المعرفه

الهيكل الأساسي للألياف البصرية

تتكون الألياف البصرية من ثلاث طبقات:

Core: الطبقة المركزية المصنوعة من السيليكا عالية النقاء (مخدر بعناصر مثل الجرمانيوم). يحتوي على قطر صغير جدًا (8-10 ميكرون للألياف الوضعية الواحدة ، 50-62. 5μm للألياف متعددة الوضع) وفهرس الانكسار الأعلى.

الكسوة: تحيط النواة ، المصنوعة من مادة مع مؤشر الانكسار السفلي من القلب. هذا يضمن انتشار الضوء عبر الانعكاس الداخلي الكلي.

الطلاء الواقي: طبقة بوليمر خارجية لمنع الأضرار المادية والتداخل البيئي.

المبدأ الأساسي: الانعكاس الداخلي الكلي

تباين مؤشر الانكسار: يؤدي مؤشر الانكسار العالي في CORE مقارنةً بالكسوة إلى خضوع الضوء إلى الانعكاس الداخلي الكلي عند الحدود التي ترتديها الأساس عندما يكون الحادث عند الزوايا أكبر من الزاوية الحرجة.

انتشار الضوء: تنتقل إشارات الضوء عبر النواة عبر الانعكاس الداخلي الكلي المستمر ، بعد مسار متعرج (ألياف متعددة الأوضاع) أو مسار شبه متصل (ألياف أحادية الوضع).

خطوات نقل المعلومات

تحويل الإشارات الكهربائية إلى الإشارات البصرية:

في جهاز الإرسال ، يحول الصمام الثنائي ليزر ** (LD) ** أو الصمام الثنائي الذي ينبعث منه الضوء (LED) الإشارات الكهربائية إلى نبضات بصرية (الضوء "ON/OFF" أو تحولات الطول الموجي تمثل "1S" و "{2}} s").

انتقال الإشارة البصرية:

النبضات الخفيفة تنتشر من خلال الألياف. يحصر الفرق في مؤشر الانكسار بين النواة والكسوة الإشارة إلى القلب ، حتى عندما تكون الألياف عازمة.

مكرر الإشارة/التضخيم:

بالنسبة إلى انتقال المسافة الطويلة ، ** مضخمات الألياف المخدرة (EDFAs) ** تضخيم الإشارات البصرية مباشرة دون تحويلها إلى إشارات كهربائية ، وتقليل الكمون.

تحويل الإشارة البصرية إلى الكهربائية:

في جهاز الاستقبال ، يقوم A ** photoDetector ** (على سبيل المثال ، DIODE PIN ، ثنائيات الضوئية الفالواني) بتحويل الضوء إلى الإشارات الكهربائية ، والتي يتم فك تشفيرها بعد ذلك إلى بيانات أصلية.

.

أنواع الألياف والأداء

ألياف الوضع الواحد (SMF):

- Core-thin core (8-10 μM) ، مما يسمح فقط بوضع انتشار ضوء واحد.

- Advantages: Long-distance transmission (>100 كم) ، عرض النطاق الترددي العالي. تستخدم في شبكات العمود الفقري (على سبيل المثال ، كابلات تحت البحر).

الألياف متعددة الوضع (MMF):

- سماكة النواة (50-62. 5μm) ، ودعم أوضاع الضوء المتعددة.

- العيوب: حدود تشتت الوسيط مسافة الإرسال (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).

مزايا البصريات الألياف

عرض النطاق الترددي المتطرف: السرعة النظرية تصل إلى مئات TBP (باستخدام تعدد الإرسال للتقسيم الموجي).

التوهين المنخفض: تُظهر الألياف الحديثة خسائر منخفضة تصل إلى 0.

الحصانة إلى EMI: لا تتأثر بالتداخل الكهرومغناطيسي ، مناسبة للبيئات القاسية (على سبيل المثال ، شبكات الطاقة ، المستشفيات).

مضغوط وآمن: خفيفة الوزن ، صغيرة الحجم ، ولا تسرب الإشعاع الكهرومغناطيسي.

التحديات الفنية

التشتت: توسيع الإشارة بسبب سرعات مختلفة من الأطوال الموجية للضوء/أوضاع (تم حلها عن طريق تعويض التشتت أو DSP).

التأثيرات غير الخطية: تحفز الإشارات ذات الطاقة العالية خلط متناثر/أربعة موجة ، مما يتطلب التحكم الدقيق في الطاقة.

الانحناء: الانحناء المفرط يسبب تسرب الضوء. يجب الحفاظ على الحد الأدنى من دائرة نصف قطرها أثناء التثبيت.

التطبيقات

شبكات الاتصالات: العمود الفقري للإنترنت ، روابط المحطة الأساسية 5G ، ربطات مركز البيانات.

الرعاية الصحية: التصوير بالمنظار ، جراحة الليزر.

الصناعة: أجهزة استشعار الألياف البصرية (درجة الحرارة ، الضغط) ، ليزر الألياف.

ملخص

تقوم الألياف البصرية بنقل المعلومات عن طريق حصر إشارات الضوء داخل قلب عبر الانعكاس الداخلي الكلي. الاستفادة من التردد العالي للضوء ، فهي تتيح التواصل فائق السرعة ، ومسافة طويلة ، وخلط منخفض. تشمل التقنيات الرئيسية تعديل الضوء ، والتحكم الكلي في الانعكاس ، والتضخيم البصري ، وإدارة التشتت ، مما يجعل الألياف البصريات العمود الفقري لأنظمة الاتصالات العالمية الحديثة.