التأثيرات غير الخطية: SPM وXPM وFWM وBrillouin وRaman

التوهين والتشتت ظاهرتان خطيتان: فمضاعفة القدرة تضاعف الخرج دون أن يتغير شيء آخر. وفوق بضعة مللي واط لكل قناة داخل قلب بقطر 9 µm، يتوقف الزجاج عن أن يكون خطيًا — إذ يبدأ معامل الانكسار بالاعتماد على الشدة، ويبدأ الضوء بالاستطارة عن اهتزازات صوتية وجزيئية يثيرها هو نفسه. وفي مقطع 10G واحد يكون هذا غير ملحوظ؛ أما في نظام DWDM مضخَّم بـ 80 قناة على مسافة 1 000 km فهو ما يحدد الحد الأقصى لقدرة الحقن، وبالتالي مدى الإرسال. توضح هذه الصفحة التأثيرات الخمسة، ومتى يكون لكل منها أهمية، وكيف تُقاس كميًا، وكيف تُصمَّم الأنظمة للتعامل معها.

لماذا يكون الليف لاخطيًا أصلًا

الكمية	القيمة في G.652	المعنى
معامل كير n₂	≈ 2.6 × 10⁻²⁰ m²/W	يرتفع المعامل مع الشدة: n = n₀ + n₂·I
المساحة الفعالة A_eff	≈ 80 µm² (G.652)، و110–150 µm² (G.654.E)	الشدة = القدرة ÷ المساحة — القلب الصغير يُركِّز الضوء
المعامل اللاخطي γ = 2πn₂/(λ·A_eff)	≈ 1.3 W⁻¹km⁻¹ (G.652 عند 1550)، ≈ 0.7 (G.654.E)	إزاحة الطور لكل واط لكل كيلومتر
الطول الفعال L_eff = (1 − e^(−αL))/α	≈ 20 km لمقطع طويل عند 0.2 dB/km	تتراكم هذه التأثيرات في معظمها خلال العشرات الأولى من الكيلومترات بعد كل مضخم
قدرة الحقن النموذجية لكل قناة	0 … +3 dBm (1–2 mW) في DWDM؛ وحتى +10 dBm لقناة واحدة	الطور اللاخطي φ_NL = γ·P·L_eff ≈ 0.03–0.3 rad لكل مقطع

تأثيرات كير

التأثير	الآلية	العَرَض	الأسوأ عندما
تضمين الطور الذاتي (SPM)	شدة النبضة ذاتها تُغيّر طورها → انزياح ترددي → اتساع طيفي؛ يتفاعل مع التشتت اللوني	انغلاق مخطط العين، وتشوّه النبضة؛ وفي الأنظمة المتماسكة أرضية ضوضاء طور لاخطية	قدرة عالية، ومقاطع كثيرة، وتشتت منخفض
تضمين الطور المتبادل (XPM)	شدة القنوات المجاورة تُضمِّن طور القناة	ارتعاش زمني وضوضاء طور من القنوات الأخرى	تباعد كثيف (50 GHz)، وتشتت محلي منخفض، وقنوات كثيرة
اختلاط الموجات الرباعي (FWM)	ثلاثة ترددات تولِّد ترددًا رابعًا عند f₁ + f₂ − f₃؛ وتقع نواتج الاختلاط على قنوات أخرى	تداخل يتزايد مع مكعّب القدرة	D ≈ 0 (ليف G.653)، وتباعد قنوات متساوٍ، وقدرة عالية

التشتت المحلي مفيد: إذ يُحدث انزياحًا زمنيًا بين نبضات القنوات المختلفة (walk-off) بحيث يتوسّط تأثيرا XPM وFWM — وهذا سبب استبدال G.655 (بـ D صغيرة غير صفرية) لـ G.653 في DWDM، وسبب تفضيل G.652 اليوم (حيث D = 17) مع تعويض التشتت أو DSP المتماسك (أنواع الألياف).

تأثيرات الاستطارة

التأثير	الآلية	العتبة	العَرَض	أين
استطارة بريلوان المحفَّزة (SBS)	يولّد الضوء موجة صوتية تعكسه للخلف، بانزياح ≈ 11 GHz	≈ +6 … +10 dBm لمصدر بموجة مستمرة (CW) ضيق عرض الخط في SMF طويل (أقل مع الخطوط الأضيق)	تشبّع القدرة الأمامية، وضوء خلفي قوي، وضوضاء	ليزرات CW: تراكب فيديو تناظري عند 1550 nm (+17 dBm)، ومضخات رامان؛ يُخفَّف الأثر بتوسيع عرض الخط الطيفي (dithering) — وهو ما تفعله معظم أجهزة الإرسال
استطارة رامان المحفَّزة (SRS)	تفقد الفوتونات طاقتها لاهتزازات جزيئية (إزاحة ستوكس ≈ 13 THz ≈ 100 nm)	إجمالي القدرة فوق ≈ +20 … +25 dBm عبر نطاق عريض	ميل القدرة: القنوات القصيرة الطول الموجي تغذّي القنوات الطويلة — نطاق C يغذّي نطاق L	DWDM عريض النطاق (C+L)؛ يُدار بالتوكيد المسبق والتحكم في ميل الكسب؛ ويُستخدم عمدًا في مضخمات رامان (التضخيم وOSNR)

أين تهم اللاخطية — وأين لا تهم

النظام	العقوبة اللاخطية	استجابة التصميم
مقطع 10G LR/ER واحد، −8 … +4 dBm	لا شيء	يُتجاهل
اتجاه PON الهابط +3 … +7 dBm، 20 km	لا شيء (هامش SBS كافٍ)	يُتجاهل؛ تراكب الفيديو عند +17 dBm يستخدم قمع SBS
10G DWDM، 40 قناة، 8 × 80 km مع EDFA	XPM/FWM على G.655، وSPM في كل مكان	حقن −2 … +1 dBm/قناة، وخريطة تشتت، وتباعد غير متساوٍ على DSF
100G/400G DWDM متماسك، أكثر من 80 قناة، أكثر من 1 000 km	ضوضاء الطور اللاخطية تحدّ من مكسب OSNR الناتج عن القدرة	قدرة حقن مثلى ≈ 0 … +2 dBm/قناة على G.652، و+3 … +5 على G.654.E؛ تخطيط بنموذج GN
وحدة 400ZR القابلة للتوصيل، مقطع واحد ≤ 120 km	صغيرة	حقن −10 … 0 dBm؛ محكوم بالفقد
نظام بحري بطول 10 000 km	مهيمنة	ليف G.654 بمساحة فعالة كبيرة، وحقن منخفض، ومكرّرات كثيرة، وC+L
مقاطع مضخَّمة برامان	مضخات عند +27 … +30 dBm	نظافة الموصلات والسلامة أمران حاسمان (السلامة والمناولة)

قاعدة: تظهر التأثيرات اللاخطية عندما يكبر حاصل ضرب القدرة لكل قناة × عدد المقاطع؛ ومقطع واحد بقدرة معتدلة لا يُظهرها أبدًا.

القياس الكمي: المفاضلة بين OSNR والقدرة

يتحسّن OSNR بمقدار 1 dB مقابل كل 1 dB من قدرة الحقن (في النظام الخطي).
تتزايد ضوضاء التداخل اللاخطي (NLI) مع مكعّب القدرة — بمقدار +3 dB من الضوضاء لكل +1 dB من الحقن.
لمجموعهما نقطة مثلى: العتبة اللاخطية، حيث تتساوى ضوضاء ASE الخطية مع NLI؛ وتُصمَّم الأنظمة بحيث تعمل عند 1–2 dB دون هذه العتبة. ويقدّر نموذج الضوضاء الغاوسية (GN) قيمة NLI انطلاقًا من γ وD وطول المقطع وعدد القنوات وتباعدها؛ وتقوم أدوات التخطيط بذلك لكل مسار.
يمكن لـ DSP المتماسك أن يُلغي جزئيًا تأثير SPM (بالانتشار الخلفي الرقمي)، لكنه لا يُلغي XPM/FWM الناتجين عن قنوات أخرى.

ملخص التخفيف

الطريقة	تستهدف	تُستخدم في
إبقاء قدرة الحقن قرب المستوى الأمثل (0 … +3 dBm/قناة)	كل تأثيرات كير	كل تصميمات DWDM
تشتت محلي غير صفري (G.652 / G.655 بدلًا من G.653)	FWM، XPM	اختيار الليف
إدارة التشتت (خريطة DCM)	تفاعل SPM/XPM	10G DWDM
ليف بمساحة فعالة كبيرة (G.654.E)	الكل (γ أقل)	الخطوط الطويلة الجديدة
تباعد قنوات غير متساوٍ	FWM	مسارات DSF القديمة
توسيع عرض الخط الطيفي (dithering)	SBS	التناظري بموجة مستمرة، والمضخات
تعويض ميل الكسب، والتوكيد المسبق	SRS	DWDM عريض النطاق
DSP متماسك مع NLC	SPM	خطوط طويلة لـ 400G وما فوق
تضخيم رامان الموزَّع	(يستخدم SRS) يخفّض قدرة الحقن اللازمة	مقاطع طويلة جدًا

في CodingBox

لا تعيش التأثيرات اللاخطية في ذاكرة الوحدة بل في نظام الخط الضوئي — لكن قدرة الإرسال (Tx) المُعلَنة للوحدة، وخطة القنوات في حالة وحدات DWDM القابلة للضبط، هي المدخلات التي يحتاجها المخطِّط. يعرض CodingBox نطاق قدرة Tx وحقول الطول الموجي/القناة بحيث تبدأ ميزانية الحقن لكل قناة من أرقام حقيقية (Check transceiver، وحدات DWDM القابلة للضبط).

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