فاکتورهای عملکرد فیبر نوری

فاکتورهای عملکرد فیبر نوری،‌ در طول نصب فیبر نوری، بایستی به عواملی که می توانند بر عملکرد فیبر نوری تاثیر منفی بگذارند آگاه باشیم. شناسایی این فاکتور ها درک جنبه های اساسی انتقال اطلاعات در فیبر نوری را ساده تر می نماید. سیستم های مبتنی بر فیبر نوری در مقایسه با سیستم های مبتنی بر مس متفاوت عمل می نمایند. سیستم های فیبر نوری بر اساس انتقال سیگنال دیجیتال با تعدیل پالس های نور روشن و خاموش می باشند. از آنجایی که اطلاعات به صورت نوری منتقل می شود، باید عوامل خاص را درک نماییم. فهرست این عوامل شامل موارد زیر می باشد.

فهرست مطالب:

1. فاکتورهای عملکرد فیبر نوری
   1. افت یا تضعیف Attenuation
   2. زاویه پذیرش Acceptance angle
   3. روزنه عددی Numerical aperture (NA)
   4. پراکندگی مُدال Modal dispersion
   5. پراکندگی رنگی Chromatic dispersion

فاکتورهای عملکرد فیبر نوری 

از آنجایی که فیبرهای نوری چند حالته (مالتی مد) و تک حالته (سینگل مد) امروزه بخشی جدایی ناپذیر از زیر ساخت شبکه های ساختمانی و اداری می باشند و رسانه های نوری ترجیحی جهت افزایش پهنای باند و کاهش ازدحام در شبکه های تجاری به شمار می آیند، بایستی عوامل کلیدی عملکرد موثر بر انواع فیبر نوری را درک نماییم و به بررسی آنها بپردازیم.

 شکل A

افت یا تضعیف فیبر نوری Attenuation

مهمترین فاکتور منفی در نصب کابل های فیبر نوری افت یا تضعیف یا از دست دادن یا کاهش توان سیگنال حامل داده در لینک نوری است (در مورد فیبر، سیگنال نور). که بر حسب دسی بل (dB یا dB/km همانطور که در شکل A نشان داده شده است) اندازه گیری می شود. در شرایط واقعی، کاهش افت 3dB در یک اتصال فیبر نوری برابر با حدود 50 درصد افت سیگنال است. شکل B تضعیف را بر حسب دسی بل در مقابل درصد تلفات سیگنال ترسیم می نماید. توجه داشته باشید که رابطه نمایی است.

شکل B رابطه درصد افت با کاهش توان سیگنال انتقال فیبر نوری

کابل هایی که تضعیف بالاتری دارند به طور قابلیت معمول حداکثر فاصله کمتری بین فرستنده و گیرنده را پشتیبانی می نمایند. یکی از مهمترین تفاوت های کابل های با کیفیت با کابل های بی کیفیت همین موضوع می باشد. تضعیف بر سرعت انتقال و فواصل تمام سیستم های کابل کشی تاثیر منفی می گذارد، اگرچه انتقال نوری به ویژه به تضعیف حساس است.

بسیاری از موارد می توانند باعث تضعیف سیگنال نور در فیبر نوری شوند، از جمله موارد زیر:

• سطح انتهایی آلوده کانکتور های فیبر نوری (85 درصد از مشکلات کاهش تضعیف را تشکیل می دهد)
• شکاف بیش از حد بین کانکتورهای نوری در یک اتصال
• کانکتورهای نصب شده به شکل غیر اصولی
• ناخالصی های موجود در فیبر
• خمش بیش از حد کابل (افت خمش)
• کشش بیش از حد کابل (البته توجه داشته باشید که فقط خمش باعث افت نور می شود نه کشش؛ کشش کابل می تواند باعث خمش فیبر شود و باعث افت یا ضعیف شدن نور شود)

زاویه پذیرش

عامل دیگری که بر عملکرد سیستم شبکه فیبر نوری تاثیر گذار می باشد، زاویه پذیرش نور در هسته فیبر نوری است. زاویه پذیرش (همانطور که در شکل C نشان داده شده است) زاویه ای است که از طریق آن یک فیبر خاص می تواند نور را به عنوان ورودی بپذیرد.

هرچه اختلاف زاویه پذیرش بین دو یا چند سیگنال در یک فیبر چند حالته بیشتر باشد، تاثیر پراکندگی بین مُدی (مُدال) بیشتر می‌شود. اثر پراکندگی مُدال نیز تأثیر منفی بر عملکرد کلی یک بخش خاص کابل خواهد داشت.

شکل C تصویری از زوایای پذیرش فیبر نوری

روزنە عددی

یکی از مشخصه های کابل فیبر نوری که با زاویه پذیرش مرتبط است، دیافراگم عددی یا روزنه عددی (NA) است. NA مخفف Numerical aperture می باشد و از طریق ضریب شکست هسته و روکش محاسبه می شود. نتیجه محاسبه یک عدد اعشاری بین 0 و 1 است که توانایی یک فیبر نوری خاص را جهت پذیرش نور منعکس می نماید.
مقدار NA برابر 0 نشان می دهد که فیبر نوری، هیچ نوری را نمی پذیرد یا جمع آوری نمی کند. مقدار 1 برای NA نشان می دهد که فیبر تمام نوری را که در معرض آن قرار می گیرد را می پذیرد. مقدار NA بالاتر به این معنی است که نور می تواند از طیف وسیعی از زوایای، وارد و از فیبر خارج شود، از جمله زوایای شدیدی که در داخل هسته منعکس نمی شوند اما در اثر شکست از بین می روند. مقدار NA پایین به این معنی است که نور فقط در زوایای کم عمق می تواند وارد فیبر شده و از آن خارج شود، که کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که نور به درستی در هسته منعکس می شود. فیبرهای چند حالته به طور معمول مقادیر NA بالاتری نسبت به فیبرهای تک حالته دارند. به همین دلیل است که نور با تمرکز کمتر از LED ها می تواند جهت انتقال از طریق فیبرهای چند حالته استفاده شود، برخلاف نور متمرکز لیزری که برای فیبرهای تک حالته مورد نیاز است.

شکل C.I روزنه عددی

اطلاعات بیشتر:

• محاسبه روزنه عددی 
• ضریب شکست در فیبر نوری

پراکندگی Modal و پهنای باند

کابل‌های فیبر نوری مالتی مُد یا چند حالته از یک مشکل منحصر به فرد به نام پراکندگی مُدال رنج می‌برند که از نظر اثر مشابه به انحراف تاخیر شبکه مسی است. پراکندگی مدال که به عنوان تاخیر حالت دیفرانسیل (DMD) نیز شناخته می شود، باعث تاخیر انتقال در فیبرهای چند حالته می شود. پراکندگی مدال ویژگی اصلی است که بر پهنای باند فیبر چند حالته تأثیر می گذارد. حالت ها (سیگنال ها) در زوایای مختلف وارد فیبر چند حالته می شوند، بنابراین سیگنال ها وارد بخش های مختلف هسته نوری می شوند. به عبارت ساده، نور در مسیرهای مختلف در داخل فیبر حرکت می نماید و می تواند در زمان های مختلف در نتیجه ضریب شکست های مختلف در سطح مقطع هسته منتشر و به مقصد رسدو (همانطور که در شکل D نشان داده شده است). هر چه اختلاف زمان رسیدن مُدها شدیدتر باشد، تاخیر بین مُد ها(حالت ها) بیشتر می شود و پهنای باند سیستم نوری مالتی مد کمتر می شود.

در شکل D، حالت A ابتدا از فیبر خارج می شود چراکه فاصله کمتری جهت پیمایش در داخل هسته نسبت به حالت B دارد. حالت A فاصله کوتاه تری جهت طی کردن دارد چراکه زاویه ورودی آن شدیدتر است (یعنی درجه پایین تری دارد). تفاوت بین زمانی که حالت A از حالت B خارج می شود و زمانی که حالت B خارج می شود، پراکندگی مُدال یا DMD یا modal dispersion است. هر چه فیبر تعداد حالت‌های بیشتری را منتقل نماید و یا در صورت وجود نقص در شاخص ضریب شکست فیبر مالتی مد درجه‌بندی شده، پراکندگی modal بزرگ‌تر یا بدتر می‌شود. فیبر چند حالته با هسته 62.5 میکرون، حالت های بیشتری نسبت به فیبر 50 میکرون را دارا می باشد. در نتیجه فیبر 62.5 میکرون پراکندگی مُدال بالاتر و پهنای باند کمتری نسبت به فیبر 50 میکرون دارد. تولیدکنندگان فیبر توجه دقیقی به ساخت پروفیل های با ضریب شکست فیبرهای چند حالته درجه بندی شده دارند تا از پراکندگی مدال کاسته شود و در نتیجه پهنای باند افزایش یابد. DMD توسط سازندگان فیبر اندازه گیری می شود و به طور مستقیم با پهنای باند ارتباط دارد.

پراکندگی رنگی

آخرین فاکتور موثر در عملکرد فیبر نوری پراکندگی رنگی chromatic dispersion است، که پهنای باند فیبرهای نوری تک حالته خاصی را محدود می نماید. برخلاف تصور رایج، لیزرها نمی توانند یک طول موج نور خالص را ساطع نمایند. لیزرها توزیعی از طول موج ها را با طول موج مشخصه لیزر در مرکز منتشر می نمایند. (البته، توزیع بسیار نازک و باریک است؛ با این حال، یک توزیع می باشد.) طول موج های مختلف نور که توسط لیزر منتقل می شوند، در طول زمان انتشار از طریق فیبر نوری پخش و گسترده می شوند. گسترش به این دلیل اتفاق می افتد که طول موج های مختلف نور با سرعت های متفاوتی در فیبر نوری حرکت می نمایند. همانطور که در فیبر حرکت می کنند، طول موج های مختلف از هم جدا می شوند (همانطور که در شکل E نشان داده شده است). طول موج ها از هم دورتر و دورتر می شوند تا زمانی که در زمان های کاملا متفاوت به مقصد می رسند. در نتیجه پالس های نور گسترده تر، تیزتر و توان کلی کمتری را در مقصد دارا می باشند. همانطور که پالس های متوالی شروع به همپوشانی می نمایند، تشخیص سیگنال به خطر می افتد. فیبر چند حالته نیز می تواند این مشکل را داشته باشد، و این مشکل به همراه پراکندگی مُدال، پهنای باند فیبرهای چند حالته را در مقایسه با تک حالته کاهش می دهد، که عمدتا تنها با پراکندگی رنگی مختل می شود.

شکل E پراکندگی رنگی فیبر نوری تک حالته

اطلاعات بیشتر:

• پراکندگی رنگی فیبر نوری
• پراکندگی در فیبر نوری
• تضعیف خمش فیبر نوری

شکل F انواع پراکندگی در فیبر نوری

کابل های فیبر نوری

کابل های شبکه مسی

تجهیزات فیبر نوری