تستخدم كابلات الألياف الضوئية على نطاق واسع اليوم لنقل البيانات. في بعض مجالات تكنولوجيا المعلومات ، استبدلت تمامًا خطوط الاتصال التقليدية القائمة على الموصلات المعدنية. تكون الخطوط البصرية فعالة بشكل خاص حيث يجب نقل كميات كبيرة من البيانات عبر مسافات طويلة.
محتوى
الأساس المادي للألياف الضوئية
تستند المبادئ الفيزيائية لتشغيل الألياف الضوئية على مبدأ الانعكاس الكلي. إذا أخذنا وسيطين بمؤشرات انكسار مختلفة ن1 و ن2، ون2<ن1 (على سبيل المثال ، الهواء والزجاج أو الزجاج والبلاستيك الشفاف) ودع شعاع من الضوء بزاوية α للواجهة ، ثم سيحدث حدثان.
شعاع (مشار إليه باللون الأحمر في الشكل) ، يتم إطلاقه من أعلى اليسار (على طول السهم) ، سينكسر جزئيًا ويمر عبر وسط بمؤشر انكساره n2 زاوية α1<α - يشار إلى هذا الجزء من الحزمة بخط متقطع.سينعكس الجزء الآخر من الحزمة من الواجهة بنفس الزاوية. إذا تم إطلاق الحزمة بزاوية ضحلة β (الشعاع الأخضر في الشكل) ، فسيحدث نفس الشيء - انعكاس جزئي وانكسار جزئي بزاوية β1.
إذا تم تقليل زاوية السقوط α بشكل أكبر (الشعاع الأزرق في الشكل) ، فإن الجزء المنكسر من الحزمة يمكن أن "ينزلق" بالتوازي تقريبًا مع واجهة الوسائط (الخط الأزرق المتقطع). سيؤدي المزيد من الانخفاض في زاوية السقوط (حادث شعاع أخضر بزاوية β) إلى قفزة نوعية - الجزء المنكسر سيكون غائبًا. سوف ينعكس الشعاع بالكامل من الواجهة بين الوسيطتين. تسمى هذه الزاوية بزاوية الانعكاس الكلي ، وتسمى الظاهرة نفسها الانعكاس الكلي. سيُلاحظ الشيء نفسه مع مزيد من الانخفاض في زاوية السقوط.
جهاز الألياف الضوئية
الألياف الضوئية مبنية على هذا المبدأ. يتكون من طبقتين متحدتين بكثافة بصرية مختلفة.
إذا دخل شعاع ضوئي إلى الطرف المفتوح للألياف بزاوية أكبر من زاوية انعكاس الضوء ، فسوف ينعكس تمامًا من حدود التلامس بين وسيطين بمؤشرات انكسار مختلفة ، مع توهين منخفض عند كل "قفزة".
الجزء الخارجي من الألياف الضوئية مصنوع من البلاستيك. يمكن أيضًا أن يكون الجزء الداخلي مصنوعًا من البلاستيك الشفاف ، ثم يمكن ثنيه بزوايا كبيرة بدرجة كافية (حتى يتم لفه في حلقة ، وسيظل الضوء الداخل يمر من طرف إلى آخر مع التوهين اعتمادًا على الخصائص البصرية لـ البلاستيك وطول دليل الضوء). بالنسبة للكابلات الأساسية حيث لا تكون المرونة بنفس الأهمية ، يكون اللب الداخلي عادةً مصنوعًا من الزجاج.هذا يقلل من التوهين ، ويقلل من تكلفة الألياف ، لكنها تصبح حساسة للانحناءات.
لزيادة إنتاجية الخط البصري ، يتم إنتاج الألياف في وضعين أو إصدار متعدد الأوضاع. للقيام بذلك ، يتم زيادة المقطع العرضي الأساسي إلى 50 ميكرون أو 62.5 ميكرون (مقابل 10 ميكرون للوضع الفردي). يمكن إرسال إشارتين أو أكثر في وقت واحد من خلال هذه الألياف الضوئية.
هذا البناء لخط النقل البصري له عيوب معينة. أحدها هو تشتت الضوء الناتج عن المسار المختلف لكل إشارة. لقد تعلموا كيفية التعامل معها عن طريق صنع قلب بمؤشر انكسار متدرج (يتغير من المنتصف إلى الحواف). نتيجة لهذا ، يتم تصحيح مسارات الحزم المختلفة.
تُستخدم الكابلات ذات الألياف متعددة الأوضاع بشكل أساسي للشبكات المحلية (داخل نفس المبنى ، أو مؤسسة واحدة ، وما إلى ذلك) ، ومع الألياف أحادية الوضع - لخطوط الاتصال الرئيسية.
جهاز خط الألياف
ينقل FOCL إشارة ضوئية تم إنشاؤها بواسطة LED أو الليزر. يتم إنشاء إشارة كهربائية في جهاز الإرسال. يحتاج الجهاز النهائي أيضًا إلى إشارة على شكل نبضات كهربائية. لذلك ، سيكون من الضروري تحويل البيانات الأصلية مرتين. يظهر رسم تخطيطي مبسط لخط الألياف البصرية في الشكل.
يتم تحويل الإشارة من جهاز الإرسال إلى نبضات ضوئية ويتم نقلها عبر خط بصري. إن قدرة المرسلات على جانب الإرسال محدودة ، لذلك ، في الخطوط الطويلة على فترات زمنية معينة ، يتم تثبيت الأجهزة التي تعوض التوهين - مكبرات الصوت الضوئية أو المولدات أو المكررات.يوجد على جانب الاستقبال محول آخر يحول الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية.
تصميم الكابلات البصرية
لتنظيم خط الألياف الضوئية ، يتم استخدام الألياف الفردية كجزء من كابل بصري. يعتمد تصميمه على الغرض من خط النقل وطريقة التمديد ، ولكنه بشكل عام يحتوي على عدة ألياف مع طبقة واقية فردية (من الخدوش والأضرار الميكانيكية). عادة ما يتم تنفيذ هذه الحماية في طبقتين - أولاً ، غلاف مركب ، وفي الأعلى - طلاء إضافي من البلاستيك أو الورنيش. يتم وضع الألياف في غلاف مشترك (مثل الكابلات الكهربائية التقليدية) ، والذي يحدد نطاق الكابل ويتم تحديده مع مراعاة التأثيرات الخارجية التي سيتعرض لها الخط أثناء التشغيل.
عند وضع حوامل الكابلات ، توجد مشكلة في حماية الخطوط من القوارض. في هذه الحالة ، من الضروري اختيار الكابل الذي يتم تعزيز غلافه الخارجي بشريط فولاذي أو درع سلكي. تستخدم الألياف الزجاجية أيضًا كحماية ضد التلف.
إذا تم وضع الكبل في أنبوب ، فلن تكون هناك حاجة إلى غلاف مقوى. الأنبوب المعدني يحمي أسنان الفئران والجرذان بشكل موثوق. يمكن جعل الغلاف الخارجي خفيف الوزن. هذا يجعل من السهل شد الكابل داخل الأنبوب.
إذا كان سيتم وضع خط في الأرض ، يتم إجراء الحماية على شكل درع سلكي محمي من التآكل أو قضبان من الألياف الزجاجية. إنه يوفر مقاومة عالية ليس فقط للضغط ، ولكن أيضًا للتمدد.
إذا تم وضع الكبل في مناطق بحرية ، عبر الأنهار وحواجز المياه الأخرى ، على تربة المستنقعات ، وما إلى ذلك ، يتم تطبيق حماية إضافية من شريط الألمنيوم البوليمر. هذه هي الطريقة التي يتم بها منع الماء من الدخول.
أيضًا ، تحتوي العديد من الكابلات الموجودة داخل غلاف مشترك على:
- قضبان التسليح التي تعطي الهيكل قوة أكبر تحت التأثيرات الميكانيكية الخارجية وأثناء الاستطالة الحرارية للخط ؛
- الحشو - خيوط بلاستيكية تملأ المساحات الفارغة بين الألياف والعناصر الأخرى ؛
- قضبان الطاقة (الغرض منها زيادة حمل الشد).
في المسافات الكبيرة ، يتم تعليق الخط على كابل ، ولكن هناك كبلات ذاتية الدعم. تم بناء الكابل المعدني الداعم مباشرة في الغلاف.
كنوع منفصل من خط الألياف البصرية ، يجب ذكر سلك التصحيح البصري. يحتوي هذا الكبل على واحد أو اثنين من الألياف (وضع فردي أو وضع مزدوج) محاطة بغلاف مشترك. على كلا الجانبين ، السلك مزود بموصلات للتوصيل. هذه الكابلات قصيرة الطول ومخصصة لتوصيل المعدات على مسافة قصيرة أو لوضع الاتصالات داخل الخزانة.
مزايا وعيوب الكابلات الضوئية
تشمل المزايا غير المشكوك فيها للكابلات الضوئية ، والتي حددت التوزيع الواسع لخطوط الاتصال هذه ، ما يلي:
- مناعة عالية من الضوضاء - لا تتأثر إشارة الضوء بالإشعاع الكهرومغناطيسي المنزلي والصناعي ، ولا ينبعث الخط نفسه (وهذا يجعل من الصعب الوصول غير المصرح به إلى المعلومات المرسلة ولا يسبب مشاكل التوافق الكهرومغناطيسي) ؛
- عزل كلفاني كامل بين جانب الاستقبال والإرسال ؛
- مستوى توهين منخفض - أقل بكثير من الخطوط السلكية ؛
- عمر خدمة طويل
- إنتاجية كبيرة.
في الواقع الحديث ، من المهم أيضًا ألا يجذب الكبل لصوص المعادن.
البصريات لا تخلو من العيوب. بادئ ذي بدء ، هذا هو تعقيد التثبيت والاتصال ، والذي يتطلب معدات وأدوات ومواد خاصة ، ويفرض أيضًا متطلبات متزايدة على مؤهلات الموظفين المشاركين في تركيب الخطوط وصيانتها. ترتبط معظم الأخطاء في FOCL بأخطاء التثبيت ، والتي قد لا تظهر على الفور. في البداية ، كانت تكلفة الخط نفسه مرتفعة أيضًا ، لكن تطور التكنولوجيا جعل من الممكن تسوية هذا العيب بمستويات تنافسية.
احتلت خطوط الاتصالات الضوئية قطاعًا جادًا في سوق مواد الاتصال. في المستقبل المنظور ، لا يرون بديلاً جادًا ما لم يكن هناك اختراق تكنولوجي.
مقالات مماثلة:
