تحليل العوامل التي تحد من مسافة نقل الوحدة البصرية

تُحدَّد مسافة نقل الإشارات الضوئية بمجموعة من العوامل الفيزيائية والهندسية، والتي تُحدِّد مجتمعةً أقصى مسافة يمكن نقل الإشارات الضوئية عبرها بكفاءة عبر الألياف الضوئية. تشرح هذه المقالة بعضًا من أكثر العوامل المُحدِّدة شيوعًا.

أولاً،نوع وجودة مصدر الضوء البصريتلعب دورًا حاسمًا. عادةً ما تستخدم التطبيقات قصيرة المدى تكلفة أقلمصابيح LED أو ليزر VCSELبينما تعتمد عمليات الإرسال متوسطة المدى وطويلة المدى على أداء أعلىليزر DFB أو EMLتؤثر قدرة الخرج وعرض الطيف واستقرار الطول الموجي بشكل مباشر على قدرة الإرسال.

ثانية،توهين الأليافيُعدّ التوهين أحد العوامل الأساسية التي تحدّ من مسافة الإرسال. فمع انتشار الإشارات الضوئية عبر الألياف، تضعف تدريجيًا نتيجة امتصاص المادة، وتشتت رايلي، وفقدان الانحناء. بالنسبة للألياف أحادية النمط، يبلغ التوهين النموذجي حوالي0.5 ديسيبل/كم عند 1310 نانومترويمكن أن تصل إلى مستوى منخفض مثل0.2–0.3 ديسيبل/كم عند 1550 نانومترفي المقابل، تُظهر الألياف متعددة الأنماط توهينًا أعلى بكثير3-4 ديسيبل/كم عند 850 نانومترولهذا السبب تقتصر أنظمة الوسائط المتعددة عمومًا على الاتصالات قصيرة المدى التي تتراوح من عدة مئات من الأمتار إلى حوالي 2 كيلومتر.

فضلاً عن ذلك،تأثيرات التشتتيُقيّد التشتت بشكل كبير مسافة نقل الإشارات الضوئية عالية السرعة. ويتسبب التشتت - بما في ذلك تشتت المواد وتشتت الموجهات الضوئية - في اتساع النبضات الضوئية أثناء الإرسال، مما يؤدي إلى تداخل بين الرموز. ويصبح هذا التأثير شديدًا بشكل خاص عند معدلات نقل البيانات العالية.10 جيجابت في الثانية وما فوقللتخفيف من التشتت، غالباً ما تستخدم أنظمة النقل لمسافات طويلةالألياف المعوضة للتشتت (DCF)أو استخدمالليزر ذو عرض الخط الطيفي الضيق مع أنماط التعديل المتقدمة.

وفي الوقت نفسه،طول الموجة التشغيليةترتبط خصائص الوحدة البصرية ارتباطًا وثيقًا بمسافة الإرسال.نطاق 850 نانومتريُستخدم بشكل أساسي لنقل البيانات لمسافات قصيرة عبر الألياف متعددة الأنماط.نطاق 1310 نانومتر، والتي تتوافق مع نافذة التشتت الصفري للألياف أحادية النمط، مناسبة لتطبيقات المسافات المتوسطة لـ10-40 كم. النطاق 1550 نانومتريوفر أقل قدر من التوهين وهو متوافق معمضخمات الألياف المشوبة بالإربيوم (EDFAs)مما يجعله يُستخدم على نطاق واسع في سيناريوهات نقل البيانات لمسافات طويلة وطويلة للغاية.40 كم، مثل80 كم أو حتى 120 كمروابط.

تفرض سرعة الإرسال نفسها قيدًا عكسيًا على المسافة. تتطلب معدلات نقل البيانات الأعلى نسب إشارة إلى ضوضاء أكثر دقة عند جهاز الاستقبال، مما يؤدي إلى انخفاض حساسية جهاز الاستقبال وتقليل المدى الأقصى. على سبيل المثال، وحدة بصرية تدعم40 كم بسرعة 1 جيجابت في الثانيةقد يقتصر علىأقل من 10 كيلومترات بسرعة 100 جيجابت في الثانية.

بالإضافة إلى،العوامل البيئيةيمكن أن تؤدي عوامل مثل تقلبات درجة الحرارة، والانحناء المفرط للألياف، وتلوث الموصلات، وتقادم المكونات، إلى خسائر أو انعكاسات إضافية، مما يقلل من مسافة الإرسال الفعالة. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن الاتصالات عبر الألياف الضوئية لا تكون دائمًا "كلما كانت أقصر، كان ذلك أفضل". غالبًا ما يكون هناكالحد الأدنى لمسافة الإرسال المطلوبة(على سبيل المثال، تتطلب الوحدات أحادية الوضع عادةً ≥2 متر) لمنع الانعكاس البصري المفرط، والذي يمكن أن يزعزع استقرار مصدر الليزر.