وصلات الألياف الضوئية: كيف ينقل الضوء البيانات

تنتهي كل مادة في هذا القسم من الوثائق عند النقطة نفسها — خيط زجاجي بسماكة عُشر المليمتر يحمل نبضات من الضوء تحت الأحمر. وصلة الاتصال بالألياف الضوئية هي المرسل الذي يولّد النبضات، ومنشأة الألياف التي تنقلها، والمستقبل الذي يحوّلها مرة أخرى إلى بتات، إضافة إلى كل ما بينهما: الموصلات، ولوحات التوصيل، ونقاط اللحام، والمقسمات، والمرشحات. يشرح هذا القسم الفيزياء والهندسة الكامنتين خلف هذه السلسلة بالعمق اللازم لتصميم الوصلة واختبارها واستكشاف أعطالها وإصلاحها — لماذا يبقى الضوء داخل الألياف، وما الذي يُضعفه ويُشوّهه، وإلى أي مدى يمكن أن تصل وحدة ضوئية معيّنة، ومم تتكوّن المنشأة السلبية، وكيف تُقاس، وكيف تتعطّل.

لماذا الألياف

السلسلة

الوصلة سلسلة من العناصر، لكل منها فقد، ولبعضها تشوّه أيضًا:

1. المرسل — ليزر أو VCSEL داخل وحدة الإرسال والاستقبال، يُطلق ضوءًا بقدرة −8 … +4 dBm عند 850 أو 1310 أو 1550 nm (الليزرات).
2. كبل التوصيل — وصلة قصيرة بطول 1–5 m من الوحدة إلى لوحة التوصيل؛ وجهان طرفيان للموصل.
3. لوحة التوصيل / ODF — مهايئ تلتقي عنده الوصلة القصيرة بذيل التوصيل الملحوم بالكبل.
4. الكبل — داخلي أو خارجي أو مختلط، من أمتار إلى عشرات الكيلومترات، بليف واحد أو بمئات الألياف (المنشأة السلبية).
5. نقاط اللحام والمقسمات والمرشحات — لحام بالانصهار على طول المسار؛ مقسمات PON أو مضمّمات WDM حيث تستلزمها الطوبولوجيا.
6. اللوحة وكبل التوصيل في الطرف البعيد — نظير ما سبق في الاتجاه المعاكس.
7. المستقبل — ثنائي ضوئي داخل وحدة الإرسال والاستقبال البعيدة، يحتاج إلى −12 … −28 dBm حسب النوع (أجهزة الاستقبال).

ميزانية الوصلة هي العملية الحسابية التي تجمع فقد العناصر من 2 إلى 6، وتقارنها بالفرق بين 1 و7، وتترك هامشًا (هندسة ميزانية الوصلة).

العوامل الأربعة التي تحدّ من الوصلة

الألياف في فقرة واحدة

يبقى الضوء داخل القلب لأن معامل انكسار القلب أعلى قليلًا من معامل انكسار الغلاف — وهي ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي. تحمل الألياف أحادية النمط (قلب بقطر 9 µm) مسارًا ضوئيًا واحدًا وتصل إلى عشرات الكيلومترات؛ بينما تحمل الألياف متعددة الأنماط (قلب بقطر 50 µm) مئات المسارات التي تصل في أزمنة متفاوتة قليلًا، ما يحصرها في مئات الأمتار لكنه يتيح لها العمل مع VCSEL رخيصة عند 850 nm. التفاصيل — الأنماط، والفتحة العددية، وفقد الانحناء، ودرجات الألياف من OM1 إلى OM5 وOS2 — موجودة في كيف ينتشر الضوء والموصلات وأنواع الألياف.

أجيال وصلات الألياف

الجانب الخاص بوحدة الإرسال والاستقبال من هذا التاريخ: ما هي وحدة الإرسال والاستقبال.

لمزيد من القراءة

• كيف ينتشر الضوء في الألياف — معامل الانكسار والانعكاس الداخلي الكلي، والفتحة العددية، والأنماط، وأحادي النمط مقابل متعدد الأنماط، وقطر مجال النمط، والطول الموجي الحدّي، وفقد الانحناء، ودرجات الألياف.
• التوهين ونوافذ الإرسال — تشتت رايلي والامتصاص، وذروة الماء، ونوافذ 850/1310/1550 nm، وقيم dB/km حسب نوع الألياف والطول الموجي، وفقد الموصلات ونقاط اللحام.
• التشتت وعرض النطاق — التشتت النمطي واللوني وتشتت وضع الاستقطاب، وحاصل ضرب عرض النطاق في المسافة، والمدى المحدود بالتشتت، والتعويض.
• أنواع الألياف — أحادي النمط بمعايير ITU-T من G.652 إلى G.657، ودرجات متعدد الأنماط من OM1 إلى OM5، والألياف الخاصة، وفقد الوصل بين ألياف مختلفة، وتحديد نوع الألياف المركّبة.
• التأثيرات غير الخطية — SPM وXPM وFWM، وتشتت بريلوان ورامان، وأين تكون مؤثرة، وقدرة الإطلاق المثلى، والتخفيف منها.
• الانعكاسات وفقد الانعكاس — انعكاس فرينل، والانعكاسية مقابل ORL، والقيم النموذجية لكل عنصر، وما تشترطه المعايير، والقياس، وإبقاء الانعكاسات منخفضة.
• كيف تُصنع الألياف — المواد، والقضبان الأولية MCVD/OVD/VAD/PCVD، والسحب والطلاء، واختبار الإجهاد وضبط الجودة، والألياف الخاصة، ودلالة ذلك في الميدان.
• الموثوقية والتقادم — المتانة والإجهاد الساكن، وقواعد الانحناء والشد، وآليات التقادم، وعمر الخدمة لكل جزء، والألياف حسب الحقبة، والتصميم مراعاةً للتقادم.
• هندسة ميزانية الوصلة — المعادلة، ومخصصات الفقد، والعقوبات، وسياسة الهامش، وأمثلة محلولة، وتشبع المستقبل والمخفِّفات.
• المنشأة السلبية — الكبلات، ولوحات التوصيل، وأذيال التوصيل، ونقاط اللحام، والمخفِّفات، والمقسمات، ومرشحات WDM، والعلب، ومخصصات الفقد الخاصة بها.
• بنية الكبل — الطبقات، وعائلات الكبلات من الأنبوب الفضفاض إلى OPGW والشريط القابل للف، وتصنيفات مقاومة الحريق، ورموز الألوان، وقراءة نشرة بيانات الكبل، واختيار الكبل.
• طوبولوجيات شبكات الألياف — نقطة إلى نقطة، والحلقات، والشبكات المتشابكة، وأشجار PON، وWDM؛ والكبلة البنيوية، وأنماط مراكز البيانات، وFTTx، وتخطيط عدد الألياف، والحماية.
• مسارات الكبل والتركيب — المجاري، والدفن المباشر، والمسارات الهوائية، والممرات الداخلية؛ وحدود الانحناء والشد، وتخطيط المسار، وعلب التوصيل، ووضع العلامات، والقبول.
• التوثيق ووضع العلامات — مجموعة السجلات، ومخططات المعرّفات، والعلامات، والمعايير، والأدوات، والعملية وأخطاؤها الشائعة.
• البنية التحتية الضوئية الفعالة — السلبي مقابل الفعال، وخريطة العناصر الفعالة، وأين تذهب الديسيبلات، والملكية وحدود المسؤولية، ودورة الحياة.
• وحدات الإرسال والاستقبال في الوصلة — مطابقة الوحدة للألياف والمسافة، والميزانية من جانب الوحدة، والموصلات والقطبية، والتوافق، والتشخيص، وحالات عدم التطابق الشائعة.
• المضخمات وإعادة التوليد — متى تنتهي الميزانية، وEDFA/Raman/SOA/OEO، والموضع، وميزانية OSNR، وتشغيل خط مضخَّم، والاختيار بين التضخيم أو إعادة التوليد أو التحول إلى النظام المتماسك.
• معدات النقل والوصول — محولات الوسائط، والترانسبوندرات، وROADM، وOLT/ONU، ومبدّلات الحماية، والطاقة والمواقع، والإدارة، ومزالق العمل.
• المراقبة والإدارة — طبقات الرؤية، والإنذارات ودلالاتها، والخطوط المرجعية والاتجاهات، والبروتوكولات والأدوات، وربط بيانات الوحدة بالألياف.
• اللحام والإنهاء — عملية اللحام بالانصهار، ونقاط اللحام الميكانيكية، وأذيال التوصيل والموصلات الميدانية، ومعايير القبول والعيوب.
• الاختبار والقياس — مصدر الضوء ومقياس القدرة، وOTDR، وفقد الانعكاس، وفحص الوجه الطرفي، والاعتماد، واستخدام DDM كمقياس.
• قراءة منحنى OTDR — معلمات الإعداد، وفهرس الأحداث، والمناطق الميتة والمدى الديناميكي، والمتوسط ثنائي الاتجاه، وتحويل المسافة إلى مسار، والقراءات الخاطئة، والألياف الحية وPON.
• فحص الوجه الطرفي وتنظيفه — تأثير التلوث، ومناطق ومعايير IEC 61300-3-35، والمعدات والأسلوب، وأنواع التلوث، وطرق التنظيف، والإجراء.
• توصيف الألياف — متى يكون ذلك ضروريًا، والاختبارات، والحدود لكل خدمة، وقراءة النتائج لتحديد هوية الألياف وعمرها، والإجراء وإعداد التقارير.
• أعطال منشأة الألياف — الانحناءات، والأوساخ، وحالات عدم التطابق، ونقاط اللحام السيئة، والانعكاسات، والماء: الأعراض، والبصمات المميزة، والإصلاحات.
• الصيانة والاستعادة — الدورة الوقائية، والمراقبة، وقطع الغيار، وعملية الاستعادة، والأسباب الجذرية لانقطاع الخدمة، ودورة حياة المنشأة.
• السلامة والتعامل — فئات الليزر ومستويات الخطورة، وقواعد التعامل مع الألياف الحية، والزجاج والمواد الكيميائية، ومخاطر الموقع، والتعامل مع الوحدات والكبلات.
• خريطة المعايير — ITU-T وIEC وTIA/ISO وTelcordia وIEEE/OIF والوثائق الوطنية حسب الجهة والمهمة، مع عرض التسميات جنبًا إلى جنب.
• معجم الألياف الضوئية — مصطلحات الضوء، وأنواع الألياف والكبلات، والمكونات السلبية، والموصلات، والتركيب، والاختبار، والتشغيل.
• القيم النموذجية — التوهين، ومخصصات الفقد، والانعكاسية، والهندسة، والتشتت، والحدود الميكانيكية، والأطوال الموجية، وأرقام OTDR، وميزانيات الواجهة، والقدرة والسلامة.
• الصيغ والحسابات — الديسيبلات، والتوهين، ومعلمات التوجيه، والتشتت، وميزانية الوصلة، والانعكاسات، وOTDR، والكمون، والميكانيكا وحسابات التخطيط، مع مثال محلول لكل منها.

في CodingBox

نظام DDM في وحدة الإرسال والاستقبال هو مقياس القدرة المدمج في الوصلة: قدرة الإطلاق في أحد الطرفين، والقدرة المستقبَلة في الطرف الآخر، والفرق بينهما هو فقد المنشأة — تقرأه CodingBox على منصة الاختبار ويقرأه المبدّل أثناء الخدمة (DDM في التطبيق، قدرة الاستقبال وميزانية الوصلة).