كيف تعمل اتصالات الألياف الضوئية ولماذا يتم استخدامها في الاتصالات عالية السرعة

اتصالات الألياف الضوئية هي طريقة الاتصال التي يتم فيها إرسال الإشارة في شكل ضوء وتستخدم الألياف الضوئية كوسيلة لنقل تلك الإشارات الضوئية من مكان إلى آخر. يتم تحويل الإشارة المرسلة في الألياف الضوئية من الإشارة الكهربائية إلى ضوء وفي الطرف المستقبل ، يتم تحويلها مرة أخرى إلى الإشارة الكهربائية من الضوء. يمكن أن تكون البيانات المرسلة في شكل بيانات صوتية أو فيديو أو بيانات القياس عن بُعد التي سيتم إرسالها عبر مسافات طويلة أو عبر شبكات المنطقة المحلية. تتمتع اتصالات الألياف الضوئية بنتائج جيدة في نقل البيانات لمسافات طويلة بسرعة عالية ، وقد تم استخدامها كتطبيق لأغراض الاتصال المختلفة.

كيف تعمل اتصالات الألياف البصرية؟

في عملية الاتصال الألياف البصرية ينقل إشارة على شكل ضوء والتي يتم تحويلها أولا إلى النور من الإشارات الكهربائية ونقلها، ثم العكس يحدث على الجانب المتلقي.

يمكن شرح هذه العملية باستخدام مخطط كما هو موضح أدناه:

جانب المرسل:

على جانب المرسل ، أولاً إذا كانت البيانات تمثيلية ، يتم إرسالها إلى دائرة تشفير أو محول والتي تحول الإشارة التناظرية إلى نبضات رقمية من 0،1،0،1… (اعتمادًا على كيفية البيانات) وتمريرها من خلال دارة الارسال مصدر الضوء. وإذا كان الإدخال رقميًا ، فيتم إرساله مباشرة عبر دائرة إرسال مصدر الضوء والتي تحول الإشارة على شكل موجات ضوئية.

كابل الألياف الضوئية:

يتم الآن إرسال موجات الضوء المستلمة من دائرة الإرسال إلى كابل الألياف الضوئية من موقع المصدر إلى الوجهة ويتم استقبالها عند كتلة جهاز الاستقبال.

جانب المستقبل:

الآن على جانب المستقبل ، تستقبل الخلية الكهروضوئية ، المعروفة أيضًا باسم كاشف الضوء ، موجات الضوء من كابل الألياف الضوئية ، وتضخمها باستخدام مكبر الصوت وتحولها إلى إشارة رقمية مناسبة. الآن إذا كان مصدر الإخراج رقميًا ، فلن يتم تغيير الإشارة أكثر ، وإذا كان مصدر الإخراج يحتاج إلى إشارة تناظرية ، فسيتم تحويل النبضات الرقمية مرة أخرى إلى إشارة تمثيلية باستخدام دائرة فك التشفير.

تُعرف العملية الكاملة لنقل إشارة كهربائية من نقطة إلى أخرى عن طريق تحويلها إلى ضوء واستخدام كابل الألياف الضوئية كمصدر للإرسال باسم اتصالات الألياف الضوئية.

لماذا تستخدم الألياف؟

حلت أسلاك الألياف محل الأسلاك النحاسية ككابل نقل نظرًا لأنها تتمتع بمزايا أكثر من الكابلات الكهربائية.

• قدرة نقل كبيرة : يمكن أن تحمل ألياف السيليكا المفردة مئات الآلاف من قنوات الهاتف ، باستخدام جزء صغير فقط من السعة النظرية.
• خسائر صغيرة : تُفقد إشارة 0.2 ديسيبل / كم تقريبًا لألياف السيليكا أحادية النمط الحديثة بحيث يمكن جسر عشرات الكيلومترات دون تضخيم الإشارات.
• التضخيم السهل : يمكن إعادة تضخيم عدد كبير من القنوات في مضخم ليفي واحد إذا لزم الأمر لمسافات إرسال كبيرة جدًا.
• تكلفة منخفضة : نظرًا لمعدل النقل الهائل الذي يمكن تحقيقه ، يمكن أن تكون تكلفة كل بت منقولة منخفضة للغاية.
• الوزن الخفيف: بالمقارنة مع الكابلات الكهربائية ، فإن كابلات الألياف الضوئية خفيفة الوزن للغاية.
• عدم التداخل: كابلات الألياف الضوئية محصنة ضد المشاكل التي تنشأ مع الكابلات الكهربائية ، مثل الحلقات الأرضية أو التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).

توضح الأسباب بوضوح أن كابلات الألياف الضوئية أفضل بكثير من الكابلات النحاسية المحورية وهذا هو السبب في تفضيل كابلات الألياف الضوئية على وسائط النقل التقليدية.

لماذا الضوء وليس الكهرباء؟

يستخدم الضوء أو ضوء الليزر (على وجه الدقة) لاتصالات الألياف الضوئية نظرًا لأن ضوء الليزر هو مصدر ضوء ذو طول موجي واحد. في حين أن إشارات الضوء الأخرى مثل ضوء الشمس أو ضوء المصباح لها أطوال موجية عديدة من الضوء ونتيجة لذلك ، إذا تم استخدامها للاتصال فإنها ستنتج شعاعًا أقل قوة جدًا ، ومن ناحية أخرى ، فإن الليزر الذي يحتوي على شعاع واحد سيؤدي إلى أقوى شعاع كناتج.

لذا ، فإن التشتت الأقل ، ونقل عدد أكبر من الإشارات واستهلاك وقت أقل يجعل الضوء مصدرًا جيدًا للاتصال.

خصائص اتصالات الألياف البصرية

في اتصالات الألياف الضوئية ، يتم استخدام الضوء كإشارة تنتقل داخل كابل الألياف الضوئية. يتميز أسلوب الاتصال هذا بخصائص مهمة يجب مناقشتها وتجعلها طريقة اتصال جيدة.

• عرض النطاق الترددي - يعني تشتت ضوء الليزر الأحادي أنه يمكن إرسال كمية جيدة من الإشارة (يتم نقل المعلومات بالبتات) في الثانية مما يؤدي إلى عرض نطاق ترددي مرتفع لمسافات طويلة.
• قطر أصغر - يبلغ قطر كابل الألياف الضوئية حوالي 300 ميكرومتر.
• خفيف الوزن - كابل الألياف الضوئية خفيف الوزن مقارنة بالكابل النحاسي.
• نقل الإشارات لمسافات طويلة - نظرًا لأن ضوء الليزر لا يتشتت ، يمكن نقله بسهولة عبر مسافات طويلة.
• توهين منخفض - الألياف مصنوعة من الزجاج والليزر ينتقل عبرها ، ولا تفقد الإشارة المرسلة سوى 0.2 ديسيبل / كم.
• أمان الإرسال - التشفير البصري وعدم وجود إشارة كهرومغناطيسية يجعل البيانات آمنة عبر الألياف الضوئية.

تطبيقات الألياف الضوئية

تُستخدم اتصالات الألياف الضوئية بشكل أساسي في صناعة الاتصالات التي تستخدم الألياف الضوئية من أجل:

• إرسال إشارات الهاتف.
• الاتصال عبر الإنترنت.
• نقل إشارة تلفزيون الكابل.

بصرف النظر عن ذلك ، يتم استخدام الألياف الضوئية في الوقت الحاضر في كل مكان في المنازل والصناعات والمكاتب لمسافات طويلة وكذلك للاتصالات لمسافات صغيرة.

تأثير الألياف الضوئية على إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء)

سيكون لاتصالات الألياف الضوئية تأثير كبير على إنترنت الأشياء ، وستوضح لك هذه الأشياء المدرجة كيف تتطلب IOT الألياف البصرية.

• وسائط النقل السريع - المستقبل سيكون إنترنت الأشياء وسيتم توصيل جميع أجهزتنا وأشياءنا بالإنترنت ، الأمر الذي يحتاج إلى اتصال جيد وسرعة عالية. وسائط النقل الوحيدة التي تدعم مثل هذا المطلب هي الألياف الضوئية. يحتاج المستقبل IOT و IOT إلى الألياف الضوئية للحصول على أفضل اتصال يمكن أن يساعد في الوصول إلى سرعة بيانات لاسلكية تصل إلى 100 جيجابت في الثانية ، مما يجعل الاتصالات ونقل البيانات كبيرة الحجم في ثوانٍ.
• أمن البيانات - الأمن في إنترنت الأشياء هو الشاغل الرئيسي عندما نفكر في كمية كبيرة من البيانات التي سيتم نقلها بين مليارات الأجهزة المتصلة ببعضها البعض. يمكن اختراق البيانات من وسائط الاتصال ما لم تكن الألياف الضوئية. من الصعب للغاية اختراق الألياف الضوئية واختراقها دون أن يتم اكتشافها أمر شبه مستحيل. مرة أخرى ، يمكن أن تساعد الألياف الضوئية في تأمين البيانات ونقلها بسرعة عالية جدًا.
• لا يوجد فقدان للبيانات بسبب التداخل - يمكن تركيب كابلات الألياف الضوئية في أي مكان (حتى تحت الماء أو في مناطق درجات الحرارة العالية) ولا يوجد بها أي تداخل كهرومغناطيسي ينتج عنه عدم فقدان البيانات بسبب التداخل