پژوهشگران به مسائل تضعیف و پراکندگی فیبر نوری می‌پردازند

داده ها را به عنوان وسایل نقلیه در حال مسابقه در یک بزرگراه اطلاعاتی تصور کنید که فیبر نوری به عنوان خود جاده عمل می کند. اگر سطح جاده ناهموار باشد (تضعیف) یا خطوط طراحی ضعیفی داشته باشند (پراکندگی)، حتی سریع ترین وسایل نقلیه نیز نمی توانند تضمین کنند که داده ها به طور ایمن و کارآمد به مقصد می رسند. ارتباطات فیبر نوری، به عنوان سنگ بنای انتقال اطلاعات مدرن، در معرض عوامل مختلف مؤثر بر عملکرد است که تضعیف و پراکندگی دو مورد از مهم‌ترین آنها هستند. این مقاله به بررسی چگونگی تأثیر این عوامل بر پیوندهای ارتباطی فیبر نوری می‌پردازد و استراتژی‌های بهینه‌سازی را برای اطمینان از انتقال داده‌های قابل اعتماد و کارآمد بررسی می‌کند.

کابل های فیبر نوری بر اساس قطر هسته و حالت های انتقال نور به دو نوع اصلی تقسیم می شوند: فیبر چند حالته (MMF) و فیبر تک حالته (SMF). این الیاف در منابع نور، ویژگی های انتقال و کاربردهایشان به طور قابل توجهی متفاوت هستند.

• قطر هسته:نسبتا بزرگ است که به نور اجازه می دهد در زوایای مختلف درون هسته منعکس شود. این انتشار چند مسیری نام خود را به "مولتی مد" می دهد.
• منبع نور:معمولاً از دیودهای ساطع نور (LED) استفاده می شود که مقرون به صرفه هستند اما نور نامنسجمی با طول موج های متعدد و پرتوهای واگرا تولید می کنند.
• ویژگی های انتقال:مسیرهای نوری مختلف پراکندگی مودال را ایجاد می کنند، فاصله انتقال و پهنای باند را محدود می کنند.
• برنامه های کاربردی:بهترین گزینه برای استفاده در فواصل کوتاه و پهنای باند کم مانند ساخت شبکه ها و اتصالات مرکز داده، جایی که هزینه کمتر آن مزیتی را ایجاد می کند.

• قطر هسته:بسیار کوچک، اجازه می دهد تنها یک مسیر نوری مستقیم از طریق هسته، حذف پراکندگی مدال.
• منبع نور:از لیزرهایی استفاده می کند که نور منسجم و تک طول موج را با پرتوهای بسیار متمرکز تولید می کند که برای انتقال در فواصل طولانی ایده آل است.
• ویژگی های انتقال:پهنای باند بیشتر و فواصل طولانی تر، اما به دلیل کوچک بودن هسته، نیاز به اتصالات و نگهداری دقیق تری دارد.
• برنامه های کاربردی:انتخاب ارجح برای کاربردهای مسافت طولانی و پهنای باند بالا از جمله شبکه های شهری، شبکه های ستون فقرات و کابل های زیردریایی.

تضعیف به از دست دادن توان نوری اشاره دارد، زیرا سیگنال ها از طریق فیبر عبور می کنند، که به طور قابل توجهی بر فاصله ارتباطی و عملکرد سیستم تأثیر می گذارد.

• کاهش جذب:مواد فیبر به طور طبیعی طول موج های نور خاصی را جذب می کنند و انرژی نوری را به گرما تبدیل می کنند.
• تلفات پراکنده:تغییرات چگالی میکروسکوپی و ناخالصی ها نور را از مسیر خود پراکنده می کند، به ویژه بر طول موج های کوتاهتر تأثیر می گذارد.
• افت خمشی:خمش بیش از حد الیاف باعث می شود که نور از هسته خارج شود وقتی شرایط انعکاس برآورده نمی شود.
• از دست دادن اتصال دهنده:ترازهای ناقص، آلودگی یا شکاف های هوا در نقاط اتصال به اتلاف برق کمک می کند.

• قدرت سیگنال و نسبت سیگنال به نویز در گیرنده را کاهش می دهد
• حداکثر فاصله انتقال را محدود می کند
• نرخ خطای بیت را افزایش می دهد و به طور بالقوه باعث خرابی سیستم می شود

• کار در طول موج های کم میرایی (1310 نانومتر یا 1550 نانومتر)
• از مواد الیافی با کیفیت بالا و کم تلفات استفاده کنید
• نصب و نگهداری مناسب کانکتور را اجرا کنید
• تقویت‌کننده‌های نوری (EDFA یا SOA) را برای پیوندهای دوربرد مستقر کنید
• در طول طراحی سیستم، بودجه بندی کامل توان نوری را انجام دهید

پراکندگی زمانی اتفاق می‌افتد که طول‌موج‌ها یا حالت‌های مختلف نور با سرعت‌های مختلف حرکت می‌کنند و باعث می‌شوند پالس‌های سیگنال پخش شوند و سرعت و فواصل انتقال را محدود کنند.

• پراکندگی مودال:منحصر به فرد MMF، ناشی از مسیرهای نوری مختلف که با سرعت های مختلف حرکت می کنند.
• پراکندگی رنگی:بر همه الیاف، ناشی از تغییرات سرعت وابسته به طول موج (پراکندگی مواد و موجبر) تأثیر می گذارد.
• پراکندگی حالت قطبی (PMD):هنگامی که قطبش نور متعامد با سرعت های مختلف حرکت می کند در SMF رخ می دهد.

• پالس های سیگنال را گسترش می دهد و باعث تداخل بین نمادها می شود
• حداکثر سرعت و فواصل انتقال را محدود می کند
• نرخ خطای بیت را افزایش می دهد

• فیبر جبران کننده پراکندگی (DCF) با خواص پراکندگی مخالف
• توری های فیبر براگ (FBGs) که به طور انتخابی طول موج ها را منعکس می کنند
• جبران پراکندگی الکترونیکی (EDC) در گیرنده ها
• تکنیک‌های فشرده‌سازی نبض چیرپ

طراحان سیستم باید تمام تلفات احتمالی را در نظر بگیرند تا اطمینان حاصل شود که گیرنده ها توان نوری کافی برای ارتباطات قابل اعتماد را به دست می آورند.

• توان خروجی فرستنده
• الزامات حساسیت گیرنده
• مجموع تلفات لینک (فیبر، اتصالات، اتصالات)
• حاشیه سیستم برای تغییرات پیری و محیطی
• جریمه قدرت پراکندگی در صورت لزوم

• فاصله انتقال و سرعت داده مورد نیاز
• انتخاب نوع فیبر مناسب
• اجزای فرستنده / گیرنده بهینه
• نیاز به تقویت کننده های نوری
• الزامات جبران پراکندگی

سیستم های فیبر نوری از استانداردهای تعیین شده پیروی می کنند از جمله:

• Telcordia GR-253-CORE برای نیازهای کلی سیستم
• ITU G.957 برای پارامترهای رابط نوری
• IEEE 802.3 برای پروتکل های اترنت روی فیبر

تضعیف و پراکندگی اساساً بر قابلیت اطمینان و کارایی ارتباطات فیبر نوری تأثیر می گذارد. از طریق درک جامع این پدیده ها و اجرای استراتژی های کاهش مناسب - همراه با بودجه بندی دقیق توان و طراحی سیستم - مهندسان می توانند شبکه های نوری با کارایی بالا را توسعه دهند. پیشرفت های مستمر در مواد فیبر، اجزا و فن آوری های جبران نوید افزایش بیشتر قابلیت های سیستم های ارتباط نوری است.