إذا كنت قد دخلت للتو إلى عالم الألياف الضوئية، فإن جميع المصطلحات والمختصرات التقنية قد تبدو مربكة. لهذا السبب أنشأتُ سلسلة مسرد مصطلحات الألياف هذه - لمساعدتك على فهم ما تعنيه هذه المصطلحات حقًا، بأبسط طريقة ممكنة.
جدول المحتويات
مقدمة
في مقال سابق: كيف تعمل الألياف الضوئية: العلم البسيط وراء الضوء, شرحنا كيف ينتقل الضوء عبر الألياف الضوئية وكيف تنتقل المعلومات عبر مسافات طويلة بسرعة ودقة مذهلتين.
ومع ذلك، في أنظمة الألياف الضوئية في العالم الحقيقي، لا يكون نقل الضوء بدون فقدان تام. عندما تنتقل الإشارات الضوئية عبر الألياف - وخاصة عندما تمر عبر الموصلات أو الوصلات أو المكونات الأخرى - فإن جزءًا صغيرًا من الطاقة الضوئية يضيع حتمًا.
في هذه المقالة، نتخذ الخطوة التالية ونركز على أحد أهم مؤشرات الأداء الأساسية في الألياف البصرية: فقدان الإدراج. سنشرح ما هو فقدان الإدراج، ولماذا يحدث، وكيف يؤثر على موثوقية وكفاءة شبكات الألياف الضوئية - باستخدام لغة بسيطة يسهل على المبتدئين فهمها.
ما هي خسارة الإدراج (IL)؟
فقدان الإدراج (IL) يشير إلى الانخفاض في الطاقة الضوئية الذي يحدث عند إدخال مكون بصري أو وصلة بصرية في وصلة ألياف بصرية.
بعبارات بسيطة: عندما يتم “إدخال” الضوء من خلال موصل أو وصلة أو جهاز، لا يصل الضوء كله. ويسمى الجزء المفقود بفقدان الإدراج.
يحدث فقدان الإدراج عادةً عند:
- موصلات الألياف البصرية
- الوصلات الاندماجية أو الميكانيكية
- أسلاك التوصيل والمحولات
- المقسمات والمكونات السلبية الأخرى
- الانحناءات الحادة في الألياف الضوئية
يتم التعبير عن فقدان الإدراج عادةً بوحدة ديسيبل (ديسيبل)و تشير القيم الأقل إلى أداء أفضل.
من أين تأتي خسارة الإدراج؟
لا ينتج فقدان الإدراج عن عامل واحد. بل ينتج عن عدة عيوب فيزيائية وميكانيكية تؤثر على مدى كفاءة انتقال الضوء من ليف إلى آخر.
فيما يلي الأسباب الأكثر شيوعاً.
اختلال المحاذاة الأساسية بين الألياف
عندما يتم توصيل ليفين، يجب محاذاة نواتهما بدقة. إذا كانت المحاذاة غير دقيقة - حتى ولو ببضعة ميكرونات - فإن جزءًا من الضوء سيفقد قلب الاستقبال ويتسرب إلى الكسوة.
هذا هو أحد الأسباب الأكثر شيوعًا لفقدان الإدراج.
تشبيه بسيط:
الأمر أشبه بتوصيل أنبوبي مياه لا يصطفان بشكل مثالي - بعض الماء سيتسرب للخارج بدلاً من أن يتدفق عبرهما.
أقطار مختلفة للجزء الداخلي أو الكسوة
حتى إذا كانت الألياف محاذاة بشكل جيد، يمكن أن يحدث فقدان الإدراج إذا:
- أقطار النواة مختلفة
- سمك الكسوة ليس متماثلاً
- يتم خلط ألياف من جهات تصنيع أو معايير مختلفة
يتسبب عدم التطابق هذا في عدم تطابق الوضع-المجال, مما يعني أن الضوء لا يمكن أن ينتقل بالكامل من ليف إلى آخر.
الفجوات الهوائية بين واجهات أطراف الألياف
إذا لم تتلامس الأوجه الطرفية للألياف تلامسًا ماديًا كاملًا، فقد تتكون فجوة هوائية صغيرة بينهما.
في هذه الواجهة
- يواجه الضوء حداً فاصلاً بين الزجاج والهواء
- ينعكس جزء من الضوء إلى الخلف
- يستمر ضوء أقل إلى الأمام
لا يؤدي ذلك إلى زيادة فقدان الإدراج فحسب، بل يمكن أن يساهم أيضًا في خسارة الإرجاع, والتي تمت مناقشتها في مقال منفصل.
واجهات طرفية بزاوية أو مصقولة بشكل سيء
إذا لم تكن الأوجه الطرفية للألياف مسطحة أو متعامدة تمامًا:
- يخرج الضوء من الألياف بزاوية
- تنخفض كفاءة الاقتران
- يتم فقدان المزيد من الطاقة الضوئية
وهذا هو السبب في أن جودة الواجهة الطرفية للموصل (PC، UPC، APC) تلعب دورًا مهمًا في التحكم في فقد الإدخال.
انحناء الألياف وفقدان الانحناء
عندما تنحني الألياف الضوئية إلى ما بعد الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء:
- لا يمكن أن يبقى الضوء محصورًا بالكامل داخل القلب
- تتسرب بعض الطاقة الضوئية إلى الكسوة
- يزيد فقدان الإدراج
يُعرف هذا النوع من الخسارة باسم فقدان الانحناء وهو شائع بشكل خاص في التركيبات الضيقة والأسلاك الداخلية.
الأسباب الأقل وضوحًا التي يواجهها المهندسون
وبعيداً عن الأسباب الواردة في الكتب المدرسية، فإن المنشآت الحقيقية تقدم مخاطر إضافية.
تختلف جودة الموصلات بشكل كبير. تؤثر تفاوتات التصنيع وتركيز الطويق واتساق الصقل على مدى جودة انتقال الضوء عبر الواجهة.
تلعب المناولة دورًا أيضًا. يمكن أن تؤدي أكمام الانكماش الحراري التي يتم ضغطها قبل تبريدها بالكامل، أو قوة السحب المفرطة على أسلاك التصحيح، أو الإدخال المتكرر إلى زيادة الفقد بمرور الوقت.
ثم هناك مشكلة التلوث - وهي على الأرجح أكثر المشاكل التي يتم التقليل من شأنها في الألياف البصرية.
يمكن أن يؤدي وجود جسيم غبار واحد على وجه طرف ما إلى زيادة فقدان الإدخال بشكل كبير. وهذا هو السبب في أن الفنيين المتمرسين مهووسون تقريبًا بالتنظيف. باستخدام مناديل مبللة خالية من الوبر و أقلام تنظيف الألياف البصرية ليست اختيارية في الممارسة العملية. يتم حل العديد من مشاكل فقدان الإدخال العالي ببساطة عن طريق تنظيف كلا الطرفين بشكل صحيح.
كيف يتم قياس فقدان الإدراج؟
يتم حساب فقد الإدراج من خلال مقارنة القدرة الضوئية قبل وبعد المكوّن أو الوصلة.
الصيغة الأساسية هي: IL (ديسيبل) = -10 × لوغاريتم ₁₀ (Pout / Pin)
دبوس = الطاقة الضوئية المدخلة
العبوس = خرج الطاقة الضوئية
في الممارسة العملية، نادراً ما يحسب المهندسون اللوغاريتمات في الميدان. وبدلاً من ذلك، يستخدمون طريقة مختصرة:
فقدان الإدراج ≈ دبوس (ديسيبل ميلي واط) - Pout (ديسيبل واط)
طريقة الطرح هذه بديهية وسريعة. إذا كانت طاقة الإدخال -3 ديسيبل ميلي واطاقة الخرج -3.5 ديسيبل ميلي واط، فإن خسارة الإدراج تبلغ حوالي 0.5 ديسيبل. لمعظم الأغراض العملية، هذا كل ما تحتاج إلى معرفته في الموقع.
بالنسبة للمبتدئين، الفكرة الأساسية بسيطة: كلما اقتربت طاقة الخرج من طاقة الدخل، انخفضت خسارة الإدخال - وكان الأداء أفضل.
ما الذي يعتبر خسارة الإدراج “الجيدة”؟
تعتمد خسارة الإدراج المقبولة بشكل كبير على نوع الألياف والاستخدام.
عادةً ما يكون لأنظمة الألياف أحادية الوضع متطلبات أكثر صرامة من الأنظمة متعددة الأوضاع بسبب مسافات الإرسال الأطول وميزانيات الطاقة الأكثر صرامة. إذا كنت جديداً على هذا الموضوع, الألياف البصرية: الوضع الأحادي مقابل الوضع المتعدد - ما الفرق بينهما؟ نظرة عامة مفيدة.
بالنسبة لموصلات الألياف الأحادية القياسية مثل LC أو SC، تندرج التوصيلات عالية الجودة عادةً في 0.2 - 0.3 ديسيبل النطاق، بينما 0.5 ديسيبل غالباً ما تعتبر مقبولة في العديد من الشبكات.
تقدم الموصلات متعددة الألياف تعقيداً إضافياً. موصلات MPO وMTP, التي تقوم بمحاذاة ألياف متعددة في وقت واحد، من الطبيعي أن يكون لها فقدان إدخال أعلى بسبب تحديات المحاذاة عبر العديد من النوى. غالبًا ما تتراوح القيم النموذجية من 0.35 ديسيبل إلى 0.7 ديسيبل, حسب الدرجة والتطبيق. للاطلاع على مقارنة أعمق، انظر الفرق بين MPO و MTP: ما هو الأفضل للاختيار؟.
نظرًا لأن فقدان الإدراج يتراكم عبر نقاط اتصال متعددة، يمكن حتى للتحسينات الصغيرة في كل واجهة أن تحدث فرقًا ملحوظًا في أداء النظام الكلي.
الخاتمة
فقدان الإدراج ليس معلمة غامضة - إنه ببساطة النتيجة المرئية لكيفية تصرف الضوء عندما يحل الواقع محل النظرية.
كل موصل ولصقة وانحناء يعيد تشكيل مسار الضوء قليلاً. يساعد فهم مصدر هذه الخسائر المهندسين على تصميم مسارات أنظف واختيار مكونات أفضل وتجنب أخطاء التركيب الشائعة.
في المقالة التالية، سنلقي نظرة على خسارة الإرجاع, ، والذي يركز على ما يحدث للضوء الذي لا يتحرك إلى الأمام - ولماذا هذا الانعكاس الخلفي مهم بقدر أهمية فقدان الإدراج.
هل لا تزال لديك أسئلة؟
إذا كنت لا تزال غير متأكد من شيء ما، فلا تتردد في التواصل معنا.
هل تريد استكشاف المزيد من مصطلحات الألياف البصرية؟ توجه إلى قسم المدونة الخاص بنا.
إذا كان المصطلح الذي تبحث عنه لم يتم تغطيته بعد، فأخبرني بذلك - سأضيفه إلى قائمة الأولويات!
وأخيرًا - إذا كنت مزودًا للاتصالات أو مشغل شبكة أو مشاركًا في تطوير البنية التحتية للألياف وتبحث عن شريك موثوق في مكونات الألياف الضوئية - فلا تتردد في الاتصال بنا.