المعرفه

تنقل كابلات الألياف الضوئية البيانات على شكل نبضات ضوئية عبر النوى الزجاجية، بينما توفر الموصلات واجهات دقيقة قابلة للفصل تربط الروابط الضوئية. معًا، يحددون خسارة الإدراج، وخسارة العودة، وعرض النطاق الترددي، ومسافة الإرسال لكل شبكة ألياف - من خطوط الوصول FTTH إلى العمود الفقري لمركز البيانات 400G/800G. تتناول هذه المقالة كيفية عمل نقل الألياف الضوئية، وأنواع الكابلات والموصلات الرئيسية، ومعلمات الأداء الأكثر أهمية، والاعتبارات الهندسية العملية للتركيب والصيانة.

كيف يعمل نقل الألياف الضوئية

تحمل الألياف الضوئية البيانات من خلال الانعكاس الداخلي الكلي للإشارات الضوئية داخل نواة مكونة من السيليكا. تتكون خيط الألياف القياسي من ثلاث طبقات: النواة التي تحمل الضوء؛ والكسوة ذات معامل انكسار أقل لحصر الضوء داخل القلب؛ وطلاء بوليمر يحمي الزجاج من الإجهاد الميكانيكي والأضرار البيئية.

على عكس الكابلات النحاسية، فإن الألياف الضوئية محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) وتداخل الترددات الراديوية (RFI)، وتظهر توهينًا منخفضًا للغاية للإشارة، وتدعم عرض نطاق ترددي أكبر بكثير. عادةً ما تفقد الألياف- ذات الوضع الواحد التي تعمل عند 1550 نانومتر حوالي 0.2 ديسيبل/كم - مما يتيح النقل لعشرات أو حتى مئات الكيلومترات دون تجديد. هذه الخصائص تجعل الألياف الضوئية هي الوسيلة الوحيدة الممكنة للاتصالات لمسافات طويلة-وسرعات عالية-وسعة-كبيرة. للمزيد عنمواد وبناء كابلات الألياف الضوئية، راجع دليلنا التفصيلي.
 

أنواع كابلات الألياف الضوئية: وضع-أحادي ووضع-متعدد

تنقسم كابلات الألياف الضوئية إلى فئتين بناءً على كيفية انتشار الضوء عبر القلب: ألياف أحادية الوضع (SMF) وألياف متعددة- (MMF). يخدم كل منها متطلبات المسافة وعرض النطاق الترددي المميزة.

ألياف أحادية الوضع -(SMF)

يبلغ قطر الألياف ذات الوضع الفردي- 9 ميكرومتر فقط، مما يدعم وضع نقل واحد فقط للضوء. معامل التوهين الخاص به منخفض - عادةً 0.18–0.25 ديسيبل/كم عند 1550 نانومتر - مما يتيح الإرسال لمسافات طويلة- من 10 كم إلى أكثر من 100 كم. أنواع SMF الأكثر شيوعًا التي تم تعريفها بواسطةمعايير الاتحاد الدولي للاتصالات-Tيشمل:

• G.652D- الألياف القياسية ذات الوضع الفردي-. إنه يزيل ذروة الماء عند 1383 نانومتر، ويدعم CWDM عبر نافذة 1310-1625 نانومتر، ويحقق PMD أقل من 0.2 ps/√km. G.652D هو الإعداد الافتراضي للشبكات الأساسية وشبكات المترو وشبكات النقل لمسافات طويلة-.
• G.655- ألياف متحركة غير-صفرية التشتت-، تم تطويرها في الأصل لأنظمة النقل DWDM الطويلة-. الآن تم استبداله إلى حد كبير بـ G.652D في عمليات النشر الجديدة.
• G.657- ثني-الألياف غير الحساسة لـ FTTH والبيئات الداخلية. تسمح G.657.A1 بحد أدنى لنصف قطر الانحناء يبلغ 10 مم (مقابل 30 مم لـ G.652D)، بينما تسمح G.657.A2 بالانحناء حتى 7.5 مم. تعتبر الفئات الفرعية G.657.A متوافقة مع الإصدارات السابقة مع G.652D، مما يبسط الربط أثناء الترقيات.

يتم نشر SMF على نطاق واسع في الشبكات الأساسية، وشبكات المترو، وشبكات النقل لمسافات طويلة-، وفي الهواء الطلقكابل إسقاط FTTHالمنشآت. استكشف موقعنامجموعة منتجات الألياف ذات الوضع الواحد-.

ألياف متعددة الأوضاع (MMF)

تتميز الألياف ذات الأوضاع المتعددة- بقطر أساسي أكبر يبلغ 50 ميكرومتر (أو 62.5 ميكرومتر في OM1 القديمة)، مما يدعم أوضاع إضاءة متعددة في وقت واحد. على الرغم من أن مسافة الإرسال محدودة - عادةً أقل من 550 مترًا - فإن MMF يقترن بشكل جيد مع أجهزة الإرسال والاستقبال VCSEL (سطح التجويف الرأسي-العمودية-التي ينبعث منها الليزر)-منخفضة التكلفة، مما يجعلها فعالة من حيث التكلفة-للارتباطات القصيرة-ذات الوصول العالي-. درجات MMF الحديثة مصنفة تحتآيزو/آي إي سي 11801يشمل:

• OM3- ألياف محسنة بالليزر- ذات نطاق ترددي مشروط فعال (EMB) يبلغ 2000 ميجاهرتز·كم عند 850 نانومتر. يدعم 10GBASE-SR حتى 300 م و40G/100GBASE-SR4 حتى 100 م.
• OM4- عرض النطاق الترددي المحسن يبلغ 4700 ميجاهرتز·كم عند 850 نانومتر. يمتد 10GBASE-SR إلى 400 م، و40GBASE-SR4 إلى 150 م، و100GBASE-SR4 إلى 100 م. يتم إنشاء درجة MMF الأكثر انتشارًا على نطاق واسع في مراكز البيانات الجديدة.
• OM5- ألياف ذات وضع متعدد- عريضة النطاق (WBMMF) مع طول موجي محدد إضافي عند 953 نانومتر لتعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي القصير (SWDM)-، مما يدعم 40 جيجا/100 جيجا/400 جيجا على عدد أقل من خيوط الألياف.

MMF هو الخيار الأول للكابلات الداخلية لمركز البيانات، وشبكات الحرم الجامعي، والوصلات البينية لغرفة المعدات. تصفح لدينامنتجات الألياف المتعددة الوسائطلخيارات OM3، OM4، وOM5.

هيكل الكابل لبيئات مختلفة

وبعيدًا عن نوع الألياف، يعد إنشاء الكابلات أمرًا بالغ الأهمية. يتم استخدام الكابلات - المحكمة في الداخل لتحقيق المرونة وسهولة الإنهاء. تستخدم عمليات النشر الخارجية كابلات سائبة-أنبوبية، أو هلامية، أو مملوءة بالماء الجاف-مزودة بدرع للدفن المباشر، أو مجاري الهواء، أو التركيبات الهوائية - المصممة لمقاومة دخول الرطوبة، وأحمال الشد، وقوى السحق.
 

أنواع موصلات الألياف الضوئية وإنهاء-تلميع الوجه

موصلات الألياف الضوئية عبارة عن مكونات ميكانيكية عالية الدقة-تعمل على إنشاء اتصالات قابلة للفصل بين الألياف الضوئية. تؤثر مؤشرات الأداء الأساسية الخاصة بها - فقدان الإدراج (IL)، وخسارة الإرجاع (RL)، والمتانة، والاستقرار البيئي - بشكل مباشر على جودة الارتباط. ستؤدي المحاذاة السيئة أو-تلوث الوجه النهائي أو العيوب الهيكلية إلى تدهور أو مقاطعة الإرسال البصري.

أنواع الموصلات الشائعة

• موصل LC- عامل الشكل الصغير-مع حلقة سيراميكية مقاس 1.25 مم ومزلاج دفع-سحب. يتيح ضعف كثافة منفذ SC. يهيمن على مراكز البيانات-عالية الكثافة والواجهة القياسية لأجهزة الإرسال والاستقبال 10G/25G/40G/100G.
• موصل SCحلقة - 2.5 مم مع أداة توصيل كبس-في الدفع-وسحب. قوية وسهلة الإنهاء وفعالة من حيث التكلفة-. يستخدم على نطاق واسع في الوصول إلى الاتصالات، واتصالات FTTH ONT، ومعدات PON.
• موصل FCيوفر - اللولب الملولب- الموجود على أداة التوصيل استقرارًا ميكانيكيًا ممتازًا ومقاومة للاهتزاز. شائع في أدوات الاختبار وأنظمة النقل البصري والبيئات الصناعية.
• موصل MPO/MTP- موصل مصفوفة ألياف متعددة- يدعم من 8 إلى 72 ألياف في حلقة واحدة. ضروري للنقل البصري المتوازي في وصلات مركز البيانات 400G/800G. انظر لدينامنتجات MPO/MTP.

نهاية-تلميع الوجه: PC، وUPC، وAPC

يؤدي تلميع الوجه النهائي-إلى تحديد خسارة الإرجاع بشكل مباشر. هناك ثلاثة أنواع في الاستخدام القياسي، ويحكمهاإيك 61755(هندسة وجه النهاية-) والمعيار IEC 61753 (درجات الأداء):

• الكمبيوتر (الاتصال الجسدي)- منحنى محدب طفيف للاتصال المباشر. خسارة العودة أكبر من أو تساوي 40 ديسيبل. تم استبداله إلى حد كبير بواسطة UPC في تطبيقات الوضع الفردي-.
• UPC (الاتصال الجسدي الفائق)- تلميع أكثر دقة يحقق خسارة عائد أكبر من أو تساوي 50 ديسيبل. الإعداد الافتراضي لمراكز البيانات والشبكة المحلية وارتباطات الاتصالات الرقمية. ترميز اللون الأزرق.
• APC (الاتصال الجسدي بزاوية)- 8 نهاية بزاوية درجة-وجه يعيد توجيه الانعكاسات إلى الكسوة. خسارة العودة أكبر من أو تساوي 60 ديسيبل. مطلوب في الأنظمة الحساسة CATV، وPON/FTTH، وDWDM، والانعكاس-. ترميز اللون الأخضر.

مهم:يجب ألا يتم تزاوج موصلات APC وUPC معًا أبدًا. يؤدي عدم التطابق الهندسي إلى خسارة شديدة في الإدخال ويمكن أن يؤدي إلى تلف كلتا الحلقتين.
 

معلمات الأداء الرئيسية

هناك معلمتان تحددان الجودة البصرية لكل مجموعة موصلات وكابلات:

فقدان الإدراج (IL)هي الطاقة الضوئية المفقودة عندما تمر الإشارة عبر موصل أو لصق أو مكون. يجب أن يكون مستوى IL النموذجي أقل من 0.3 ديسيبل لتجميعات المصنع وأقل من 0.5 ديسيبل لإنهاء المجال. يحافظ انخفاض IL على ميزانية الارتباط ويدعم الوصول الأطول.

خسارة العودة (RL)يقيس مقدار الضوء الذي ينعكس مرة أخرى نحو المصدر. تعني قيم RL المطلقة الأعلى انعكاسًا أقل. تحدد معايير الصناعة الحد الأدنى من RL وهو 40 ديسيبل للكمبيوتر الشخصي، و50 ديسيبل لـ UPC، و60 ديسيبل لموصلات APC. يؤدي الانعكاس الزائد للخلف- إلى زعزعة استقرار الليزر، ويزيد من معدلات خطأ البت، ويسبب تشويهًا في الأنظمة التناظرية.

وتشمل المعلمات الحاسمة الأخرى معامل التوهين (dB/km)، وعرض النطاق (MHz·km بالنسبة إلى MMF)، والتشتت اللوني، وتشتت أسلوب الاستقطاب (PMD). يجب التحقق من كل شيء لكلمعايير اختبار كابلات الألياف الضوئيةقبل القبول.

التطبيقات الهندسية: التركيب والصيانة

حتى أفضل الألياف والموصلات سيكون أداؤها ضعيفًا بدون ممارسات التثبيت المناسبة.

إنهاء-تنظيف الوجه هو المهمة الأكثر أهمية.يمكن لجزيئات الغبار التي يصل حجمها إلى 1 ميكرومتر أن تحجب جزءًا ذا معنى من ألياف أحادية الوضع -بقطر 9 ميكرومتر. يجب فحص كل موصل وتنظيفه قبل التزاوج باستخدام مسحات خالية من الوبر-، أو أقلام تنظيف IPA، أو منظفات نمط الكاسيت-، ثم التحقق من ذلك باستخدام مجهر الألياف بدرجة تكبير 200× أو أعلى.

يجب احترام نصف قطر الانحناء.يؤدي تجاوز الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء إلى فقدان الانحناء الدقيق. بالنسبة للكابل ذو الوضع الفردي القياسي-، يبلغ هذا الحد عادةً 30 مم؛ بالنسبة للألياف غير الحساسة للانحناء G.657.A1-، تنخفض إلى 10 ملم.

يجب ألا يتم تجاوز حدود حمل الشد.قد يؤدي سحب الكابلات بما يتجاوز القوة القصوى المقدرة لها أثناء التثبيت إلى تمدد أو تشقق الألياف داخل الكابل. استخدم دائمًا معدات السحب المناسبة واتبع مواصفات الشركة المصنعة.

بالنسبة للمشاريع-الكبيرة الحجم مثلعمليات نشر الاتصال بمركز البيانات، تعمل مجموعات الكابلات-الموصلة مسبقًا مع الأداء الذي تم اختباره في المصنع-على تقليل وقت التثبيت وتقليل مخاطر التلوث.
 

الأسئلة المتداولة

ما الفرق بين الوضع الفردي-والألياف-المتعددة الأوضاع؟

تحتوي الألياف أحادية الوضع- على نواة يبلغ طولها 9 ميكرومتر تحمل وضعًا ضوئيًا واحدًا، مما يدعم النقل من 10 كم إلى أكثر من 100 كم. تحتوي الألياف متعددة الأوضاع- على نواة يبلغ طولها 50 ميكرومتر تحمل أوضاعًا متعددة، مما يحد من النطاق إلى بضع مئات من الأمتار ولكن باستخدام أجهزة إرسال واستقبال VCSEL أرخص لتوفير-روابط قصيرة المدى- فعالة من حيث التكلفة.

ماذا تعني قيم خسارة الإرجاع PC وUPC وAPC؟

يحقق الكمبيوتر الشخصي أكبر من أو يساوي 40 ديسيبل، وUPC أكبر من أو يساوي 50 ديسيبل، وAPC أكبر من أو يساوي 60 ديسيبل. القيم الأعلى تعني انعكاسًا خلفيًا أقل-. يعد وجه APC بزاوية 8 درجات-هو الخيار الأفضل للأنظمة الحساسة للانعكاس-مثل PON وCATV وDWDM.

هل يمكن توصيل موصلات APC وUPC معًا؟

لا، فالأوجه الطرفية ذات الزوايا والمسطحة-تخلق فجوة هوائية عند التزاوج، مما يؤدي إلى فقدان كبير للإدخال وأضرار مادية. قم دائمًا بمطابقة APC مع APC وUPC مع UPC.

ما هو الحد الأقصى للوصول للألياف OM3 وOM4؟

بالنسبة إلى 10GBASE-SR، يدعم OM3 ما يصل إلى 300 م وOM4 حتى 400 م. بالنسبة إلى 100GBASE-SR4 مع موصلات MPO، يصل طول OM3 إلى 70 مترًا ويصل OM4 إلى 100 متر، كما هو محدد في معايير IEEE 802.3 Ethernet.

لماذا يعتبر تنظيف الوجه النهائي-مهمًا جدًا؟

التلوث هو السبب الرئيسي لفشل موصل الألياف. يمكن لجسيم غبار واحد في القلب أن يزيد بشكل كبير من فقدان الإدخال. يجب تنظيف كل موصل وفحصه قبل كل عملية تزاوج.