كيف ينتشر الضوء: الانعكاس، الأنماط، الفتحة العددية

الليف الضوئي دليل موجي: قلب زجاجي يحيط به زجاج بمعامل انكسار أقل قليلًا، بحيث يُعكس الضوء الذي يصادف الحد الفاصل بزاوية ضحلة إلى الداخل بدل أن يفلت منه. ومن هذه الحقيقة الواحدة تنشأ الفروق بين الألياف أحادية النمط ومتعددة الأنماط، وزاوية القبول التي تحدد مقدار ضوء المصدر الذي يدخل الليف، والسبب الذي يجعل الانحناء الحاد يُسرّب الضوء، وفئات OM1–OM5 وOS2 التي تشير إليها صحائف البيانات. تغطي هذه الصفحة هذه الفيزياء بالعمق المستخدَم في تصميم الوصلات.

بنية الليف

الطبقة	القطر	المادة	الدور
القلب	9 µm (أحادي النمط)، أو 50 أو 62.5 µm (متعدد الأنماط)	سيليكا مطعَّمة بالجرمانيوم (معامل انكسار أعلى)	يحمل الضوء
الكسوة	125 µm	سيليكا نقية أو مطعَّمة بالفلور (معامل انكسار أقل)	تحصر الضوء بالانعكاس الداخلي الكلي
الطلاء	250 µm (أو 200 µm)	أكريلات	حماية ميكانيكية؛ مرمَّز بالألوان في الكبلات
الحاجز / الغلاف	حاجز مشدود بقطر 900 µm، أو أنبوب فضفاض	بلاستيك	للمناولة؛ ليس جزءًا من البصريات

الفرق في معامل الانكسار بين القلب والكسوة ضئيل جدًا — نحو 0.3–0.5% — لكنه كافٍ لأن الضوء ينتقل بشكل شبه موازٍ للمحور.

الانعكاس الداخلي الكلي والفتحة العددية

الضوء العابر من وسط أكثف إلى وسط أقل كثافة ينحني مبتعدًا عن الناظم؛ وبعد الزاوية الحرجة ينعكس انعكاسًا كليًا. وفي الليف يعني هذا أن الأشعة الواقعة داخل مخروط حول المحور تُحبَس. ونصف زاوية هذا المخروط في الهواء تحدده الفتحة العددية:

الليف	NA	نصف زاوية القبول	المعنى
أحادي النمط G.652	≈ 0.12–0.14	≈ 7–8°	لا يقترن به إلا شعاع ضيق ودقيق التوجيه — مصادر الليزر فقط
متعدد الأنماط 50 µm (OM2–OM5)	0.20	≈ 11.5°	قبول واسع — يقترن به VCSEL وLED بسهولة
متعدد الأنماط 62.5 µm (OM1)	0.275	≈ 16°	الأوسع؛ قديم

NA أعلى = اقتران أسهل، لكن أنماطًا أكثر وتشتتًا نمطيًا أكبر.

الأنماط

النمط هو توزيع مجال ثابت يمكنه الانتقال عبر الدليل. ويعتمد عددها على حجم القلب وNA والطول الموجي (عدد V):

الليف	الأنماط عند 850 nm	الأنماط عند 1310 nm	الأثر
أحادي النمط 9 µm	— (سيكون قليل الأنماط)	1	لا تشتت نمطي؛ ويحدد مدى الإرسال التوهين والتشتت اللوني
متعدد الأنماط 50 µm	مئات	~100	التشتت النمطي يحدّ من حاصل ضرب عرض النطاق × المسافة (التشتت وعرض النطاق)
متعدد الأنماط 62.5 µm	~1 000	—	أسوأ تشتت نمطي

الليف أحادي النمط لا يكون أحادي النمط إلا فوق طول موجة القطع (≈ 1 260 nm لـ G.652): فعند 850 nm يحمل عدة أنماط، وهذا سبب عدم عمل وحدة SR عند 850 nm على ليف أحادي النمط بشكل سليم، وسبب اقتران «أحادي النمط عند 1310/1550» (حالات عدم التطابق الفيزيائي).

الفهرس الدرجي والفهرس التدرّجي

المخطط	شكل المعامل	يُستخدم في	الأثر
الفهرس الدرجي	معامل ثابت في القلب، وخطوة حادة عند الكسوة	الألياف أحادية النمط	لا أثر له مع نمط واحد
الفهرس التدرّجي	مكافئ الشكل: أعلى ما يكون عند المحور، وينخفض نحو الكسوة	جميع ألياف الاتصالات متعددة الأنماط (OM1–OM5)	الأشعة الخارجية تقطع مسافة أطول لكن بسرعة أكبر (معامل أقل)، فتصل الأنماط معًا تقريبًا — وينخفض التشتت النمطي 100× مقارنة بالفهرس الدرجي

جودة المخطط التدرّجي هي ما يفصل بين OM3 (2 000 MHz·km) وOM4 (4 700 MHz·km): الهندسة نفسها، لكن بمنحنى معامل أدق.

قطر مجال النمط وفقد الاقتران

في الليف أحادي النمط لا يكون الضوء محصورًا داخل قلب بقطر 9 µm؛ إذ يبلغ قطر مجال النمط (MFD) ≈ 9.2 µm عند 1310 nm و≈ 10.4 µm عند 1550 nm. وأي ليفين بقطري مجال نمط مختلفين، أو أي انزياح جانبي عند موصل، يفقدان ضوءًا:

عدم التطابق	الفقد
انزياح جانبي 1 µm (SMF)	≈ 0.2 dB
انزياح جانبي 2 µm	≈ 0.8 dB
MFD يبلغ 9.2 مقابل 10.4 µm (من G.652 إلى G.657.B أو DSF)	≈ 0.1–0.3 dB
من قلب 50 µm إلى قلب 62.5 µm	≈ 0 dB (يحدث الفقد في الاتجاه المعاكس)
من قلب 62.5 µm إلى قلب 50 µm	2–4 dB
من SMF إلى MMF	≈ 0 dB عند نقطة الوصل لكن تُستثار أنماط → ضوضاء نمطية
من MMF إلى SMF	> 10 dB

ومن هنا قاعدتا «لا تخلط أبدًا بين 50 و62.5» و«لا تخلط أبدًا بين أحادي النمط ومتعدد الأنماط» (الموصلات وأنواع الألياف).

فقد الانحناء

نوع الانحناء	السبب	الأثر
الانحناء الكبير	نصف قطر أقل من ~30 mm (SMF القياسي)، وربطات كبل مشدودة، والأبواب	يفلت الضوء من الكسوة؛ ويرتفع الفقد بشدة مع الطول الموجي — فوصلة سليمة عند 1310 nm قد تفشل عند 1550 nm، ويكشف اختبار عند 1625 nm انحناءات يفوتها 1310 nm
الانحناء الدقيق	انحرافات مجهرية في المحور ناتجة عن إجهاد الكبل، أو البرد، أو السحق	زيادة في الفقد عبر نطاق عريض
الليف المقاوم للانحناء G.657.A1/A2/B3	مخطط معامل انكسار بمساعدة خندق	نصف قطر مسموح به 10–7.5–5 mm؛ يُستخدم داخليًا، وفي توصيلات FTTH المنزلية والألواح الكثيفة

الألياف متعددة الأنماط أكثر تحمّلًا للانحناءات، لكنها تفقد الأنماط العالية الرتبة أولًا، ما يغيّر عرض نطاقها.

فئات الألياف في جدول واحد

الفئة	القلب	الطول (الأطوال) الموجي	عرض النطاق (EMB عند 850 nm)	التوهين	المعيار
OM1	62.5 µm	850 / 1300	200 MHz·km	3.5 / 1.5 dB/km	ISO 11801، TIA-492AAAA
OM2	50 µm	850 / 1300	500	3.5 / 1.5	TIA-492AAAB
OM3	50 µm	850 (مُحسَّن لليزر)	2 000	3.0 / 1.5	TIA-492AAAC
OM4	50 µm	850	4 700	3.0 / 1.5	TIA-492AAAD
OM5	50 µm	850–953 (عريض النطاق)	4 700 عند 850، و2 470 عند 953	3.0 / 1.5	TIA-492AAAE
OS1 / OS1a	9 µm	1310 / 1550	—	1.0 / 1.0 (داخلي بحاجز مشدود)	ISO 11801
OS2	9 µm	1310 / 1383 / 1550	—	0.4 / 0.4 / 0.4 (أنبوب فضفاض، ذروة ماء منخفضة)	ISO 11801؛ ITU-T G.652.D
G.657.A/B	9 µm	كما في OS2	—	كما في OS2	مقاوم للانحناء
G.655 / G.654	9 µm	1550	—	0.2 / 0.17	NZ-DSF لـ DWDM؛ فائق انخفاض الفقد للخطوط الطويلة

مدى الإرسال بحسب PMD والفئة: جداول مدى الإرسال.

ما يعنيه هذا عند وحدة الإرسال والاستقبال

يجب أن يطابق نوع موصل الوحدة ونوع الليف البنية المركَّبة: SR/SR4 على OM3/OM4، وكل ما عداها على OS2.
تحدد المعايير شرط حقن الليزر (التدفق المحاط لـ VCSEL) بحيث تصح أرقام عرض النطاق متعدد الأنماط — فالوحدة الخارجة عن المواصفة تعطي مدى إرسال أقصر مما تعد به الجداول.
استخدام وحدات أحادية النمط على ليف متعدد الأنماط (بكبل توصيل مهيّئ للنمط) كان حيلة تخص 1G (1000BASE-LX على OM1)؛ ولا تمتد إلى 10G وما فوق.

في CodingBox

تُخبر الوحدة المضيف بنوع الليف الذي صُمِّمت له: رمز الموصل، والطول الموجي، وحقول الطول لـ SMF وOM1 وOM2 وOM3 وOM4 — الفئات نفسها المذكورة أعلاه. يعرضها CodingBox بحيث تُحسم مسألة الليف قبل أن تغادر الوحدة منصة الاختبار (Check transceiver، خريطة الذاكرة).

الألياف المعيارية التي تنتجها هذه المبادئ — من ITU-T G.652 إلى G.657، وفئات OM1–OM5 متعددة الأنماط، والألياف الخاصة، وفقد نقاط الوصل بين الألياف غير المتماثلة، وكيفية التعرف على ما هو مركَّب: أنواع الألياف.

إذا وجدت معلومة غير دقيقة أو خطأً في هذه المادة، فحدِّد المقطع المعني واضغط Ctrl+Enter .