منبع فیبر نوری – ترانسمیتر

ترانسمیتر نوری چیست ؟

ترانسمیتر نوری سیگنال های نوری را که توسط یک سیستم ارتباطی فیبر نوری حمل می شوند ، ایجاد می نمایند. یک فرستنده یا ترانسمیتر شامل یک منبع نوری، مدار تولید سیگنال و اجزایی مانند یک مدولاتور الکترو اپتیکی است.

منبع فیبر نوری چیست ؟

یک منبع نور فیبر نوری بدون هیچگونه مدولاسیون یا پردازش سیگنال ، نور مداوم را منتشر می نماید و یکی از اجزای فرستنده فیبر نوری است. بنابر این جهت ساخت یک سیستم ارتباطی فیبر نوری به یک منبع نوری نیاز است ، سورس ها یا منبع های نوری بر  پایه LED ها و لیزر ها طراحی و تولید می گردند.

 

سورس فیبر نوری

منبع فیبر نوری – ترانسمیتر

 

یک ترانسمیتر  نوری در سیستم ارتباطی فیبر نوری باید دارای مشخصات خاصی باشد که موارد زیر را شامل می شود: انتشار در یک طول موج مشخص با کمترین میزان افت loss،  تغییر مناسب و کاربردی توان الکتریکی اولیه به نور جهت انتقال در فیبر ، عملکرد قابل اطمینان، مدولاسیون آسان با قابلیت سرعت مناسب و کارآمد، طراحی مستحکم ، اتصال ساده وآسان خروجی سورس به داخل فیبر، اختلال و نویز ناچیز ، قابلیت مدولاسیون خطی مناسب، عرض طیف نوری باریک و مناسب (دامنه طول موج ها در نور ساطع شده) و  همچنین شامل سایر الزامات دقیق تر می شود.

هیچ ترانسمیتر نوری توانایی ارائه تمامی ویژگی های ایده آل به طور همزمان را ندارد ، اما نداشتن شرایط ذکر شده ، بسیاری از ترانسمیتر ها را از چرخه رقابت و انتخاب حذف می نماید یا بسیاری از سورس های را جایگزین می نماید، البته به جهت عملکرد صحیح سیستم شبکه نوری کاربرد منبع نوری مناسب فیبر بسیار حائز اهمیت می باشد. (بدیهی است در صورت کاربردی بودن منبع و سیستم ، کلیه این الزامات باید با هزینه مقرون به صرفه ای تأمین گردد.)

در تحقیقات سالیان اخیر صنعت فیبر نوری ، دو منبع نوری که بیشترین تطبیق پذیری را با مشخصات بیان شده دارا بودند جهت کاربری در سیستم های فیبر نوری امروزی ارائه گردیدند. این منبع های نوری شامل،  دیود ساطع کننده نور نیمه هادی  (LED) و دیود لیزر نیمه هادی OLD می باشند. (منبع سومی نیز وجود داشت که به عنوان یک گزینه احتمالی در نظر گرفته می شد ، اما به علت هزینه بالای تولید و مدولاسیون دشوار  آن  از چرخه صنعت کنار گذاشته شد.

این منبع نوری، یک لیزر مینیاتوری Nd-YAG  است که نوعی دیود ساطع کننده نور می باشد و با توجه به اینکه زمان ذاتی ثابتی دارد برای بیشتر کاربرد ها  به یک مدولاسیون جداگانه احتیاج دارد. البته این امکان وجود دارد که در آینده از این وسیله در استفاده گسترده شود.

تراتسمیتر فیبر نوری

 

LED و ILD هر دو دستگاه های نیمه هادی مستحکم می باشند که می توانند توسط فرایند های دسته ای و با روش های مختلف ساخته شوند.  این دو دستگاه میتوانند از مواد های نیمه هادی متفاوت ساخته شوند ، که به طراح شبکه اجازه می دهد تا طول موج دلخواه انتشار را انتخاب نماید. سورس های نوری که به دیود گالیوم آلومینیوم آرسنید مجهز می باشند ، می توانند طول موج های بین 0.8 تا 0.9 ” متر را پشتیبانی نمایند، همچنین دستگاه هایی که با دیود ایندیوم گالیوم آرسنید فسفید تجهیز گردیده اند، می توانند طول موج های بین 1.0 تا 1.6 ” متر را انتشار دهند.

 

LED ها و ILD ها را می توان با تغییر دادن جریان الکتریکی مورد استفاده برای تغذیه دستگاه ها ، مدوله نمود {مدولاسیون مستقیم}. محدوده نرخ مدولاسیون مستقیم قابل دستیابی برای LED ها از 20 مگا هرتز ( 20MHz ) تا فراتر از یک گیگاهرتز (1GHz  ) می باشد {بسته به مواد ، طراحی دستگاه و در مقابل پارامترهای دیگر بهره می برد} و نرخ مدولاسیون برای سریع ترین ILD ها 5-10 گیگا هرتز می باشد.

هر چند میزان توان نوری که به داخل فیبر نوری انتشار می یابد به طور معمول بخش کمی از توان عبوری می باشد، اما این راندمان تبدیل توان الکتریکی به نوری برای بیشتر برنامه های کاربردی و شبکه های نوری مناسب می باشد { که به طور معمول بسیار بهتر از آنچه  خواهد بود که با دستگاه جایگزین می توان به دست آورد } . عرض طیف نوری یک LED نسبتا گسترده است که سبب محدود شدن دامنه عملکرد آن می گردد، همچنین عرض طیف نوری لیزر بسته به نوع طراحی آن می تواند بسیار محدود باشد (فرکانس انتشار). منظور از عرض طیف نوری در واقع فواصل بین طول موج ها می باشد.

هر دو منابع نوری LED و لیزر می توانند از لحاظ عملکردی اطمینان پذیری بالایی را ارائه نمایند و از نظر مکانیکی نیز معمولا پایدار  می باشند. لیزر ها مستعد آسیب های الکتریکی می باشند و تا حدودی به درجه حرارت بالا نیز حساس هستند. لیزر ها از تعدادی لایه مواد نیمه هادی تشکیل شده اند که برخی از آنها نا خالصی p  یا  p-doped  و برخی دیگر n-doped می باشند. در جایی که مواد p-doped و n-doped با یکدیگر ترکیب می شوند ، یک خط پیوند p-n وجود خواهد داشت.

زمانی که روزنه ها و الکترون ها به محل پیوند وارد شوند {با اعمال جریانی در جهت مستقیم} با یکدیگر ترکیب می گردند و انرژی معادل و برابر با مضرب ای از اختلاف بار الکترون باند نیمه هادی {به ولت} بین ظرفیت و رسانایی باند ایجاد می شود.

این انرژی را می توان به صورت فوتون نور یا به صورت ارتعاشات شبکه {گرما} مورد کاربری قرار داد. ساده ترین نوع دیود ساطع کننده نور دارای دو لایه می باشد – یکی p-doped و دیگریn-doped  متأسفانه چنین ساختار ساده ای که توسط فیبر جذب می شود قادر به تبدیل کارآمد نیروی محرکه الکتریکی به انرژی نوری نمی باشد.  دلایل مختلفی برای این امر وجود دارد. نوری که توسط LED ساطع می شود می تواند قبل از اینکه از دستگاه خارج شود ، جذب مجدد شود.

 

سورس فیبر نوری

منابع نور لیزر دارای الگوی نوری فشرده و متمرکز می باشند.

سورس فیبر نوری 

 

 

 

 

بررسی شبکه فیبر نوری

پس از نصب کابل فیبر نوری و یا تعمیرات و توسعه شبکه فیبر نوری به جهت اطمینان از عملکرد درست کابل و مجموعه شبکه فیبر بایستی به شکل جامع فرایند تست فیبر نوری انجام شود، عیب یابی استاندارد و مورد نظر به شکل اندازه گیری دقیق می باشد که در واقع تست پاور متر و منبع نوری یا سورس نوری را شامل می شود.

همانطور که اشره گردید جهت عیب یابی شبکه فیبر نوری به شکل استاندارد ، به یک منبع نوری و یک پاور میتر نیاز داریم، فرایند تست با پاور متر و سورس به این دلیل بسیار دقیق می باشد که با توجه به اینکه تضعیف در شبکه فیبر نوری بر اساس نسبت یا اختلاف توان ارسالی و توان دریافتی محاسبه می گردد ، به کمک این دو دستگاه توان ارسالی همواره یکسان می باشد و توان دریافتی نیز به شکل کاملا دقیق توسط پاور متر اندازه گیری می شود، تضعیف بر اساس دسی بل اندازه گیری می شود و افت نیز نامیده می شود با توجه به توضیحات داده شده افت همواره پارامتری منفی می باشد چرا که توان دریافتی در پاورمتر همواره کمتر از توان ارسالی سورس نوری است  .

همانطور که بیان گردید، این برآورد  افت محاسبه شده نامیده می شود و با استفاده از مجموع افت برای هر قسمت از کابل ( فیبر، کانکتور ، اسپلایس یا فیوژن و خمش) محاسبه می شود. اگر افت اندازه گیری شده از ساختار شبکه مقدار قابل توجهی بیش تر از افت محاسبه شده باشد به این معنا می باشد که مشکلی در کابل یا تجهیزات شبکه وجود دارد که بیشتر اوقات این مشکل در کانکتور ها یا اسپلایس های نوری می باشد.

منبع فیبر نوری

دو نوع اصلی سورس های نوری

از منبع فیبر نوری به جهت پاشش یا تزریق نور به داخل فیبر نوری جهت اندازه گیری و عیب یابی شبکه فیبر نوری نیز استفاده می گردد. سورس یا منبع فیبر نوری در دو نوع اساسی ارائه می گردند: دیودهای ساطع کننده نور (LED) و دیودهای لیزری Laser

* پهنای باند  LEDها در مقایسه با لیزر ها بسیار کم تر است ، تفاوت LED ها و لیزر ها در طول موج های ارسالی آنها می باشد که این تفاوت در نهایت روی پهنای باند و فرکانس ارسالی نیز تاثیر گذار است.

سورس های نوری LED تنها برای شبکه های مالتی مد یا چند حالته مورد استفاده قرار می گیرند، سرعتی پایین تر دارند و کم هزینه تر نیز می باشند و الگوی خروجی گسترده ای نیز دارند، LED ها نسبت به لیزرها نور متمرکز کمتری انتشار می دهند و توان خروجی ضعیف تری نسب به مدل های لیزری دارند و عموما در شبکه های نوری چند حالتی یا مالتی مد ، جهت تست و پردازش اطلاعات کارایی دارند. پهنای باند LED ها نسبت به لیزرها بسیار کمتر می باشد و می توانند حداکثر  تا 1 گیگابیت بر ثانیه را پشتیبانی نماید.

دیود های لیزر ی هزینه بالاتر و پهنای باند بسیار گسترده تری دارند که عموما در هر دو شبکه های نوری سینگل مد و مالتی مد مورد استفاده قرار می گیرند و الگوی خروجی باریکی دارند. لیزر ها می توانند حداقل 10 گیگابیت بر ثانیه را پشتیبانی نمایند.

 

منابع نور LED الگوی خروجی گسترده ای دارند.

led

 

 

 

 

 

سه نوع از لیزر ها

سه نوع لیزر جهت انتقال دیتا روی شبکه فیبر نوری مورد استفاده قرار می گیرند که شامل، لیزرهای فبری پروت Fabry-Perot ، لیزرهای لیزرهای پخش کننده یا توزیع بازخورد (DFB) و لیزرهای با انتشار سطحی از حفره عمودی (VCSEL) هستند. لیزرهای بسیار کاربردی هستند و از طریق کابل چند حالته و کابل تک حالت کار می کنند.

لیزرهای نوری فبری پروت Fabry-Perot توانایی ارسال طول موج های سینگل مد و مالتی مد را با دامنه مناسبی از سرعت و پهنای باند دارا می باشند و در هر دو نوع شبکه های فیبر نوری مالتی مد و سینگل مد مورد استفاده قرار میگیرند.

لیزر های پخش کننده یا توزیع بازخورد DFB در شبکه های سینگل مد با  فواصل طولانی مورد استفاده قرار می گیرند. لیزر های با سطح توزیع عمودی (VCSELs) پهنای باند مناسبی دارند و از آنها بیشتر برای شبکه های فیبر نوری مالتی مد استفاده می شود ، گرچه می توانند از طول موج های 1310 نانومتر شبکه فیبر نوری سینگل مد نیز پشتیبانی نمایند.

از آنجا که سورس های فیبر نوری جهت عیب یابی شبکه های نوری استفاده می شوند، بایستی با فیبر نوری در حال سنجش نیز مطابقت داشته باشند، پاور متر نیز بایستی با شبکه تحت تست سازگار باشد ، مطالعه مشخصات منبع نوری به جهت اطمینان از عملکرد آن با شبکه مالتی مد (چند حالته )  و سینگل مد ( تک حالته) و طول موج های مورد نیاز جهت عیب یابی بسیار مورد اهمیت می باشد.

 

منبع فیبر نوری ۲

 

هرگز به خروجی یا لیزر منبع نوری نگاه نکنید!

 

اگرچه منابع نوری معمولاً با توان پایینی فعالیت می نمایند، و تصور این است که آسیب کمی برای چشم ایجاد می نمایند، بایستی اشاره گردد که این تصور اشتباه می باشد، برخی از منابع با توان بالاتر فعالیت می نمایند و باعث آسیب به شبکیه و ایجاد نقاط کور در دید شما می شوند.

بسیاری از  SFPها با طول موج های نامرئی فعالیت میکنند، برخی معتقدند که رنگ قرمز آن را می بینند ، طول موج رنگی دیده شده در واقع امواج لبه ای نور بوده و طول موج های نامرئی غیر قابل رویت در آن فیبر در حال انتشار می باشند که نها آسیب اصلی را وارد می نمایند.

پس هرگز مستقیماً به منبع نور یا انتهای کابل فیبر نگاه نکنید ، مگر اینکه از تاریک بودن آن مطمئن باشید. همیشه قبل از بررسی فیبر ، آن را با یک پاور متر یا تشخیص دهنده ترافیک فیبر بررسی نمایید.

 

اطلاعات بیشتر در مورد پهنای باند در شبکه فیبر نوری :


link

تجهیزات فیبر نوری:

link

 

با سپاس فراوان

شیوا سلطانی /‌ مجتبی منتخبی

دیدگاه‌ها (0)

*
*