وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية متعددة القنوات المدمجة

هناك حاجة إلى جهاز إرسال واستقبال رقمي بصري صغير لتوصيل الإشارات بين أجهزة الكمبيوتر والمحطات الطرفية الرقمية وإطارات التبديل الرقمية، ومن المفترض أن يؤدي استخدام التكنولوجيا الضوئية في توصيلات الإشارة بين الإطارات الرقمية إلى تقليل حجم ووزن الكابلات المعدنية، والتقليدية متعددة المكونات وعزل التفاعلات المحتملة بين الإطارات.

أساسيات وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية متعددة القنوات المدمجة

يشتمل جهاز الإرسال والاستقبال البصري متعدد القنوات على تجميع فرعي بصري لجهاز الإرسال (TOSA) مع شبكة دليل موجي مصفوفة حرارية (AWG) لتعدد إرسال الإشارات الضوئية، وتجميع فرعي بصري للمستقبل (ROSA) مع (AWG) حراري لفك تعدد الإشارات الضوئية، وقد تشتمل (TOSA) أيضًا على صفيف ليزر مقترن بصريًا بـ (AWG) الحراري، ونظام التحكم في درجة الحرارة المقترن حرارياً بمصفوفة الليزر والمقاس (AWG) الحراري للتحكم في درجة الحرارة لضبط الطول الموجي.

قد يشتمل نظام التحكم في درجة الحرارة في (TOSA) على مبرد حراري كهربائي (TEC) يبرد كلاً من مجموعة الليزر والمقاس (AWG) الحراري، ونظراً لأنّ (AWG) الحراري في (ROSA) مستقل عن درجة الحرارة فإنّ (ROSA) لا يتضمن (TEC)، وبالتالي يقلل من استهلاك الطاقة ويحافظ على المساحة ويمكن استخدام جهاز الإرسال والاستقبال البصري في نظام بصري متعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM)، على سبيل المثال في طرف خط بصري (OLT) في شبكة ضوئية منفعلة لـ (PON).

كما تشير “الأطوال الموجية للقناة” إلى الأطوال الموجية المرتبطة بالقنوات الضوئية وقد تشتمل على نطاق طول موجي محدد حول الطول الموجي المركزي، وفي أحد الأمثلة يمكن تحديد أطوال موجات القناة بواسطة معيار الاتصالات الدولية (ITU)، مثل: شبكة تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف لقطاع تقييس الاتصالات (DWDM)، وكما يشير “الضبط على الطول الموجي للقناة” إلى ضبط ناتج الليزر بحيث يشتمل ضوء الليزر المنبعث على الطول الموجي للقناة.

ملاحظة:“ITU” هي اختصار لـ “International Telecommunications Union” و”DWDM” هي اختصار لـ “Dense wavelength-division multiplexing”.

ملاحظة:“AWG” هي اختصار لـ “Arrayed waveguide gratings” و”ROSA” هي اختصار لـ “Receiver Optical Sub Assembly”.

ملاحظة:“TOSA” هي اختصار لـ “Transmitter Optical Sub Assembly” و”OLT” هي اختصار لـ “Optical Line Terminal”.

ملاحظة:“TEC” هي اختصار لـ “Telecommunications Energy and Cable” و”WDM” هي اختصار لـ “Wavelength Division Multiplexing”.

ملاحظة:“PON” هي اختصار لـ “passive optical network”.

تطور وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية متعددة القنوات المدمجة

مع التطور المتسارع للتقنيات مثل البيانات الضخمة والحوسبة السحابية وإنترنت الأشياء واتصالات الهاتف المحمول (5G)، يتم تعزيز تدفق بيانات الشبكة يتم قياس زيادة حادة، وهذا يتسبب في التوصيل البيني للوصول إلى النطاق العريض وإنترنت منطقة العاصمة والشبكة الأساسية ومركز البيانات؛ ليشجع نطاق اتصالات البيانات على نطاق واسع ومتطلبات السعر بشكل كبير.

كما يتم إرسال صناعة اتصالات الألياف البصرية في العالم كله نحو اتجاه التكامل العالي واستهلاك الطاقة المنخفضة في المعرض الحالي، والمنتج المنبع لجهاز الاتصال البصري كصناعة الاتصالات البصرية تلعب تأثيرًا رئيسيًا في مجال اتصالات البيانات، وبالتالي فإنّ مدى واقعية التقليل ومتكامل مع جهاز الاتصال البصري الحالي والاستهلاك المنخفض للطاقة والتكلفة المنخفضة، أصبح صناعة الاتصالات الضوئية الحالية أو حتى خدمة البيانات الطلب النشط في السوق.

الوحدة البصرية والكابل البصري النشط هي الحلول الفعالة لربط الاتصال البصري ويعتمد الإنتاج على صناعة الأجهزة البصرية، كما يمر خصائص نموذج إنتاج الجهاز البصري للنظام “المنفصل” والوحدة الهيكلية للجهاز البصري، كالتعديل أو جهاز إزالة التشكيل وليزر أشباه الموصلات، وكاشف ومضخم يتم تصنيعها باستخدام تقنية مختلفة تمامًا.

كيفية عمل جهاز الإرسال والاستقبال البصري ثنائي الاتجاه

يشمل جهاز الإرسال والاستقبال بصري ثنائي الاتجاه متعدد القنوات على الألياف الضوئية التي تنقل الإشارات الضوئية في اتجاه التيار وتستقبل الإشارات الضوئية المنبثقة، ومجموعة من المصادر الباعثة للضوء السطحي الرأسي التي تولد الإشارات الضوئية في اتجاه التيار، ومجموعة من أجهزة الكشف المستقبلة للضوء السطحي الرأسي التي تستقبل الإشارات الضوئية المنبع.

يشتمل جهاز الإرسال والاستقبال أيضًا على مقرن بصري ينتج الإشارات الضوئية في اتجاه التيار والإشارات الضوئية المنبع المتلقاة عبر الألياف الضوئية إلى الألياف الضوئية، وكاشفات استقبال الضوء السطحي الرأسي على التوالي.

يحتوي جهاز الإرسال والاستقبال البصري ثنائي الاتجاه على وضع متعدد القنوات يستخدم تعدد مصادر انبعاث الضوء السطحي الرأسي ومجموعة أجهزة الكشف الرأسية المستقبلة للضوء ونطاقات الطول الموجي المختلفة، وعلى سبيل المثال قد تستخدم الإشارات الضوئية في اتجاه التيار نطاق طول موجي يبلغ (1300 نانومتر) وقد تستخدم الإشارات الضوئية في المنبع نطاق طول موجي يبلغ (800 نانومتر).

تولد المصادر الباعثة للضوء السطحي الرأسي الإشارات الضوئية في اتجاه التيار والتي لها أطوال موجية مختلفة، حيث تسمح مرشحات تمرير النطاق الأول فقط بإرسال الإشارات الضوئية المتتالية التي لها أطوال موجية مقابلة إلى المقرن البصري، كما يمكن لأجهزة الكشف عن استقبال الضوء السطحي الرأسي اكتشاف الإشارات الضوئية المنبع ذات الأطوال الموجية المقابلة، والتي تمر من خلالها مرشحات تمرير النطاق الثاني.

أهمية جهاز الإرسال والاستقبال البصري ثنائي الاتجاه

• يقوم المقرن البصري بإخراج الإشارات الضوئية النهائية المنعكسة على العاكس الأول وإدخال الإشارات الضوئية المنبع من خلال نظام العدسة إلى الألياف الضوئية والعاكس على التوالي، كما يقع المقرن البصري بين العاكسين الأول والثاني، بحيث يعكس العاكس الثاني الإشارات الضوئية المنبع على السطح العمودي للكاشفات المستقبلة للضوء.

• يمكن وضع مرشحات تمرير النطاق الأول على سطح واحد من المقرن البصري الذي يعاكس العاكس الأول بينما قد توجد مرشحات تمرير النطاق الثاني على السطح الآخر للمقرن البصري، والذي عكس العاكس الثاني وتسمح مرشحات تمرير النطاق الأول بالإشارات الضوئية المقابلة المتولدة من المصادر الباعثة للضوء للسطح العمودي؛ ليتم إرسالها إلى المقرن البصري.

• كما تنعكس بعض الإشارات الضوئية الأولية ويتم إدخالها في المقرن البصري على مرشحات تمرير النطاق الثاني، كما تسمح مرشحات تمرير النطاق الثاني بإرسال الإشارات الضوئية الأولية من المقرن البصري العاكس الثاني، وبهذه الطريقة مرشحات تمرير النطاق الأول والثاني تعمل على اختيار الأطوال الموجية.

• يقوم نظام العدسة بتقريب الإشارات الضوئية في اتجاه التيار وإدخال الإشارات الضوئية المنبع من خلال الألياف الضوئية على الألياف الضوئية والمقرن البصري على التوالي، حيث يقع نظام العدسة بين الألياف الضوئية والمقرن البصري.

• وقد تكون الألياف الضوئية في شكل حلقة لتستعرض الإشارات الضوئية في الاتجاهين السفلي والعادي، كما يمكن لبنية هذا النظام أن تدرك جهاز الإرسال والاستقبال البصري ثنائي الاتجاه متعدد القنوات الذي يسمح بمحاذاة المحور البصري بسهولة وإرسال واستقبال ثنائي الاتجاه.

في النهاية، يتم توفير استقبال نقل الضوء متعدد القنوات المتكاملة للغاية من الكابل البصري النشط القائم على التقنية المتكاملة، ممّا يوفر نوعًا من متكامل ومنخفض استهلاك الطاقة ومنخفضة التكلفة (100 جيجابت في الثانية) وحدات الإرسال والاستقبال عالية السرعة والكابل البصري النشط.