 |
|
| الإتصالات السلكية و الإتصالات اللاسلكية قسم الهواتف الثابتة و المتنقلة و تقنة الاتصالات اللاسلكية |
|
|
أدوات الموضوع |
|
||||||
منقول :- أسس الاتصالات بالألياف الضوئية Fundamentals of Fiber Optic Communication
 مرحبا"الموضوع منقول أسس الاتصالات بالألياف الضوئية Fundamentals of Fiber Optic Communication تعتبر الاتصالات بالألياف الضوئية أحد فروع الإلكترونيات الضوئية Optoelectronics التي تدمج نوعين أساسيين من العلوم هما الإلكترونيات والضوء. ويعتمد علم الإلكترونيات الضوئية على معالجة الإشارات الكهربائية وتحويلها إلى إشارات ضوئية ( وبالعكس ) وطرق نقل المعلومات ضوئياً وذلك بتحميلها على إشارات ضوئية ذات طول موجي مناسب للإرسال ثم استخلاصها من الإشارات الضوئية المستقبلة في طرف الاستقبال. وقد أدى التقدم العلمي والتكنولوجي الذي ظهر في القرن العشرين إلى ثورة هائلة في المعلومات وفي علوم الاتصالات حيث أصبح العالم قرية صغيرة. ونتيجة لذلك كان لابد من إيجاد وسط نقل جيد يستوعب كميات كبيرة من المعلومات وذي مواصفات عالية. وكان هذا الوسط هو الليف الضوئي الذي يمتاز بمزايا جديرة بالثقة حيث يمكن نقل المعلومات ضمن الليف بعرض مجال من مرتبةGbps بالإضافة إلى فعاليته ضد التشويش وسرعته العالية وصغر حجمه وخفة وزنه. لقد جاء هذا العمل كمدخل بسيط في دراسة نظم الاتصالات بالألياف الضوئية، ونظراً لضيق الوقت المخصص لمشروع السنة الرابعة، لم نتمكن من التعمق في الجوانب العملية للموضوع. ولذلك جاءت الجوانب العملية التطبيقية بسيطة ومحدودة، علماً أن الموضوع متشعب جداً ويشكل عصب الاتصالات في عصرنا الحالي. ونرجو من القارئ الكريم أن يعذرنا لوجود بعض النقص في الجوانب النظرية وربما بعض الأخطاء غير المقصودة. كما نتوجه بالشكر والتقدير المسبق لكل من يتكرم بالإشارة إلى مواضع النقص أو الأخطاء ويبلغنا عنها. وقد تركز اهتمامنا حول الجوانب العملية للموضوع بغية تحقيق تجربة مخبرية لتكون أول نواة لتجارب الاتصالات بالألياف الضوئية في مخبر الاتصالات في الكلية اعتباراً من العام الدراسي2003-2004 م بالاعتماد على نظام اتصالات بسيط ومصغر لليف ضوئي موجود في المخبر جرى تشغيله واستثماره لأول مرة. * لماذا الألياف الضوئية: تتميز الألياف الضوئية بمزايا عديدة جعلتها تتفوق على النظم الأخرى المستخدمة في مجال الاتصالات ومن هذه المميزات ما يلي: * إن الميزة الرئيسية للألياف الضوئية هي كفاءتها العالية في نظم الاتصالات عريضة المجال Broad Band, مما يوفر إمكانية نقل كمية معلومات كبيرة جداً بواسطة ليف ضوئي واحد, وهذه المعلومات قد تكون صوراً تلفزيونية أو مكالمات هاتفية أو معلومات للحواسيب أو مزيج منها, وللمقارنة نجد أنه من أجل نظام اتصالات بالترددات العالية Very High Frequency ( VHF ) يعمل عند التردد 100MHz يكون عرض المجال المسموح به 10MHz، ومن أجل نظام اتصالات ميكروي يعمل عند التردد 6GHz يكون عرض المجال المسموح به 100MHz, وهكذا فإن الزيادة في تردد الحامل تقابلها زيادة في عرض المجال المسموح به وبالتالي زيادة في كمية المعلومات المتبادلة, إن تردد الضوء المستخدم في نظام الاتصالات بالألياف الضوئية يتراوح بين 1014Hz و 1015Hz ومن هنا نجد أن عرض المجال المسموح به كبير. وتجدر الإشارة إلى أن هناك نظم اتصالات بالألياف الضوئية تعمل بعرض مجال للمعلومات يبلغ 2.5Gbit/s، ويتجه التفكير نحو إيجاد نظم اتصالات بعرض مجال يبلغ 10Gbit/s مستقبلاً، الأمر الذي يبين بوضوح مدى كفاءة نظم الاتصالات بالألياف الضوئية في تلبية متطلبات نظم الاتصالات الحديثة. * المادة الأساسية لصناعة الألياف الضوئية هي ثاني أوكسيد السيليكون المتوفر بكثرة, وتصنع بعض الألياف الضوئية من البلاستيك الشفاف وهي مادة أخرى متوفرة بسهولة, وبالنسبة لنفقات الإنشاء والتشغيل والصيانة نجد أنه من أجل الخطوط الطويلة تعتبر الكابلات الليفية أقل كلفة للنقل وأسهل للتركيب من الكابلات المعدنية, فمن أجل ليف ضوئي قطره 125mm وبغلاف بلاستيكي ذي قطر 2.5mm يبلغ وزن الكابل 6kg/km، كما يبلغ التخامد فيه 5dB/km, وبالمقارنة مع الكابل المحوري RG-19/U والذي يبلغ تخامده 22.6dB/km عندما ينقل إشارة بتردد 100MHz، كما يبلغ قطره الخارجي 28.4 mm ويبلغ وزنه 1110 kg/km، الأمر الذي يبين بوضوح أفضلية الليف الضوئي من حيث الحجم والوزن, ونظرا لهذه الميزة فقد تم استبدال الكابلات النحاسية في كثير من الطائرات والبواخر بألياف ضوئية. * وبإجراء مقارنة أخرى بين كابل معدني وآخر ضوئي، يبلغ قطر الكابل المعدني 70mmويحتوي على 900 زوج من الأسلاك المجدولة Twisted pair cable ويعمل كل منها بمعدل نقل 2Mbit/s وبسعة 30 قناة هاتفية لكل زوج لتبلغ سعة الكابل المعدني الكلية 27000 قناة هاتفية, بينما نجد أن الكابل الضوئي يبلغ قطره 12.7 mm ويحتوي 32 ليفاً يعمل كل منهم عند المعدل 140 Mbit/s وبسعة 1920 قناة هاتفية لكل ليف فتبلغ السعة الإجمالية للكابل الضوئي61440 قناة هاتفية, الأمر الذي يوضح تميز الكابل الضوئي على الكابل المعدني من حيث سعة المعلومات ومساحة مقطع الكابل, هذا مع العلم أن الكابل المعدني بإمكانه نقل الإشارة بالمعدل 2Mbit/s فقط لمسافات قصيرة تبلغ في أحسن الأحوال عدة مئات من الأمتار. * إن الألياف الضوئية سواء الزجاجية منها أو البلاستيكية هي عوازل وبالتالي فهي تمتاز بمناعة عالية ضد التداخل في مجال الترددات الراديوية ( RFI ) Radio Frequency Interference وضد التداخل الكهرطيسي ( EMI ) Interference Electromagnetic لعدم وجود تيارات كهربائية تمر في الألياف الضوئية. يشير الـ ( RFI ) إلى التداخل الناتج عن محطات التلفزيون والراديو والإشارات الرادارية أو أي إشارات أخرى تنشأ في التجهيزات الكهربائية, ويشير ( EMI ) إلى التداخل الناتج عن خطوط نقل القدرة الكهربائية الموجودة في محيط الألياف الضوئية وكذلك الذي تسببه الظواهر الطبيعية كالبرق. * نظراً لأن الضوء هو الوسط الناقل للمعلومات في الألياف الضوئية ولا يولد هذا الضوء أية حقول كهرطيسية خارج الليف فإن من الصعوبة بمكان التجسس ومعرفة المعلومات التي يحويها الليف الضوئي, كما أن من الصعوبة معرفة وجود الليف الضوئي بسبب المادة المصنع منها ولا يوجد جزء معدني إلا في بعض الحالات حيث تتم إضافة سلك فولاذي لتقوية الكابل الضوئي, أو تسليح معدني لحماية الكابل من القوارض والأحمال الخارجية. * كما أن الألياف الضوئية تعتبر أكثر أماناً لكونها لا تحمل تيارات كهربائية وبالتالي تسهل صيانتها, ولذلك فهي تفضل في حالة الأوساط القابلة للاشتعال أو الانفجار. بالإضافة إلى أنه يمكن إصلاح الليف أثناء تشغيل النظام من غير إمكانية حدوث قصر للتيار عند المرسل أو المستقبل, الأمر الذي يمكن أن يحدث عند إصلاح كابل معدني. * ما هو الليف الضوئي :Optical Fiber الليف عبارة عن خيط رفيع من الزجاج أو البلاستيك مؤلف من طبقتين: الأولى طبقة داخلية شفافة للضوء تدعى القلب Core والثانية غلاف ذو قرينة انكسار أقل يدعى الغلاف Cladding ويحيط بالطبقتين غلاف خارجي للحماية كما هو موضح في الشكل( 1 ). يتميز القلب بمعامل انكسار n1 والغلاف بمعامل انكسار n2 حيث يكون دائماًn1 > n2 . [IMG]http://www.*********.com/files/179709024/FEP.JPG[/IMG] * كيف ينتشر الضوء في الألياف الضوئية Light Propagation In The Optical Fibers: تنتشر الأشعة الضوئية في القلب منعكسة على الغلاف ويعتمد انتشار الضوء ضمن القلب على الزاوية التي يرد بها على السطح الفاصل بين القلب والغلاف. فعندما تكون زاوية الورود أكبر من الزاوية الحرجة فإن الأشعة الضوئية الواردة على السطح الفاصل بين القلب والغلاف تنعكس كلياً لتبقى ضمن القلب, وتتكرر هذه الحادثة عدة مرات خلال انتشارها ضمن القلب إلى أن تخرج من الطرف الآخر لليف كما في الشكل ( 2 ). الشكل ( 2 ): انتشار الأشعة ضمن الليف الضوئي. [IMG]http://www.*********.com/files/112802753/fpr2.JPG[/IMG] *أنواع الألياف الضوئية: يمكن تصنيف الألياف الضوئية وفقا لمعيارين: 1 - نمط الانتشار: يصف مسار انتشار الضوء في الليف الضوئي فإذا كان هناك مسار وحيد لانتشار الضوء في الليف الضوئي سمي هذا الليف بوحيد النمط ( Mono Mode ) وإذا كان هناك أكثر من مسار لانتشار الضوء سمي بمتعدد الأنماط( Multi Mode ) إن الليف متعدد الأنماط أكثر انتشارا من الليف وحيد النمط لأن له خصائص عملية أفضل, والشكل ( 3 ) يبين هذين النوعين من نمطي الانتشار. الشكل ( 3 ): أنماط انتشار الأشعة الضوئية ضمن الليف. [IMG]http://www.*********.com/files/20869841/feru.JPG[/IMG] 2 - مخطط تغيرات معامل الانكسار: يقصد به تغير معامل الانكسار مع تغير نصف قطر قلب الليف الضوئي وتصنف الألياف وفق ذلك إلى نموذجين رئيسيين: a- الليف الضوئي ذو معامل الانكسار الدرجي Step-Index Fiber [ SI ]: حيث يبقى معامل انكسار القلبn1 ثابت وكذلك الحال بالنسبة لمعامل انكسار الغلافn2 ولكنه يكون كما أشرنا سابقا أصغر من معامل انكسار القلب بحيث يكون هناك تغير مفاجئ عند السطح الفاصل بين القلب والغلاف. b- الليف الضوئي ذو معامل الانكسار المتدرج Graded-Index Fiber [ GRIN ] : في هذا النموذج يكون القلب ذو معامل انكسار متغير تبعاً للبعد عن محور الليف حيث يكون له قيمة أعظمية عند محور الليف وتنخفض تدريجياً بالابتعاد عن المحور. ويبين الشكل ( 4 ) هذين النموذجين. [IMG]http://www.*********.com/files/58821537/sae.JPG[/IMG] [IMG]http://www.*********.com/files/12082898/dsf.JPG[/IMG] الشكل ( 4 ): أنواع الألياف حسب مخطط تغيرات معامل الانكسار. ووفقاً للمعيارين السابقين فإنه يوجد في الواقع العملي ثلاثة أنواع للألياف: 1– الليف وحيد النمط ذو معامل الانكسار الدرجيMono Mode Step-Index Fiber . 2– الليف متعدد الأنماط ذو معامل الانكسار الدرجي Multimode Step-Index Fiber. 3– الليف متعدد الأنماط ذو معامل الانكسار المتدرجMultimode Graded-Index Fiber . * نظام الاتصالات بالألياف الضوئية: يبين الشكل ( 5 ) مخطط صندوقي مبسط لنظام الاتصالات بالألياف الضوئية، وهذا الشكل يعطينا تصوراً واضحاً عن هيكلية هذا النظام ومحتوياته بشكل عام, وهو يتألف بشكل رئيسي من قسم الإرسال وقسم الاستقبال والليف الضوئي. الشكل ( 5 ): مخطط صندوقي مبسط لنظام الاتصالات بالألياف الضوئية [IMG]http://www.*********.com/files/10670420/45rtg.JPG[/IMG] * منابع الضوء Light Sources: تقوم المنابع الضوئية بوظيفة تحويل الإشارة الكهربائية إلى إشارة ضوئية مع تقديم الاستطاعة الكافية للتغلب على التخامد الذي يحدث للإشارة الضوئية لتصل إلى طرف الاستقبال بمستوى استطاعة أعلى من حساسية المستقبل. يتم اختيار المنبع الضوئي وفقاً لنظام الاتصالات المراد إنشاؤه, أي حسب معدل الإرسال والمسافة المراد تغطيتها وكذلك نوع الليف الضوئي المستخدم, وفيما يلي نستعرض أهم أنواع المنابع الضوئية المستخدمة في الاتصالات الضوئية: 1– الثنائي المصدر للضوء Light Emitting Diode ( LED ): يتألف الثنائي المصدر للضوء بشكله البسيط من وصلة Junction بين مادتين نصف ناقلتين مختلفتين, إحداهما ( n-type ) والأخرى ( p-type ). عندما يطبق جهد انحياز أمامي على طرفيها فإن تياراً كهربائياً سيمر عبرها ويرافق هذا المرور تحرير كمات Quantum من الطاقة الكهرطيسية على شكل فوتونات مضيئة. توضع الرقاقة نصف الناقلة المصدرة للضوء ضمن تشكيلة هيكلية لحمايتها من التعرض المباشر للبيئة المحيطة ولتأمين أسلاك التوصيل إلى الرقاقة بشكل عملي. كما يجب أن تصمم هذه التشكيلة بحيث تساهم في زيادة فعالية الطاقة الضوئية الصادرة من الثنائي. والشكل ( 6 ) يبين بنية الـ LED ذو القبة العدسية. وعند ملاحظة مختلف نماذج الإشعاع للثنائيات LEDs نجد أن الصفة التي تشترك فيها جميع أنواع الثنائيات LEDs هي توسع الحزمة الضوئية الصادرة عنها بشكل سريع مما يؤدي إلى ضياعات كبيرة عند إقترانها مع الألياف الضوئية ولذلك يمكن إضافة عدسة خارجية إلى النظام تعيد تركيز الحزمة الضوئية لتدخل بكاملها في قلب الليف كما هو مبين بالشكل ( 7 ). الشكل ( 6 ): تركيب الـ LED ذو القبة العدسية. [IMG]http://www.*********.com/files/117230754/35456t.JPG[/IMG] [IMG]http://www.*********.com/files/46382155/rett.JPG[/IMG] الشكل ( 7 ): اقتران المنبع الضوئي LED مع الليف باستخدام عدسة. وسنكمل الباقي في المرة المقبلة أنشاء الله [IMG]http://www.*********.com/files/235389165/RF_EST.JPG[/IMG] |
| اعلانات |
|
|||||
|
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |||
|
|
|
||||||
تكملت الموضوع
مرحبا"هذه تكملت الموضوع 2:- الثنائي الليزري Laser Diode ( LD ): كلمة ليزر Laser هي اختصار لعبارة Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation والتي تعني تضخيم الضوء بالإصدار المحثوث للإشعاع. بالمقارنة مع باقي منابع الضوء فإن الليزرات تصدر حزمة إشعاعية ذات استطاعة ضوئية كبيرة بضوء أحادي اللون Monochromatic Light ومتماسك Coherent, وهي حزمة متوازية Collimated وكتيمة Tight Beam بمعدل توسع Expansion منخفض, وبالتالي تستطيع أشعة الليزر أن تنتقل مسافة أكبر وتبقى مركزة Focused ضمن بقعة صغيرة جداً, كما أنه من الممكن أن يتم توسيعها لتضيء مساحة كبيرة مع المحافظة على توازيها وبمستوى عالٍ من السطوع Brightness, هذه الطبيعة الخاصة لضوء الليزر جعلت من تقنيات الليزر أدواتٍ حيوية وأساسية في كل مظهر من مظاهر الحياة اليومية متضمنة الاتصالات و الصناعة و الطب وحتى الترفيه. يوضح الشكل ( 8 ) كيف تقوم العدسات بتركيز شعاع الليزر ليدخل إلى الليف الضوئي وبالتالي نحصل على كفاءة ربط Coupling Efficiency عالية. [IMG]http://www.*********.com/files/176540699/ASD.JPG[/IMG] الشكل ( 8 ): اقتران ثنائي الليزر مع الليف الضوئي. يبين الشكل ( 9 ) العلاقة بين قدرة الخرج الضوئية وتيار الدخل الأمامي لثنائي ليزر نموذجي, ونلاحظ من الشكل أنه يجب تأمين شدة تيار مناسبة تسمى تيار العتبة Threshold Current لكي يبدأ الثنائي بإصدار أشعة الليزر, وتتراوح تيارات العتبة بين 30mA و 250mA وعند العتبة تتراوح الجهود بين 1.2V و 2V ويكون تيار العمل عموماً أكبر بمقدار من 20mA إلى 40mA من تيار العتبة. أما الثنائيات المصدرة LED المستخدمة في الاتصالات بالألياف الضوئية فإنها تعمل عادة بتيار أمامي ضمن المجال من50m إلى 100mA وتتطلب جهداً يتراوح بين1.2V و1.8V. وتتناسب القدرة الضوئية الصادرة من الثنائي LEDخطياً مع التيار الأمامي المار به كما هو مبينبالشكل (10 ). [IMG]http://www.*********.com/files/101246727/ASDE.JPG[/IMG] [IMG]http://www.*********.com/files/257145496/ASDEDH.JPG[/IMG] الشكل (10): علاقة (القدرة – التيار ) للثنائي LED. الشكل ( 9 ): علاقة ( القدرة – التيار ) للثنائي LD. كواشف الضوء Light Detectors : تقوم الكواشف الضوئية بوظيفة تحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية. ويوجد ثلاثةأنواعللكواشف الضوئية هيالثنائي الضوئي نوع p-n والثنائي الضوئي PIN والثنائي الضوئي الجرفي APD. يعمل الثنائي الضوئي نصف الناقل بحالة الانحياز العكسي فعندما يرد فوتون بطاقة أعلى من طاقة الفجوة إلى المنطقة الناضبة Depletion Regionإنه يؤدي إلى رفع طاقة إلكترون مقيد من حزمة التكافؤ إلى حزمة الناقلية ويترك بذلك ثقباً في موضعه وسيعبر الإلكترون الحاجز الكموني في المنطقة الناضبة كما ستعبر الثقوب الحاجز مما يؤدي إلى تدفق تيار كهربائي في الدارة الخارجية تدعى هذه الآلية بالأثر الكهرضوئي Photoelectric. كيف يتم إرسال الإشارات الكهربائية بواسطة الليف نريد إرسال إشارة المعلومات ضوئياً لذلك نحمِّل إشارة المعلومات على شعاع ضوئي ونرسله ضمن الليف ويتم ذلك بجعل شدة القدرة الضوئية الناتجة عن المنبع الضوئي تتغير حسب تغيرات شدة إشارة المعلومات المراد إرسالها وهذا يسمى تعديل الشدة( IM ) Intensity Modulation, ويمكن أن نقوم بتعديل إشارة المعلومات بواسطة أحد أنواع التعديل التمثيلي مثل الـ AM أو الـ FM ثم نحملها على حزمة ضوئية أي نجري عليها تعديل الشدة IM وبالتالي ينتج عندنا تعديل AM/IM أو FM/IM ويتم إرسال الإشارة الناتجة ضمن الليف, وعند الكشف يكون تيار الكاشف الضوئي متناسب مع القدرة الضوئية المستقبلة ولكنه لا يزال ضمن صيغة الـ AM أو الـ FM وتقوم دارة الاستقبال باستخلاص المعلومات من هذا التيار. إن تعديل إشارة المعلومات بأحد نوعي التعديل AM أو FM قبل إجراء تعديل الشدة عليها يمكِّننا من إرسال عدة إشارات معاً على شعاع ضوئي بطول موجة وحيد وذلك باستخدام التجميع بتقسيم التردد( FDM )Frequency Division Multiplexing. يبين الشكل التالي مبدأ تعديل الشدة الضوئية للثنائي LED وذلك بالنسبة للاشارات الرقمية والتمثيلية. [IMG]http://www.*********.com/files/141913549/ASDEDH454.JPG[/IMG] [IMG]http://www.*********.com/files/196494087/4555.JPG[/IMG] نلاحظ أن التعديل التمثيلي يتطلب إضافة تيار مستمر لتأمين انحياز أمامي دائم للثنائي, ومن دون هذا التيار سيؤدي نصف الموجةالسالب لإشارة الدخل إلىانعكاس انحياز الثنائي والذي يقوده إلى حالة القطع,أما دارات التعديل الرقمي فهي لا تحتاج تيارات انحياز مستمرة . تبدي الثنائيات الليزرية مشاكل أكثر لمصمم دارة الإرسال مما تبديه ثنائيات الـ LED وذلك للأسباب التالية: 1 ) وجود تيار العتبة Threshold Current. 2 ) تغير تيار العتبة مع التقادم ومع تغير درجة الحرارة. 3 ) تغير طول موجة الإرسالمع درجة الحرارة. يبين الشكل التالي التقنيات الأساسية لتعديل الشدة الرقمي والتمثيلي للثنائيات الليزرية: [IMG]http://www.*********.com/files/42435642/45TR.JPG[/IMG] [IMG]http://www.*********.com/files/215098512/UYT.JPG[/IMG] من أجل التعديل التمثيلي نضيف تيار انحياز مستمر قيمته أكبر من تيار العتبة بحيثيكون العمل على الجزء الخطي من منحني خواص( تيار – قدرة ), أما التعديل الرقمي للثنائي الليزري فهو يختلف عن التعديل الرقمي للثنائي المصدر للضوء حيث يضاف تيار انحياز مستمر ( IDC ) ليكون تيار العمل عند العتبة عندما يكون تيار الإشارة isمعدوماً. w التجميع Multiplexing: يقصد بالتجميع في هندسة الاتصالات الإرسال المتعدد للقنوات, أي إرسال إشارات عدة قنوات بخط نقل واحد. ولتحقيق ذلك في الاتصالات بالألياف الضوئية ( حيث يكون خط النقل هو الليف الضوئي ) تستخدم طرق خاصة مثل طريقة التجميع بتقسيم الطول الموجيWavelength-Division Multiplexing ( WDM ), حيث تنتشر الحزم الضوئية ذات الأطوال الموجية المختلفة بدون تداخل فيما بينها, وبالتالي يمكن أن نرسل إشارات عدة أقنية معاً في ليف واحد لكل منها طول موجة حاملة مختلف, فعند طرف الإرسال يقوم مجمع ضوئي بتجميع الإشارات الضوئية الصادرة من منابع ضوئية متعددة ثم إرسالها ضمن الليف , وعند الاستقبال يعمل فارز ضوئي على فصل الحوامل المختلفة ثم يتم الكشف الضوئي لكل إشارة على حدى, هذا التجميعيزيد سعة المعلوماتInformation Capacityالتي يمكن لليف أن ينقلها. w وصلات ربط الألياف الضوئيةFiber Optic Connector : وصلات الربط في الأنظمة المعدنية بسيطةحيث يمكن وصل الأسلاك وصلاً دائماً باللحام بسهولة تامة, كما أن الضياعات في وصلة اللحام هذه تكون صغيرة للغاية لدرجة أنها لا تدخل عادة في حسابات تصميم النظام, ويمكن أيضاً أن يتم التوصيل بين الأسلاك المعدنية بوصلاتقابلة للفك وهي اقتصادية وذات وثوقية ودون ضياع يذكر. هذه الميزات في وصلات ربط الأسلاك المعدنية ربما لا نجدها تماماً في مثيلاتها الليفية, فقد حدَّت المشكلات الناتجة عن وصل الألياف بعضها مع بعض من انتشار الاتصالات الضوئية في بادئ الأمر وذلك لقلة الوصلات المقترحة, إلا أن الأمر تغير في الثمانينات فقد تم إنتاج وصلات ربط ذات ميزات مقبولة خاصة من ناحية الضياعات. ويعتمد تصميم وصلات الألياف الضوئية على توصيل الألياف بعضها مع بعض بحيث تكون ضياعات الطاقة في منطقة الاتصال أقل ما يمكن, ويمكن تقسيم الأسباب المؤدية للضياعات في الطاقة الضوئية إلى ضياعات داخلية وأخرى خارجية. إن السبب الرئيسي للضياعات الخارجية فهو عدم التطابق في محاور الألياف الضوئية لدى توصيلها, وهذا ناتج عن عدم الدقة في تصميم الوصلة وتركيبها, ويمكن أن نجمل الأخطاء الناتجة عن ذلك بما يلي: - الانحراف الزاوي لمحور الليف. -الانحراف الشاقولي ( الإزاحة ) لمحاور الألياف. -الانزياح الأفقي أي وجود فجوة ( ثغرة ) بين الألياف. [IMG]http://www.*********.com/files/28459655/UYTE.JPG[/IMG] w الآفاق المستقبلية لاستخدام الألياف الضوئية Fiber Optic Future Applications: تمر التقنيات الفوتونية الآن في المرحلة التي كانت عليها الإلكترونيات قبل ثلاثين عاما من حيث تطور الأجزاء المكونة لها وتسارعها نحو الوصول إلى أنظمة عالية الكفاءة تواكب المتطلبات المتزايدة التي يفرضها التطور الكبير في أنظمة الاتصالات. إن متوسط الحركة على الشبكات الرئيسية للإنترنت يقدر بحوالي تريليون بت/ثانية, ,وبما أن خطوط النقل الضوئية يمكنها تمرير مئات آلاف أضعاف ما يمكن أن تمرره أجهزة الإرسال الميكروية أو الأقمار الصنعية ( وهما اقرب منافسين لليف الضوئي بالنسبة لاتصالات المسافات البعيدة ) من حيث عرض المجال وسرعة نقل لذلك كان الليف الضوئيهو وسط النقل الوحيد الذي يمكنه الاقتراب منمتطلبات السرعة على الشبكات الحديثة. لكن عندما تصبح الشبكة أسرع من المعالج ترتفع بشدة تكاليف استخدام الإلكترونيات التقليدية مع النقل الضوئي, فسيل المعلومات المنقول على موجة ضوئية ضمن الليف ينبغي أن يجزَّء إلى تيارات بيانات أبطأ بحيث يمكن تحويلها إلى تيارات إلكترونية من اجل معالجتها ومن ثم يعاد تجميعها في تيار بيانات سريع التدفق, والتقانات التي تحول الفوتونات إلى إلكترونات ثم تعيدها إلى فوتونات لا تبطئ الحركة على الشبكة فحسببل تجعل أسعار أجهزتها ترتفع بشدة أيضا, لذلك نسعى الآن إلى إيجاد شبكة ضوئية صرفة لا تحتوي أي عناصر الكترونية تضطر الإشارات للتباطؤ عندها. وقد كانت الخطوة المهمة على الطريق نحو شبكة ضوئية صرفه في بدايات تسعينات القرن العشرين هي الاستعاضة عن الإلكترونيات المستخدمة في تضخيم الإشارة بقطع من الليف المحقون بأيونات عنصر الاربيوم النادر, وسميت هذه القطع بالمضخمات الضوئية Optical Amplifiers, وبعد أن تمكنا من تضخيم الموجات فإن الشيء التالي الذي نرغب في فعله هو حشر اكبر عدد ممكن من أطوال الموجات في الليف مع تحميل كل طول موجة أكبر قدر ممكن من البيانات, وتدعى التقنية التي تحقق ذلك التجميع الكثيف بتقسيم الطول الموجي) Dense Wavelength Division Multiplexing ( DWDM, وقد أدى هذا التجميع إلى انفجار في عرض المجال ومن الممكن اليوم إرسال 160 طول موجة مختلف في ليف واحد بنفس الوقت, إلا أن شبكات الاتصالات لا تتألف من خطوط نقل تربط نقطة A بنقطة B فحسب, فهناك حاجة إلى مبدلات switches تسير تيار البيانات الرقمية إلى وجهته النهائية, والتطورات سابقة الذكر ستكون عديمة الفائدة إذا جرى تسيير التيارات الضوئية باستخدام المبدلات الالكترونية المعهودة, فعند إرسال البيانات الرقمية يجب أن تخرج الإشارات من الطريق الضوئي السريع وتدخل إلى تحويلة بطيئة كلما انتقلت من مسار إلى آخر, حيث يجب تحويل الضوء الوارد في الليف إلى تيار كهربائي لكي يمر عبر المبدل, ثم تحويله مجددا إلى ضوء لكي يواصل طريقه على امتداد ليف آخر, هذا التحويل الإلكتروني الضوئي يخلق نقاط اختناق Choke في الشبكة وهذامن شأنه أن يزيد مدة التأخير والكلفة في آن واحد ,لذلك تم تطوير مبدلات فوتونية مصنوعة من مرايا مجهرية تتم عملية التبديل Switchingفيهابطريقة ضوئية. واعتمدت حاليا عدد من الشركات تقنية النظم الكهروميكانيكية الميكروية Micro Electro-Mechanical Systems ( MEMS لبناء مبدلات فوتونية نظرا إلى إن هذه الطريقة تؤدي الى انتاج مبدلات على شكلرقاقات قليلة التكلفة يمكن دمجها في الدارات المتكاملة, وقد وضع أول مبدل فوتوني من نوع MEMS في الخدمة لأول مرة في الشهر السابع 2000 من قبل شركة LUCENT. لكن التبديل الضوئي في الدارات ليس إلا خطوة مؤقتة, فمع تزايد سرعة الشبكات يمكن لشركات الاتصالات أن تطلب ما يمكن أن يكون بمثابة لمسة تتويج للشبكة الضوئية الصرفة, حيث تكون عملية التحكم بوضع المبدل باستخدام المعالجات الضوئية. يواجه المهندسون مجموعة من المشكلات التقنية المزعجة التي ينبغي حلها قبل أن تصبح الشبكة الضوئية مكتملة وشائعة, فحتى بوجود التبديل الضوئي للموجة فان أحد الأجزاء الحساسة من الشبكة يستلزم التحويل إلى إلكترونيات, هذه الأجزاء هي المكررات فبعد كل 160 كيلومتر يجب تحويل طول الموجة إلى إشارة إلكترونية من اجل استعادة شكل كل نبضة و تواقتها بشكل فردي ضمن قطار البتات الهائل المحمول على كل طول موجة. كما أن بناء دارات فوتونية متكاملة من أجل الحصول على المعالجة الضوئية هو أمر صعب، فالفوتونات لا تمتلك شحنة كالجسيمات ذات الشحنات السالبة التي تسمى إلكترونات, لذلك ليس هناك ما يشبه أداة تخزين الشحنة ( أي مكثف فوتوني ) باستطاعته تخزين الفوتونات التي تمثل الواحدات و الأصفار إلى أجل غير محدد. حتى لو استطاع مهندسو الشبكات حل جميع المشاكل التي تثقل حاليا كاهل هذه الشبكات, فإنه لا يزال عليهم أن يواجهوا الحاجة إلى معالجة مشكلة " الميل الأخير " أي مد الليف من علبة التوزيع الخارجية إلى غرفة المكتب للمستخدم, ويقوم عدد من مهندسي البناء حاليا بتزويد المشروعات السكنية بالألياف مستشعرين سلفاً ذلك اليوم الذي يحصل فيه أصحاب المنازل على وصلات ضوئية بشكل تلقائي, لكن التكاليف العالية مازالت تعيق إيصال الألياف إلى البيوت فحتى وقت متأخر كان تكاليف إيصال الشبكات الضوئيةOptical Networking المتطورة مرتفعة وهي مكلفة أكثر مما يستعد الكثيرون لدفعه. الموضوع منقول من مجلة ترونكس العدد الخامس [IMG]http://www.*********.com/files/22107480/EST_DIGTAL.jpg[/IMG] |
|
|||||
|
|
|
|||||
|
|
