اقرأ في هذا المقال
- ما هي الألياف متعددة الأوضاع
- أساسيات الألياف متعددة الأوضاع
- كيفية عمل الألياف المتعددة الأوضاع
- الفرق بين الألياف الضوئية أحادية الوضع والوضع المتعدد
يتم تحديد عدد الأنماط الموجهة بواسطة الطول الموجي أو التردد البصري وملف تعريف معامل الانكسار أمّا بالنسبة للألياف ذات المؤشر التدريجي، فإنّ الكميات ذات الصلة هي نصف قطر القلب والفتحة العددية كما يعتمد الأخير على تباين معامل الانكسار بين لب الألياف والكسوة.
ما هي الألياف متعددة الأوضاع
الألياف متعددة الأوضاع “multimode fiber”: هي ألياف ضوئية تدعم أوضاعاً موجهة مستعرضة متعددة وغالباً ما تكون كثيرة لتردد واستقطاب بصري معين.
تحدد الكميات المتعلقة بالألياف عدد “V” لألياف مؤشر الخطوة، وبالنسبة لقيم “V” الكبيرة يكون عدد الأوضاع تقريباً “V2 / 2” عند حساب كلا اتجاهي الاستقطاب، وخاصةً بالنسبة للألياف ذات النواة الكبيرة نسبياً، كما يمكن أن يكون عدد الأوضاع المدعومة مرتفعاً جداً.
أساسيات الألياف متعددة الأوضاع
يمكن للألياف متعددة الأنماط أن توجه الضوء بجودة شعاع رديئة وقدرة بصرية عالية وعلى سبيل المثال يتم إنشاؤها باستخدام شريط ثنائي عالي الطاقة، ولكنّ للحفاظ على جودة شعاع مصدر الضوء بإشعاع أعلى يمكن أن يكون من الأفضل استخدام ألياف ذات نواة أصغر وفتحة عددية معتدلة، وعلى الرغم من أنّ الإطلاق الفعال للضوء في الألياف قد يكون بعد ذلك أكثر صعوبة.
بالمقارنة مع الألياف أحادية النمط القياسية عادةً ما تحتوي الألياف متعددة الأنماط على مساحات أساسية أكبر بكثير، ولكن أيضاً بشكل عام فتحة عددية أعلى مثل 0.2-0.3، كما يؤدي هذا الأخير إلى توجيه قوي حتى في ظل ظروف الانحناء الضيق ولكن أيضاً إلى خسائر انتشار أعلى دون الانحناء، حيث يمكن أن تؤدي المخالفات في السطح البيني للكسوة إلى تشتيت الضوء بشكل أكثر فعالية.
عادةً ما يكون ملف تعريف معامل الانكسار مستطيلاً أي ألياف مؤشر الخطوة، ولكن في بعض الأحيان يكون مكافئاً، كما تحتوي المواصفات الأساسية للألياف متعددة الأوضاع على القطر الأساسي والقطر الخارجي للألياف متعددة الأوضاع، والأنواع الشائعة لاتصالات الألياف الضوئية هي ألياف “50/125 ميكرومتر” و”62.5 / 125 ميكرومتر”، حيث يبلغ قطرها الأساسي “50 ميكرومتر” أو “62.5 ميكرومتر” على التوالي وقطر الكسوة “125 ميكرومتر”.
تدعم هذه الألياف مئات الأوضاع الموجهة، وهناك أيضاً ألياف ذات قلب كبير بأقطار أكبر بكثير من مئات الميكرومترات، كما يُعد إطلاق الضوء إلى ليف متعدد الأوضاع أمراً سهلاً نسبياً ونظراً لوجود تفاوتات أكبر فيما يتعلق بموقع وزاوية انتشار الضوء الساقط مقارنةً بالألياف أحادية الوضع، ومن ناحية أخرى يتم تقليل التماسك المكاني لمخرجات الألياف ولا يمكن التحكم في نمط حقل الإخراج.
كيفية عمل الألياف المتعددة الأوضاع
في الألياف متعددة الأوضاع يتم نقل الضوء عبر عدد من المسارات أو الأنماط المختلفة، كما سيعوض الألياف متعددة الأنماط ذات المؤشر المثالي المتدرج أطوال المسار المختلفة، وعن طريق إبطاء الأوضاع التي تنتقل في مسارات أقصر بالقرب من مركز اللب مع السماح للضوء الذي ينتقل لمسافات أطول بسرعة أكبر.
في الألياف المثالية تصل جميع الأوضاع إلى جهاز الاستقبال في نفس الوقت، كما أنّ التعويض ليس مثالياً وتصل الأوضاع في أوقات مختلفة قليلاً مسببة انتشار النبض، كما يسمى هذا الانتشار بالتشتت المشروط ويتناسب عكسياً مع عرض النطاق الترددي، كما تنتقل الأنماط في نبضات ضوئية عبر الألياف متعددة الأوضاع لأنّ الألياف لا تعوض تماماً عن وقت التنقل عبر الرابط.
إذا كانت نبضات الضوء قريبة جداً من بعضها أي معدل إرسال أعلى أو إذا كان عرض النطاق الترددي المشروط أو اللوني للألياف منخفضاً، تختلط النبضات معاً وتجعل من المستحيل على الكاشف حل الإشارة، كما ينتج انتشار أي تشتت النبض عن عاملين أساسيين هما التشتت المشروط والتشتت اللوني.
يحدث التشتت اللوني لأنّ مصادر الضوء متعددة الأنماط “VCSEL” لا تصدر ضوءً بطول موجي واحد، كما تنتقل الأطوال الموجية الأطول بسرعة أعلى قليلاً ممّا يتسبب في انتشار النبض، والتشتت اللوني للألياف متعددة الأنماط هو دالة لتكوين الألياف، وعلى الرغم من اختلافها في الحجم مع الطول الموجي إلّا أنّها متشابهة نسبياً في جميع الألياف متعددة الوسائط.
يتم التحكم في التشتت النموذجي بواسطة ملف تعريف معامل الانكسار للألياف، حيث يهدف تصميم الألياف إلى التعويض عن المسافة المختلفة التي يقطعها كل وضع، ولكن تؤدي العيوب الصغيرة في الألياف إلى انتشار بعض النبضات.
يحد مقدار هذا الانتشار من مدى قرب تباعد النبضات وبالتالي عدد البتات التي يمكن إرسالها في فترة زمنية معينة، كما يقيس النطاق الترددي المشروط جودة ملف تعريف مؤشر الألياف مع عرض النطاق الترددي الأعلى الذي يعكس الألياف عالية الجودة.
- “VCSEL” هي اختصار لـ “Vertical Cavity Surface Emitting Laser”.
الفرق بين الألياف الضوئية أحادية الوضع والوضع المتعدد
1- قطر النواة
يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الألياف متعددة الأوضاع والألياف أحادية النمط في أن الأول له قطر نواة أكبر بكثير ويبلغ قطره عادةً “50 ميكرومتر” أو “62.5 ميكرومتر” وقطر غلاف يبلغ “125 ميكرومتر”، بينما يبلغ قطر الألياف أحادية النمط النموذجي ما بين “8 ميكرومتر” و”10 ميكرومتر” وقطر الكسوة “125 ميكرومتر”.
2- المصدر البصري
يتم استخدام كل من الليزر ومصابيح “LED” كمصادر للضوء، كما تُعد مصادر ضوء الليزر أغلى بكثير من مصادر ضوء “LED” ولكنّها تنتج ضوءاً يمكن التحكم فيه بدقة وله طاقة عالية، ونظراً لأنّ مصادر ضوء “LED” تنتج مصدر ضوء أكثر تشتتاً أي العديد من أوضاع الإضاءة، يتم استخدام مصادر الضوء هذه مع أوضاع متعددة
- “LED” هي اختصار لـ “Light Emitting Diode”.
3- الكابل
بينما يتم استخدام مصدر الليزر والذي ينتج قريباً من وضع ضوء واحد بكابل أحادي الوضع.
4- عرض النطاق
بسبب أنّ الألياف متعددة الأوضاع تمتلك حجم أولي أكبر من الألياف أحادية الوضع “single mode fiber” فهي تعزز أكثر من وضع انتشار واحد، وإلى جانب ذلك مثل الألياف متعددة الوسائط تقدم الألياف أحادية النمط تشتتاً ممكن ناتج عن أنماط مكانية متنوعة، ولكن التشتت المقياسي للألياف أحادية النمط أقل من الألياف متعددة الأوضاع، ولهذه الأسباب يمكن أن يصبح للألياف أحادية النمط “single mode” عرض نطاق أعلى من الألياف كثيرة الأوضاع.
5- لون الغلاف
يُستعمل لون الغلاف أحياناً للتمييز بين الكابلات متعددة الأوضاع والكابلات ذات الوضع الفردي “single mode”، حيث توصي “TIA-598C” القياسية للتطبيقات غير العسكرية، باستخدام غلاف صفراء للألياف ذات الوضع الفردي “single mode” وبرتقالية أو مائية للألياف متعددة الأوضاع أي بالنسبة للنوع، كما يستعمل بعض البائعين البنفسجي لتفريق ألياف اتصالات “OM4” عالية الأداء عن الأنواع الأخرى.
6- التشتت المشروط
تتيح مصادر ضوء “LED” المستعملة أحياناً مع الألياف متعددة الأوضاع مجموعة من الأطوال الموجية وتنتشر كل منها بسرعات متنوعة، كما سيؤدي ذلك إلى قدر كبير من التشتت المشروط وهو حد للطول المفيد لكابل الألياف الضوئية متعدد الأوضاع، وفي المقابل يقدم الليزر المستعمل في التحكم بالألياف أحادية النمط ضوءً متماسكاً بطول موجي واحد.
ومن ثم فإنّ تشتتها النموذجي أقل بكثير من الألياف متعددة الأوضاع، ونظراً للتشتت النمطي تمتلك الألياف متعددة الأوضاع معدلات بث نبضية أعلى من الألياف أحادية النمط “single mode”، ممّا يلغي من قدرة نقل المعلومات للألياف متعددة الأوضاع.
