اقرأ في هذا المقال
- أساسيات الألياف متعددة الأوضاع
- ما هي خصائص الألياف متعددة الأوضاع
- خصائص الألياف متعددة الأوضاع لنقل ضوء الليزر
- خصائص الألياف متعددة الأوضاع للاتصالات البصرية
الألياف متعددة الأوضاع هي ألياف ضوئية تدعم أوضاعاً موجهة عرضية متعددة وغالباً لتردد واستقطاب بصري معين، كما يتم تخصيص عدد الأنماط الموجهة من خلال الطول الموجي أو التردد البصري وملف تعريف معامل الانكسار، وبالنسبة للألياف ذات المؤشر التدريجي فإنّ الكميات ذات العلاقة هي نصف قطر الداخل والفتحة العددية وكما يرتبط الأخير على تباين معامل الانكسار بين لب الألياف والكسوة.
أساسيات الألياف متعددة الأوضاع
الألياف الضوئية متعددة الأوضاع: هي نوع من الألياف الضوئية تستخدم في الغالب للاتصالات عبر مسافات قليلة مثل داخل مبنى أو في حرم جامعي، كما يمكن اعتماد الروابط متعددة الأوضاع لمعدلات بيانات تصل إلى “100 جيجابت / ثانية”.
يستخدم هذا التطبيق عادةً للمسافات القصيرة وتطبيقات البيانات والصوت أو الفيديو في الشبكات المحلية، كما لا يمكن إرسال إشارات النطاق العريض للتردد اللاسلكي مثل ما تستخدمه شركات الكابلات بشكل شائع عبر الألياف متعددة الأوضاع، وعادةً ما تكون الألياف متعددة الأوضاع “50/125″ و”62.5 / 125” في البناء.
واليوم أصبحت الألياف الضوئية متعددة الأوضاع “62.5 ميكرومتر” أي “OM1” قديمة تقريباً وتم إهمالها للاستخدام مع ملحقات أو إصلاحات الأنظمة القديمة ذات النطاق الترددي المنخفض، حيث في الواقع تدعم ألياف “OM1” أي “62.5 ميكرومتر” حوالي “33 متراً” فقط عند “10 جيجابت” ولا يتم التعرف عليها كخيار لسرعات أعلى.
تُستخدم الألياف الضوئية لشبكات البيانات طويلة المدى وعالية الأداء، كما تُعتمد الألياف الضوئية أيضاً بطريقة كبير في تطبيقات الاتصالات مثل الإنترنتوالتلفاز والهواتف.
ما هي خصائص الألياف متعددة الأوضاع
يتكون الكابل متعدد الأوضاع من ألياف زجاجية بقطر مشترك في حدود “50 ميكرون” إلى “100 ميكرون” للعنصر الحامل للضوء والحجم الأكثر انتشاراً هو “62.5 ميكرون”، والألياف الضوئية البلاستيكية “POF” هي كابل حديث قائم على البلاستيك يضمن أداءً يشبه إلى حد كبير الكابل الزجاجي لعمليات التشغيل القصيرة ولكن اقتصادياً.
على العكس من ذلك تشتمل الألياف أحادية الوضع على لب زجاجي صغير وعادة ما يكون قريباً من “9 ميكرون”، حيث باستخدام الألياف أحادية الوضع يمكن نقل البيانات بسرعة عالية عبر مسافات أطول، كما تُعد الألياف متعددة الأوضاع أكثر عرضة للتوهين مقارنة بالألياف أحادية الوضع.
توفر الألياف متعددة الأوضاع للمستخدمين نطاقاً ترددياً عالياً بسرعات عالية عبر مسافات متوسطة، كما تنتشر الموجات الضوئية في أوضاع أو مسارات مختلفة أثناء انتقالها عبر قلب الكابل، وعادةً عند “850 نانومتر” أو “1300 نانومتر”.
ومن ناحية أخرى في مسارات الكابلات الطويلة وعلى سبيل المثال أكثر من “3000 قدم” قد تؤدي مسارات الضوء المختلفة إلى تشويه الإشارة على الطرف المستقبل، كما يؤدي هذا في النهاية إلى نقل غامض وغير كامل للبيانات.
قد لا تكون الألياف متعددة الأوضاع مناسبة لنقل البيانات عالي السرعة، ولا ينصح بخلط الألياف ومطابقتها أيضاً، كما قد تؤدي محاولة توصيل ليف أحادي النمط بألياف متعددة الأوضاع إلى خسارة مقدارها “20 ديسيبل” والتي تمثل “99%” من إجمالي الطاقة.
بالنسبة لتردد بصري معين فإن التوزيع الكلي للمجال الكهربائي في أي مكان في ليف متعدد الأوضاع هو تراكب للمساهمات من الأنماط المختلفة، كما لا يعتمد ملف تعريف الشدة على القوى الضوئية في جميع الأوضاع فحسب بل يعتمد أيضاً على المراحل النسبية، ويمكن أن يكون هناك تداخل بناء أو مدمر لأنماط مختلفة في مواقع معينة في الألياف.
يتم تحديد كل من القوى والمراحل الضوئية مبدئياً من خلال شروط الإطلاق وتتطور الأطوار النسبية وبالتالي ظروف التداخل بشكل أكبر بسبب ثوابت الانتشار المعتمدة على الأسلوب، لذلك يتغير نمط الشدة المعقد إلى حد ما طوال الوقت وعادةً مع حدوث تغييرات كبيرة في طول انتشار أقل بكثير من “1 مم”، كما تتغير المراحل النسبية مع أي تعديلات على ظروف الإطلاق أو ثني الألياف أو تمددها أو تغيرات الطول الموجي أو درجة الحرارة.
- “POF” هي اختصار لـ “Plastic Optic Fiber”.
خصائص الألياف متعددة الأوضاع لنقل ضوء الليزر
تُستخدم الألياف متعددة الأوضاع لنقل الضوء من مصدر الليزر إلى المكان المطلوب لا سيما عندما يكون مصدر الضوء ذا جودة شعاع رديئة أو تتطلب الطاقة الضوئية العالية مساحة كبيرة من نواة الألياف، وعلى سبيل المثال يمكن إرسال الضوء من أنواع مختلفة من الليزر الثابت عالي الطاقة إلى محطات معالجة المواد بالليزر للقطع أو اللحام، حيث على سبيل المثال يقوم الروبوت بتحريك رأس الليزر المركب في نهاية كابل ليفي.
أيضاً تستخدم قضبان الصمام الثنائي عالية الطاقة ومكدسات الصمام الثنائي الألياف متعددة الأوضاع نظراً لأنّ جودة الحزمة الخاصة بها بعيدة عن أن تكون محدودة الانعراج، كما يُعتبر اقتران الألياف مفيداً لأنّه يسمح لأحد على سبيل المثال لفصل الصمامات الثنائية للمضخة، وترتيب التبريد الخاص بها عن رأس الليزر الخاص بليزر الحالة الصلبة الذي يضخه الصمام الثنائي.
ومع ذلك فإنّ الثنائيات الليزرية المقترنة بالألياف أكثر تكلفة، واعتماداً على أدوات تشكيل الحزمة المستخدمة يمكن أن يكون هناك بعض الفقد الكبير في الإشعاع، أمّا بالنسبة لمثل هذه التطبيقات يجب ألّا يكون عدد الأنماط الموجهة للألياف في كثير من الأحيان أكبر من اللازم للإطلاق الفعال، وإلّا فقد يتم توزيع إشعاع الليزر على عدد أكبر من اللازم من الأوضاع وسيتم تقليل جودة الحزمة والسطوع.
في الممارسة العملية عادةً ما يتم استخدام ملف تعريف انكسار بسيط لمؤشر الخطوة، حيث غالباً ما يتم الاحتفاظ بالفتحة الرقمية ثابتة عند بعض القيم القياسية مثل “0.22”، ويتم اختيار قطر النواة وفقاً لجودة الحزمة لمصدر الضوء والقيم المشتركة لقطر النواة هي “50 ميكرومتر” و”100 ميكرومتر” و”200 ميكرومتر” و”400 ميكرومتر” و”600 ميكرومتر” و”800 ميكرومتر.
خصائص الألياف متعددة الأوضاع للاتصالات البصرية
بالنسبة لاتصالات الألياف الضوئية قصيرة المسافة غالباً ما تُفضل الألياف متعددة الأوضاع على الألياف أحادية الوضع لأنّها يمكن أن تقبل الضوء من مصادر الضوء الأبسط، مثل الصمامات الثنائية الباعثة للضوء أي مصابيح “LED“، ومحاذاتها وعلى سبيل المثال في موصلات الألياف أقل أهمية، ومع ذلك فإنّ معدلات البيانات المحتملة أو مسافات الإرسال التي يمكن تحقيقها باستخدام هذه الألياف محدودة بظاهرة التشتت متعدد الوسائط.
وتعتمد سرعة المجموعة على وضع الانتشار بحيث يمكن تقسيم النبضات فائقة القصر المنتشرة في ألياف متعددة الأنماط إلى عدة نبضات مختلفة، وأوقات الوصول وربما تشوش أي إشارة مرسلة، كما يمكن تقليل هذا التأثير بشكل كبير عن طريق صنع ألياف متعددة الأنماط بمظهر مؤشر انكسار مكافئ أي ألياف مؤشر متدرج، بحيث يمكن تحقيق عرض نطاق ومسافة أكبر بكثير.
لا تزال العيوب التي لا مفر منها تضع حدوداً، حيث هناك معايير “ISO” مثل “OM1″ و”OM2″ و”OM3″ و”OM4″ و”OM5” والتي تحدد المستوى المتبقي للتشتت المتعدد الوسائط، ممّا يحد من عرض النطاق الترددي للإرسال أو عرض النطاق الترددي أي منتج المسافة، كما يتم تحقيق أعلى أداء على سبيل المثال مع ألياف “OM4 50/125-μm” المُحسّنة بالليزر مع ملف تعريف معامل الانكسار الذي يتم التحكم فيه بدقة شديدة.
- “LED” هي اختصار لـ “Light-emitting Diode”.
- “ISO” هي اختصار لـ “International Organization for Standardization”.
- “OM” هي اختصار لـ “optical multi-mode”.
