أساسيات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع

كابل الألياف الضوئية هو وسيلة النقل الأكثر شيوعاً والأكثر أهمية في نظام الاتصال البصري، وتتكون من لب زجاجي واحد وطبقة تكسية قريبة من القلب، وطبقة طلاء أولية وطبقة واقية مكونة من غطاء بلاستيكي أي ألياف أسطوانية ولب وكسوة وطبقات طلاء مكونة من ثلاثة أجزاء.

ما هي أساسيات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع

تتكون طبقة الطلاء من خاصيتين بصريتين مختلفتين للوسيط اللذان يشكلان معامل الانكسار المتوسط ​​للضوء عن الجزء الداخلي من متوسط ​​معامل الانكسار العالي المحيط، وفي محيط العبوة كطبقة تغطية من مادة معتمة، حيث يتم منع الضوء من الهروب من السطح أثناء تخلله وكما يتضمن كابل الألياف الضوئية على نوعين هما الألياف أحادية الوضع والألياف متعددة الأوضاع.

عندما تكون هندسة الألياف أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء أي حوالي “1 مليمتر” ستكون عملية النقل البصري وجوداً مهماً لعشرات أو حتى مئات من وسائط النقل، مثل الألياف التي تسمى الألياف متعددة الأوضاع، ونظراً لاختلاف أساليب الانتشار التي لها سرعة انتشار مختلفة في الطور يتم إنشاء الإرسال لمسافات طويلة من خلال تشتت الأسلوب، وبعد إنشاء فرق تأخير الإرسال لمسافات طويلة ممّا يؤدي إلى توسيع النبضة الضوئية.

سيؤدي تشتت الوضع الجانبي إلى تضييق النطاق الترددي للألياف متعددة الأوضاع ويتم تقليل سعة الإرسال، وبالتالي فإنّ الألياف متعددة الأوضاع مناسبة فقط لسرعة منخفضة واتصالات الألياف الضوئية قصيرة المسافة واتصال البيانات حالياً عدد كبير من الألياف متعددة الأوضاع شبكة المنطقة المحلية.

يتم تحليل خصائص الانتشار لكل من القدرة المقيدة وقدرة شعاع الأنفاق لنظام ليفي عملي واحد له عدد N من الوصلات، كما يتم إجراء التحليل مع مراعاة جودة كل توصيلات في نظام النقل ويُلاحظ أنّ القوة المكسوة تزداد مع عدد الوصلات، وتعتمد على جودة التوصيلات ومعلمات الألياف مثل الفتحة العددية وقطر كل من ألياف الإرسال والاستقبال.

كما تم الحصول على توافق أفضل بين النتائج التجريبية والتحليل النظري ويُلاحظ تجريبياً أنّ القدرة المكسوة تزداد بنسبة” 30%” مع وجود شقين متساويين بخسارة “0.2 dB”، ولكل منهما في ليف المسافة “4.5 كيلومتر” بين المرسل والمستقبل عند مقارنته بنظام لا توجد به خسائر لصق، ويتم أيضاً التحقق من القيم التجريبية المنخفضة لفقد اللصق للألياف التي تحتوي على مزيد من القوة المكسوة من خلال التحليل النظري وتقاس قدرة الكسوة من خلال تقنية الفحص المكسو.

يعتبر غطاء الألياف الضوئية جهازاً مهماً يمكنه بشكل فعال قمع تلف وجه نهاية الألياف الناجم عن الليزر عالي الطاقة، ونظراً للتأثيرات غير الخطية فإنّ قوة ليزر الألياف الضوئية أحادي النمط محدودة بالحجم الأساسي، كما يمكن لليزر عالي الطاقة المعتمد على الألياف الضوئية متعددة الأوضاع أن يحقق طاقة أعلى.

تطور الألياف الضوئية متعددة الأوضاع

تم دراسة خصائص الإرسال للضوء في الغلاف النهائي للألياف الضوئية متعدد الأنماط، ويتم توسيع الضوء الناتج من الألياف الضوئية متعددة الأوضاع بسرعة كبيرة في النهاية، ويرجع ذلك إلى الفتحة الرقمية العالية وحجم النواة الكبير، كما تلعب زاوية الربط وانحراف الموضع تأثيراً قوياً على فقدان الإرسال ونقطة الضوء، ممّا يعني أنّه يجب تطبيق إجراء الربط الدقيق من أجل تقليل فقد الربط وعامل بقعة الوضع.

خصائص وسط الانتشار في الألياف

بالنسبة لوسط الانتشار نفسه أي في الليف متعدد الأنماط لمؤشر التدرج يختلف وقت تفريغ المجموعة في وضع مختلف، حيث يتسبب تأخير المجموعة في إحداث فارق زمني أي التأجيل بين نبضة الانتشار على طول الشعاع المختلف، وانحرافات الألياف الضوئية يؤدي هذا التأخير إلى اتساع نبضة الضوء الناتجة ويزيد النبض الخفيف من خطر هذه النبضات المتراكبة على الذيل، ويقل عرض النطاق الترددي أي معدل البيانات الذي يتسبب في دعم الألياف الضوئية.

يرتبط بوقت تفريغ المجموعة للنمط البصري للانتشار في قلب الألياف متعدد الوسائط للألياف الضوئية وبالتالي من أجل ضمان عرض نطاق عريض، توقع أن يكون وقت تفريغ المجموعة لجميع الأنماط متطابقاً تماماً ويجب أن يكون الطول الموجي، والتشتت البيني أي التشتت متعدد الوسائط” هو 0 وربما يجب أن يكون الحد الأدنى للتشتت البيني على الأقل.

من أجل تقليل تشتت “inter mode”، فإنّ الاتصالات السلكيةواللاسلكية مع معامل الانكسار لنواة الألياف للألياف الضوئية متعددة الوسائط عادة من محور الألياف الضوئية نحو قلب الألياف، وواجهات التغطية تتناقص تدريجياً أي توزيعات نواة الألياف “α (alpha)”.

لذلك فإنّ الألياف الضوئية متعددة الأنماط ذات مؤشر متدرج أي توزيع (α) لها نواة ليفية متناظرة دورانية وتوزع، بحيث تنخفض قيمة معامل الانكسار باتجاه محيطها باستمرار من مركز هذا على طول أي اتجاه شعاعي للألياف الضوئية، ولب الألياف عند الانتشار في النواة الليفية لإشارة ضوئية متعددة الأنماط في هذا الفهرس المتدرج فإنّ وسط الانتشار الذي تختلف تجربة الوضع البصري المختلف فيه، وهذا بسبب تغير معامل الانكسار باستمرار.

من سرعة توليد الانتشار لكل وضع بصري وبالتالي من خلال ضبط قيمة المعلمة ألفا يمكن الحصول على وقت تفريغ المجموعة الذي في الواقع يساوي جميع الأنماط، أي يمكن مراجعة توزيع الفهرس لتقليل أو حتى إزالة التشتت البيني بالإضافة إلى ذلك ويمكن ضبط قيمة المعلمة ألفا، لتوفير عرض نطاق عالي في مكان الطول الموجي المحدد أو في الطول الموجي “ge” وعلى سبيل المثال حوالي “850 نانومتر” إلى “1300 نانومتر”.

قد ترسم القيمة المقاسة للفتحة العددية للتشوه والحجم الأساسي للألياف استنتاجاً غير صحيح ذي صلة بالمعلمة قيمة الحجم الأساسي للألياف وتوزيع الفهرس، وتعد قيمة المعلمة “Δ” لحجم الألياف الأساسية وتوزيع المؤشر مهمة جداً للتوصيل، كما تم تحديد حجم نواة الألياف وكمية وشكل وضع التشغيل.

وقد يتسبب في نمط غير متزاوج في كمية وضع التشغيل وهذا النوع من تنوع اتصال “vpg” بين ألياف مؤشر متدرج مختلفة، ممّا يؤدي إلى فقدان لصق أو توهين الوصلة أو فقدان الوصلة إلى انتفاضة بالإضافة إلى ذلك تشتمل على:

• مؤشر الانكسار بالقرب من لب الألياف المركزي لمؤشر الانكسار لثاني أكسيد السيليكون.

• مزيج الألياف الضوئية متعدد الوسائط لغطاء معامل الانكسار إلى أسفل، مقارنةً بالألياف القياسية متعددة الأنماط لغطاء ثاني أكسيد السيليكون مع وجود يتم توفير نواة ليفية مركزية تختلط لأعلى، وفقاً لعدة خصائص مواتية، وعلى سبيل المثال يمكن أن تُظهر هذه الألياف الضوئية مقاومة للإشعاع ومقاومة الهيدروجين وخسارة منخفضة وعرض النطاق الترددي الكبير الذي تحسن.

• ومع ذلك بسبب ترسب الغطاء العالي للاكتئاب فإنّه من الصعب جداً ومكلف جداً صنع هذه الهياكل، كما أنّ تغطية تلك الرواسب قد تصل إلى “-16 * 10” فيما يتعلق بتكرير ثاني أكسيد السيليكون “-3″، وبالتالي غالباً ما تستخدم تقنية “PCVD” هذه التكنولوجيا مفيدة لتحقيق هذا المستوى المنخفض.

• كما يجب أن يكون الأنبوب الأصلي لثاني أكسيد السيليكون موجباً وفي الموضع البعيد من قلب الألياف المركزي للمسافة في تقنية “PCVD”، ولمنع حدوث هذه الأنماط يحدث فقد تسرب عالي للتسرب ومن ثم التجربة وتزداد تكلفة التصنيع.

ملاحظة:“PCVD” هي اختصار لـ “Plasma Chemical Vapor Deposition”.