1. كيف يتم الجمع بين الألياف الضوئية؟
الجواب: تتكون الألياف الضوئية من جزأين أساسيين: نواة مصنوعة من مواد بصرية شفافة وطبقة كسوة وطلاء.
2. ما هي المعلمات الأساسية التي تصف خصائص نقل خطوط الألياف الضوئية؟
الإجابة: تشمل الخسارة، والتشتت، وعرض النطاق الترددي، وطول موجة القطع، وقطر مجال الوضع، وما إلى ذلك.
3. ما هي أسباب توهين الألياف؟
الإجابة: يشير توهين الألياف إلى تقليل الطاقة الضوئية بين مقطعين عرضيين من الألياف، وهو ما يرتبط بطول الموجة. الأسباب الرئيسية للتوهين هي التشتت والامتصاص والفقد البصري الناجم عن الموصلات والمفاصل.
4. كيف يتم تحديد معامل توهين الألياف الضوئية؟
الإجابة: يتم تعريفه بواسطة التوهين لكل وحدة طول للألياف الضوئية الموحدة في حالة مستقرة (ديسيبل/كم).
5. ما هي خسارة الإدراج؟
الإجابة: يشير إلى التوهين الناتج عن إدخال مكونات بصرية (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 وظيفة نقل الألياف الضوئية. يتناسب عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية عكسيًا تقريبًا مع طولها، ويكون حاصل ضرب عرض النطاق الترددي والطول ثابتًا.
7. كم عدد أنواع تشتت الألياف الضوئية الموجودة؟ ما علاقة ذلك؟
الإجابة: يشير تشتت الألياف الضوئية إلى توسيع تأخير المجموعة في الألياف الضوئية، بما في ذلك تشتت الوضع وتشتت المواد والتشتت الهيكلي. يعتمد 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: توسيع النبضة، وعرض النطاق الترددي للألياف الضوئية، ومعامل التشتت للألياف الضوئية.
9. ما هو الطول الموجي المقطوع؟
الإجابة: يشير إلى أقصر طول موجي يمكنه فقط نقل الوضع الأساسي في الألياف الضوئية. بالنسبة للألياف الضوئية أحادية الوضع، يجب أن يكون الطول الموجي المقطوع أقصر من الطول الموجي للضوء المرسل.
10. ما هو تأثير تشتت الألياف الضوئية على أداء نظام اتصالات الألياف الضوئية؟
الإجابة: سيؤدي تشتت الألياف الضوئية إلى توسيع النبض البصري أثناء الإرسال في الألياف الضوئية، مما يؤثر على معدل خطأ البت ومسافة الإرسال 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، لكن جزءًا صغيرًا منها ينتشر بشكل عكسي باتجاه باعث الضوء. باستخدام مقياس الطيف عند باعث الضوء لمراقبة المنحنى الزمني للتشتت الخلفي، لا يمكن فقط قياس طول وتوهين الألياف الضوئية الموحدة المتصلة من طرف واحد، ولكن أيضًا يمكن قياس المخالفات المحلية ونقاط التوقف وفقدان الطاقة الضوئية الناتجة عن المفاصل والموصلات.
12. ما هو مبدأ اختبار مقياس انعكاس المجال الزمني البصري (OTDR)؟ ما هي وظائفها؟
الإجابة: يعتمد OTDR على مبدأ تشتت الضوء وانعكاس فريسنل. ويستخدم الضوء المرتد المتولد عندما ينتشر الضوء في الألياف الضوئية للحصول على معلومات التوهين. يمكن استخدامه لقياس توهين الألياف الضوئية وفقدان المفاصل وموقع نقطة خطأ الألياف الضوئية وفهم توزيع الخسارة على طول الألياف الضوئية. إنها 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 هو التأثير على الاختبار؟ كيفية التعامل مع المنطقة العمياء في الاختبار الفعلي؟
الإجابة: عادةً ما تسمى سلسلة من "النقاط العمياء" الناتجة عن تشبع طرف استقبال OTDR بسبب الانعكاسات الناتجة عن نقاط مميزة مثل الموصلات النشطة والمفاصل الميكانيكية بالمناطق العمياء.
تنقسم المناطق العمياء في الألياف الضوئية إلى مناطق عمياء للحدث ومناطق عمياء للتوهين: تسمى مسافة الطول من نقطة البداية لذروة الانعكاس إلى ذروة تشبع المستقبل الناتجة عن تدخل الموصلات النشطة بالمناطق العمياء للحدث؛ المسافة من نقطة البداية لذروة الانعكاس إلى نقاط الحدث الأخرى التي يمكن تحديدها والتي تسببها تدخل الموصلات النشطة في الألياف الضوئية تسمى مناطق التوهين العمياء.
بالنسبة لـ OTDR، كلما كانت المنطقة العمياء أصغر، كلما كان ذلك أفضل. ستزداد المنطقة العمياء مع زيادة عرض اتساع النبض. على الرغم من أن زيادة عرض النبضة يزيد من طول القياس، إلا أنه يزيد أيضًا من المنطقة العمياء للقياس. لذلك، عند اختبار الألياف الضوئية، يجب استخدام نبضات ضيقة لقياس الألياف الضوئية ونقاط الحدث المجاورة لملحقات OTDR، بينما يجب استخدام نبضات واسعة لقياس الطرف البعيد للألياف الضوئية.
14.هل يمكن لـ OTDR قياس أنواع مختلفة من الألياف الضوئية؟
ج: إذا كنت تستخدم وحدة OTDR أحادية الوضع لقياس ألياف متعددة الأوضاع، أو تستخدم وحدة OTDR متعددة الأوضاع لقياس ألياف أحادية الوضع بقطر أساسي يبلغ 62.5 مم، فلن تتأثر نتيجة قياس طول الألياف، ولكن نتائج فقدان الألياف وفقدان الموصل البصري وفقدان الإرجاع ستكون غير صحيحة. لذلك، عند قياس الألياف الضوئية، يجب عليك اختيار OTDR المطابق للألياف المقاسة المراد قياسها، حتى تتمكن من الحصول على النتائج الصحيحة لجميع مؤشرات الأداء.
15. ماذا يعني "1310 نانومتر" أو "1550 نانومتر" في أدوات الاختبار البصرية الشائعة؟
ج: يشير إلى الطول الموجي للإشارة الضوئية. يقع نطاق الطول الموجي المستخدم في اتصالات الألياف الضوئية في المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء، حيث يتراوح الطول الموجي بين 800 نانومتر و1700 نانومتر. غالبًا ما يتم تقسيمها إلى نطاقات ذات أطوال موجية قصيرة ونطاقات ذات أطوال موجية طويلة، ويشير الأول إلى الطول الموجي 850 نانومتر، ويشير الأخير إلى 1310 نانومتر و1550 نانومتر.
16. في الألياف الضوئية التجارية الحالية، ما هو الطول الموجي للضوء الذي يتمتع بأصغر تشتت؟ ما الطول الموجي للضوء الذي لديه أصغر خسارة؟
الإجابة: الضوء ذو الطول الموجي 1310 نانومتر لديه أصغر تشتت، والضوء ذو الطول الموجي 1550 نانومتر لديه أصغر خسارة.
17. كيف يتم تصنيف الألياف الضوئية حسب التغير في معامل انكسار نواة الألياف الضوئية؟
الإجابة: يمكن تقسيمها إلى ألياف ضوئية ذات مؤشر متدرج وألياف بصرية ذات مؤشر متدرج. تتميز الألياف الضوئية ذات مؤشر الخطوة بعرض نطاق ضيق ومناسبة للاتصالات ذات السعة الصغيرة لمسافات قصيرة؛ تتمتع الألياف الضوئية ذات مؤشر التدرج بنطاق ترددي واسع ومناسبة للاتصالات ذات السعة المتوسطة والكبيرة.
18. كيف يتم تصنيف الألياف الضوئية حسب أنماط الموجات الضوئية المختلفة التي تنتقل في الألياف الضوئية؟
الإجابة: يمكن تقسيمها إلى ألياف ضوئية أحادية الوضع وألياف ضوئية متعددة الأوضاع. يتراوح القطر الأساسي للألياف الضوئية أحادية الوضع تقريبًا بين 1 و10μm. عند طول موجة عمل معين، يتم إرسال وضع أساسي واحد فقط، وهو مناسب لأنظمة الاتصالات ذات السعة الكبيرة والمسافات الطويلة. يمكن للألياف الضوئية متعددة الأوضاع أن تنقل أوضاعًا متعددة من موجات الضوء، بقطر أساسي يتراوح بين 50 و60 ميكرومتر تقريبًا، ويكون أداء نقلها أسوأ من أداء الألياف الضوئية أحادية الوضع.
عند نقل الحماية التفاضلية الحالية للحماية المتعددة، غالبًا ما يتم استخدام الألياف الضوئية متعددة الأوضاع بين جهاز التحويل الإلكتروني البصري المثبت في غرفة الاتصالات بالمحطة الفرعية وجهاز الحماية المثبت في غرفة التحكم الرئيسية.
19. ما هي أهمية الفتحة العددية (NA) للألياف الضوئية ذات مؤشر الخطوة؟
الإجابة: تشير الفتحة الرقمية (NA) إلى قدرة الألياف الضوئية على تجميع الضوء. كلما زاد حجم NA، زادت قدرة الألياف الضوئية على جمع الضوء.
20. ما هو الانكسار المزدوج للألياف الضوئية أحادية الوضع؟
الإجابة: يوجد وضعان للاستقطاب المتعامد في الألياف الضوئية ذات الوضع الواحد. عندما لا تكون الألياف الضوئية متناظرة بشكل أسطواني تمامًا، فإن وضعي الاستقطاب المتعامدين لا يتدهوران. القيمة المطلقة للفرق في معامل الانكسار لوضعي الاستقطاب المتعامد هي الانكسار المزدوج.
21. ما هي هياكل الكابلات الضوئية الأكثر شيوعًا؟
الجواب: هناك نوعان: نوع الطبقة الملتوية ونوع الهيكل العظمي.
22. ما هي المكونات الرئيسية للكابلات الضوئية؟
الإجابة: يتكون بشكل أساسي من: لب الألياف، شحم الألياف الضوئية، مادة الغلاف، PBT (بولي بيوتيلين تيريفثاليت) ومواد أخرى.
23. ما الذي يشير إليه درع الكابلات الضوئية؟
الإجابة: يشير إلى عنصر الحماية (عادة سلك فولاذي أو حزام فولاذي) المستخدم في الكابلات الضوئية لأغراض خاصة (مثل الكابلات الضوئية البحرية، وما إلى ذلك). يتم توصيل الدرع بالغلاف الداخلي للكابل البصري.
24. ما هي المواد المستخدمة لغلاف الكابلات الضوئية؟
الإجابة: عادة ما يكون غلاف أو غمد الكابلات الضوئية مصنوعًا من مواد البولي إيثيلين (PE) والبولي فينيل كلورايد (PVC)، وتتمثل وظيفته في حماية قلب الكابل من التأثيرات الخارجية.
25. سرد الكابلات الضوئية الخاصة المستخدمة في أنظمة الطاقة.
الإجابة: هناك ثلاثة كابلات ضوئية خاصة:
الكابل البصري المركب ذو السلك الأرضي (OPGW)، يتم وضع الألياف الضوئية في خط الطاقة للهيكل المجدول المصنوع من الألومنيوم المغطى بالفولاذ. يحتوي تطبيق الكابل البصري OPGW على وظائف مزدوجة للسلك الأرضي والاتصالات، مما يحسن بشكل فعال معدل استخدام أعمدة وأبراج الطاقة.
الكبل البصري المغلف (GWWOP)، حيث يوجد خط نقل موجود، يتم لف هذا النوع من الكبلات الضوئية أو تعليقه على السلك الأرضي.
يتمتع الكابل البصري ذاتي الدعم (ADSS) بقوة شد قوية ويمكن تعليقه مباشرة بين برجي طاقة، بأقصى مدى يصل إلى 1000 متر.
26. ما هو عدد هياكل التطبيقات الموجودة للكابل البصري OPGW؟
الإجابة: بشكل أساسي: 1) طبقة أنبوب بلاستيكي ملتوية + هيكل أنبوب ألومنيوم؛ 2) أنبوب بلاستيكي مركزي + هيكل أنبوب ألومنيوم؛ 3) هيكل هيكلي من الألومنيوم. 4) هيكل أنبوب الألومنيوم الحلزوني. 5) هيكل أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ ذو الطبقة الواحدة (هيكل أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ المركزي، هيكل ملتوي لطبقة أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ)؛ 6) هيكل أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ المركب (هيكل أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ المركزي، هيكل ملتوي لطبقة أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ).
27. ما هي المكونات الرئيسية للسلك المجدولة خارج قلب الكابل البصري OPGW؟
الإجابة: إنه يتكون من سلك AA (سلك من سبائك الألومنيوم) وسلك AS (سلك فولاذي مغطى بالألمنيوم).
28. ما هي الشروط الفنية المطلوبة لاختيار نماذج الكابلات الضوئية OPGW؟
الإجابة: 1) قوة الشد الاسمية (RTS) لكابل OPGW (كيلو نيوتن)؛ 2) عدد نوى الألياف (SM) لكابل OPGW؛ 3) تيار الدائرة القصيرة (كا)؛ 4) وقت (أوقات) الدائرة القصيرة ؛ 5) نطاق درجة الحرارة (°C).
29. كيف تكون درجة انحناء الكابل البصري محدودة؟
الإجابة: يجب ألا يقل نصف قطر الانحناء للكابل الضوئي عن 20 مرة من القطر الخارجي للكابل الضوئي، ولا يقل عن 30 مرة عن القطر الخارجي للكابل البصري أثناء الإنشاء (الحالة غير الساكنة).
30. ما الذي يجب الانتباه إليه في هندسة الكابلات الضوئية ADSS؟
الإجابة: هناك ثلاث تقنيات رئيسية: التصميم الميكانيكي للكابلات الضوئية، وتحديد نقاط التعليق، واختيار الأجهزة الداعمة وتركيبها.
31. ما هي الأنواع الرئيسية لتركيبات الكابلات الضوئية؟
الإجابة: تشير تجهيزات الكابلات الضوئية إلى الأجهزة المستخدمة لتثبيت الكابلات الضوئية، بما في ذلك بشكل أساسي: مشابك التوتر، ومشابك التعليق، وعوازل الاهتزاز، وما إلى ذلك.
32. تحتوي موصلات الألياف الضوئية على معلمتين أساسيتين للأداء، ما هما؟
الإجابة: تُعرف موصلات الألياف الضوئية عمومًا بالمفاصل الحية. بالنسبة لمتطلبات الأداء البصري للموصلات أحادية الألياف، ينصب التركيز على معلمتي الأداء الأساسيتين لفقد الإدخال وخسارة العودة.
33. ما هو عدد أنواع موصلات الألياف الضوئية الشائعة الاستخدام؟
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، SC، ST، D4، DIN، Biconic، MU، LC، MT، وما إلى ذلك؛ وفقًا لوجه نهاية الدبوس للموصل، يمكن تقسيمها إلى FC وPC (UPC) وAPC. موصلات الألياف الضوئية شائعة الاستخدام: موصل الألياف الضوئية من النوع FC/PC، موصل الألياف الضوئية من النوع SC، موصل الألياف الضوئية من النوع LC.
34. في نظام اتصالات الألياف الضوئية، توجد العناصر التالية بشكل شائع. يرجى الإشارة إلى أسمائهم.
AFC، محول FC محول ST محول SC FC/APC، موصل FC/PC موصل SC موصل ST سلك التصحيح LC سلك تصحيح MU سلك تصحيح أحادي الوضع أو متعدد الأوضاع.
35. ما هي خسارة الإدراج (أو خسارة الإدراج) لموصل الألياف الضوئية؟
الإجابة: يشير إلى قيمة التخفيض في الطاقة الفعالة لخط النقل الناتج عن إدخال الموصل. بالنسبة للمستخدمين، كلما كانت القيمة أصغر، كان ذلك أفضل. وينص الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU-T) على ألا تتجاوز قيمته 0.5 ديسيبل.
36. ما هي خسارة العودة (أو توهين الانعكاس، خسارة العودة، خسارة العودة) لموصل الألياف الضوئية؟
الإجابة: هو مقياس لمكون طاقة الإدخال المنعكس من الموصل ويعود عبر قناة الإدخال. يجب ألا تقل قيمته النموذجية عن 25 ديسيبل.
37. ما هو الفرق الأبرز بين الضوء المنبعث من الثنائيات الباعثة للضوء وأشعة الليزر شبه الموصلة؟
الجواب: الضوء الناتج عن الصمام الثنائي الباعث للضوء هو ضوء غير متماسك ذو طيف واسع؛ الضوء الناتج عن الليزر هو ضوء متماسك ذو طيف ضيق جدًا.
38. ما هو الفرق الأكثر وضوحا بين خصائص عمل الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) وليزر أشباه الموصلات (LD)؟
الإجابة: ليس لـ LED عتبة، بينما LD له عتبة. لن يتم توليد الليزر إلا عندما يتجاوز التيار المحقون العتبة.
39. ما هما نوعي الليزر أشباه الموصلات ذو الوضع الطولي الأحادي الشائع الاستخدام؟
الإجابة: ليزر DFB وليزر DBR، وكلاهما عبارة عن ليزر ردود فعل موزعة، ويتم توفير ردود الفعل الضوئية الخاصة بهما من خلال شبكة Bragg المرتدة الموزعة في التجويف البصري.
40. ما هما النوعان الرئيسيان لأجهزة الاستقبال الضوئية؟
الإجابة: هي بشكل أساسي الثنائيات الضوئية (أنابيب PIN) والثنائيات الضوئية الانهيارية (APDs).
41. ما هي العوامل التي تسبب الضوضاء في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية؟
الإجابة: هناك ضوضاء ناجمة عن نسبة الانقراض غير المؤهلة، والضوضاء الناجمة عن التغيرات العشوائية في شدة الضوء، والضوضاء الناجمة عن ارتعاش الوقت، وضوضاء النقطة والضوضاء الحرارية للمستقبل، وضوضاء الوضع للألياف الضوئية، والضوضاء الناجمة عن توسيع النبض الناجم عن التشتت، وضوضاء توزيع الوضع LD، والضوضاء الناجمة عن غرد تردد LD، والضوضاء الناجمة عن الانعكاس.
42. ما هي الألياف الضوئية الرئيسية المستخدمة حاليا لبناء شبكة النقل؟ ما هي سماتها الرئيسية؟
الإجابة: هناك ثلاثة أنواع رئيسية، وهي الألياف الضوئية التقليدية ذات الوضع الواحد G.652، والألياف الضوئية ذات الوضع الواحد ذات التشتت المزاح G.653، والألياف الضوئية ذات التشتت غير الصفري G.655.
تتميز الألياف أحادية الوضع G.652 بتشتت كبير في النطاق C 1530-1565 نانومتر والنطاق L 1565-1625 نانومتر، بشكل عام 17-22psnm•km. عندما يصل معدل النظام إلى 2.5 جيجابت/ثانية أو أعلى، يلزم تعويض التشتت. عند سرعة 10 جيجابت/ثانية، تكون تكلفة تعويض تشتت النظام مرتفعة نسبيًا. وهي الألياف الأكثر استخدامًا في شبكة النقل الحالية.
يكون تشتت الألياف المتحولة بالتشتت G.653 في النطاق C والنطاق L عمومًا -1-3.5psnm•km، ويكون التشتت صفرًا عند 1550 نانومتر. يمكن أن يصل معدل النظام إلى 20 جيجابت/ثانية و40 جيجابت/ثانية، مما يجعله أفضل ألياف للإرسال لمسافات طويلة جدًا بطول موجة واحدة. ومع ذلك، نظرًا لخصائص التشتت الصفرية، ستحدث تأثيرات غير خطية عند استخدام DWDM لتوسيع السعة، مما يؤدي إلى تداخل الإشارة وخلط FWM بأربعة موجات، لذلك فهو غير مناسب لـ DWDM.
الألياف ذات التشتت المزاح غير الصفري G.655: يبلغ تشتت الألياف ذات التشتت المزاح غير الصفري G.655 في النطاق C من 1 إلى 6 psnm•km، ويكون التشتت في النطاق L عمومًا من 6 إلى 10 psnm•km. التشتت صغير، ويتجنب منطقة التشتت الصفرية، ويمنع خلط FWM بأربعة موجات، ويمكن استخدامه لتوسيع سعة DWDM وفتح أنظمة عالية السرعة. يمكن للألياف G.655 الجديدة توسيع المساحة الفعالة إلى 1.5 إلى 2 ضعف مساحة الألياف الضوئية العادية. يمكن للمساحة الفعالة الكبيرة أن تقلل من كثافة الطاقة وتقلل من التأثير غير الخطي للألياف الضوئية.
43. ما هي اللاخطية للألياف الضوئية؟
الإجابة: هذا يعني أنه عندما تتجاوز الطاقة الضوئية للألياف قيمة معينة، سيكون معامل الانكسار للألياف الضوئية مرتبطًا بشكل غير خطي بالطاقة الضوئية، وسيتم إنشاء تشتت رامان وتشتت بريلوين، مما يتسبب في تغيير تردد الضوء الساقط.
44. ما هو تأثير عدم خطية الألياف الضوئية على الإرسال؟
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 عبر الألياف الضوئية، لذلك يحدث تشويه غير خطي. هناك نوعان من التشوه غير الخطي: التشتت المحفز والانكسار غير الخطي. من بينها، يشمل التشتت المحفز تشتت رامان وتشتت بريلوين. يعمل نوعا التشتت المذكوران أعلاه على تقليل طاقة الضوء الساقط، مما يسبب الخسارة. يمكن تجاهله عندما تكون طاقة ألياف الإدخال صغيرة.
45. ما هي PON (الشبكة الضوئية السلبية)؟
الإجابة: PON عبارة عن شبكة بصرية من الألياف الضوئية في شبكة وصول المستخدم المحلي، تعتمد على الأجهزة البصرية المنفعلة مثل المقرنات والمقسمات.
الأسباب المختلفة لتوهين الألياف الضوئية
1. العوامل الرئيسية المسببة لتوهين الألياف هي: العوامل الداخلية، والانحناء، والبثق، والشوائب، والتفاوت، والالتحام.
الجوهرية: هي الخسارة المتأصلة في الألياف الضوئية، بما في ذلك: تشتت رايلي، والامتصاص المتأصل، وما إلى ذلك.
الانحناء: عندما يتم ثني الألياف الضوئية، سيتم فقدان جزء من الضوء الموجود في الألياف الضوئية بسبب التشتت، مما يسبب الخسارة.
البثق: الخسارة الناتجة عن الانحناء الطفيف عند ضغط الألياف الضوئية.
الشوائب: تعمل الشوائب الموجودة في الألياف الضوئية على امتصاص وتشتت الضوء المنتشر في الألياف الضوئية، مما يؤدي إلى فقدانه.
التفاوت: الخسارة الناجمة عن معامل الانكسار غير المتساوي لمواد الألياف الضوئية.
الإرساء: الخسارة الناتجة عند إرساء الألياف الضوئية، مثل: محاور مختلفة (متطلبات محورية الألياف الضوئية أحادية الوضع أقل من 0.8 ميكرومتر)، والوجه النهائي ليس متعامدًا مع المحور، والوجه النهائي غير متساوٍ، وقطر قلب الإرساء غير متطابق، وجودة الاندماج رديئة.
عندما يدخل الضوء من أحد طرفي الألياف الضوئية ويخرج من الطرف الآخر، تضعف شدة الضوء. وهذا يعني أنه بعد انتشار الإشارة الضوئية عبر الألياف الضوئية، يتم تخفيف جزء من الطاقة الضوئية. وهذا يدل على وجود مواد معينة في الألياف الضوئية أو لسبب ما، تعيق مرور الإشارة الضوئية. هذا هو فقدان نقل الألياف الضوئية. فقط من خلال تقليل فقدان الألياف الضوئية يمكن للإشارة الضوئية أن تمر بسلاسة.
2. تصنيف فقدان الألياف الضوئية
يمكن تقسيم فقدان الألياف الضوئية تقريبًا إلى الخسارة المتأصلة في الألياف الضوئية والخسارة الإضافية الناجمة عن ظروف الاستخدام بعد تصنيع الألياف الضوئية. التقسيمات الفرعية المحددة هي كما يلي:
يمكن تقسيم فقدان الألياف الضوئية إلى خسارة متأصلة وخسارة إضافية.
تشمل الخسارة المتأصلة خسارة التشتت وخسارة الامتصاص والخسارة الناجمة عن بنية الألياف الضوئية غير الكاملة.
تشمل الخسارة الإضافية خسارة الانحناء الدقيق وخسارة الانحناء وخسارة الربط.
ومن بينها، حدوث خسارة إضافية بشكل مصطنع أثناء مد الألياف الضوئية. في التطبيقات العملية، لا مفر من توصيل الألياف الضوئية واحدًا تلو الآخر، وسوف يتسبب توصيل الألياف الضوئية في حدوث خسارة. كما أن الانحناء الدقيق والضغط وتمديد الألياف الضوئية سيؤدي أيضًا إلى الخسارة. وهذه كلها خسائر ناجمة عن ظروف استخدام الألياف الضوئية. السبب الرئيسي هو أنه في ظل هذه الظروف، تغير وضع النقل في قلب الألياف الضوئية. ويمكن تجنب الخسارة الإضافية قدر الإمكان. أدناه، نناقش فقط الفقدان المتأصل للألياف الضوئية.
من بين الخسائر المتأصلة، يتم تحديد فقدان التشتت وفقدان الامتصاص من خلال خصائص مادة الألياف الضوئية نفسها، كما تختلف الخسارة المتأصلة الناتجة عند أطوال موجية مختلفة للعمل. من المهم للغاية فهم آلية توليد الخسارة والتحليل الكمي لحجم الخسارة الناجمة عن عوامل مختلفة لتطوير الألياف الضوئية منخفضة الخسارة والاستخدام الرشيد للألياف الضوئية.
3. فقدان امتصاص المواد
المواد المستخدمة في صنع الألياف الضوئية يمكنها امتصاص الطاقة الضوئية. بعد أن تمتص الجزيئات الموجودة في مادة الألياف الضوئية الطاقة الضوئية، فإنها تهتز وتولد الحرارة، ويتم فقدان الطاقة، وبالتالي توليد فقدان الامتصاص. نحن نعلم أن المادة تتكون من ذرات وجزيئات، والذرات تتكون من نوى ذرية وإلكترونات خارج النواة، وتدور الإلكترونات حول نواة الذرة في مدار معين. وهذا مثل الأرض التي نعيش عليها والكواكب مثل الزهرة والمريخ تدور حول الشمس. كل إلكترون له طاقة معينة وهو في مدار معين، أو بمعنى آخر كل مدار له مستوى طاقة معين.
يكون مستوى الطاقة المداري القريب من النواة أقل، ومستوى الطاقة المداري البعيد عن النواة أعلى. ويسمى حجم الفرق في مستوى الطاقة بين المدارات بفرق مستوى الطاقة. عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة منخفض إلى مستوى طاقة مرتفع، فإنه يمتص طاقة فرق مستوى الطاقة المقابل.
في الألياف الضوئية، عندما يتم تشعيع إلكترون عند مستوى طاقة معين بواسطة ضوء بطول موجي يتوافق مع اختلاف مستوى الطاقة، فإن الإلكترون الموجود في مدار مستوى الطاقة المنخفض سينتقل إلى المدار بمستوى طاقة أعلى. يمتص هذا الإلكترون الطاقة الضوئية، مما يؤدي إلى فقدان امتصاص الضوء.
ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، المادة الأساسية لصنع الألياف الضوئية، يمتص الضوء نفسه. أحدهما يسمى امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والآخر يسمى امتصاص الأشعة تحت الحمراء. في الوقت الحاضر، تعمل اتصالات الألياف الضوئية بشكل عام فقط في نطاق الطول الموجي من 0.8 إلى 1.6 ميكرومتر، لذلك نناقش فقط الخسارة في نطاق العمل هذا.
تبلغ ذروة الامتصاص الناتجة عن التحولات الإلكترونية في زجاج الكوارتز حوالي 0.1 إلى 0.2 ميكرومتر من الطول الموجي في المنطقة فوق البنفسجية. مع زيادة الطول الموجي، يتناقص تأثير الامتصاص تدريجيًا، لكن المنطقة المصابة تكون واسعة جدًا، حتى الأطوال الموجية أعلى من 1 ميكرومتر. ومع ذلك، فإن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية له تأثير ضئيل على ألياف الكوارتز الضوئية العاملة في منطقة الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال، في منطقة الضوء المرئي بطول موجة 0.6 ميكرومتر، يمكن أن يصل امتصاص الأشعة فوق البنفسجية إلى 1 ديسيبل/كم، وعند الطول الموجي 0.8 ميكرومتر، ينخفض إلى 0.2 إلى 0.3 ديسيبل/كم، وعند الطول الموجي 1.2 ميكرومتر، يكون حوالي 0.1 ديسيبل/كم فقط.
يحدث فقدان امتصاص الأشعة تحت الحمراء للألياف الضوئية الكوارتز بسبب الاهتزاز الجزيئي لمادة الأشعة تحت الحمراء. توجد عدة قمم لامتصاص الاهتزاز في النطاق أعلى من 2 ميكرومتر.
نظرًا لتأثير عناصر المنشطات المختلفة في الألياف الضوئية، فمن المستحيل أن يكون للألياف الضوئية الكوارتز نافذة خسارة منخفضة في النطاق الذي يزيد عن 2 ميكرومتر، وتكون خسارة الحد النظري عند طول موجة 1.85 ميكرومتر هي lb/km.
من خلال البحث، وجد أيضًا أن هناك بعض "الجزيئات المدمرة" في زجاج الكوارتز التي تسبب المشاكل، وبشكل رئيسي بعض شوائب المعادن الانتقالية الضارة، مثل النحاس والحديد والكروم والمنغنيز وما إلى ذلك. يمتص هؤلاء "الأشرار" بجشع الطاقة الضوئية تحت إشعاع الضوء، ويقفزون، ويسببون فقدان الطاقة الضوئية. إن إزالة "مثيري الشغب" وتنقية المواد المستخدمة في صنع الألياف الضوئية كيميائيًا يمكن أن يقلل الخسارة بشكل كبير.
مصدر امتصاص آخر في الألياف الضوئية الكوارتز هو الهيدروكسيل (OHˉ). وفقًا للبحث في 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 فقدان الامتصاص عند الطول الموجي 1.38 ميكرومتر هو الأكثر خطورة وله أكبر تأثير على الألياف الضوئية. عند الطول الموجي 1.38μm، فإن فقدان ذروة الامتصاص الناتج عن محتوى الهيدروكسيد الذي يبلغ 0.0001 فقط يصل إلى 33dB/km.
من أين تأتي هذه الهيدروكسيدات؟ هناك العديد من مصادر الهيدروكسيدات. أولاً، توجد مركبات الماء والهيدروكسيد في المواد المستخدمة في صناعة الألياف الضوئية. ليس من السهل إزالة مركبات الهيدروكسيد هذه أثناء تنقية المواد الخام، وتبقى أخيرًا في الألياف الضوئية على شكل هيدروكسيدات؛ ثانيًا، توجد كمية صغيرة من الماء في الهيدروكسيدات المستخدمة في صناعة الألياف الضوئية؛ ثالثًا، يتولد الماء نتيجة التفاعلات الكيميائية أثناء عملية تصنيع الألياف الضوئية؛ رابعا، يتم جلب بخار الماء عن طريق دخول الهواء الخارجي. ومع ذلك، فقد تطورت عملية التصنيع الحالية إلى مستوى عالٍ إلى حد ما، وانخفض محتوى الهيدروكسيد إلى مستوى منخفض بدرجة كافية بحيث يمكن تجاهل تأثيره على الألياف الضوئية.
4. خسارة التشتت
في الليل المظلم، إذا قمت بتسليط مصباح يدوي في السماء، يمكنك رؤية شعاع من الضوء. لقد رأى الناس أيضًا أشعة كثيفة من الضوء من الكشافات في سماء الليل.
فلماذا نرى أشعة الضوء هذه؟ وذلك بسبب وجود العديد من الجزيئات الصغيرة مثل الدخان والغبار التي تطفو في الغلاف الجوي. وعندما يسلط الضوء على هذه الجسيمات، فإنه يتطاير وينطلق في كل الاتجاهات. تم اكتشاف هذه الظاهرة لأول مرة بواسطة رايلي، لذلك أطلق الناس على هذا التشتت اسم "تشتت رايلي".
كيف يحدث التشتت؟ لقد اتضح أن الجسيمات الصغيرة مثل الجزيئات والذرات والإلكترونات التي تشكل المادة تهتز عند ترددات متأصلة معينة ويمكنها إطلاق ضوء بطول موجي يتوافق مع تردد الاهتزاز. يتم تحديد تردد اهتزاز الجسيم حسب حجم الجسيم. كلما زاد حجم الجسيم، انخفض تردد الاهتزاز وأصبح الطول الموجي للضوء المنطلق أطول؛ كلما كان الجسيم أصغر، زاد تردد الاهتزاز وقصر الطول الموجي للضوء المنبعث. ويسمى تردد الاهتزاز هذا بتردد الاهتزاز المتأصل للجسيم. ومع ذلك، فإن هذا الاهتزاز لا يتولد من تلقاء نفسه، بل يتطلب قدرًا معينًا من الطاقة. بمجرد تشعيع الجسيم بضوء ذو طول موجي معين، ويكون تردد الضوء المشعع هو نفس تردد الاهتزاز المتأصل للجسيم، فإنه سوف يسبب 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 بعث الطاقة على شكل طاقة ضوئية. لذلك، بالنسبة للأشخاص الذين يراقبون من الخارج، يبدو أن الضوء يضرب الجسيم ثم يطير في كل 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 أن فقدان تشتت رايلي أمر لا مفر منه. ومع ذلك، نظرًا لأن حجم خسارة تشتت رايلي يتناسب عكسيًا مع القوة الرابعة لطول موجة الضوء، فيمكن تقليل تأثير خسارة تشتت رايلي بشكل كبير عندما تعمل الألياف الضوئية في منطقة الطول الموجي الطويل.
5. عيب خلقي لا أحد يستطيع مساعدته
هيكل الألياف الضوئية غير كامل، مثل الفقاعات أو الشوائب أو سمك غير متساوي في الألياف الضوئية، وخاصة واجهة الكسوة الأساسية غير المستوية. وعندما يصل الضوء إلى هذه الأماكن، سيتشتت جزء من الضوء في جميع الاتجاهات، مما يسبب الضياع. ويمكن التغلب على هذه الخسارة عن طريق تحسين عملية تصنيع الألياف الضوئية. يؤدي التشتت إلى انبعاث الضوء في جميع الاتجاهات، وينعكس جزء من الضوء المبعثر في الاتجاه المعاكس لانتشار الألياف الضوئية. يمكن استقبال هذا الجزء من الضوء المبعثر عند الطرف الساقط للألياف الضوئية. ويؤدي تشتت الضوء إلى فقدان جزء من الطاقة الضوئية، وهو أمر غير مرغوب فيه. ومع ذلك، يمكننا أيضًا استخدام هذه الظاهرة، لأنه إذا قمنا بتحليل قوة الجزء المستقبل من الضوء عند طرف الإرسال، فيمكننا التحقق من نقاط التوقف والعيوب وفقدان هذه الألياف الضوئية. وبهذه الطريقة، ومن خلال البراعة البشرية، يمكن تحويل الأشياء السيئة إلى أشياء جيدة.
فقدان الألياف في السنوات الأخيرة، تم استخدام اتصالات الألياف الضوئية على نطاق واسع في العديد من المجالات. إحدى القضايا المهمة في تحقيق اتصال الألياف الضوئية هي تقليل فقدان الألياف الضوئية قدر الإمكان. ويشير ما يسمى بالخسارة إلى توهين الألياف الضوئية لكل وحدة طول، والوحدة هي ديسيبل/كم. يؤثر مستوى فقدان الألياف الضوئية بشكل مباشر على مسافة الإرسال أو المسافة بين محطات الترحيل. لذلك، فإن فهم فقدان الألياف الضوئية وتقليله له أهمية عملية كبيرة لاتصالات الألياف الضوئية.
1. فقدان امتصاص الألياف الضوئية
يحدث هذا بسبب امتصاص الطاقة الضوئية بواسطة مواد الألياف الضوئية والشوائب. وهي تستهلك طاقة ضوئية على شكل طاقة حرارية في الألياف الضوئية، وهو خسارة مهمة في فقدان الألياف الضوئية. يشمل فقدان الامتصاص ما يلي:
① فقدان الامتصاص الجوهري للمادة هذه هي الخسارة الناجمة عن الامتصاص المتأصل للمادة. يحتوي على نطاقين، أحدهما في منطقة 8-12 ميكرومتر من الأشعة تحت الحمراء القريبة. الامتصاص الجوهري لهذا النطاق يرجع إلى الاهتزاز. يوجد شريط الامتصاص الداخلي الآخر للمادة في النطاق فوق البنفسجي. عندما يكون الامتصاص قويًا جدًا، سيتم سحب ذيله إلى النطاق 0.7-1.1μm.
②فقد الامتصاص الناجم عن المنشطات وأيونات الشوائب تحتوي مواد الألياف الضوئية على معادن انتقالية مثل الحديد والنحاس والكروم وما إلى ذلك. ولها قمم امتصاص خاصة بها ونطاقات امتصاص وتختلف باختلاف حالات التكافؤ الخاصة بها. يعتمد فقدان الألياف الضوئية الناتج عن امتصاص أيونات المعادن الانتقالية على تركيزها. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود OH- يؤدي أيضًا إلى فقدان الامتصاص. ذروة الامتصاص الأساسية لـ OH- تقترب من 2.7 ميكرومتر، ونطاق الامتصاص يتراوح بين 0.5-1.0 ميكرومتر. بالنسبة للألياف الضوئية الكوارتز النقية، يمكن تجاهل الخسارة الناجمة عن الشوائب.
③ فقدان امتصاص العيب الذري عندما يتم تسخين مادة الألياف الضوئية أو إشعاعها بقوة، سيتم تحفيزها لإنتاج عيوب ذرية، مما يؤدي إلى امتصاص الضوء وفقدانه، ولكن بشكل عام هذا التأثير صغير جدًا.
2. تشتت فقدان الألياف الضوئية
سيؤدي التشتت داخل الألياف الضوئية إلى تقليل قوة النقل وتوليد الخسارة. وأهم تشتت هو تشتت رايلي، والذي يحدث بسبب تغيرات الكثافة والتركيب داخل مادة الألياف الضوئية.
أثناء عملية تسخين مادة الألياف الضوئية، بسبب التحريض الحراري، تكون انضغاطية الذرات غير متساوية، وتكون كثافة المادة غير متساوية، ومن ثم يكون معامل الانكسار غير متساوٍ. ويتم إصلاح هذا التفاوت أثناء عملية التبريد، ويكون حجمه أصغر من الطول الموجي للموجة الضوئية. عندما يصادف الضوء هذه المواد غير المستوية التي تكون أصغر من الطول الموجي للموجة الضوئية ولها تقلبات عشوائية أثناء الإرسال، يتغير اتجاه الإرسال ويحدث التشتت ويحدث الفقد. بالإضافة إلى ذلك، فإن التركيز غير المتساوي للأكاسيد الموجودة في الألياف الضوئية والتنشيط غير المتساوي يمكن أن يتسبب أيضًا في التشتت والخسارة.
3. خسارة تشتت الدليل الموجي
هذا هو التشتت الناتج عن التشويه العشوائي أو خشونة الواجهة. في الواقع، هو تحويل الوضع أو اقتران الوضع الناتج عن تشويه السطح أو خشونته. سيولد أحد الأوضاع أوضاع إرسال وأنماط إشعاع أخرى بسبب تقلب الواجهة. نظرًا لاختلاف أوضاع التوهين المختلفة المنقولة في الألياف الضوئية، في عملية تحويل وضع المسافة الطويلة، يصبح الوضع ذو التوهين المنخفض هو الوضع ذو التوهين الكبير. بعد التحويل المستمر والتحويل العكسي، على الرغم من أن خسارة كل وضع ستكون متوازنة، فإن الوضع ككل سيؤدي إلى خسارة إضافية، أي أنه سيتم إنشاء خسارة إضافية بسبب تحويل الوضع. وهذه الخسارة الإضافية هي خسارة تشتت الدليل الموجي. وللحد من هذه الخسارة، من الضروري تحسين عملية تصنيع الألياف الضوئية. بالنسبة للألياف الضوئية التي يتم سحبها جيدًا أو ذات الجودة العالية، يمكن تجاهل هذه الخسارة بشكل أساسي.
4. فقدان الإشعاع الناجم عن ثني الألياف الضوئية
الألياف الضوئية ناعمة ويمكن ثنيها. ومع ذلك، بعد الانحناء إلى حد ما، على الرغم من أن الألياف الضوئية يمكنها توجيه الضوء، إلا أنها ستغير مسار نقل الضوء. يؤدي التحويل من وضع الإرسال إلى وضع الإشعاع إلى دخول جزء من الطاقة الضوئية إلى الكسوة أو مرورها عبر الكسوة لتصبح وضع إشعاع وتتسرب إلى الخارج، وبالتالي توليد الخسارة. عندما يكون نصف قطر الانحناء أكبر من 5 إلى 10 سم، يمكن تجاهل الخسارة الناجمة عن الانحناء.
المصدر: شركة Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd
1. كيف يتم الجمع بين الألياف الضوئية؟
الجواب: تتكون الألياف الضوئية من جزأين أساسيين: نواة مصنوعة من مواد بصرية شفافة وطبقة كسوة وطلاء.
2. ما هي المعلمات الأساسية التي تصف خصائص نقل خطوط الألياف الضوئية؟
الإجابة: تشمل الخسارة، والتشتت، وعرض النطاق الترددي، وطول موجة القطع، وقطر مجال الوضع، وما إلى ذلك.
3. ما هي أسباب توهين الألياف؟
الإجابة: يشير توهين الألياف إلى تقليل الطاقة الضوئية بين مقطعين عرضيين من الألياف، وهو ما يرتبط بطول الموجة. الأسباب الرئيسية للتوهين هي التشتت والامتصاص والفقد البصري الناجم عن الموصلات والمفاصل.
4. كيف يتم تحديد معامل توهين الألياف الضوئية؟
الإجابة: يتم تعريفه بواسطة التوهين لكل وحدة طول للألياف الضوئية الموحدة في حالة مستقرة (ديسيبل/كم).
5. ما هي خسارة الإدراج؟
الإجابة: يشير إلى التوهين الناتج عن إدخال مكونات بصرية (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 وظيفة نقل الألياف الضوئية. يتناسب عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية عكسيًا تقريبًا مع طولها، ويكون حاصل ضرب عرض النطاق الترددي والطول ثابتًا.
7. كم عدد أنواع تشتت الألياف الضوئية الموجودة؟ ما علاقة ذلك؟
الإجابة: يشير تشتت الألياف الضوئية إلى توسيع تأخير المجموعة في الألياف الضوئية، بما في ذلك تشتت الوضع وتشتت المواد والتشتت الهيكلي. يعتمد 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: توسيع النبضة، وعرض النطاق الترددي للألياف الضوئية، ومعامل التشتت للألياف الضوئية.
9. ما هو الطول الموجي المقطوع؟
الإجابة: يشير إلى أقصر طول موجي يمكنه فقط نقل الوضع الأساسي في الألياف الضوئية. بالنسبة للألياف الضوئية أحادية الوضع، يجب أن يكون الطول الموجي المقطوع أقصر من الطول الموجي للضوء المرسل.
10. ما هو تأثير تشتت الألياف الضوئية على أداء نظام اتصالات الألياف الضوئية؟
الإجابة: سيؤدي تشتت الألياف الضوئية إلى توسيع النبض البصري أثناء الإرسال في الألياف الضوئية، مما يؤثر على معدل خطأ البت ومسافة الإرسال 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، لكن جزءًا صغيرًا منها ينتشر بشكل عكسي باتجاه باعث الضوء. باستخدام مقياس الطيف عند باعث الضوء لمراقبة المنحنى الزمني للتشتت الخلفي، لا يمكن فقط قياس طول وتوهين الألياف الضوئية الموحدة المتصلة من طرف واحد، ولكن أيضًا يمكن قياس المخالفات المحلية ونقاط التوقف وفقدان الطاقة الضوئية الناتجة عن المفاصل والموصلات.
12. ما هو مبدأ اختبار مقياس انعكاس المجال الزمني البصري (OTDR)؟ ما هي وظائفها؟
الإجابة: يعتمد OTDR على مبدأ تشتت الضوء وانعكاس فريسنل. ويستخدم الضوء المرتد المتولد عندما ينتشر الضوء في الألياف الضوئية للحصول على معلومات التوهين. يمكن استخدامه لقياس توهين الألياف الضوئية وفقدان المفاصل وموقع نقطة خطأ الألياف الضوئية وفهم توزيع الخسارة على طول الألياف الضوئية. إنها 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 هو التأثير على الاختبار؟ كيفية التعامل مع المنطقة العمياء في الاختبار الفعلي؟
الإجابة: عادةً ما تسمى سلسلة من "النقاط العمياء" الناتجة عن تشبع طرف استقبال OTDR بسبب الانعكاسات الناتجة عن نقاط مميزة مثل الموصلات النشطة والمفاصل الميكانيكية بالمناطق العمياء.
تنقسم المناطق العمياء في الألياف الضوئية إلى مناطق عمياء للحدث ومناطق عمياء للتوهين: تسمى مسافة الطول من نقطة البداية لذروة الانعكاس إلى ذروة تشبع المستقبل الناتجة عن تدخل الموصلات النشطة بالمناطق العمياء للحدث؛ المسافة من نقطة البداية لذروة الانعكاس إلى نقاط الحدث الأخرى التي يمكن تحديدها والتي تسببها تدخل الموصلات النشطة في الألياف الضوئية تسمى مناطق التوهين العمياء.
بالنسبة لـ OTDR، كلما كانت المنطقة العمياء أصغر، كلما كان ذلك أفضل. ستزداد المنطقة العمياء مع زيادة عرض اتساع النبض. على الرغم من أن زيادة عرض النبضة يزيد من طول القياس، إلا أنه يزيد أيضًا من المنطقة العمياء للقياس. لذلك، عند اختبار الألياف الضوئية، يجب استخدام نبضات ضيقة لقياس الألياف الضوئية ونقاط الحدث المجاورة لملحقات OTDR، بينما يجب استخدام نبضات واسعة لقياس الطرف البعيد للألياف الضوئية.
14.هل يمكن لـ OTDR قياس أنواع مختلفة من الألياف الضوئية؟
ج: إذا كنت تستخدم وحدة OTDR أحادية الوضع لقياس ألياف متعددة الأوضاع، أو تستخدم وحدة OTDR متعددة الأوضاع لقياس ألياف أحادية الوضع بقطر أساسي يبلغ 62.5 مم، فلن تتأثر نتيجة قياس طول الألياف، ولكن نتائج فقدان الألياف وفقدان الموصل البصري وفقدان الإرجاع ستكون غير صحيحة. لذلك، عند قياس الألياف الضوئية، يجب عليك اختيار OTDR المطابق للألياف المقاسة المراد قياسها، حتى تتمكن من الحصول على النتائج الصحيحة لجميع مؤشرات الأداء.
15. ماذا يعني "1310 نانومتر" أو "1550 نانومتر" في أدوات الاختبار البصرية الشائعة؟
ج: يشير إلى الطول الموجي للإشارة الضوئية. يقع نطاق الطول الموجي المستخدم في اتصالات الألياف الضوئية في المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء، حيث يتراوح الطول الموجي بين 800 نانومتر و1700 نانومتر. غالبًا ما يتم تقسيمها إلى نطاقات ذات أطوال موجية قصيرة ونطاقات ذات أطوال موجية طويلة، ويشير الأول إلى الطول الموجي 850 نانومتر، ويشير الأخير إلى 1310 نانومتر و1550 نانومتر.
16. في الألياف الضوئية التجارية الحالية، ما هو الطول الموجي للضوء الذي يتمتع بأصغر تشتت؟ ما الطول الموجي للضوء الذي لديه أصغر خسارة؟
الإجابة: الضوء ذو الطول الموجي 1310 نانومتر لديه أصغر تشتت، والضوء ذو الطول الموجي 1550 نانومتر لديه أصغر خسارة.
17. كيف يتم تصنيف الألياف الضوئية حسب التغير في معامل انكسار نواة الألياف الضوئية؟
الإجابة: يمكن تقسيمها إلى ألياف ضوئية ذات مؤشر متدرج وألياف بصرية ذات مؤشر متدرج. تتميز الألياف الضوئية ذات مؤشر الخطوة بعرض نطاق ضيق ومناسبة للاتصالات ذات السعة الصغيرة لمسافات قصيرة؛ تتمتع الألياف الضوئية ذات مؤشر التدرج بنطاق ترددي واسع ومناسبة للاتصالات ذات السعة المتوسطة والكبيرة.
18. كيف يتم تصنيف الألياف الضوئية حسب أنماط الموجات الضوئية المختلفة التي تنتقل في الألياف الضوئية؟
الإجابة: يمكن تقسيمها إلى ألياف ضوئية أحادية الوضع وألياف ضوئية متعددة الأوضاع. يتراوح القطر الأساسي للألياف الضوئية أحادية الوضع تقريبًا بين 1 و10μm. عند طول موجة عمل معين، يتم إرسال وضع أساسي واحد فقط، وهو مناسب لأنظمة الاتصالات ذات السعة الكبيرة والمسافات الطويلة. يمكن للألياف الضوئية متعددة الأوضاع أن تنقل أوضاعًا متعددة من موجات الضوء، بقطر أساسي يتراوح بين 50 و60 ميكرومتر تقريبًا، ويكون أداء نقلها أسوأ من أداء الألياف الضوئية أحادية الوضع.
عند نقل الحماية التفاضلية الحالية للحماية المتعددة، غالبًا ما يتم استخدام الألياف الضوئية متعددة الأوضاع بين جهاز التحويل الإلكتروني البصري المثبت في غرفة الاتصالات بالمحطة الفرعية وجهاز الحماية المثبت في غرفة التحكم الرئيسية.
19. ما هي أهمية الفتحة العددية (NA) للألياف الضوئية ذات مؤشر الخطوة؟
الإجابة: تشير الفتحة الرقمية (NA) إلى قدرة الألياف الضوئية على تجميع الضوء. كلما زاد حجم NA، زادت قدرة الألياف الضوئية على جمع الضوء.
20. ما هو الانكسار المزدوج للألياف الضوئية أحادية الوضع؟
الإجابة: يوجد وضعان للاستقطاب المتعامد في الألياف الضوئية ذات الوضع الواحد. عندما لا تكون الألياف الضوئية متناظرة بشكل أسطواني تمامًا، فإن وضعي الاستقطاب المتعامدين لا يتدهوران. القيمة المطلقة للفرق في معامل الانكسار لوضعي الاستقطاب المتعامد هي الانكسار المزدوج.
21. ما هي هياكل الكابلات الضوئية الأكثر شيوعًا؟
الجواب: هناك نوعان: نوع الطبقة الملتوية ونوع الهيكل العظمي.
22. ما هي المكونات الرئيسية للكابلات الضوئية؟
الإجابة: يتكون بشكل أساسي من: لب الألياف، شحم الألياف الضوئية، مادة الغلاف، PBT (بولي بيوتيلين تيريفثاليت) ومواد أخرى.
23. ما الذي يشير إليه درع الكابلات الضوئية؟
الإجابة: يشير إلى عنصر الحماية (عادة سلك فولاذي أو حزام فولاذي) المستخدم في الكابلات الضوئية لأغراض خاصة (مثل الكابلات الضوئية البحرية، وما إلى ذلك). يتم توصيل الدرع بالغلاف الداخلي للكابل البصري.
24. ما هي المواد المستخدمة لغلاف الكابلات الضوئية؟
الإجابة: عادة ما يكون غلاف أو غمد الكابلات الضوئية مصنوعًا من مواد البولي إيثيلين (PE) والبولي فينيل كلورايد (PVC)، وتتمثل وظيفته في حماية قلب الكابل من التأثيرات الخارجية.
25. سرد الكابلات الضوئية الخاصة المستخدمة في أنظمة الطاقة.
الإجابة: هناك ثلاثة كابلات ضوئية خاصة:
الكابل البصري المركب ذو السلك الأرضي (OPGW)، يتم وضع الألياف الضوئية في خط الطاقة للهيكل المجدول المصنوع من الألومنيوم المغطى بالفولاذ. يحتوي تطبيق الكابل البصري OPGW على وظائف مزدوجة للسلك الأرضي والاتصالات، مما يحسن بشكل فعال معدل استخدام أعمدة وأبراج الطاقة.
الكبل البصري المغلف (GWWOP)، حيث يوجد خط نقل موجود، يتم لف هذا النوع من الكبلات الضوئية أو تعليقه على السلك الأرضي.
يتمتع الكابل البصري ذاتي الدعم (ADSS) بقوة شد قوية ويمكن تعليقه مباشرة بين برجي طاقة، بأقصى مدى يصل إلى 1000 متر.
26. ما هو عدد هياكل التطبيقات الموجودة للكابل البصري OPGW؟
الإجابة: بشكل أساسي: 1) طبقة أنبوب بلاستيكي ملتوية + هيكل أنبوب ألومنيوم؛ 2) أنبوب بلاستيكي مركزي + هيكل أنبوب ألومنيوم؛ 3) هيكل هيكلي من الألومنيوم. 4) هيكل أنبوب الألومنيوم الحلزوني. 5) هيكل أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ ذو الطبقة الواحدة (هيكل أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ المركزي، هيكل ملتوي لطبقة أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ)؛ 6) هيكل أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ المركب (هيكل أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ المركزي، هيكل ملتوي لطبقة أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ).
27. ما هي المكونات الرئيسية للسلك المجدولة خارج قلب الكابل البصري OPGW؟
الإجابة: إنه يتكون من سلك AA (سلك من سبائك الألومنيوم) وسلك AS (سلك فولاذي مغطى بالألمنيوم).
28. ما هي الشروط الفنية المطلوبة لاختيار نماذج الكابلات الضوئية OPGW؟
الإجابة: 1) قوة الشد الاسمية (RTS) لكابل OPGW (كيلو نيوتن)؛ 2) عدد نوى الألياف (SM) لكابل OPGW؛ 3) تيار الدائرة القصيرة (كا)؛ 4) وقت (أوقات) الدائرة القصيرة ؛ 5) نطاق درجة الحرارة (°C).
29. كيف تكون درجة انحناء الكابل البصري محدودة؟
الإجابة: يجب ألا يقل نصف قطر الانحناء للكابل الضوئي عن 20 مرة من القطر الخارجي للكابل الضوئي، ولا يقل عن 30 مرة عن القطر الخارجي للكابل البصري أثناء الإنشاء (الحالة غير الساكنة).
30. ما الذي يجب الانتباه إليه في هندسة الكابلات الضوئية ADSS؟
الإجابة: هناك ثلاث تقنيات رئيسية: التصميم الميكانيكي للكابلات الضوئية، وتحديد نقاط التعليق، واختيار الأجهزة الداعمة وتركيبها.
31. ما هي الأنواع الرئيسية لتركيبات الكابلات الضوئية؟
الإجابة: تشير تجهيزات الكابلات الضوئية إلى الأجهزة المستخدمة لتثبيت الكابلات الضوئية، بما في ذلك بشكل أساسي: مشابك التوتر، ومشابك التعليق، وعوازل الاهتزاز، وما إلى ذلك.
32. تحتوي موصلات الألياف الضوئية على معلمتين أساسيتين للأداء، ما هما؟
الإجابة: تُعرف موصلات الألياف الضوئية عمومًا بالمفاصل الحية. بالنسبة لمتطلبات الأداء البصري للموصلات أحادية الألياف، ينصب التركيز على معلمتي الأداء الأساسيتين لفقد الإدخال وخسارة العودة.
33. ما هو عدد أنواع موصلات الألياف الضوئية الشائعة الاستخدام؟
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، SC، ST، D4، DIN، Biconic، MU، LC، MT، وما إلى ذلك؛ وفقًا لوجه نهاية الدبوس للموصل، يمكن تقسيمها إلى FC وPC (UPC) وAPC. موصلات الألياف الضوئية شائعة الاستخدام: موصل الألياف الضوئية من النوع FC/PC، موصل الألياف الضوئية من النوع SC، موصل الألياف الضوئية من النوع LC.
34. في نظام اتصالات الألياف الضوئية، توجد العناصر التالية بشكل شائع. يرجى الإشارة إلى أسمائهم.
AFC، محول FC محول ST محول SC FC/APC، موصل FC/PC موصل SC موصل ST سلك التصحيح LC سلك تصحيح MU سلك تصحيح أحادي الوضع أو متعدد الأوضاع.
35. ما هي خسارة الإدراج (أو خسارة الإدراج) لموصل الألياف الضوئية؟
الإجابة: يشير إلى قيمة التخفيض في الطاقة الفعالة لخط النقل الناتج عن إدخال الموصل. بالنسبة للمستخدمين، كلما كانت القيمة أصغر، كان ذلك أفضل. وينص الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU-T) على ألا تتجاوز قيمته 0.5 ديسيبل.
36. ما هي خسارة العودة (أو توهين الانعكاس، خسارة العودة، خسارة العودة) لموصل الألياف الضوئية؟
الإجابة: هو مقياس لمكون طاقة الإدخال المنعكس من الموصل ويعود عبر قناة الإدخال. يجب ألا تقل قيمته النموذجية عن 25 ديسيبل.
37. ما هو الفرق الأبرز بين الضوء المنبعث من الثنائيات الباعثة للضوء وأشعة الليزر شبه الموصلة؟
الجواب: الضوء الناتج عن الصمام الثنائي الباعث للضوء هو ضوء غير متماسك ذو طيف واسع؛ الضوء الناتج عن الليزر هو ضوء متماسك ذو طيف ضيق جدًا.
38. ما هو الفرق الأكثر وضوحا بين خصائص عمل الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) وليزر أشباه الموصلات (LD)؟
الإجابة: ليس لـ LED عتبة، بينما LD له عتبة. لن يتم توليد الليزر إلا عندما يتجاوز التيار المحقون العتبة.
39. ما هما نوعي الليزر أشباه الموصلات ذو الوضع الطولي الأحادي الشائع الاستخدام؟
الإجابة: ليزر DFB وليزر DBR، وكلاهما عبارة عن ليزر ردود فعل موزعة، ويتم توفير ردود الفعل الضوئية الخاصة بهما من خلال شبكة Bragg المرتدة الموزعة في التجويف البصري.
40. ما هما النوعان الرئيسيان لأجهزة الاستقبال الضوئية؟
الإجابة: هي بشكل أساسي الثنائيات الضوئية (أنابيب PIN) والثنائيات الضوئية الانهيارية (APDs).
41. ما هي العوامل التي تسبب الضوضاء في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية؟
الإجابة: هناك ضوضاء ناجمة عن نسبة الانقراض غير المؤهلة، والضوضاء الناجمة عن التغيرات العشوائية في شدة الضوء، والضوضاء الناجمة عن ارتعاش الوقت، وضوضاء النقطة والضوضاء الحرارية للمستقبل، وضوضاء الوضع للألياف الضوئية، والضوضاء الناجمة عن توسيع النبض الناجم عن التشتت، وضوضاء توزيع الوضع LD، والضوضاء الناجمة عن غرد تردد LD، والضوضاء الناجمة عن الانعكاس.
42. ما هي الألياف الضوئية الرئيسية المستخدمة حاليا لبناء شبكة النقل؟ ما هي سماتها الرئيسية؟
الإجابة: هناك ثلاثة أنواع رئيسية، وهي الألياف الضوئية التقليدية ذات الوضع الواحد G.652، والألياف الضوئية ذات الوضع الواحد ذات التشتت المزاح G.653، والألياف الضوئية ذات التشتت غير الصفري G.655.
تتميز الألياف أحادية الوضع G.652 بتشتت كبير في النطاق C 1530-1565 نانومتر والنطاق L 1565-1625 نانومتر، بشكل عام 17-22psnm•km. عندما يصل معدل النظام إلى 2.5 جيجابت/ثانية أو أعلى، يلزم تعويض التشتت. عند سرعة 10 جيجابت/ثانية، تكون تكلفة تعويض تشتت النظام مرتفعة نسبيًا. وهي الألياف الأكثر استخدامًا في شبكة النقل الحالية.
يكون تشتت الألياف المتحولة بالتشتت G.653 في النطاق C والنطاق L عمومًا -1-3.5psnm•km، ويكون التشتت صفرًا عند 1550 نانومتر. يمكن أن يصل معدل النظام إلى 20 جيجابت/ثانية و40 جيجابت/ثانية، مما يجعله أفضل ألياف للإرسال لمسافات طويلة جدًا بطول موجة واحدة. ومع ذلك، نظرًا لخصائص التشتت الصفرية، ستحدث تأثيرات غير خطية عند استخدام DWDM لتوسيع السعة، مما يؤدي إلى تداخل الإشارة وخلط FWM بأربعة موجات، لذلك فهو غير مناسب لـ DWDM.
الألياف ذات التشتت المزاح غير الصفري G.655: يبلغ تشتت الألياف ذات التشتت المزاح غير الصفري G.655 في النطاق C من 1 إلى 6 psnm•km، ويكون التشتت في النطاق L عمومًا من 6 إلى 10 psnm•km. التشتت صغير، ويتجنب منطقة التشتت الصفرية، ويمنع خلط FWM بأربعة موجات، ويمكن استخدامه لتوسيع سعة DWDM وفتح أنظمة عالية السرعة. يمكن للألياف G.655 الجديدة توسيع المساحة الفعالة إلى 1.5 إلى 2 ضعف مساحة الألياف الضوئية العادية. يمكن للمساحة الفعالة الكبيرة أن تقلل من كثافة الطاقة وتقلل من التأثير غير الخطي للألياف الضوئية.
43. ما هي اللاخطية للألياف الضوئية؟
الإجابة: هذا يعني أنه عندما تتجاوز الطاقة الضوئية للألياف قيمة معينة، سيكون معامل الانكسار للألياف الضوئية مرتبطًا بشكل غير خطي بالطاقة الضوئية، وسيتم إنشاء تشتت رامان وتشتت بريلوين، مما يتسبب في تغيير تردد الضوء الساقط.
44. ما هو تأثير عدم خطية الألياف الضوئية على الإرسال؟
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 عبر الألياف الضوئية، لذلك يحدث تشويه غير خطي. هناك نوعان من التشوه غير الخطي: التشتت المحفز والانكسار غير الخطي. من بينها، يشمل التشتت المحفز تشتت رامان وتشتت بريلوين. يعمل نوعا التشتت المذكوران أعلاه على تقليل طاقة الضوء الساقط، مما يسبب الخسارة. يمكن تجاهله عندما تكون طاقة ألياف الإدخال صغيرة.
45. ما هي PON (الشبكة الضوئية السلبية)؟
الإجابة: PON عبارة عن شبكة بصرية من الألياف الضوئية في شبكة وصول المستخدم المحلي، تعتمد على الأجهزة البصرية المنفعلة مثل المقرنات والمقسمات.
الأسباب المختلفة لتوهين الألياف الضوئية
1. العوامل الرئيسية المسببة لتوهين الألياف هي: العوامل الداخلية، والانحناء، والبثق، والشوائب، والتفاوت، والالتحام.
الجوهرية: هي الخسارة المتأصلة في الألياف الضوئية، بما في ذلك: تشتت رايلي، والامتصاص المتأصل، وما إلى ذلك.
الانحناء: عندما يتم ثني الألياف الضوئية، سيتم فقدان جزء من الضوء الموجود في الألياف الضوئية بسبب التشتت، مما يسبب الخسارة.
البثق: الخسارة الناتجة عن الانحناء الطفيف عند ضغط الألياف الضوئية.
الشوائب: تعمل الشوائب الموجودة في الألياف الضوئية على امتصاص وتشتت الضوء المنتشر في الألياف الضوئية، مما يؤدي إلى فقدانه.
التفاوت: الخسارة الناجمة عن معامل الانكسار غير المتساوي لمواد الألياف الضوئية.
الإرساء: الخسارة الناتجة عند إرساء الألياف الضوئية، مثل: محاور مختلفة (متطلبات محورية الألياف الضوئية أحادية الوضع أقل من 0.8 ميكرومتر)، والوجه النهائي ليس متعامدًا مع المحور، والوجه النهائي غير متساوٍ، وقطر قلب الإرساء غير متطابق، وجودة الاندماج رديئة.
عندما يدخل الضوء من أحد طرفي الألياف الضوئية ويخرج من الطرف الآخر، تضعف شدة الضوء. وهذا يعني أنه بعد انتشار الإشارة الضوئية عبر الألياف الضوئية، يتم تخفيف جزء من الطاقة الضوئية. وهذا يدل على وجود مواد معينة في الألياف الضوئية أو لسبب ما، تعيق مرور الإشارة الضوئية. هذا هو فقدان نقل الألياف الضوئية. فقط من خلال تقليل فقدان الألياف الضوئية يمكن للإشارة الضوئية أن تمر بسلاسة.
2. تصنيف فقدان الألياف الضوئية
يمكن تقسيم فقدان الألياف الضوئية تقريبًا إلى الخسارة المتأصلة في الألياف الضوئية والخسارة الإضافية الناجمة عن ظروف الاستخدام بعد تصنيع الألياف الضوئية. التقسيمات الفرعية المحددة هي كما يلي:
يمكن تقسيم فقدان الألياف الضوئية إلى خسارة متأصلة وخسارة إضافية.
تشمل الخسارة المتأصلة خسارة التشتت وخسارة الامتصاص والخسارة الناجمة عن بنية الألياف الضوئية غير الكاملة.
تشمل الخسارة الإضافية خسارة الانحناء الدقيق وخسارة الانحناء وخسارة الربط.
ومن بينها، حدوث خسارة إضافية بشكل مصطنع أثناء مد الألياف الضوئية. في التطبيقات العملية، لا مفر من توصيل الألياف الضوئية واحدًا تلو الآخر، وسوف يتسبب توصيل الألياف الضوئية في حدوث خسارة. كما أن الانحناء الدقيق والضغط وتمديد الألياف الضوئية سيؤدي أيضًا إلى الخسارة. وهذه كلها خسائر ناجمة عن ظروف استخدام الألياف الضوئية. السبب الرئيسي هو أنه في ظل هذه الظروف، تغير وضع النقل في قلب الألياف الضوئية. ويمكن تجنب الخسارة الإضافية قدر الإمكان. أدناه، نناقش فقط الفقدان المتأصل للألياف الضوئية.
من بين الخسائر المتأصلة، يتم تحديد فقدان التشتت وفقدان الامتصاص من خلال خصائص مادة الألياف الضوئية نفسها، كما تختلف الخسارة المتأصلة الناتجة عند أطوال موجية مختلفة للعمل. من المهم للغاية فهم آلية توليد الخسارة والتحليل الكمي لحجم الخسارة الناجمة عن عوامل مختلفة لتطوير الألياف الضوئية منخفضة الخسارة والاستخدام الرشيد للألياف الضوئية.
3. فقدان امتصاص المواد
المواد المستخدمة في صنع الألياف الضوئية يمكنها امتصاص الطاقة الضوئية. بعد أن تمتص الجزيئات الموجودة في مادة الألياف الضوئية الطاقة الضوئية، فإنها تهتز وتولد الحرارة، ويتم فقدان الطاقة، وبالتالي توليد فقدان الامتصاص. نحن نعلم أن المادة تتكون من ذرات وجزيئات، والذرات تتكون من نوى ذرية وإلكترونات خارج النواة، وتدور الإلكترونات حول نواة الذرة في مدار معين. وهذا مثل الأرض التي نعيش عليها والكواكب مثل الزهرة والمريخ تدور حول الشمس. كل إلكترون له طاقة معينة وهو في مدار معين، أو بمعنى آخر كل مدار له مستوى طاقة معين.
يكون مستوى الطاقة المداري القريب من النواة أقل، ومستوى الطاقة المداري البعيد عن النواة أعلى. ويسمى حجم الفرق في مستوى الطاقة بين المدارات بفرق مستوى الطاقة. عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة منخفض إلى مستوى طاقة مرتفع، فإنه يمتص طاقة فرق مستوى الطاقة المقابل.
في الألياف الضوئية، عندما يتم تشعيع إلكترون عند مستوى طاقة معين بواسطة ضوء بطول موجي يتوافق مع اختلاف مستوى الطاقة، فإن الإلكترون الموجود في مدار مستوى الطاقة المنخفض سينتقل إلى المدار بمستوى طاقة أعلى. يمتص هذا الإلكترون الطاقة الضوئية، مما يؤدي إلى فقدان امتصاص الضوء.
ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، المادة الأساسية لصنع الألياف الضوئية، يمتص الضوء نفسه. أحدهما يسمى امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والآخر يسمى امتصاص الأشعة تحت الحمراء. في الوقت الحاضر، تعمل اتصالات الألياف الضوئية بشكل عام فقط في نطاق الطول الموجي من 0.8 إلى 1.6 ميكرومتر، لذلك نناقش فقط الخسارة في نطاق العمل هذا.
تبلغ ذروة الامتصاص الناتجة عن التحولات الإلكترونية في زجاج الكوارتز حوالي 0.1 إلى 0.2 ميكرومتر من الطول الموجي في المنطقة فوق البنفسجية. مع زيادة الطول الموجي، يتناقص تأثير الامتصاص تدريجيًا، لكن المنطقة المصابة تكون واسعة جدًا، حتى الأطوال الموجية أعلى من 1 ميكرومتر. ومع ذلك، فإن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية له تأثير ضئيل على ألياف الكوارتز الضوئية العاملة في منطقة الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال، في منطقة الضوء المرئي بطول موجة 0.6 ميكرومتر، يمكن أن يصل امتصاص الأشعة فوق البنفسجية إلى 1 ديسيبل/كم، وعند الطول الموجي 0.8 ميكرومتر، ينخفض إلى 0.2 إلى 0.3 ديسيبل/كم، وعند الطول الموجي 1.2 ميكرومتر، يكون حوالي 0.1 ديسيبل/كم فقط.
يحدث فقدان امتصاص الأشعة تحت الحمراء للألياف الضوئية الكوارتز بسبب الاهتزاز الجزيئي لمادة الأشعة تحت الحمراء. توجد عدة قمم لامتصاص الاهتزاز في النطاق أعلى من 2 ميكرومتر.
نظرًا لتأثير عناصر المنشطات المختلفة في الألياف الضوئية، فمن المستحيل أن يكون للألياف الضوئية الكوارتز نافذة خسارة منخفضة في النطاق الذي يزيد عن 2 ميكرومتر، وتكون خسارة الحد النظري عند طول موجة 1.85 ميكرومتر هي lb/km.
من خلال البحث، وجد أيضًا أن هناك بعض "الجزيئات المدمرة" في زجاج الكوارتز التي تسبب المشاكل، وبشكل رئيسي بعض شوائب المعادن الانتقالية الضارة، مثل النحاس والحديد والكروم والمنغنيز وما إلى ذلك. يمتص هؤلاء "الأشرار" بجشع الطاقة الضوئية تحت إشعاع الضوء، ويقفزون، ويسببون فقدان الطاقة الضوئية. إن إزالة "مثيري الشغب" وتنقية المواد المستخدمة في صنع الألياف الضوئية كيميائيًا يمكن أن يقلل الخسارة بشكل كبير.
مصدر امتصاص آخر في الألياف الضوئية الكوارتز هو الهيدروكسيل (OHˉ). وفقًا للبحث في 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 فقدان الامتصاص عند الطول الموجي 1.38 ميكرومتر هو الأكثر خطورة وله أكبر تأثير على الألياف الضوئية. عند الطول الموجي 1.38μm، فإن فقدان ذروة الامتصاص الناتج عن محتوى الهيدروكسيد الذي يبلغ 0.0001 فقط يصل إلى 33dB/km.
من أين تأتي هذه الهيدروكسيدات؟ هناك العديد من مصادر الهيدروكسيدات. أولاً، توجد مركبات الماء والهيدروكسيد في المواد المستخدمة في صناعة الألياف الضوئية. ليس من السهل إزالة مركبات الهيدروكسيد هذه أثناء تنقية المواد الخام، وتبقى أخيرًا في الألياف الضوئية على شكل هيدروكسيدات؛ ثانيًا، توجد كمية صغيرة من الماء في الهيدروكسيدات المستخدمة في صناعة الألياف الضوئية؛ ثالثًا، يتولد الماء نتيجة التفاعلات الكيميائية أثناء عملية تصنيع الألياف الضوئية؛ رابعا، يتم جلب بخار الماء عن طريق دخول الهواء الخارجي. ومع ذلك، فقد تطورت عملية التصنيع الحالية إلى مستوى عالٍ إلى حد ما، وانخفض محتوى الهيدروكسيد إلى مستوى منخفض بدرجة كافية بحيث يمكن تجاهل تأثيره على الألياف الضوئية.
4. خسارة التشتت
في الليل المظلم، إذا قمت بتسليط مصباح يدوي في السماء، يمكنك رؤية شعاع من الضوء. لقد رأى الناس أيضًا أشعة كثيفة من الضوء من الكشافات في سماء الليل.
فلماذا نرى أشعة الضوء هذه؟ وذلك بسبب وجود العديد من الجزيئات الصغيرة مثل الدخان والغبار التي تطفو في الغلاف الجوي. وعندما يسلط الضوء على هذه الجسيمات، فإنه يتطاير وينطلق في كل الاتجاهات. تم اكتشاف هذه الظاهرة لأول مرة بواسطة رايلي، لذلك أطلق الناس على هذا التشتت اسم "تشتت رايلي".
كيف يحدث التشتت؟ لقد اتضح أن الجسيمات الصغيرة مثل الجزيئات والذرات والإلكترونات التي تشكل المادة تهتز عند ترددات متأصلة معينة ويمكنها إطلاق ضوء بطول موجي يتوافق مع تردد الاهتزاز. يتم تحديد تردد اهتزاز الجسيم حسب حجم الجسيم. كلما زاد حجم الجسيم، انخفض تردد الاهتزاز وأصبح الطول الموجي للضوء المنطلق أطول؛ كلما كان الجسيم أصغر، زاد تردد الاهتزاز وقصر الطول الموجي للضوء المنبعث. ويسمى تردد الاهتزاز هذا بتردد الاهتزاز المتأصل للجسيم. ومع ذلك، فإن هذا الاهتزاز لا يتولد من تلقاء نفسه، بل يتطلب قدرًا معينًا من الطاقة. بمجرد تشعيع الجسيم بضوء ذو طول موجي معين، ويكون تردد الضوء المشعع هو نفس تردد الاهتزاز المتأصل للجسيم، فإنه سوف يسبب 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 بعث الطاقة على شكل طاقة ضوئية. لذلك، بالنسبة للأشخاص الذين يراقبون من الخارج، يبدو أن الضوء يضرب الجسيم ثم يطير في كل 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 أن فقدان تشتت رايلي أمر لا مفر منه. ومع ذلك، نظرًا لأن حجم خسارة تشتت رايلي يتناسب عكسيًا مع القوة الرابعة لطول موجة الضوء، فيمكن تقليل تأثير خسارة تشتت رايلي بشكل كبير عندما تعمل الألياف الضوئية في منطقة الطول الموجي الطويل.
5. عيب خلقي لا أحد يستطيع مساعدته
هيكل الألياف الضوئية غير كامل، مثل الفقاعات أو الشوائب أو سمك غير متساوي في الألياف الضوئية، وخاصة واجهة الكسوة الأساسية غير المستوية. وعندما يصل الضوء إلى هذه الأماكن، سيتشتت جزء من الضوء في جميع الاتجاهات، مما يسبب الضياع. ويمكن التغلب على هذه الخسارة عن طريق تحسين عملية تصنيع الألياف الضوئية. يؤدي التشتت إلى انبعاث الضوء في جميع الاتجاهات، وينعكس جزء من الضوء المبعثر في الاتجاه المعاكس لانتشار الألياف الضوئية. يمكن استقبال هذا الجزء من الضوء المبعثر عند الطرف الساقط للألياف الضوئية. ويؤدي تشتت الضوء إلى فقدان جزء من الطاقة الضوئية، وهو أمر غير مرغوب فيه. ومع ذلك، يمكننا أيضًا استخدام هذه الظاهرة، لأنه إذا قمنا بتحليل قوة الجزء المستقبل من الضوء عند طرف الإرسال، فيمكننا التحقق من نقاط التوقف والعيوب وفقدان هذه الألياف الضوئية. وبهذه الطريقة، ومن خلال البراعة البشرية، يمكن تحويل الأشياء السيئة إلى أشياء جيدة.
فقدان الألياف في السنوات الأخيرة، تم استخدام اتصالات الألياف الضوئية على نطاق واسع في العديد من المجالات. إحدى القضايا المهمة في تحقيق اتصال الألياف الضوئية هي تقليل فقدان الألياف الضوئية قدر الإمكان. ويشير ما يسمى بالخسارة إلى توهين الألياف الضوئية لكل وحدة طول، والوحدة هي ديسيبل/كم. يؤثر مستوى فقدان الألياف الضوئية بشكل مباشر على مسافة الإرسال أو المسافة بين محطات الترحيل. لذلك، فإن فهم فقدان الألياف الضوئية وتقليله له أهمية عملية كبيرة لاتصالات الألياف الضوئية.
1. فقدان امتصاص الألياف الضوئية
يحدث هذا بسبب امتصاص الطاقة الضوئية بواسطة مواد الألياف الضوئية والشوائب. وهي تستهلك طاقة ضوئية على شكل طاقة حرارية في الألياف الضوئية، وهو خسارة مهمة في فقدان الألياف الضوئية. يشمل فقدان الامتصاص ما يلي:
① فقدان الامتصاص الجوهري للمادة هذه هي الخسارة الناجمة عن الامتصاص المتأصل للمادة. يحتوي على نطاقين، أحدهما في منطقة 8-12 ميكرومتر من الأشعة تحت الحمراء القريبة. الامتصاص الجوهري لهذا النطاق يرجع إلى الاهتزاز. يوجد شريط الامتصاص الداخلي الآخر للمادة في النطاق فوق البنفسجي. عندما يكون الامتصاص قويًا جدًا، سيتم سحب ذيله إلى النطاق 0.7-1.1μm.
②فقد الامتصاص الناجم عن المنشطات وأيونات الشوائب تحتوي مواد الألياف الضوئية على معادن انتقالية مثل الحديد والنحاس والكروم وما إلى ذلك. ولها قمم امتصاص خاصة بها ونطاقات امتصاص وتختلف باختلاف حالات التكافؤ الخاصة بها. يعتمد فقدان الألياف الضوئية الناتج عن امتصاص أيونات المعادن الانتقالية على تركيزها. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود OH- يؤدي أيضًا إلى فقدان الامتصاص. ذروة الامتصاص الأساسية لـ OH- تقترب من 2.7 ميكرومتر، ونطاق الامتصاص يتراوح بين 0.5-1.0 ميكرومتر. بالنسبة للألياف الضوئية الكوارتز النقية، يمكن تجاهل الخسارة الناجمة عن الشوائب.
③ فقدان امتصاص العيب الذري عندما يتم تسخين مادة الألياف الضوئية أو إشعاعها بقوة، سيتم تحفيزها لإنتاج عيوب ذرية، مما يؤدي إلى امتصاص الضوء وفقدانه، ولكن بشكل عام هذا التأثير صغير جدًا.
2. تشتت فقدان الألياف الضوئية
سيؤدي التشتت داخل الألياف الضوئية إلى تقليل قوة النقل وتوليد الخسارة. وأهم تشتت هو تشتت رايلي، والذي يحدث بسبب تغيرات الكثافة والتركيب داخل مادة الألياف الضوئية.
أثناء عملية تسخين مادة الألياف الضوئية، بسبب التحريض الحراري، تكون انضغاطية الذرات غير متساوية، وتكون كثافة المادة غير متساوية، ومن ثم يكون معامل الانكسار غير متساوٍ. ويتم إصلاح هذا التفاوت أثناء عملية التبريد، ويكون حجمه أصغر من الطول الموجي للموجة الضوئية. عندما يصادف الضوء هذه المواد غير المستوية التي تكون أصغر من الطول الموجي للموجة الضوئية ولها تقلبات عشوائية أثناء الإرسال، يتغير اتجاه الإرسال ويحدث التشتت ويحدث الفقد. بالإضافة إلى ذلك، فإن التركيز غير المتساوي للأكاسيد الموجودة في الألياف الضوئية والتنشيط غير المتساوي يمكن أن يتسبب أيضًا في التشتت والخسارة.
3. خسارة تشتت الدليل الموجي
هذا هو التشتت الناتج عن التشويه العشوائي أو خشونة الواجهة. في الواقع، هو تحويل الوضع أو اقتران الوضع الناتج عن تشويه السطح أو خشونته. سيولد أحد الأوضاع أوضاع إرسال وأنماط إشعاع أخرى بسبب تقلب الواجهة. نظرًا لاختلاف أوضاع التوهين المختلفة المنقولة في الألياف الضوئية، في عملية تحويل وضع المسافة الطويلة، يصبح الوضع ذو التوهين المنخفض هو الوضع ذو التوهين الكبير. بعد التحويل المستمر والتحويل العكسي، على الرغم من أن خسارة كل وضع ستكون متوازنة، فإن الوضع ككل سيؤدي إلى خسارة إضافية، أي أنه سيتم إنشاء خسارة إضافية بسبب تحويل الوضع. وهذه الخسارة الإضافية هي خسارة تشتت الدليل الموجي. وللحد من هذه الخسارة، من الضروري تحسين عملية تصنيع الألياف الضوئية. بالنسبة للألياف الضوئية التي يتم سحبها جيدًا أو ذات الجودة العالية، يمكن تجاهل هذه الخسارة بشكل أساسي.
4. فقدان الإشعاع الناجم عن ثني الألياف الضوئية
الألياف الضوئية ناعمة ويمكن ثنيها. ومع ذلك، بعد الانحناء إلى حد ما، على الرغم من أن الألياف الضوئية يمكنها توجيه الضوء، إلا أنها ستغير مسار نقل الضوء. يؤدي التحويل من وضع الإرسال إلى وضع الإشعاع إلى دخول جزء من الطاقة الضوئية إلى الكسوة أو مرورها عبر الكسوة لتصبح وضع إشعاع وتتسرب إلى الخارج، وبالتالي توليد الخسارة. عندما يكون نصف قطر الانحناء أكبر من 5 إلى 10 سم، يمكن تجاهل الخسارة الناجمة عن الانحناء.
المصدر: شركة Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd
