ماذا يفعل كابل الألياف البصرية؟

كابلات الألياف البصرية نقل المعلومات كبوليات من الضوء من خلال خيوط من الزجاج أو البلاستيك. إنها بمثابة العمود الفقري للاتصالات الحديثة ، مما يتيح نقل البيانات عالي السرعة على مسافات طويلة مع الحد الأدنى من فقدان الإشارة.

الوظيفة الأساسية

بصريات الألياف تحويل الإشارات الكهربائية إلى ضوء باستخدام جهاز إرسال. ينتقل الضوء عبر الكابل عبر الانعكاس الداخلي الكلي ، والارتداد بين النواة والكسوة. في الوجهة ، يقوم جهاز الاستقبال بتحويل الضوء إلى إشارات كهربائية.

المكونات الرئيسية

• النواة: مركز رفيع/مركز بلاستيكي يحمل الضوء
• الكسوة: الطبقة الخارجية تعكس الضوء إلى الداخل
• طلاء عازلة: سترة بلاستيكية واقية
• أعضاء القوة: تعزيز الألياف (على سبيل المثال ، كيفلار)
• السترة الخارجية: المظهر الخارجي المقاوم للطقس

المواصفات الفنية

الألياف الوضع المفرد (9µm جوهر) تحمل ضوء الليزر بالأشعة تحت الحمراء (1310-1550NM) للمسافات التي تتجاوز 100 كم. تستخدم ألياف multimode (50-62.5 ميكرومتر) مصادر مصباح LED للتشغيل الأقصر (≤2km).

مقارنة الأداء

ميكانيكا انتقال الإشارة

نبضات الضوء تحافظ على سلامة الإشارة من خلال الانعكاس الداخلي الكلي. يتبع حساب الزاوية الحرجة قانون Snell: θ _ج = الخطيئة ^-1 (ن ₂ /ن ₁ ) ، حيث ن ₁ و ن ₂ هي مؤشرات الانكسار من الأساسية والكسوة.

سيناريوهات النشر

• كابلات تحت البحر : 400 نظام يمتد على ارتفاع 1.3 كم على مستوى العالم
• ftth (من الألياف إلى المنزل) : اتصالات المستهلك المباشرة
• مراكز البيانات : بنية أوراق العمود الفقري مع روابط 400 جيجابت في الثانية
• صناعي : أتمتة المصنع المقاومة للإمارات

القيود والاعتبارات

تكاليف التثبيت تتجاوز النحاس بنسبة 10-30 ٪. المعدات المتخصصة المطلوبة للربط (فقدان 0.1 ديسيبل لكل لصق). يمنع الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء (عادة 10-20 × قطر الكابل) تسرب الضوء.

الجدول الزمني للتطور

1977: التثبيت التجاري الأول (شيكاغو)
1988: TAT-8 Transatlantic Cable (40،000 مكالمة في وقت واحد)
2016: الرقم القياسي 4000 كم (1 تلي في الثانية) القناة الواحدة)
2023: أنظمة تحت سطح البحر التي تحقق 24 تلي في الثانية لكل زوج من الألياف

التطورات المستقبلية

تعدد الإرسال في الفضاء باستخدام الألياف متعددة النواة (7 نوى أظهرت). الألياف المجوفة النواة تقلل من زمن الوصول إلى 3μs/كم. التكامل مع شبكات التشفير الكم.

الغوص العميق التقني

أنظمة الألياف البصرية تستفيد من تعدد الإرسال (WDM) لزيادة السعة. يدعم WDM الكثيفة (DWDM) ما يصل إلى 160 أطوال موجية لكل الألياف ، كل منها يحمل 100 جيجابت في الثانية. يحدث تجديد الإشارة من خلال مضخمات الألياف المخبأة في Erbium (EDFAs) متباعدة على فترات من 80 إلى 100 كم ، مع الحفاظ على التضخيم البصري دون تحويل كهربائي. تصبح التأثيرات غير الخطية مثل خلط الموجة ذات الأربع موجات مهمة عند مستويات الطاقة التي تتجاوز 17 ديسيبل ، والتي تتطلب تصميمات الألياف التي تم تحويلها إلى التشتت. يعد تعويض تشتت وضع الاستقطاب (PMD) أمرًا بالغ الأهمية للروابط التي تتجاوز 40 كيلومترًا تعمل بسرعة 100 جيجابت في الثانية.

علم المواد

السيليكا المنصهرة فائقة النقل (SIO ₂ ) تشكل المادة الأساسية ، مع زيادة مؤشر الانكسار في الجرمانيوم. يستخدم الكسوة السيليكا المزخرفة بالفلور مع مؤشر الانكسار أقل بنسبة 0.36 ٪. يتضمن التصنيع ترسيب بخار كيميائي معدّل (MCVD) ، حيث تودع الغازات طبقات السيليكون داخل أنابيب التشكيل في 1900 درجة مئوية. يحدث رسم الألياف عند 2000 درجة مئوية ، وسحب 10 كم/دقيقة مع القطر الذي يتم التحكم فيه إلى ± 0.1µm.