الألياف الضوئية المتعددة الأنماط من نوع مؤشر الخطوة MMF

بناءً على توزيع معامل الانكسار يمكن تصنيف الألياف متعددة الأنماط “MMF” إلى فئتين هي الألياف ذات المؤشر المتدرج والألياف ذات المؤشر التدريجي، كما تحتوي ألياف المؤشر المتدرج ومؤشر الخطوة على مبادئ تشغيل مختلفة ويتم اعتبارها لسيناريوهات الشبكات المختلفة.

ما هي الألياف المتعددة الأنماط من نوع مؤشر الخطوة MMF

الألياف المتعددة الأنماط من نوع مؤشر الخطوة “MMF”: هو نوع من الألياف يتم فيه الاحتفاظ بمؤشر منتظم للانكسار داخل اللب، وفي واجهة الكسوة الأساسية تقترب قيمة معامل الانكسار من الأصفار مما يؤدي إلى انعكاس حاد لأشعة الضوء، ومؤشر الانكسار الضعيف هذا في واجهة الكسوة الأساسية هو مظهر من مظاهر انخفاض معامل الانكسار للكسوة.

تقوم الألياف متعددة الأنماط ذات مؤشر الخطوة على مبدأ الانعكاس الكلي وتسمح بانتقال الضوء عبر محور الألياف أو النواة في نمط متعرج، كما يمر الضوء الذي يدخل إلى الألياف متعددة الأنماط ذات مؤشر الخطوة في زوايا وقوع مختلفة عبر مسارات مختلفة لضمان التشغيل الفعال متعدد الأنماط.

ينتقل كل شعاع ضوئي بنفس السرعة عبر الألياف ولكن الوقت الذي يستغرقه للخروج يعتمد على الزاوية التي دخل منها، كما ستعكس الحزم التي تدخل بزوايا أكثر حدة انعكاساً أكبر ممّا يؤدي إلى الخروج في وقت متأخر عن دخول أشعة الضوء بزوايا أقل حدة.

• “MMF” هي اختصار لـ “Multi Mode Optical”.

التشتت المشروط في مؤشر الخطوة MMF

يتم تقديم أشعة الضوء الليفية متعددة الوسائط على طول محور الألياف بزوايا مختلفة، حيث تأخذ الأشعة التي تدخل بزاوية ضحلة مساراً مباشراً نسبياً للوصول إلى نهاية الألياف، ومن ناحية أخرى فإنّ الأشعة التي تدخل بزوايا حادة تستغرق وقتاً أطول للخروج من الألياف بسبب خضوعها لمزيد من الانعكاسات خارج حدود الكسوة أو النواة.

وفي الألياف متعددة الأنماط يتم تمثيل آلية التشويه هذه بظاهرة تسمى تشتت الوسائط أو التشوه متعدد الوسائط، وفي الألياف الضوئية يتم استخدام نبضات ضوئية للاتصالات الرقمية لنقل الإشارات عبر الألياف، حيث يتسبب التشتت النموذجي في انتشار الإشارات أو النبضات في الوقت المناسب لأنّ الإشارات الضوئية المتولدة في أوضاع مختلفة تأتي بسرعات انتشار مختلفة.

وفي الألياف متعددة الأنماط يعتمد حجم النبضة المنتشرة على عدد الأوضاع التي يتم إرسالها، حيث يتم اختراق النطاق الترددي المتوفر للألياف متعددة الوسائط، وذات مؤشر الخطوة إذا تعرض لعدد أكبر من الأوضاع، كما يميل التشتت النموذجي إلى تقليل أداء نظام الاتصال القائم على الألياف الضوئية لأنّه في حالة التشتت الواسع، ولا يمكن منع تداخل النبضات مما يؤدي إلى تخفيف معدل الخطأ في البتات “BER”.

يعد التشتت المشروط ظاهرة شائعة تتعلق بتطبيقات الألياف متعددة الأوضاع، حيث تدخل أوضاع الإضاءة المختلفة الألياف في وقت واحد ولكنّها تخرج بشكل غير متزامن، وفي الألياف متعددة الأنماط ذات المؤشر الخطوة يمكن تقليل تأثير التشتت النموذجي بشكل كبير لأنّ سرعة الضوء داخل اللب تختلف باختلاف معامل الانكسار.

يتحسن الضوء الذي ينتقل بعيداً عن لب الألياف في السرعة مع انخفاض معامل الانكسار تدريجياً، وهذا الاختلاف في السرعة يعوض عن الأوقات الأطول، والتي تستغرقها أشعة الضوء التي تنتقل عبر مسارات أطول، ونتيجةً لذلك في الألياف متعددة الأنماط ذات المؤشر الخطوة يظل وقت الإرسال للأنماط المختلفة متطابقاً تقريباً، ممّا يؤدي إلى انخفاض كبير في تشتت النموذج وجعل الألياف قادرة على العمل عند عرض نطاق أعلى.

• “BER” هي اختصار لـ “Bit Error Ratio”.

تطبيقات الألياف متعددة الأوضاع ذات مؤشر الخطوة

إنّ الألياف متعددة الأنماط ذات مؤشر الخطوة تعمل بتشتت أعلى، حيث لا يؤثر تشتت الألياف على قدرة نقل البيانات للألياف فحسب بل إنّه يحد أيضاً من أقصى مسافة اتصال فعالة، وبسبب هذه القيود يتم اعتبار الألياف متعددة الأوضاع ذات مؤشر الخطوة بشكل عام للتطبيقات منخفضة السرعة والمسافات القصيرة فقط.

وهذا النوع من الألياف أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب كثافة طاقة أعلى مثل توصيل الطاقة الصناعية والطبية، كما يُفضل نقل البيانات والألياف ذات المؤشر المتدرج للاتصالات، وتم تطوير “MMF” ذو المؤشر الخطوة كخيار افتراضي لتطبيقات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع.

كما يتم استخدام هذا النوع من الألياف على نطاق واسع في تطبيقات نقل البيانات، ويعتبر هذا النوع من الألياف للتطبيقات عالية السرعة “34 ميجابايت / ثانية” إلى “140 ميجابايت / ثانية”، وتطبيقات المسافات المتوسطة “10 كم” – “20 كم”، كما لا تستطيع ألياف مؤشر الخطوة التعامل مع عرض النطاق الترددي العالي والمسافة بسبب تشتت النموذج الشامل للتشويه الداخلي.

أساسيات الألياف المتعددة الوسائط من نوع مؤشر الخطوة

في هذا النوع من الألياف يتم الحفاظ على معامل انكسار أعلى عند المحور الأساسي وينخفض ​​تدريجياً مع زيادة المسافة الشعاعية أي المقاسة من المركز الأساسي، كما يتناقص مؤشر الانكسار داخل الألياف ذات المؤشر المتدرج بعيداً عن مركزها وعند حافة قيمة معامل الانكسار الأساسي الخاص بها تصبح تقريباً مساوية لقيمة معامل الانكسار للكسوة.

ينتج عن هذا التغيير التدريجي في قيمة معامل الانكسار انكسار داخلي بدلاً من الانعكاس، وبالتالي فإنّ أشعة الضوء تنحني باتجاه محور الألياف أثناء تحركها عبر ألياف ذات معامل انكسار منخفض، وفي الألياف متعددة الأنماط من نوع مؤشر متدرج تظهر انعكاساً داخلياً إجمالياً تقريباً صفري، لأنّ حزم الضوء يتم إجبارها على العودة إلى المحور الأساسي قبل أن تضرب الكسوة.

خصائص الألياف المتعددة الوسائط من نوع مؤشر الخطوة

• خسارة منخفضة.

• عرض النطاق الترددي العالي.

• القدرة على التوسع.

• حساسية منخفضة للانحناء الكلي.

• حساسية منخفضة للانحناء الدقيق.

• يدعم مسافات أطول.

ما هو نوع الألياف متعددة الأوضاع في نوع مؤشر الخطوة

تستخدم معظم التطبيقات الحالية مؤشر متدرج عندما يتعلق الأمر بالنوع المفضل من الألياف متعددة الأوضاع، كما ينتج مصنعون مختلفون درجات ألياف مختلفة ذات مؤشر متدرج، ومن المهم أن نفهم أنّ حجم اللب والكسوة هما من أهم معايير التصميم، حيث يتم تصنيع الكابلات بمجموعات مختلفة من الأحجام الأساسية والكسوة.

ومع ذلك يوفر كابل الألياف “62.5 / 125” أفضل أداء ويمكن استخدامه في مجموعة متنوعة من التطبيقات، ومن ناحية أخرى يتم اعتبار الألياف متعددة الأوضاع للتطبيقات قصيرة المدى وذات النطاق الترددي المنخفض فقط، كما يمكن رؤية مقارنة سريعة بين نوعي الألياف متعددة الأوضاع.

أساس معامل الانكسار في الألياف متعددة الأوضاع في نوع مؤشر الخطوة

1- خطوة مؤشر الألياف الضوئية

• معامل الانكسار للنواة ثابت.

• معامل الانكسار للكسوة ثابت أيضاً.

• تنتشر أشعة الضوء من خلاله على شكل أشعة خطية تعبر محور الألياف أثناء كل انعكاس عند حدود الكسوة اللبية.

2- مؤشر الألياف الضوئية المتدرج

• في هذا النوع من الألياف يحتوي اللب على معامل انكسار غير منتظم يتناقص تدريجياً من المركز باتجاه واجهة الكسوة الأساسية.

• الكسوة لها معامل انكسار موحد.

• تنتشر أشعة الضوء من خلاله على شكل أشعة منحرفة أو أشعة حلزونية.

• لا تعبر محور الألياف في أي وقت.