تجزیه و تحلیل حالت های فیبر نوری در سیستم های ارتباطی

در زمینه ارتباطات فیبر نوری، "Mode" یک مفهوم اساسی است که مشخصه های انتقال سیگنال های نوری را تعیین می کند و در نهایت بر عملکرد کل سیستم ارتباطی تأثیر می گذارد. در زیر تجزیه و تحلیل دقیق از حالت های فیبر است.

 

1. تعریف اولیه حالت ها

2. فیبر تک حالتی-در مقابل فیبر چند حالته{3}}

 

بر اساس تعداد حالت‌های پشتیبانی شده، فیبرهای نوری عمدتاً به فیبرهای تک حالته (SMF) و فیبرهای چند حالته (MMF) دسته‌بندی می‌شوند که از نظر ساختار و ویژگی‌ها به طور قابل توجهی متفاوت هستند:

 

اموال	فیبر تک حالته{{0}(SMF)	فیبر چند حالته (MMF){{0}
قطر هسته	کوچک (معمولا 8-10 میکرومتر)	بزرگ (معمولاً 50 یا 62.5 میکرومتر)
تعداد حالت ها	فقط یک حالت را پشتیبانی می کند (حالت اساسی)	از صدها حالت پشتیبانی می کند
منبع نور	لیزرها (تولید نور نزدیک به-تک حالت-)	LED یا لیزرهای کم هزینه-(نور پراکنده بیشتر)
پراکندگی	پراکندگی معین ناچیز؛ پراکندگی مواد و موجبر وجود دارد	پراکندگی مودال قابل توجهی که باعث گشاد شدن پالس می شود
پهنای باند و فاصله	پهنای باند بالا، مناسب برای-انتقال از راه دور (تا ده ها کیلومتر)	پهنای باند کمتر، مناسب برای انتقال از مسافت کوتاه-(معمولا کمتر از 2 کیلومتر)
هزینه	هزینه فیبر و لیزر بالاتر	هزینه فیبر کمتر، اتصال دهنده ها و منابع اقتصادی تر
برنامه های کاربردی معمولی	ستون فقرات مخابراتی،-ارتباطات راه دور، کابل‌های زیردریایی	شبکه های محلی (LAN)، مراکز داده، کابل کشی ساختمان

 

قطر هسته کوچک SMF فقط به حالت اساسی اجازه می دهد تا در امتداد محور فیبر منتشر شود و تقریباً پراکندگی مودال را حذف می کند. این سیگنال ها را قادر می سازد تا مسافت های طولانی تری را با حداقل اعوجاج طی کنند. در مقابل، هسته بزرگتر MMF به چندین حالت اجازه انتشار همزمان می دهد. با این حال، طول مسیرهای مختلف این حالت ها منجر به پراکندگی مودال می شود که پالس های سیگنال را گسترش می دهد و پهنای باند و فاصله انتقال را محدود می کند.

 

3. حالت ها چگونه کار می کنند

 

فیبرهای نوری نور را در هسته از طریق اصل بازتاب داخلی کامل محدود می کنند. وقتی نوری که در هسته-ضریب شکست-بالا حرکت می‌کند، با زاویه‌ای بیشتر از زاویه بحرانی به رابط با روکش شاخص پایین‌تر برخورد می‌کند، به طور کامل به داخل هسته منعکس می‌شود.

درSMF، نور تقریباً در یک خط مستقیم منتشر می شود و یک مسیر واحد را دنبال می کند.

درMMFنور در زوایای مختلف منعکس می‌شود و مسیرهای متعددی را تشکیل می‌دهد (مثلاً حالت‌های مرتب{2} پایین کمتر منعکس می‌شوند، در حالی که حالت‌های مرتبه بالا اغلب بازتاب می‌شوند). تفاوت در طول مسیر باعث تغییر در زمان رسیدن پالس های نور می شود و در نتیجه پراکندگی مدال ایجاد می شود.

تکنیک‌های کنترل حالت پیشرفته، مانند آن‌هایی که مبتنی بر تبدیل فوریه کسری هستند، مدولاسیون فضایی و فازی حالت‌های جفت حالت را امکان‌پذیر می‌سازد، و تجزیه حالت مؤثر و تجزیه و تحلیل حالت‌های- مرتبه بالاتر را ممکن می‌سازد.

 

4. تاثیر حالت ها بر عملکرد سیستم

 

پهنای باند و فاصله: SMF پهنای باند بالاتری ارائه می‌دهد و به دلیل پراکندگی معین ناچیز برای ارتباطات از راه دور مناسب است. MMF که توسط پراکندگی مودال محدود شده است، پهنای باند کمتری را فراهم می کند و عموماً برای پیوندهای کوتاه{2}}فاصله استفاده می شود.

کیفیت سیگنال: پراکندگی مودال می تواند باعث همپوشانی پالس و افزایش نرخ خطای بیت شود. SMF به طور کلی کیفیت سیگنال برتر را ارائه می دهد. MMF اغلب به طراحی‌های شاخص درجه‌بندی‌شده- یا تکنیک‌های جبران حالت برای کاهش پراکندگی نیاز دارد.

ملاحظات هزینه: سیستم‌های MMF (منابع نور، رابط‌ها) ارزان‌تر هستند و برای برنامه‌های کاربردی کوتاه- ایده‌آل هستند. اگرچه قطعات SMF هزینه بیشتری دارند، اما برای انتقال-سرعت بالا و طولانی-در دراز مدت مناسب تر هستند.

طرح‌های فیبر نوظهور و تکنیک‌های نظارت بر حالت، مانند همه-مانیتورهای حالت فیبر مبتنی بر تداخل‌سنج‌های Mach-Zehnder، به مدیریت تلفات وابسته به حالت- (MDL) و بهبود یکپارچگی سیگنال در سیستم‌های پیشرفته کمک می‌کنند.

 

5. سناریوهای کاربردی

 

فیبر تک حالته{{0}: عمدتاً در شبکه‌های ستون فقرات مخابراتی،-پیوندهای راه دور (به عنوان مثال، اتصالات شهر-به{4}}شهر)، کابل‌های زیردریایی، و سایر سناریوهای با پهنای باند بالا،-تلفات کم استفاده می‌شود.

فیبر چند حالته{{0}: رایج در مراکز داده، شبکه های محلی سازمانی، شبکه های دانشگاه و سایر محیط های کوتاه-با پهنای باند-بالا.

 

6. روندهای آینده

 

برای افزایش ظرفیت فیبر، محققان در حال توسعه هستندچند فیبر حالت -وفضا{0}}مالتی پلکسی تقسیم (SDM)فناوری هایی که چندین حالت مستقل را به طور همزمان در یک فیبر منفرد منتقل می کنند. این رویکردها دقیقاً ویژگی های حالت را برای افزایش پهنای باند بدون افزایش قابل توجهی پراکندگی کنترل می کنند. برای مثال، فیبرهای چند هسته‌ای جفت شده (CC-MCF) و تکنیک‌های مدیریت حالت پیشرفته برای نسل بعدی کابل‌های بین‌اقیانوسی و سیستم‌های ارتباطی-فضایی{6} با چگالی بالا، نویدبخش است.

 

خلاصه

 

درک حالت های فیبر نوری برای طراحی سیستم های ارتباط نوری کارآمد ضروری است. فیبرهای تک حالته امکان انتقال کم-از دست دادن،-پهنای باند زیاد-از راه دور از طریق یک حالت را فراهم می‌کنند، در حالی که فیبرهای چند حالته راه‌حل‌های مقرون‌به‌صرفه-برای برنامه‌های کاربردی کوتاه- ارائه می‌دهند. انتظار می رود فناوری های مالتی پلکس حالت آینده محدودیت های ظرفیت فیبر را بیشتر کند.

 

امیدوارم این تجزیه و تحلیل به شما کمک کند تا درک جامعی از حالت های فیبر نوری و کاربردهای آنها به دست آورید. اگر به جزئیات فنی خاصی علاقه مند هستید، لطفاً در هر زمان با ما تماس بگیرید. ما مشتاقانه منتظریم تا یک همکاری طولانی مدت- و دو جانبه سودمند با شما ایجاد کنیم.