المعرفة الأساسية بالألياف البصرية والكابلات البصرية

1. وصف موجز لتركيب الألياف البصرية.

إجابة: تتكون الألياف البصرية من جزئين أساسيين: النواة والغلاف المصنوع من مواد بصرية شفافة، وطبقة الطلاء.

2. ما هي المعلمات الأساسية لخصائص نقل الألياف الضوئية؟

إجابة: وتشمل هذه العوامل التوهين، والتشتت، وعرض النطاق الترددي، وطول الموجة المقطوعة، وقطر مجال الوضع، وما إلى ذلك.

3. ما هي أسباب ضعف الألياف الضوئية؟

إجابة: التوهين هو انخفاض القدرة الضوئية بين مقطعين عرضيين للألياف الضوئية، ويعتمد على طول الموجة. الأسباب الرئيسية للتوهين هي التشتت والامتصاص والفقد الضوئي الناتج عن الموصلات والوصلات.

4. كيف يتم تعريف معامل التوهين للألياف الضوئية؟

إجابة: يتم تعريفه على أنه التوهين لكل وحدة طول (dB/km) للألياف المنتظمة في ظل ظروف الحالة المستقرة.

5. ما هو فقدان الإدراج؟

إجابة: تشير خسارة الإدخال إلى التوهين الناتج عن إدخال المكونات البصرية (مثل الموصلات أو الوصلات) في خط النقل البصري.

6. على ماذا يعتمد عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية؟

إجابة: يُشير عرض نطاق الألياف الضوئية إلى تردد التعديل الذي تنخفض عنده سعة القدرة الضوئية بمقدار 50% (أو 3 ديسيبل) مقارنةً بالسعة الصفرية في دالة نقل الألياف. يتناسب عرض نطاق الألياف عكسيًا تقريبًا مع طولها؛ وحاصل ضرب عرض النطاق في الطول ثابت.

7. كم عدد أنواع تشتت الألياف الضوئية الموجودة، وعلى ماذا يعتمد ذلك؟

إجابة: يشير تشتت الألياف إلى اتساع نطاق تأخير المجموعة داخل الألياف، بما في ذلك تشتت النمط، وتشتت المادة، وتشتت الموجه الموجي. ويعتمد ذلك على كلٍّ من مصدر الضوء وخصائص الألياف.

8. كيف يتم وصف خاصية تشتت انتشار الإشارة في الألياف؟

إجابة: يمكن وصفها باستخدام ثلاث كميات فيزيائية: توسيع النبضة، وعرض النطاق الترددي للألياف، ومعامل تشتت الألياف.

9. ما هو طول الموجة المقطوعة؟

إجابة: هو أقصر طول موجي يُمكن عنده فقط انتشار الوضع الأساسي في الألياف. بالنسبة للألياف أحادية الوضع، يجب أن يكون طول الموجة القاطعة أقصر من طول الموجة التشغيلية.

10. كيف يؤثر تشتت الألياف على أداء أنظمة الاتصالات البصرية؟

إجابة: يؤدي التشتت إلى اتساع النبضات الضوئية أثناء النقل، مما يؤثر على معدل خطأ البت ومسافة النقل وسرعة النظام.

11. ما هي طريقة التشتت الخلفي؟

إجابة: تقيس طريقة التشتت الخلفي التوهين على طول الألياف الضوئية. ينتشر معظم الضوء للأمام، بينما ينتشر جزء صغير للخلف. بمراقبة الإشارة المتشتتة خلفيًا باستخدام مُقسِّم عند المصدر، يُمكن قياس طول الألياف الضوئية، والتوهين، والاختلالات الموضعية، ونقاط الانقطاع، والخسائر الناتجة عن الوصلات والموصلات.

12. ما هو مبدأ ووظيفة جهاز OTDR؟

إجابة: يعمل جهاز OTDR (مقياس الانعكاس البصري في المجال الزمني) على مبدأ التشتت الخلفي وانعكاس فرينل. ويستخدم الضوء المتشتت للحصول على معلومات التوهين. يقيس جهاز OTDR توهين الألياف، وفقدان الوصلات، وموقع الأعطال، وتوزيعها على طول الألياف، وهي عوامل أساسية لتركيب الألياف وصيانتها ومراقبتها. تشمل المعايير الرئيسية النطاق الديناميكي، والحساسية، والدقة، ووقت القياس، والمناطق الميتة.

١٣. ما هي منطقة ميتة OTDR؟ تأثيرها وكيفية التعامل معها؟

إجابة: تحدث المناطق الميتة عندما تتسبب الانعكاسات من الموصلات النشطة أو الوصلات الميكانيكية في تشبع جهاز استقبال OTDR، مما يؤدي إلى إنشاء مناطق لا يمكن حل الأحداث فيها.

هناك نوعان من المناطق الميتة:

• منطقة الحدث الميتة: المسافة من بداية ذروة الانعكاس إلى النقطة التي يصبح فيها جهاز استقبال OTDR مشبعًا.
• منطقة التوهين الميتة: المسافة من بداية ذروة الانعكاس إلى النقطة التي يمكن عندها اكتشاف أحداث أخرى.

من الأفضل أن تكون المنطقة الميتة أصغر. تزداد المناطق الميتة بازدياد عرض النبضة. تُستخدم النبضات الضيقة لقياس الأحداث القريبة، بينما تُستخدم النبضات العريضة لقياسات الألياف البعيدة.

14. هل يمكن لجهاز OTDR قياس أنواع مختلفة من الألياف؟

إجابة: قد يؤدي استخدام جهاز OTDR أحادي الوضع على ألياف متعددة الأوضاع، أو العكس، إلى الحصول على طول الألياف الصحيح، ولكن مع فقدان غير صحيح للألياف، وفقدان الوصل، وفقدان الإرجاع. احرص دائمًا على مطابقة جهاز OTDR لنوع الألياف.

15. ما الذي يشير إليه "1310nm" أو "1550nm" في أجهزة اختبار الألياف؟

إجابة: يشير هذا المصطلح إلى طول موجة الإشارة الضوئية. يستخدم اتصال الألياف عادةً أطوالًا موجية في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (٨٠٠-١٧٠٠ نانومتر). وتُستخدم عادةً أطوال موجية قصيرة (٨٥٠ نانومتر) وأطوال موجية طويلة (١٣١٠، ١٥٥٠ نانومتر).

16. ما هي الأطوال الموجية التي لها أدنى حد من التشتت وأقل حد من الخسارة في الألياف التجارية؟

إجابة: 1310 نانومتر له الحد الأدنى من التشتت؛ 1550 نانومتر له الحد الأدنى من الخسارة.

17. كيف يتم تصنيف الألياف وفقًا لملف معامل الانكسار الأساسي؟

إجابة: الألياف ذات المؤشر المتدرج (نطاق ترددي ضيق، مناسبة للاتصالات قصيرة المسافة ذات السعة الصغيرة) والألياف ذات المؤشر المتدرج (نطاق ترددي أوسع، مناسبة للاتصالات ذات السعة المتوسطة/الكبيرة).

18. كيف يتم تصنيف الألياف حسب وسائل النقل؟

إجابة: الألياف أحادية الوضع (النواة ~1–10 ميكرومتر، تنقل الوضع الأساسي فقط، وهي مناسبة للألياف عالية السعة لمسافات طويلة) والألياف متعددة الأوضاع (النواة ~50–60 ميكرومتر، تنقل أوضاعًا متعددة، وأداء أقل).

19. ماذا يشير إليه الفتحة الرقمية (NA) للألياف ذات مؤشر الخطوة؟

إجابة: يشير NA إلى قدرة الألياف على جمع الضوء. كلما زاد NA، زادت قدرتها على جمع الضوء.

20. ما هو الازدواج الانكساري في الألياف أحادية الوضع؟

إجابة: يوجد نمطان للاستقطاب المتعامد. عندما لا تكون الألياف أسطوانية تمامًا، يُسمى الفرق في معاملي الانكسار للنمطين ازدواجية الانكسار.

21. هياكل الكابلات الضوئية الشائعة؟

إجابة: هياكل هيكلية وطبقية.

22. المكونات الرئيسية للكابل البصري؟

إجابة: النواة، الشحم البصري، مواد الغلاف، PBT، وما إلى ذلك.

23. ما هو تسليح الكابلات؟

إجابة: عناصر حماية (عادةً أسلاك فولاذية أو أشرطة فولاذية) تُستخدم في كابلات خاصة (مثل الغواصات). يُغلَّف الغلاف الداخلي بالدروع.

24. مواد غلاف الكابل؟

إجابة: البولي إيثيلين (PE) أو بولي فينيل كلوريد (PVC)، لحماية الألياف من التأثيرات الخارجية.

25. الكابلات الخاصة في أنظمة الطاقة؟

إجابة:

• أو بي جي دبليو: الألياف الموضوعة في خطوط الطاقة المصنوعة من الفولاذ والألومنيوم؛ تجمع بين وظائف التأريض والاتصال.
• GWWOP (كابل ملفوف): معلق على الخطوط الموجودة.
• ADSS: ذاتية الدعم، عالية الشد، يصل مداها إلى 1000 متر.

26. هياكل تطبيق كابل OPGW؟

إجابة: 1) أنبوب بلاستيكي مجدول + أنبوب ألومنيوم؛ 2) أنبوب بلاستيكي مركزي + أنبوب ألومنيوم؛ 3) هيكل ألومنيوم؛ 4) أنبوب حلزوني من الألومنيوم؛ 5) أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ أحادي الطبقة (مركزي أو مجدول)؛ 6) أنبوب مركب من الفولاذ المقاوم للصدأ.

27. مواد كابلات OPGW المجدولة خارج القلب؟

إجابة: أسلاك AA (سبائك الألومنيوم) و AS (الفولاذ المغطى بالألومنيوم).

28. المتطلبات الفنية لاختيار كابل OPGW؟

إجابة: 1) قوة الشد المقدرة (RTS، kN)؛ 2) عدد نوى الألياف (SM)؛ 3) تيار الدائرة القصيرة (kA)؛ 4) المدة (ثانية)؛ 5) نطاق درجة الحرارة (℃).

29. حدود ثني الكابل؟

إجابة: نصف قطر الانحناء ≥ 20× قطر الكابل؛ أثناء التثبيت (ديناميكي)، ≥ 30× قطر الكابل.

30. النقاط الرئيسية في هندسة كابلات ADSS؟

إجابة: التصميم الميكانيكي للكابل وتحديد نقطة التعليق واختيار وتركيب الملحقات.

31. ملحقات الكابل البصري الرئيسية؟

إجابة: معدات لتثبيت الكابلات، على سبيل المثال، المشابك التوترية، ومشابك التعليق، ومثبطات الاهتزاز.

32. ما هما معاملا الأداء الأساسيان لموصلات الألياف الضوئية؟

إجابة: خسارة الإدراج وخسارة العودة.

33. موصلات الألياف الشائعة؟

إجابة: حسب النوع: أحادي الوضع مقابل متعدد الأوضاع؛ البنية: FC، SC، ST، D4، DIN، ثنائي المخروط، MU، LC، MT؛ الواجهة الطرفية: FC، PC (UPC)، APC. شائع: FC/PC، SC، LC.

34. العناصر الشائعة في أنظمة الاتصالات بالألياف:

إجابة: موصلات AFC، محول FC، محول ST، محول SC، FC/APC وFC/PC، أسلاك توصيل SC، ST، LC، MU، أسلاك توصيل أحادية الوضع/متعددة الأوضاع.

35. ما هو فقدان إدخال الموصل؟

إجابة: خسارة ناتجة عن إدخال الموصل؛ كلما كان أصغر، كان أفضل. يحدد ITU-T قيمة ≤ 0.5 ديسيبل.

36. ما هي خسارة عودة الموصل؟

إجابة: قياس الطاقة المنعكسة من خلال الموصل؛ نموذجي ≥25 ديسيبل.

37. ما هو الفرق الرئيسي بين الليزر LED والليزر شبه الموصل؟

إجابة: يصدر الصمام الثنائي الباعث للضوء ضوءًا غير متماسك ذي طيف واسع؛ بينما يصدر الليزر ضوءًا متماسكًا ذي طيف ضيق.

38. ما هو الفرق الرئيسي في خصائص التشغيل بين LED وLD؟

إجابة: لا يوجد عتبة للصمام الثنائي الباعث للضوء؛ في حين يتطلب الصمام الثنائي الباعث للضوء تيار عتبة لإصدار ضوء الليزر.

39. ما هي أنواع الليزر ذات الوضع الطولي المفرد الشائعة؟

إجابة: ليزر التغذية الراجعة الموزعة (DFB) و ليزر عاكس براج الموزع (DBR).

40. أجهزة الاستقبال الضوئية الرئيسية؟

إجابة: الصمام الثنائي الضوئي PIN والصمام الثنائي الضوئي الانهياري (APD).

41. مصادر الضوضاء في أنظمة الاتصالات بالألياف؟

إجابة: نسبة الانقراض، تقلب الكثافة البصرية، اهتزاز التوقيت، الضوضاء المظلمة والحرارية للمستقبل، ضوضاء الوضع، توسيع النبضة الناجم عن التشتت، ضوضاء تقسيم وضع الليزر، زقزقة التردد، الانعكاسات.

42. الألياف المشتركة في شبكات النقل وخصائصها؟

إجابة: G.652 (SM القياسي)، G.653 (SM المحول بالتشتت)، G.655 (المحول بالتشتت غير الصفري).

• G.652: تشتت عالي في نطاقات C/L، يتطلب تعويضًا >2.5 جيجابت/ثانية، منتشر على نطاق واسع.
• G.653: تشتت صفري عند 1550 نانومتر، مناسب للنقل فائق الطول الموجي الواحد، وليس مثاليًا لـ DWDM.
• G.655: تشتت صغير، يتجنب التشتت الصفري، يدعم DWDM، مساحة فعالة كبيرة تقلل من اللاخطية.

43. ما هي اللاخطية في الألياف؟

إجابة: عند طاقة إدخال عالية، يصبح مؤشر الانكسار معتمدًا على الطاقة، مما يتسبب في تشتت رامان وبريولين وتحولات التردد.

44. تأثير اللاخطية على النقل؟

إجابة: يسبب خسارة إضافية وتداخلاً، مما يؤدي إلى تدهور أداء النظام؛ وهو أمر مهم في أنظمة WDM عالية الطاقة على مسافات طويلة.

45. ما هو PON؟

إجابة: الشبكة البصرية السلبية - شبكة وصول حلقية للألياف للمستخدمين المحليين الذين يستخدمون أجهزة بصرية سلبية مثل المقرنات والمقسمات.

---

أسباب توهين الألياف الضوئية

1. العوامل الرئيسية: الخسارة الجوهرية، الانحناء، الضغط، الشوائب، عدم التجانس، الوصل.

• جوهري: تشتت رايلي، الامتصاص الكامن.
• الانحناء: تسبب الانحناءات الدقيقة فقدان التشتت.
• الضغط: الانحناءات الدقيقة الناجمة عن الإجهاد.
• الشوائب: الامتصاص والتشتت.
• عدم التماثل: عدم انتظام معامل الانكسار.
• الربط: عدم محاذاة المحور، زاوية الوجه النهائي، عدم تطابق النواة، اندماج ضعيف.

1. تصنيف فقدان الألياف: خسارة جوهرية (التشتت، الامتصاص، العيوب الهيكلية) وخسارة إضافية (الانحناء الدقيق، الانحناء، الوصل). يمكن تجنب الخسارة الإضافية بشكل أساسي.
2. فقدان امتصاص المواد:

• تمتص الذرات طاقة الفوتون، مما يسبب انتقالات إلكترونية، واهتزازات، وحرارة.
• يتمتع SiO₂ بقدرة امتصاص للأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء؛ ويسبب OH⁻ قمم امتصاص عند 0.95، 1.24، 1.38 ميكرومتر.

1. خسارة التشتت:

• تشتت رايلي بسبب الكثافة المجهرية واختلافات التركيب؛ يتناسب عكسيا مع الطول الموجي⁴.

1. العيوب الهيكلية:

• الفقاعات، والشوائب، والواجهة غير المتجانسة بين النواة والكسوة تسبب التشتت.

1. فقدان الإشعاع الناجم عن الانحناء:

• يقوم الانحناء بتحويل الأوضاع الموجهة إلى أوضاع إشعاعية؛ وهو أمر لا يمكن إهماله بالنسبة لنصف قطر الانحناء >5-10 سم.

---

رمز لون الألياف وترتيبها

تسلسل ألوان الوصل الاندماجي:
أزرق، برتقالي، أخضر، بني، رمادي، أبيض، أحمر، أسود، أصفر، بنفسجي، وردي، أزرق مائي

ترتيب حزمة الكابلات:

1. كابلات الألياف المتعددة في حزم: الأخضر أولاً، الأبيض ثانياً، وهكذا، الأحمر أخيراً.
2. أنابيب فردية مرتبطة بخيوط ملونة في تسلسل الألوان أعلاه.
3. تحتوي كل حزمة أو أنبوب على ما يصل إلى 12 أليافًا بنفس تسلسل الألوان.