ويتم نقلها على مسافة طويلة على طول الألياف الضوئية، لذلك يحدث تشوه غير خطي. هناك نوعان من التشوه غير الخطي: التشتت المحفز والانكسار غير الخطي. من بينها، يشمل التشتت المحفز تشتت رامان وتشتت بريلوين. يقلل النوعان المذكوران أعلاه من التشتت من طاقة الضوء الساقط، مما يتسبب في حدوث خسارة. يمكن تجاهله عندما تكون طاقة الألياف المدخلة صغيرة.
45. ما هي PON (الشبكة البصرية السلبية)؟
الإجابة: PON هي شبكة بصرية حلقية من الألياف الضوئية في شبكة وصول المستخدم المحلي، تعتمد على أجهزة بصرية سلبية مثل المقرنات والمقسمات.
أسباب مختلفة لضعف الألياف الضوئية
1. العوامل الرئيسية المسببة لتآكل الألياف هي: العوامل الداخلية، والانحناء، والضغط، والشوائب، وعدم التساوي، والالتحام.
جوهري: هو الخسارة المتأصلة في الألياف الضوئية، بما في ذلك: تشتت رايلي، الامتصاص المتأصل، وما إلى ذلك.
الانحناء: عندما تنحني الألياف الضوئية، سيتم فقدان جزء من الضوء الموجود في الألياف الضوئية بسبب التشتت، مما يسبب الخسارة.
البثق: الخسارة الناجمة عن الانحناء الطفيف عند ضغط الألياف الضوئية.
الشوائب: تعمل الشوائب الموجودة في الألياف الضوئية على امتصاص وتشتيت الضوء المنتشر في الألياف الضوئية، مما يتسبب في حدوث خسائر.
عدم التساوي: الخسارة الناجمة عن معامل الانكسار غير المتساوي لمادة الألياف البصرية.
الالتحام: الخسارة الناتجة عن التحام الألياف الضوئية، مثل: محاور مختلفة (متطلبات محورية الألياف الضوئية أحادية الوضع أقل من 0.8 ميكرومتر)، والوجه النهائي غير عمودي على المحور، والوجه النهائي غير مستوٍ، وقطر قلب الالتحام غير متطابق، وجودة الاندماج رديئة.
عندما يدخل الضوء من أحد طرفي الألياف الضوئية ويخرج من الطرف الآخر، فإن شدة الضوء تضعف. وهذا يعني أنه بعد انتشار الإشارة الضوئية عبر الألياف الضوئية، يتم إضعاف جزء من طاقة الضوء. وهذا يدل على وجود مواد معينة في الألياف الضوئية أو لسبب ما، تمنع مرور الإشارة الضوئية. هذا هو فقدان انتقال الألياف الضوئية. فقط من خلال تقليل فقدان الألياف الضوئية يمكن للإشارة الضوئية أن تمر بسلاسة.
2. تصنيف فقدان الألياف الضوئية
يمكن تقسيم خسارة الألياف الضوئية تقريبًا إلى الخسارة المتأصلة للألياف الضوئية والخسارة الإضافية الناجمة عن ظروف الاستخدام بعد تصنيع الألياف الضوئية. التقسيمات الفرعية المحددة هي كما يلي:
يمكن تقسيم خسارة الألياف الضوئية إلى خسارة متأصلة وخسارة إضافية.
تتضمن الخسارة المتأصلة خسارة التشتت وخسارة الامتصاص والخسارة الناجمة عن بنية الألياف الضوئية غير الكاملة.
تتضمن الخسارة الإضافية خسارة الانحناء الدقيق وخسارة الانحناء وخسارة الوصل.
من بينها، الخسارة الإضافية التي تحدث بشكل مصطنع أثناء وضع الألياف الضوئية. في التطبيقات العملية، من المحتم توصيل الألياف الضوئية واحدة تلو الأخرى، وسوف يتسبب توصيل الألياف الضوئية في الخسارة. كما أن الانحناء الدقيق والضغط والتمدد للألياف الضوئية سوف يتسبب أيضًا في الخسارة. هذه كلها خسائر ناجمة عن ظروف استخدام الألياف الضوئية. والسبب الرئيسي هو أنه في ظل هذه الظروف، تغير وضع الإرسال في قلب الألياف الضوئية. يمكن تجنب الخسارة الإضافية قدر الإمكان. فيما يلي، نناقش فقط الخسارة المتأصلة للألياف الضوئية.
من بين الخسائر المتأصلة، يتم تحديد خسارة التشتت وخسارة الامتصاص من خلال خصائص مادة الألياف الضوئية نفسها، كما تختلف الخسارة المتأصلة الناتجة عن أطوال موجية مختلفة للعمل. من المهم للغاية فهم آلية توليد الخسارة وتحليل حجم الخسارة الناجمة عن عوامل مختلفة بشكل كمي لتطوير الألياف الضوئية منخفضة الخسارة والاستخدام العقلاني للألياف الضوئية.
3. فقدان امتصاص المواد
المواد المستخدمة في صناعة الألياف الضوئية قادرة على امتصاص طاقة الضوء، وبعد أن تمتص الجسيمات الموجودة في مادة الألياف الضوئية طاقة الضوء، تهتز وتولد حرارة، فتضيع الطاقة، وبالتالي يحدث فقد امتصاص. ونحن نعلم أن المادة تتكون من ذرات وجزيئات، وتتكون الذرات من نوى ذرية وإلكترونات خارج النواة، وتدور الإلكترونات حول النواة الذرية في مدار معين. وهذا يشبه تمامًا الأرض التي نعيش عليها والكواكب مثل الزهرة والمريخ التي تدور حول الشمس. ولكل إلكترون طاقة معينة ويدور في مدار معين، أو بعبارة أخرى، لكل مدار مستوى طاقة معين.
مستوى الطاقة المداري القريب من النواة يكون أقل، ومستوى الطاقة المداري الأبعد عن النواة يكون أعلى. ويسمى حجم هذا الاختلاف في مستويات الطاقة بين المدارات بفرق مستويات الطاقة. وعندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة منخفض إلى مستوى طاقة مرتفع، فإنه يمتص طاقة فرق مستويات الطاقة المقابلة.
في الألياف الضوئية، عندما يتعرض إلكترون عند مستوى طاقة معين لضوء بطول موجي يتوافق مع الفرق بين مستويات الطاقة، فإن الإلكترون الموجود في مدار مستوى الطاقة المنخفض سينتقل إلى مدار بمستوى طاقة أعلى. يمتص هذا الإلكترون طاقة الضوء، مما يؤدي إلى فقدان امتصاص الضوء.
يمتص ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، المادة الأساسية المستخدمة في صناعة الألياف البصرية، الضوء بنفسه. ويطلق على أحد هذين الامتصاصين امتصاص الأشعة فوق البنفسجية، ويطلق على الآخر امتصاص الأشعة تحت الحمراء. وفي الوقت الحاضر، تعمل اتصالات الألياف البصرية عمومًا في نطاق الطول الموجي من 0.8 إلى 1.6 ميكرومتر فقط، لذا فإننا نناقش فقط الخسارة في نطاق العمل هذا.
تبلغ ذروة الامتصاص الناتجة عن انتقالات الإلكترون في زجاج الكوارتز حوالي 0.1 إلى 0.2 ميكرومتر من الطول الموجي في منطقة الأشعة فوق البنفسجية. ومع زيادة الطول الموجي، ينخفض تأثير الامتصاص تدريجيًا، ولكن المنطقة المتأثرة واسعة جدًا، حتى أطوال موجية أعلى من 1 ميكرومتر. ومع ذلك، فإن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية له تأثير ضئيل على الألياف الضوئية الكوارتزية العاملة في منطقة الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال، في منطقة الضوء المرئي بطول موجي 0.6 ميكرومتر، يمكن أن يصل امتصاص الأشعة فوق البنفسجية إلى 1 ديسيبل/كم، وعند طول موجي 0.8 ميكرومتر، ينخفض إلى 0.2 إلى 0.3 ديسيبل/كم، وعند طول موجي 1.2 ميكرومتر، يكون حوالي 0.1 ديسيبل/كم فقط.
يحدث فقدان امتصاص الأشعة تحت الحمراء للألياف الضوئية الكوارتزية بسبب الاهتزاز الجزيئي لمادة الأشعة تحت الحمراء. توجد عدة ذروات لامتصاص الاهتزاز في النطاق فوق 2 ميكرومتر.
بسبب تأثير عناصر المنشطات المختلفة في الألياف الضوئية، فمن المستحيل أن يكون للألياف الضوئية الكوارتز نافذة خسارة منخفضة في النطاق فوق 2 ميكرومتر، والحد النظري للخسارة عند طول موجي 1.85 ميكرومتر هو ldB/km.
من خلال البحث، وجد أيضًا أن هناك بعض "الجزيئات المدمرة" في زجاج الكوارتز التي تسبب المتاعب، وخاصة بعض شوائب المعادن الانتقالية الضارة، مثل النحاس والحديد والكروم والمنجنيز، وما إلى ذلك. تمتص هذه "الجزيئات الضارة" طاقة الضوء بشراهة تحت إشعاع الضوء، وتقفز حولها، وتسبب فقدان طاقة الضوء. يمكن إزالة "الجزيئات الضارة" وتنقية المواد المستخدمة في صنع الألياف البصرية كيميائيًا لتقليل الخسارة بشكل كبير.
مصدر امتصاص آخر في الألياف الضوئية الكوارتز هو الهيدروكسيل (OHˉ). وفقًا لأبحاث تلك الفترة، وجد الناس أن الهيدروكسيل له ثلاث قمم امتصاص في نطاق عمل الألياف الضوئية، وهي 0.95 ميكرومتر و1.24 ميكرومتر و1.38 ميكرومتر، ومن بينها خسارة الامتصاص عند الطول الموجي 1.38 ميكرومتر هي الأكثر خطورة ولها التأثير الأكبر على الألياف الضوئية. عند طول موجي 1.38 ميكرومتر، تصل خسارة ذروة الامتصاص الناتجة عن محتوى الهيدروكسيد البالغ 0.0001 فقط إلى 33 ديسيبل/كم.
من أين تأتي هذه الهيدروكسيدات؟ هناك العديد من مصادر الهيدروكسيدات. أولاً، يوجد الماء ومركبات الهيدروكسيد في المواد المستخدمة في صنع الألياف البصرية. لا يمكن إزالة مركبات الهيدروكسيد هذه بسهولة أثناء تنقية المواد الخام، وأخيرًا تبقى في الألياف البصرية في شكل هيدروكسيدات؛ ثانيًا، توجد كمية صغيرة من الماء في الهيدروكسيدات المستخدمة في صنع الألياف البصرية؛ ثالثًا، يتم توليد الماء بسبب التفاعلات الكيميائية أثناء عملية تصنيع الألياف البصرية؛ رابعًا، يتم جلب بخار الماء عن طريق دخول الهواء الخارجي. ومع ذلك، تطورت عملية التصنيع الحالية إلى مستوى مرتفع إلى حد ما، وانخفض محتوى الهيدروكسيد إلى مستوى منخفض بدرجة كافية بحيث يمكن تجاهل تأثيره على الألياف البصرية.
4. خسارة التشتت
في الليل المظلم، إذا سلطت مصباحًا يدويًا على السماء، يمكنك رؤية شعاع من الضوء. كما رأى الناس أيضًا أشعة كثيفة من الضوء من كشافات الضوء في السماء الليلية.
لماذا نرى هذه الأشعة الضوئية؟ لأن هناك العديد من الجسيمات الصغيرة مثل الدخان والغبار تطفو في الغلاف الجوي. عندما يضيء الضوء على هذه الجسيمات فإنه يتشتت وينطلق في جميع الاتجاهات. اكتشف رايلي هذه الظاهرة لأول مرة، لذلك أطلق الناس على هذا التشتت اسم "تشتت رايلي".
كيف يحدث التشتت؟ اتضح أن الجسيمات الصغيرة مثل الجزيئات والذرات والإلكترونات التي تشكل المادة تهتز بترددات متأصلة معينة ويمكنها إطلاق ضوء بطول موجي يتوافق مع تردد الاهتزاز. يتم تحديد تردد اهتزاز الجسيم بحجم الجسيم. كلما كان الجسيم أكبر، انخفض تردد الاهتزاز وطول موجة الضوء المنبعث؛ كلما كان الجسيم أصغر، زاد تردد الاهتزاز وقصر طول موجة الضوء المنبعث. يسمى تردد الاهتزاز هذا تردد الاهتزاز المتأصل للجسيم. ومع ذلك، لا يتم توليد هذا الاهتزاز من تلقاء نفسه، بل يتطلب قدرًا معينًا من الطاقة. بمجرد تشعيع الجسيم بضوء بطول موجي معين، وكان تردد الضوء المشع هو نفس تردد الاهتزاز المتأصل للجسيم، فسيؤدي ذلك إلى حدوث الرنين. تبدأ الإلكترونات الموجودة في الجسيم بالاهتزاز عند تردد الاهتزاز هذا، مما يؤدي إلى تشتيت الجسيم للضوء في جميع الاتجاهات، ويتم امتصاص طاقة الضوء الساقط وتحويلها إلى طاقة الجسيم، ويعيد الجسيم إصدار الطاقة في شكل طاقة ضوئية. لذلك، بالنسبة للأشخاص الذين يراقبون من الخارج، يبدو أن الضوء يصطدم بالجسيم ثم يطير في جميع الاتجاهات.
يحدث تشتت رايلي أيضًا في الألياف الضوئية، ويسمى فقدان الضوء الناتج عن ذلك بفقدان تشتت رايلي. وبالنظر إلى المستوى الحالي لتكنولوجيا تصنيع الألياف الضوئية، يمكن القول إن فقدان تشتت رايلي أمر لا مفر منه. ومع ذلك، نظرًا لأن حجم فقدان تشتت رايلي يتناسب عكسيًا مع القوة الرابعة لطول موجة الضوء، يمكن تقليل تأثير فقدان تشتت رايلي بشكل كبير عندما تعمل الألياف الضوئية في منطقة الطول الموجي الطويل.
5. العيب الخلقي لا أحد يستطيع مساعدته
إن بنية الألياف الضوئية غير كاملة، مثل الفقاعات أو الشوائب أو السماكة غير المتساوية في الألياف الضوئية، وخاصة واجهة الغلاف الأساسية غير المتساوية. عندما يصل الضوء إلى هذه الأماكن، فإن جزءًا من الضوء سوف يتشتت في جميع الاتجاهات، مما يتسبب في الخسارة. يمكن التغلب على هذه الخسارة من خلال تحسين عملية تصنيع الألياف الضوئية. يتسبب التشتت في انبعاث الضوء في جميع الاتجاهات، وينعكس جزء من الضوء المشتت مرة أخرى في الاتجاه المعاكس لانتشار الألياف الضوئية. يمكن استقبال هذا الجزء من الضوء المشتت عند الطرف الوارد للألياف الضوئية. يتسبب تشتت الضوء في فقدان جزء من طاقة الضوء، وهو أمر غير مرغوب فيه. ومع ذلك، يمكننا أيضًا استخدام هذه الظاهرة، لأنه إذا قمنا بتحليل قوة الجزء المستقبل من الضوء عند الطرف الناقل، فيمكننا التحقق من نقاط الكسر والعيوب وفقدان هذه الألياف الضوئية. بهذه الطريقة، من خلال الإبداع البشري، يمكن تحويل الأشياء السيئة إلى أشياء جيدة.
في السنوات الأخيرة، تم استخدام اتصالات الألياف الضوئية على نطاق واسع في العديد من المجالات. إن القضية المهمة في تحقيق اتصالات الألياف الضوئية هي تقليل فقدان الألياف الضوئية قدر الإمكان. يشير ما يسمى بالخسارة إلى التوهين في الألياف الضوئية لكل وحدة طول، والوحدة هي ديسيبل / كم. يؤثر مستوى فقدان الألياف الضوئية بشكل مباشر على مسافة الإرسال أو المسافة بين محطات التتابع. لذلك، فإن فهم وتقليل فقدان الألياف الضوئية له أهمية عملية كبيرة لاتصالات الألياف الضوئية.
1. فقدان امتصاص الألياف الضوئية
يحدث ذلك نتيجة امتصاص الطاقة الضوئية بواسطة مواد الألياف الضوئية والشوائب، حيث تستهلك الطاقة الضوئية على شكل طاقة حرارية في الألياف الضوئية، وهو ما يشكل خسارة مهمة في فقدان الألياف الضوئية، وتتضمن خسارة الامتصاص ما يلي:
① فقدان الامتصاص الجوهري للمادة: هذا هو الفقد الناتج عن الامتصاص الجوهري للمادة. يحتوي على نطاقين، أحدهما في منطقة 8-12 ميكرومتر من الأشعة تحت الحمراء القريبة. الامتصاص الجوهري لهذا النطاق يرجع إلى الاهتزاز. يقع نطاق الامتصاص الجوهري الآخر للمادة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. عندما يكون الامتصاص قويًا جدًا، سيتم سحب ذيله إلى نطاق 0.7-1.1 ميكرومتر.
②فقدان الامتصاص الناجم عن الشوائب وأيونات الشوائب تحتوي مواد الألياف الضوئية على معادن انتقالية مثل الحديد والنحاس والكروم وما إلى ذلك. ولها قمم امتصاص ونطاقات امتصاص خاصة بها وتختلف باختلاف حالات التكافؤ الخاصة بها. يعتمد فقدان الألياف الضوئية الناجم عن امتصاص أيونات المعادن الانتقالية على تركيزها. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود OH- ينتج أيضًا فقدان امتصاص. تبلغ ذروة الامتصاص الأساسية لـ OH- حوالي 2.7 ميكرومتر، ويتراوح نطاق الامتصاص بين 0.5-1.0 ميكرومتر. بالنسبة للألياف الضوئية الكوارتز النقية، يمكن تجاهل الخسارة الناجمة عن الشوائب.
③ فقدان امتصاص العيوب الذرية عندما يتم تسخين مادة الألياف الضوئية أو إشعاعها بقوة، فسيتم تحفيزها لإنتاج عيوب ذرية، مما يؤدي إلى امتصاص الضوء والخسارة، ولكن بشكل عام يكون هذا التأثير صغيرًا جدًا.
2. فقدان التشتت للألياف الضوئية
يؤدي التشتت داخل الألياف الضوئية إلى تقليل قوة الإرسال وتوليد الخسارة. وأهم التشتت هو تشتت رايلي، والذي يحدث بسبب تغيرات الكثافة والتكوين داخل مادة الألياف الضوئية.
أثناء عملية تسخين مادة الألياف الضوئية، بسبب التحريك الحراري، تكون قابلية ضغط الذرات غير متساوية، وكثافة المادة غير متساوية، ومن ثم يكون معامل الانكسار غير متساوٍ. يتم إصلاح هذا التفاوت أثناء عملية التبريد، ويكون حجمه أصغر من الطول الموجي للموجة الضوئية. عندما يواجه الضوء هذه المواد غير المتساوية التي تكون أصغر من الطول الموجي للموجة الضوئية ولديها تقلبات عشوائية أثناء النقل، يتغير اتجاه النقل، ويحدث التشتت، ويحدث الفقد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتسبب التركيز غير المتساوي للأكاسيد الموجودة في الألياف الضوئية والتشويب غير المتساوي أيضًا في التشتت والفقد.
3. خسارة تشتت الموجة الموجهة
هذا هو التشتت الناتج عن التشويه العشوائي أو خشونة الواجهة. في الواقع، إنه تحويل الوضع أو اقتران الوضع الناتج عن تشوه السطح أو خشونة السطح. سيولد أحد الأوضاع أوضاع إرسال وأنماط إشعاع أخرى بسبب تقلب الواجهة. نظرًا لأن التوهين للأوضاع المختلفة المنقولة في الألياف الضوئية مختلف، في عملية تحويل الوضع لمسافات طويلة، يصبح الوضع ذو التوهين المنخفض هو الوضع ذو التوهين الكبير. بعد التحويل المستمر والتحويل العكسي، على الرغم من أن فقدان كل وضع سيكون متوازنًا، فإن الوضع ككل سينتج خسارة إضافية، أي يتم توليد خسارة إضافية بسبب تحويل الوضع. هذه الخسارة الإضافية هي خسارة تشتت الموجة. لتقليل هذه الخسارة، من الضروري تحسين عملية تصنيع الألياف الضوئية. بالنسبة للألياف الضوئية التي يتم سحبها جيدًا أو عالية الجودة، يمكن تجاهل هذه الخسارة بشكل أساسي.
4. فقدان الإشعاع الناجم عن انحناء الألياف الضوئية
الألياف الضوئية ناعمة ويمكن ثنيها. ومع ذلك، بعد الانحناء إلى حد معين، على الرغم من أن الألياف الضوئية يمكنها توجيه الضوء، إلا أنها ستغير مسار انتقال الضوء. يؤدي التحويل من وضع النقل إلى وضع الإشعاع إلى اختراق جزء من طاقة الضوء إلى الكسوة أو المرور عبر الكسوة ليصبح وضع إشعاع ويتسرب، وبالتالي يولد خسارة. عندما يكون نصف قطر الانحناء أكبر من 5 إلى 10 سم، يمكن تجاهل الخسارة الناجمة عن الانحناء.
المصدر: شركة دونغقوان HX لتكنولوجيا الألياف المحدودة
1.كيف يتم دمج الألياف البصرية؟
الإجابة: تتكون الألياف الضوئية من جزأين أساسيين: قلب مصنوع من مواد بصرية شفافة وطبقة غلاف وطلاء.
2. ما هي المعلمات الأساسية التي تصف خصائص نقل خطوط الألياف الضوئية؟
الإجابة: تشمل الخسارة، والتشتت، وعرض النطاق الترددي، وطول الموجة المقطوعة، وقطر مجال الوضع، وما إلى ذلك.
3. ما هي أسباب ضعف الألياف؟
الإجابة: يشير مصطلح التوهين في الألياف إلى انخفاض القدرة الضوئية بين مقطعين عرضيين للألياف، وهو ما يرتبط بطول الموجة. والأسباب الرئيسية للتوهين هي التشتت والامتصاص والفقد الضوئي الناجم عن الموصلات والمفاصل.
4. كيف يتم تعريف معامل التوهين للألياف الضوئية؟
الإجابة: يتم تعريفها من خلال التوهين لكل وحدة طول من الألياف الضوئية المنتظمة في حالة مستقرة (ديسيبل / كم).
5. ما هو فقدان الإدراج؟
الإجابة: يشير إلى التوهين الناتج عن إدخال المكونات البصرية (مثل إدخال الموصلات أو المقرنات) في خط النقل البصري.
6. ما علاقة عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية؟
الإجابة: يشير عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية إلى تردد التعديل عندما يتم تقليل سعة الطاقة الضوئية بنسبة 50٪ أو 3 ديسيبل مقارنة بسعة التردد الصفري في دالة نقل الألياف الضوئية. يتناسب عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية عكسياً تقريبًا مع طولها، وحاصل ضرب عرض النطاق الترددي في الطول ثابت.
7. ما هي أنواع تشتت الألياف الضوئية؟ ما هي علاقتها؟
الإجابة: يشير تشتت الألياف الضوئية إلى توسيع التأخير الجماعي في الألياف الضوئية، بما في ذلك تشتت الوضع وتشتت المادة والتشتت الهيكلي. ويعتمد ذلك على خصائص كل من مصدر الضوء والألياف الضوئية.
8. كيف يمكن وصف خصائص تشتت الإشارات المنتشرة في الألياف الضوئية؟
الإجابة: يمكن وصفها بثلاث كميات فيزيائية: اتساع النبضة، وعرض النطاق الترددي للألياف الضوئية، ومعامل تشتت الألياف الضوئية.
9. ما هو طول الموجة المقطوعة؟
الإجابة: يشير إلى أقصر طول موجي يمكنه فقط نقل النمط الأساسي في الألياف الضوئية. بالنسبة للألياف الضوئية أحادية النمط، يجب أن يكون طول الموجة القطعية أقصر من طول موجة الضوء المنقول.
10. ما هو تأثير انتشار الألياف الضوئية على أداء نظام الاتصالات بالألياف الضوئية؟
الإجابة: سيؤدي تشتت الألياف الضوئية إلى اتساع النبضة الضوئية أثناء النقل في الألياف الضوئية، مما يؤثر على معدل خطأ البت ومسافة النقل ومعدل النظام.
11. ما هي طريقة التشتت الخلفي؟
الإجابة: طريقة التشتت الخلفي هي طريقة لقياس التوهين على طول الألياف الضوئية. تنتشر معظم الطاقة الضوئية في الألياف الضوئية للأمام، ولكن جزءًا صغيرًا منها يتشتت للخلف باتجاه باعث الضوء. باستخدام مطياف عند باعث الضوء لمراقبة منحنى زمن التشتت الخلفي، لا يمكن قياس طول وتوهين الألياف الضوئية المنتظمة المتصلة من أحد الطرفين فحسب، بل يمكن أيضًا قياس المخالفات المحلية ونقاط الانقطاع وفقدان الطاقة الضوئية الناجم عن الوصلات والموصلات.
12. ما هو مبدأ اختبار جهاز انعكاس المجال الزمني البصري (OTDR)؟ ما هي وظائفه؟
الإجابة: يعتمد جهاز OTDR على مبدأ التشتت الخلفي للضوء وانعكاس فرينل. ويستخدم الضوء المشتت الخلفي الناتج عن انتشار الضوء في الألياف الضوئية للحصول على معلومات التوهين. ويمكن استخدامه لقياس التوهين في الألياف الضوئية، وفقدان الوصلة، وموقع نقطة خطأ الألياف الضوئية، وفهم توزيع الخسارة على طول الألياف الضوئية. وهو أداة لا غنى عنها في بناء الكابلات الضوئية وصيانتها ومراقبتها. وتشمل مؤشراته الرئيسية: النطاق الديناميكي، والحساسية، والدقة، ووقت القياس، والمنطقة العمياء.
13. ما هي المنطقة العمياء في OTDR؟ ما تأثيرها على الاختبار؟ كيف نتعامل مع المنطقة العمياء في الاختبار الفعلي؟
الإجابة: عادةً، تُسمى سلسلة من "النقاط العمياء" الناتجة عن تشبع الطرف المستقبل لجهاز OTDR بسبب الانعكاسات الناتجة عن نقاط مميزة مثل الموصلات النشطة والمفاصل الميكانيكية بالمناطق العمياء.
تنقسم المناطق العمياء في الألياف الضوئية إلى مناطق عمياء حدث ومناطق عمياء توهين: تسمى المسافة الطولية من نقطة بداية ذروة الانعكاس إلى ذروة تشبع المستقبل الناتجة عن تدخل الموصلات النشطة مناطق عمياء حدث؛ تسمى المسافة من نقطة بداية ذروة الانعكاس إلى نقاط حدث أخرى يمكن التعرف عليها ناتجة عن تدخل الموصلات النشطة في الألياف الضوئية مناطق عمياء توهين.
بالنسبة لـ OTDR، كلما كانت المنطقة العمياء أصغر، كان ذلك أفضل. ستزداد المنطقة العمياء مع زيادة عرض اتساع النبضة. على الرغم من أن زيادة عرض النبضة تزيد من طول القياس، إلا أنها تزيد أيضًا من المنطقة العمياء للقياس. لذلك، عند اختبار الألياف الضوئية، يجب استخدام النبضات الضيقة لقياس الألياف الضوئية ونقاط الحدث المجاورة لملحقات OTDR، بينما يجب استخدام النبضات العريضة لقياس الطرف البعيد للألياف الضوئية.
14. هل يمكن لجهاز OTDR قياس أنواع مختلفة من الألياف البصرية؟
ج: إذا كنت تستخدم وحدة OTDR أحادية الوضع لقياس ألياف متعددة الأوضاع، أو تستخدم وحدة OTDR متعددة الأوضاع لقياس ألياف أحادية الوضع بقطر قلب يبلغ 62.5 مم، فلن تتأثر نتيجة قياس طول الألياف، ولكن ستكون نتائج فقدان الألياف وفقدان الموصل البصري وفقدان العودة غير صحيحة. لذلك، عند قياس الألياف الضوئية، يجب عليك اختيار OTDR يطابق الألياف المقاسة للقياس، حتى تتمكن من الحصول على النتائج الصحيحة لجميع مؤشرات الأداء.
15. ماذا يعني "1310nm" أو "1550nm" في أجهزة الاختبار البصرية الشائعة؟
ج: يشير إلى الطول الموجي للإشارة الضوئية. يقع نطاق الطول الموجي المستخدم في اتصالات الألياف الضوئية في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة، مع طول موجي يتراوح بين 800 نانومتر و1700 نانومتر. غالبًا ما يتم تقسيمه إلى نطاقات ذات طول موجي قصير ونطاقات ذات طول موجي طويل، يشير الأول إلى طول موجي 850 نانومتر، ويشير الأخير إلى 1310 نانومتر و1550 نانومتر.
16. في الألياف الضوئية التجارية الحالية، ما هو الطول الموجي للضوء الذي له أقل معدل تشتت؟ ما هو الطول الموجي للضوء الذي له أقل معدل فقدان؟
الإجابة: الضوء ذو الطول الموجي 1310 نانومتر له أقل تشتت، والضوء ذو الطول الموجي 1550 نانومتر له أقل خسارة.
17. كيف يتم تصنيف الألياف البصرية حسب التغير في معامل الانكسار لقلب الألياف البصرية؟
الإجابة: يمكن تقسيمها إلى ألياف بصرية ذات مؤشر متدرج وألياف بصرية ذات مؤشر متدرج. تتمتع الألياف البصرية ذات المؤشر المتدرج بنطاق ترددي ضيق وهي مناسبة للاتصالات القصيرة المدى ذات السعة الصغيرة؛ تتمتع الألياف البصرية ذات المؤشر المتدرج بنطاق ترددي واسع وهي مناسبة للاتصالات ذات السعة المتوسطة والكبيرة.
18. كيف يتم تصنيف الألياف الضوئية وفقًا لأنماط الموجات الضوئية المختلفة التي تنتقل في الألياف الضوئية؟
الإجابة: يمكن تقسيمها إلى ألياف بصرية أحادية الوضع وألياف بصرية متعددة الأوضاع. يبلغ قطر قلب الألياف البصرية أحادية الوضع ما بين 1 و10 ميكرومتر تقريبًا. عند طول موجة عمل معين، يتم نقل وضع أساسي واحد فقط، وهو مناسب لأنظمة الاتصالات ذات السعة الكبيرة والمسافات الطويلة. يمكن للألياف البصرية متعددة الأوضاع نقل أوضاع متعددة من موجات الضوء، بقطر قلب يتراوح ما بين 50 و60 ميكرومتر تقريبًا، وأداء نقلها أسوأ من أداء الألياف البصرية أحادية الوضع.
عند نقل الحماية التفاضلية الحالية للحماية المتعددة، غالبًا ما يتم استخدام الألياف الضوئية متعددة الأوضاع بين جهاز التحويل الضوئي الإلكتروني المثبت في غرفة الاتصالات في المحطة الفرعية وجهاز الحماية المثبت في غرفة التحكم الرئيسية.
19. ما أهمية الفتحة العددية (NA) للألياف الضوئية ذات مؤشر الخطوة؟
الإجابة: تشير الفتحة الرقمية (NA) إلى قدرة الألياف الضوئية على جمع الضوء. وكلما كانت الفتحة الرقمية أكبر، زادت قدرة الألياف الضوئية على جمع الضوء.
20. ما هو ازدواجية الانكسار للألياف الضوئية أحادية الوضع؟
الإجابة: يوجد نمطان للاستقطاب المتعامد في الألياف الضوئية أحادية النمط. عندما لا تكون الألياف الضوئية متماثلة أسطوانيًا تمامًا، فإن نمطي الاستقطاب المتعامدين لا يتدهوران. القيمة المطلقة للفرق في معامل الانكسار لنمطي الاستقطاب المتعامدين هي الازدواج الانكساري.
21. ما هي هياكل الكابلات الضوئية الأكثر شيوعًا؟
الجواب: هناك نوعان: النوع الملتوي الطبقي والنوع الهيكلي.
22. ما هي المكونات الرئيسية للكابلات الضوئية؟
الإجابة: يتكون بشكل أساسي من: قلب الألياف، شحم الألياف الضوئية، مادة الغلاف، مادة PBT (بولي بوتيلين تيريفثالات) ومواد أخرى.
23. ما الذي يشير إليه درع الكابلات الضوئية؟
الإجابة: يشير إلى عنصر الحماية (عادةً سلك فولاذي أو حزام فولاذي) المستخدم في الكابلات البصرية لأغراض خاصة (مثل الكابلات البصرية البحرية، وما إلى ذلك). يتم توصيل الدرع بالغلاف الداخلي للكابل البصري.
24. ما هي المواد المستخدمة في غمد الكابلات البصرية؟
الإجابة: عادة ما يكون الغلاف أو الغلاف الخاص بالكابلات الضوئية مصنوعًا من مواد البولي إيثيلين (PE) وكلوريد البولي فينيل (PVC)، وتتمثل وظيفته في حماية قلب الكابل من التأثيرات الخارجية.
25. أذكر الكابلات الضوئية الخاصة المستخدمة في أنظمة الطاقة.
الإجابة: هناك ثلاثة كابلات بصرية خاصة بشكل أساسي:
كابل ضوئي مركب من سلك أرضي (OPGW)، يتم وضع الألياف الضوئية في خط الطاقة للهيكل المصنوع من الألومنيوم المغلف بالفولاذ. يتميز تطبيق كابل بصري OPGW بوظيفتين، سلك أرضي واتصالات، مما يحسن بشكل فعال معدل استخدام أعمدة وأبراج الطاقة.
الكابل البصري الملفوف (GWWOP)، حيث يوجد خط نقل موجود، يتم لف هذا النوع من الكابل البصري أو تعليقه على السلك الأرضي.
يتمتع الكابل البصري الداعم لذاته (ADSS) بقوة شد قوية ويمكن تعليقه مباشرة بين برجين للطاقة، مع مدى أقصى يصل إلى 1000 متر.
26. ما عدد هياكل التطبيق المتوفرة لكابل البصري OPGW؟
الإجابة: بشكل أساسي: 1) طبقة أنبوب بلاستيكي ملتوية + هيكل أنبوب من الألومنيوم؛ 2) أنبوب بلاستيكي مركزي + هيكل أنبوب من الألومنيوم؛ 3) هيكل هيكل من الألومنيوم؛ 4) هيكل أنبوب حلزوني من الألومنيوم؛ 5) هيكل أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ أحادي الطبقة (هيكل أنبوب مركزي من الفولاذ المقاوم للصدأ، هيكل ملتوي لطبقة أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ)؛ 6) هيكل أنبوب مركب من الفولاذ المقاوم للصدأ (هيكل أنبوب مركزي من الفولاذ المقاوم للصدأ، هيكل ملتوي لطبقة أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ).
27. ما هي المكونات الرئيسية للسلك العالق خارج قلب الكابل الضوئي OPGW؟
الإجابة: يتكون من سلك AA (سلك سبائك الألومنيوم) وسلك AS (سلك فولاذي مغطى بالألومنيوم).
28. ما هي الشروط الفنية المطلوبة لاختيار نماذج الكابلات الضوئية OPGW؟
الإجابة: 1) قوة الشد الاسمية (RTS) لكابل OPGW (كيلو نيوتن)؛ 2) عدد أنوية الألياف (SM) لكابل OPGW؛ 3) تيار ماس كهربائي (كيلو أمبير)؛ 4) زمن ماس كهربائي (ثانية)؛ 5) نطاق درجة الحرارة (درجة مئوية).
29. كيف يتم تحديد درجة انحناء الكابل البصري؟
الإجابة: يجب ألا يقل نصف قطر انحناء الكابل البصري عن 20 ضعف القطر الخارجي للكابل البصري، وألا يقل عن 30 ضعف القطر الخارجي للكابل البصري أثناء البناء (حالة غير ثابتة).
30. ما الذي يجب الانتباه إليه في هندسة الكابلات الضوئية ADSS؟
الإجابة: هناك ثلاث تقنيات رئيسية: التصميم الميكانيكي للكابل البصري، وتحديد نقاط التعليق، واختيار وتركيب الأجهزة الداعمة.
31. ما هي الأنواع الرئيسية لتجهيزات الكابلات البصرية؟
الإجابة: تشير تجهيزات الكابلات البصرية إلى الأجهزة المستخدمة في تثبيت الكابلات البصرية، بما في ذلك بشكل أساسي: المشابك التوترية، ومشابك التعليق، وعوازل الاهتزاز، وما إلى ذلك.
32. موصلات الألياف الضوئية لها معياران أساسيان للأداء، ما هما؟
الإجابة: تُعرف موصلات الألياف الضوئية عادةً باسم الوصلات الحية. بالنسبة لمتطلبات الأداء الضوئي للموصلات ذات الألياف المفردة، ينصب التركيز على معاملي الأداء الأساسيين وهما خسارة الإدخال وخسارة الإرجاع.
33. كم عدد أنواع موصلات الألياف الضوئية المستخدمة بشكل شائع؟
الإجابة: وفقًا لطرق التصنيف المختلفة، يمكن تقسيم موصلات الألياف الضوئية إلى أنواع مختلفة. وفقًا لوسائط النقل المختلفة، يمكن تقسيمها إلى موصلات ألياف ضوئية أحادية الوضع وموصلات ألياف ضوئية متعددة الأوضاع؛ وفقًا للهياكل المختلفة، يمكن تقسيمها إلى أنواع مختلفة مثل FC وSC وST وD4 وDIN وBiconic وMU وLC وMT وما إلى ذلك؛ وفقًا لوجه الطرف الدبوس للموصل، يمكن تقسيمها إلى FC وPC (UPC) وAPC. موصلات الألياف الضوئية المستخدمة بشكل شائع: موصل الألياف الضوئية من نوع FC/PC، وموصل الألياف الضوئية من نوع SC، وموصل الألياف الضوئية من نوع LC.
34. في نظام الاتصالات بالألياف الضوئية، توجد العناصر التالية بشكل شائع. يرجى الإشارة إلى أسمائها.
محول AFC، محول FC، محول ST، محول SC، موصل FC/APC، موصل FC/PC، موصل SC، موصل ST، سلك توصيل LC، سلك توصيل MU، سلك توصيل أحادي الوضع أو متعدد الأوضاع.
35. ما هي خسارة الإدخال (أو خسارة الإدخال) لموصل الألياف الضوئية؟
الإجابة: يشير ذلك إلى قيمة الانخفاض في القدرة الفعالة لخط النقل الناتج عن إدخال الموصل. بالنسبة للمستخدمين، كلما كانت القيمة أصغر، كان ذلك أفضل. تنص ITU-T على ألا تتجاوز قيمتها 0.5 ديسيبل.
36. ما هي خسارة العودة (أو التوهين الانعكاسي، خسارة العودة، خسارة العودة) لموصل الألياف الضوئية؟
الإجابة: هو مقياس لمكون طاقة الإدخال المنعكس من الموصل والمرتجع على طول قناة الإدخال. ويجب ألا تقل قيمته النموذجية عن 25 ديسيبل.
37. ما هو الفرق الأبرز بين الضوء المنبعث من الثنائيات الباعثة للضوء والليزر أشباه الموصلات؟
الإجابة: الضوء الناتج عن الصمام الثنائي الباعث للضوء هو ضوء غير متماسك ذو طيف واسع؛ الضوء الناتج عن الليزر هو ضوء متماسك ذو طيف ضيق للغاية.
38. ما هو الفرق الأكثر وضوحا بين خصائص عمل الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) والليزر أشباه الموصلات (LD)؟
الإجابة: لا يوجد حد أدنى للصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، بينما يوجد حد أدنى للصمام الثنائي الباعث للضوء (LD). ولن يتم توليد الليزر إلا عندما يتجاوز التيار المحقون الحد الأدنى للصمام الثنائي الباعث للضوء (LD).
39. ما هما الليزران أشباه الموصلات أحاديا الوضع الطولي المستخدمان بشكل شائع؟
الإجابة: ليزر DFB وليزر DBR، وكلاهما من ليزرات التغذية الراجعة الموزعة، ويتم توفير التغذية الراجعة البصرية الخاصة بهما بواسطة شبكة براج ذات التغذية الراجعة الموزعة في التجويف البصري.
40. ما هما النوعان الرئيسيان لأجهزة الاستقبال الضوئية؟
الإجابة: إنها في الأساس عبارة عن ثنائيات ضوئية (أنابيب PIN) وثنائيات ضوئية انهيارية (APDs).
41. ما هي العوامل المسببة للضوضاء في أنظمة الاتصالات بالألياف الضوئية؟
الإجابة: هناك ضوضاء ناجمة عن نسبة الانقراض غير المؤهلة، وضوضاء ناجمة عن تغييرات عشوائية في شدة الضوء، وضوضاء ناجمة عن اهتزاز الوقت، وضوضاء النقطة والضوضاء الحرارية للمستقبل، وضوضاء الوضع للألياف الضوئية، وضوضاء ناجمة عن اتساع النبضة الناجم عن التشتت، وضوضاء توزيع الوضع لـ LD، وضوضاء ناجمة عن زقزقة التردد لـ LD، وضوضاء ناجمة عن الانعكاس.
42. ما هي الألياف الضوئية الرئيسية المستخدمة حاليًا في بناء شبكات النقل؟ وما هي مميزاتها الرئيسية؟
الإجابة: هناك ثلاثة أنواع رئيسية، وهي الألياف البصرية أحادية الوضع التقليدية G.652، والألياف البصرية أحادية الوضع المحولة بالتشتت G.653، والألياف البصرية غير المحولة بالتشتت الصفري G.655.
تتميز الألياف أحادية الوضع G.652 بتشتت كبير في النطاق C 1530-1565nm والنطاق L 1565-1625nm، وعادة ما يكون 17-22psnm•km. وعندما يصل معدل النظام إلى 2.5Gbit/s أو أعلى، يلزم تعويض التشتت. وعند 10Gbit/s، تكون تكلفة تعويض التشتت للنظام مرتفعة نسبيًا. وهي الألياف الأكثر استخدامًا في شبكة النقل الحالية.
إن تشتت الألياف G.653 المحولة بالتشتت في النطاق C والنطاق L هو عمومًا -1-3.5psnm•km، وهو تشتت صفري عند 1550nm. يمكن أن يصل معدل النظام إلى 20Gbit/s و40Gbit/s، مما يجعله أفضل ألياف لنقل الموجات الطويلة جدًا بطول موجي واحد. ومع ذلك، نظرًا لخصائص التشتت الصفري، ستحدث تأثيرات غير خطية عند استخدام DWDM لتوسيع السعة، مما يؤدي إلى تداخل الإشارات وخلط الموجات الأربع FWM، لذلك فهو غير مناسب لـ DWDM.
ألياف G.655 غير الصفرية المحولة بالتشتت: تشتت ألياف G.655 غير الصفرية المحولة بالتشتت في النطاق C هو 1 إلى 6 psnm•km، والتشتت في النطاق L هو عمومًا 6 إلى 10 psnm•km. التشتت صغير، مما يتجنب منطقة التشتت الصفرية، ويمنع خلط الموجات الأربع FWM، ويمكن استخدامه لتوسيع سعة DWDM وفتح أنظمة عالية السرعة. يمكن لألياف G.655 الجديدة توسيع المنطقة الفعالة إلى 1.5 إلى 2 مرة من الألياف الضوئية العادية. يمكن للمنطقة الفعالة الكبيرة تقليل كثافة الطاقة وتقليل التأثير غير الخطي للألياف الضوئية.
43. ما هي اللاخطية في الألياف البصرية؟
الإجابة: هذا يعني أنه عندما تتجاوز القدرة الضوئية للألياف قيمة معينة، فإن معامل الانكسار للألياف الضوئية سيكون مرتبطًا بشكل غير خطي بالقدرة الضوئية، وسيتم إنشاء تشتت رامان وتشتت بريلوين، مما يتسبب في تغيير تردد الضوء الساقط.
44. ما هو تأثير عدم خطية الألياف الضوئية على النقل؟
الإجابة: سيتسبب التأثير غير الخطي في حدوث بعض الخسائر والتداخلات الإضافية، مما يؤدي إلى تدهور أداء النظام. إن الطاقة الضوئية لنظام WDM كبيرة ويتم نقلها على مسافة طويلة على طول الألياف الضوئية، لذلك يحدث تشوه غير خطي. هناك نوعان من التشوه غير الخطي: التشتت المحفز والانكسار غير الخطي. من بينها، يشمل التشتت المحفز تشتت رامان وتشتت بريلوين. يقلل النوعان المذكوران أعلاه من التشتت من طاقة الضوء الساقط، مما يتسبب في حدوث خسارة. يمكن تجاهله عندما تكون طاقة الألياف المدخلة صغيرة.
45. ما هي PON (الشبكة البصرية السلبية)؟
الإجابة: PON هي شبكة بصرية حلقية من الألياف الضوئية في شبكة وصول المستخدم المحلي، تعتمد على أجهزة بصرية سلبية مثل المقرنات والمقسمات.
أسباب مختلفة لضعف الألياف الضوئية
1. العوامل الرئيسية المسببة لتآكل الألياف هي: العوامل الداخلية، والانحناء، والضغط، والشوائب، وعدم التساوي، والالتحام.
جوهري: هو الخسارة المتأصلة في الألياف الضوئية، بما في ذلك: تشتت رايلي، الامتصاص المتأصل، وما إلى ذلك.
الانحناء: عندما تنحني الألياف الضوئية، سيتم فقدان جزء من الضوء الموجود في الألياف الضوئية بسبب التشتت، مما يسبب الخسارة.
البثق: الخسارة الناجمة عن الانحناء الطفيف عند ضغط الألياف الضوئية.
الشوائب: تعمل الشوائب الموجودة في الألياف الضوئية على امتصاص وتشتيت الضوء المنتشر في الألياف الضوئية، مما يتسبب في حدوث خسائر.
عدم التساوي: الخسارة الناجمة عن معامل الانكسار غير المتساوي لمادة الألياف البصرية.
الالتحام: الخسارة الناتجة عن التحام الألياف الضوئية، مثل: محاور مختلفة (متطلبات محورية الألياف الضوئية أحادية الوضع أقل من 0.8 ميكرومتر)، والوجه النهائي غير عمودي على المحور، والوجه النهائي غير مستوٍ، وقطر قلب الالتحام غير متطابق، وجودة الاندماج رديئة.
عندما يدخل الضوء من أحد طرفي الألياف الضوئية ويخرج من الطرف الآخر، فإن شدة الضوء تضعف. وهذا يعني أنه بعد انتشار الإشارة الضوئية عبر الألياف الضوئية، يتم إضعاف جزء من طاقة الضوء. وهذا يدل على وجود مواد معينة في الألياف الضوئية أو لسبب ما، تمنع مرور الإشارة الضوئية. هذا هو فقدان انتقال الألياف الضوئية. فقط من خلال تقليل فقدان الألياف الضوئية يمكن للإشارة الضوئية أن تمر بسلاسة.
2. تصنيف فقدان الألياف الضوئية
يمكن تقسيم خسارة الألياف الضوئية تقريبًا إلى الخسارة المتأصلة للألياف الضوئية والخسارة الإضافية الناجمة عن ظروف الاستخدام بعد تصنيع الألياف الضوئية. التقسيمات الفرعية المحددة هي كما يلي:
يمكن تقسيم خسارة الألياف الضوئية إلى خسارة متأصلة وخسارة إضافية.
تتضمن الخسارة المتأصلة خسارة التشتت وخسارة الامتصاص والخسارة الناجمة عن بنية الألياف الضوئية غير الكاملة.
تتضمن الخسارة الإضافية خسارة الانحناء الدقيق وخسارة الانحناء وخسارة الوصل.
من بينها، الخسارة الإضافية التي تحدث بشكل مصطنع أثناء وضع الألياف الضوئية. في التطبيقات العملية، من المحتم توصيل الألياف الضوئية واحدة تلو الأخرى، وسوف يتسبب توصيل الألياف الضوئية في الخسارة. كما أن الانحناء الدقيق والضغط والتمدد للألياف الضوئية سوف يتسبب أيضًا في الخسارة. هذه كلها خسائر ناجمة عن ظروف استخدام الألياف الضوئية. والسبب الرئيسي هو أنه في ظل هذه الظروف، تغير وضع الإرسال في قلب الألياف الضوئية. يمكن تجنب الخسارة الإضافية قدر الإمكان. فيما يلي، نناقش فقط الخسارة المتأصلة للألياف الضوئية.
من بين الخسائر المتأصلة، يتم تحديد خسارة التشتت وخسارة الامتصاص من خلال خصائص مادة الألياف الضوئية نفسها، كما تختلف الخسارة المتأصلة الناتجة عن أطوال موجية مختلفة للعمل. من المهم للغاية فهم آلية توليد الخسارة وتحليل حجم الخسارة الناجمة عن عوامل مختلفة بشكل كمي لتطوير الألياف الضوئية منخفضة الخسارة والاستخدام العقلاني للألياف الضوئية.
3. فقدان امتصاص المواد
المواد المستخدمة في صناعة الألياف الضوئية قادرة على امتصاص طاقة الضوء، وبعد أن تمتص الجسيمات الموجودة في مادة الألياف الضوئية طاقة الضوء، تهتز وتولد حرارة، فتضيع الطاقة، وبالتالي يحدث فقد امتصاص. ونحن نعلم أن المادة تتكون من ذرات وجزيئات، وتتكون الذرات من نوى ذرية وإلكترونات خارج النواة، وتدور الإلكترونات حول النواة الذرية في مدار معين. وهذا يشبه تمامًا الأرض التي نعيش عليها والكواكب مثل الزهرة والمريخ التي تدور حول الشمس. ولكل إلكترون طاقة معينة ويدور في مدار معين، أو بعبارة أخرى، لكل مدار مستوى طاقة معين.
مستوى الطاقة المداري القريب من النواة يكون أقل، ومستوى الطاقة المداري الأبعد عن النواة يكون أعلى. ويسمى حجم هذا الاختلاف في مستويات الطاقة بين المدارات بفرق مستويات الطاقة. وعندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة منخفض إلى مستوى طاقة مرتفع، فإنه يمتص طاقة فرق مستويات الطاقة المقابلة.
في الألياف الضوئية، عندما يتعرض إلكترون عند مستوى طاقة معين لضوء بطول موجي يتوافق مع الفرق بين مستويات الطاقة، فإن الإلكترون الموجود في مدار مستوى الطاقة المنخفض سينتقل إلى مدار بمستوى طاقة أعلى. يمتص هذا الإلكترون طاقة الضوء، مما يؤدي إلى فقدان امتصاص الضوء.
يمتص ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، المادة الأساسية المستخدمة في صناعة الألياف البصرية، الضوء بنفسه. ويطلق على أحد هذين الامتصاصين امتصاص الأشعة فوق البنفسجية، ويطلق على الآخر امتصاص الأشعة تحت الحمراء. وفي الوقت الحاضر، تعمل اتصالات الألياف البصرية عمومًا في نطاق الطول الموجي من 0.8 إلى 1.6 ميكرومتر فقط، لذا فإننا نناقش فقط الخسارة في نطاق العمل هذا.
تبلغ ذروة الامتصاص الناتجة عن انتقالات الإلكترون في زجاج الكوارتز حوالي 0.1 إلى 0.2 ميكرومتر من الطول الموجي في منطقة الأشعة فوق البنفسجية. ومع زيادة الطول الموجي، ينخفض تأثير الامتصاص تدريجيًا، ولكن المنطقة المتأثرة واسعة جدًا، حتى أطوال موجية أعلى من 1 ميكرومتر. ومع ذلك، فإن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية له تأثير ضئيل على الألياف الضوئية الكوارتزية العاملة في منطقة الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال، في منطقة الضوء المرئي بطول موجي 0.6 ميكرومتر، يمكن أن يصل امتصاص الأشعة فوق البنفسجية إلى 1 ديسيبل/كم، وعند طول موجي 0.8 ميكرومتر، ينخفض إلى 0.2 إلى 0.3 ديسيبل/كم، وعند طول موجي 1.2 ميكرومتر، يكون حوالي 0.1 ديسيبل/كم فقط.
يحدث فقدان امتصاص الأشعة تحت الحمراء للألياف الضوئية الكوارتزية بسبب الاهتزاز الجزيئي لمادة الأشعة تحت الحمراء. توجد عدة ذروات لامتصاص الاهتزاز في النطاق فوق 2 ميكرومتر.
بسبب تأثير عناصر المنشطات المختلفة في الألياف الضوئية، فمن المستحيل أن يكون للألياف الضوئية الكوارتز نافذة خسارة منخفضة في النطاق فوق 2 ميكرومتر، والحد النظري للخسارة عند طول موجي 1.85 ميكرومتر هو ldB/km.
من خلال البحث، وجد أيضًا أن هناك بعض "الجزيئات المدمرة" في زجاج الكوارتز التي تسبب المتاعب، وخاصة بعض شوائب المعادن الانتقالية الضارة، مثل النحاس والحديد والكروم والمنجنيز، وما إلى ذلك. تمتص هذه "الجزيئات الضارة" طاقة الضوء بشراهة تحت إشعاع الضوء، وتقفز حولها، وتسبب فقدان طاقة الضوء. يمكن إزالة "الجزيئات الضارة" وتنقية المواد المستخدمة في صنع الألياف البصرية كيميائيًا لتقليل الخسارة بشكل كبير.
مصدر امتصاص آخر في الألياف الضوئية الكوارتز هو الهيدروكسيل (OHˉ). وفقًا لأبحاث تلك الفترة، وجد الناس أن الهيدروكسيل له ثلاث قمم امتصاص في نطاق عمل الألياف الضوئية، وهي 0.95 ميكرومتر و1.24 ميكرومتر و1.38 ميكرومتر، ومن بينها خسارة الامتصاص عند الطول الموجي 1.38 ميكرومتر هي الأكثر خطورة ولها التأثير الأكبر على الألياف الضوئية. عند طول موجي 1.38 ميكرومتر، تصل خسارة ذروة الامتصاص الناتجة عن محتوى الهيدروكسيد البالغ 0.0001 فقط إلى 33 ديسيبل/كم.
من أين تأتي هذه الهيدروكسيدات؟ هناك العديد من مصادر الهيدروكسيدات. أولاً، يوجد الماء ومركبات الهيدروكسيد في المواد المستخدمة في صنع الألياف البصرية. لا يمكن إزالة مركبات الهيدروكسيد هذه بسهولة أثناء تنقية المواد الخام، وأخيرًا تبقى في الألياف البصرية في شكل هيدروكسيدات؛ ثانيًا، توجد كمية صغيرة من الماء في الهيدروكسيدات المستخدمة في صنع الألياف البصرية؛ ثالثًا، يتم توليد الماء بسبب التفاعلات الكيميائية أثناء عملية تصنيع الألياف البصرية؛ رابعًا، يتم جلب بخار الماء عن طريق دخول الهواء الخارجي. ومع ذلك، تطورت عملية التصنيع الحالية إلى مستوى مرتفع إلى حد ما، وانخفض محتوى الهيدروكسيد إلى مستوى منخفض بدرجة كافية بحيث يمكن تجاهل تأثيره على الألياف البصرية.
4. خسارة التشتت
في الليل المظلم، إذا سلطت مصباحًا يدويًا على السماء، يمكنك رؤية شعاع من الضوء. كما رأى الناس أيضًا أشعة كثيفة من الضوء من كشافات الضوء في السماء الليلية.
لماذا نرى هذه الأشعة الضوئية؟ لأن هناك العديد من الجسيمات الصغيرة مثل الدخان والغبار تطفو في الغلاف الجوي. عندما يضيء الضوء على هذه الجسيمات فإنه يتشتت وينطلق في جميع الاتجاهات. اكتشف رايلي هذه الظاهرة لأول مرة، لذلك أطلق الناس على هذا التشتت اسم "تشتت رايلي".
كيف يحدث التشتت؟ اتضح أن الجسيمات الصغيرة مثل الجزيئات والذرات والإلكترونات التي تشكل المادة تهتز بترددات متأصلة معينة ويمكنها إطلاق ضوء بطول موجي يتوافق مع تردد الاهتزاز. يتم تحديد تردد اهتزاز الجسيم بحجم الجسيم. كلما كان الجسيم أكبر، انخفض تردد الاهتزاز وطول موجة الضوء المنبعث؛ كلما كان الجسيم أصغر، زاد تردد الاهتزاز وقصر طول موجة الضوء المنبعث. يسمى تردد الاهتزاز هذا تردد الاهتزاز المتأصل للجسيم. ومع ذلك، لا يتم توليد هذا الاهتزاز من تلقاء نفسه، بل يتطلب قدرًا معينًا من الطاقة. بمجرد تشعيع الجسيم بضوء بطول موجي معين، وكان تردد الضوء المشع هو نفس تردد الاهتزاز المتأصل للجسيم، فسيؤدي ذلك إلى حدوث الرنين. تبدأ الإلكترونات الموجودة في الجسيم بالاهتزاز عند تردد الاهتزاز هذا، مما يؤدي إلى تشتيت الجسيم للضوء في جميع الاتجاهات، ويتم امتصاص طاقة الضوء الساقط وتحويلها إلى طاقة الجسيم، ويعيد الجسيم إصدار الطاقة في شكل طاقة ضوئية. لذلك، بالنسبة للأشخاص الذين يراقبون من الخارج، يبدو أن الضوء يصطدم بالجسيم ثم يطير في جميع الاتجاهات.
يحدث تشتت رايلي أيضًا في الألياف الضوئية، ويسمى فقدان الضوء الناتج عن ذلك بفقدان تشتت رايلي. وبالنظر إلى المستوى الحالي لتكنولوجيا تصنيع الألياف الضوئية، يمكن القول إن فقدان تشتت رايلي أمر لا مفر منه. ومع ذلك، نظرًا لأن حجم فقدان تشتت رايلي يتناسب عكسيًا مع القوة الرابعة لطول موجة الضوء، يمكن تقليل تأثير فقدان تشتت رايلي بشكل كبير عندما تعمل الألياف الضوئية في منطقة الطول الموجي الطويل.
5. العيب الخلقي لا أحد يستطيع مساعدته
إن بنية الألياف الضوئية غير كاملة، مثل الفقاعات أو الشوائب أو السماكة غير المتساوية في الألياف الضوئية، وخاصة واجهة الغلاف الأساسية غير المتساوية. عندما يصل الضوء إلى هذه الأماكن، فإن جزءًا من الضوء سوف يتشتت في جميع الاتجاهات، مما يتسبب في الخسارة. يمكن التغلب على هذه الخسارة من خلال تحسين عملية تصنيع الألياف الضوئية. يتسبب التشتت في انبعاث الضوء في جميع الاتجاهات، وينعكس جزء من الضوء المشتت مرة أخرى في الاتجاه المعاكس لانتشار الألياف الضوئية. يمكن استقبال هذا الجزء من الضوء المشتت عند الطرف الوارد للألياف الضوئية. يتسبب تشتت الضوء في فقدان جزء من طاقة الضوء، وهو أمر غير مرغوب فيه. ومع ذلك، يمكننا أيضًا استخدام هذه الظاهرة، لأنه إذا قمنا بتحليل قوة الجزء المستقبل من الضوء عند الطرف الناقل، فيمكننا التحقق من نقاط الكسر والعيوب وفقدان هذه الألياف الضوئية. بهذه الطريقة، من خلال الإبداع البشري، يمكن تحويل الأشياء السيئة إلى أشياء جيدة.
في السنوات الأخيرة، تم استخدام اتصالات الألياف الضوئية على نطاق واسع في العديد من المجالات. إن القضية المهمة في تحقيق اتصالات الألياف الضوئية هي تقليل فقدان الألياف الضوئية قدر الإمكان. يشير ما يسمى بالخسارة إلى التوهين في الألياف الضوئية لكل وحدة طول، والوحدة هي ديسيبل / كم. يؤثر مستوى فقدان الألياف الضوئية بشكل مباشر على مسافة الإرسال أو المسافة بين محطات التتابع. لذلك، فإن فهم وتقليل فقدان الألياف الضوئية له أهمية عملية كبيرة لاتصالات الألياف الضوئية.
1. فقدان امتصاص الألياف الضوئية
يحدث ذلك نتيجة امتصاص الطاقة الضوئية بواسطة مواد الألياف الضوئية والشوائب، حيث تستهلك الطاقة الضوئية على شكل طاقة حرارية في الألياف الضوئية، وهو ما يشكل خسارة مهمة في فقدان الألياف الضوئية، وتتضمن خسارة الامتصاص ما يلي:
① فقدان الامتصاص الجوهري للمادة: هذا هو الفقد الناتج عن الامتصاص الجوهري للمادة. يحتوي على نطاقين، أحدهما في منطقة 8-12 ميكرومتر من الأشعة تحت الحمراء القريبة. الامتصاص الجوهري لهذا النطاق يرجع إلى الاهتزاز. يقع نطاق الامتصاص الجوهري الآخر للمادة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. عندما يكون الامتصاص قويًا جدًا، سيتم سحب ذيله إلى نطاق 0.7-1.1 ميكرومتر.
②فقدان الامتصاص الناجم عن الشوائب وأيونات الشوائب تحتوي مواد الألياف الضوئية على معادن انتقالية مثل الحديد والنحاس والكروم وما إلى ذلك. ولها قمم امتصاص ونطاقات امتصاص خاصة بها وتختلف باختلاف حالات التكافؤ الخاصة بها. يعتمد فقدان الألياف الضوئية الناجم عن امتصاص أيونات المعادن الانتقالية على تركيزها. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود OH- ينتج أيضًا فقدان امتصاص. تبلغ ذروة الامتصاص الأساسية لـ OH- حوالي 2.7 ميكرومتر، ويتراوح نطاق الامتصاص بين 0.5-1.0 ميكرومتر. بالنسبة للألياف الضوئية الكوارتز النقية، يمكن تجاهل الخسارة الناجمة عن الشوائب.
③ فقدان امتصاص العيوب الذرية عندما يتم تسخين مادة الألياف الضوئية أو إشعاعها بقوة، فسيتم تحفيزها لإنتاج عيوب ذرية، مما يؤدي إلى امتصاص الضوء والخسارة، ولكن بشكل عام يكون هذا التأثير صغيرًا جدًا.
2. فقدان التشتت للألياف الضوئية
يؤدي التشتت داخل الألياف الضوئية إلى تقليل قوة الإرسال وتوليد الخسارة. وأهم التشتت هو تشتت رايلي، والذي يحدث بسبب تغيرات الكثافة والتكوين داخل مادة الألياف الضوئية.
أثناء عملية تسخين مادة الألياف الضوئية، بسبب التحريك الحراري، تكون قابلية ضغط الذرات غير متساوية، وكثافة المادة غير متساوية، ومن ثم يكون معامل الانكسار غير متساوٍ. يتم إصلاح هذا التفاوت أثناء عملية التبريد، ويكون حجمه أصغر من الطول الموجي للموجة الضوئية. عندما يواجه الضوء هذه المواد غير المتساوية التي تكون أصغر من الطول الموجي للموجة الضوئية ولديها تقلبات عشوائية أثناء النقل، يتغير اتجاه النقل، ويحدث التشتت، ويحدث الفقد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتسبب التركيز غير المتساوي للأكاسيد الموجودة في الألياف الضوئية والتشويب غير المتساوي أيضًا في التشتت والفقد.
3. خسارة تشتت الموجة الموجهة
هذا هو التشتت الناتج عن التشويه العشوائي أو خشونة الواجهة. في الواقع، إنه تحويل الوضع أو اقتران الوضع الناتج عن تشوه السطح أو خشونة السطح. سيولد أحد الأوضاع أوضاع إرسال وأنماط إشعاع أخرى بسبب تقلب الواجهة. نظرًا لأن التوهين للأوضاع المختلفة المنقولة في الألياف الضوئية مختلف، في عملية تحويل الوضع لمسافات طويلة، يصبح الوضع ذو التوهين المنخفض هو الوضع ذو التوهين الكبير. بعد التحويل المستمر والتحويل العكسي، على الرغم من أن فقدان كل وضع سيكون متوازنًا، فإن الوضع ككل سينتج خسارة إضافية، أي يتم توليد خسارة إضافية بسبب تحويل الوضع. هذه الخسارة الإضافية هي خسارة تشتت الموجة. لتقليل هذه الخسارة، من الضروري تحسين عملية تصنيع الألياف الضوئية. بالنسبة للألياف الضوئية التي يتم سحبها جيدًا أو عالية الجودة، يمكن تجاهل هذه الخسارة بشكل أساسي.
4. فقدان الإشعاع الناجم عن انحناء الألياف الضوئية
الألياف الضوئية ناعمة ويمكن ثنيها. ومع ذلك، بعد الانحناء إلى حد معين، على الرغم من أن الألياف الضوئية يمكنها توجيه الضوء، إلا أنها ستغير مسار انتقال الضوء. يؤدي التحويل من وضع النقل إلى وضع الإشعاع إلى اختراق جزء من طاقة الضوء إلى الكسوة أو المرور عبر الكسوة ليصبح وضع إشعاع ويتسرب، وبالتالي يولد خسارة. عندما يكون نصف قطر الانحناء أكبر من 5 إلى 10 سم، يمكن تجاهل الخسارة الناجمة عن الانحناء.
المصدر: شركة دونغقوان HX لتكنولوجيا الألياف المحدودة
