Page 1

Fiber Optic

Study the performance of fiber optic Communications system simulation computer.

>

‫خ‬ٞ‫خ األصبص‬ٞ‫خ اىتزث‬ٞ‫ ٍديش مي‬ٚ‫ٍشزٗع ثحث تخزج ٍُقذً إى‬ ‫و شٖبدح‬ّٞ ‫مدزء ٍِ ٍُتطيجبد‬ ‫بء‬ٝ‫ز‬ٞ‫ فزع اىف‬/ ‫ عيً٘ عبٍخ‬/ ‫خ‬ٞ‫٘س تزث‬ٝ‫اىجنبى٘ر‬

Fiber Optic communications


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫وزارة التعلين العالي والبحث العلوي‬ ‫جاهعت الووصل‬ ‫كليت التربيت االساسيت‬ ‫قسن العلوم ‪ /‬فرع الفيسياء‬

‫‪‬‬

‫‪/‬‬

‫‪/‬‬

‫‪ 1435‬ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ‬

‫‪2013‬‬ ‫‪2‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫صدق اهلل العظيم‬

‫]التوبة‪[105:‬‬

‫‪3‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫كلــمــة شكر‬ ‫ـــ‪ٛ‬‬ ‫ف‪ٍ ٜ‬ثو ٕذٓ اىيحظبد ‪ٝ‬ت٘قف اى‪ٞ‬زاع ى‪ُٞ‬فنز قجو أُ ‪ٝ‬خط اىحزٗف ى‪ٞ‬دَعٖب ف‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‪ٛ‬‬ ‫ميَبد ‪ ...‬تتجعثز األحزف ٗعجثبً أُ ‪ٝ‬حبٗه تدَ‪ٞ‬عٖب ف‬ ‫صط٘راً مث‪ٞ‬زح تَز ف‪ ٜ‬اىخ‪ٞ‬به ٗال ‪ٝ‬جق‪ ٚ‬ىْب ف‪ّٖ ٜ‬ب‪ٝ‬خ اىَط‪ٛ‬اف إال قي‪ٞ‬الً ً ــــــــــــُ‬ ‫اىذمز‪ٝ‬بد ٗص٘ر تدَعْب ثزفبق مبّ٘ا إهــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‪ ٙ‬خبّجْب‬ ‫ف٘اخت عي‪ْٞ‬ب شنزٌُٕ ٗٗداعٌٖ ّٗحِ ّخطاٗ خط٘تْب األٗى‪ ٚ‬فــــ‪ ٛ‬غَبر اىح‪ٞ‬بح‬ ‫ّٗخص ثبىدز‪ٝ‬و اىشنز ٗاىعزفبُ إهـــــــ‪ ٙ‬مو ٍِ أشعو شَعخ ف‪ ٜ‬درٗة عَيْب ٗ‬ ‫ٗإى‪ٗ ٍِ ٚ‬قف عوـــــــــــــــــــــ‪ ٙ‬اىَْبثز ٗأعط‪ً ٚ‬ـــُ حص‪ٞ‬يخ فنزُٓ ى‪ْٞٞ‬ز درثْب‬ ‫إهـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‪ ٙ‬األصبتذح اىنزاً ف‪ ٜ‬مي‪ٞ‬خ اىتزث‪ٞ‬خ األصبص‪ٞ‬خ‪...‬‬

‫"كن عالمآ ‪ .‬فإن لم تستطع فكن متعمم آ ‪ ،‬فإن لم تستطع فأحب العمماء ‪،‬فإن لم تستطع فال تبغضيم"‬ ‫‪:‬‬

‫األستاذ‪:‬‬ ‫الذي نقول لو بشراك قول رسول اهلل صمى اهلل عميو وسمم ‪:‬‬ ‫"إن الحوت في البحر ‪ ،‬والطير في السماء ‪ ،‬ليصمون عمى معمم الناس الخير "‬ ‫ومذىل ّشنز كــــــــه ٍِ ساعذ عيى إتَاً هذا اىبحث وقذً ىْا اىعىُ وٍذ ىْا ٌذ اىَساعذة وسودّا‬ ‫باىَعيىٍاث اىالسٍت إلتَاً هذا اىبحث‪.‬‬ ‫أٍا اىشنز اىذي ٍِ اىْىع اىخاص فْحِ ّتىجه باىشنز أٌضا إىى مو ٍِ ىٌ ٌقف إىى جاّبْا ‪ ،‬وًـُ‬ ‫وقف فً طزيقْا وعزقو ٍسٍزة بحثْا‪ ،‬وسرع اىشىك فً طزٌق بحثْا فيىال وجىدهٌ هــــــــــــــٍا‬ ‫أحسسْا بَتعت اىبحث ‪ ،‬وال حالوة اىَْافست اإلٌجابٍت‪ ،‬وىىالهٌ ىَا وصيْا إىى ًـــا وصيْا إىٍه فيهٌ‬ ‫ٍْا كــــه اىشلــر‪......‬‬

‫‪4‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫ء‬ ‫إىٖ‪ ٜ‬ال‪ٝ‬ط‪ٞ‬ت اىي‪ٞ‬و إال ثشنزك ٗال‪ٝ‬ط‪ٞ‬ت اىْٖبر إى‪ ٚ‬ثطبعتل ‪ٗ ..‬التط‪ٞ‬ت اىيحظبد‬ ‫إال ثذمزك ‪ٗ ..‬ال تط‪ٞ‬ت ا‪ٟ‬خزح إال ثعف٘ك ‪ٗ ..‬ال تط‪ٞ‬ت اىحــــــــــــــّخ إال ثزؤ‪ٝ‬تل‬ ‫اهلل خو خالىٔ‬ ‫إهـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‪ ٍِ ٙ‬ثيغ اىزصبىخ ٗأد‪ ٙ‬األٍبّخ ‪ّٗ ..‬صح األٍخ ‪..‬‬ ‫إهــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‪ّ ٙ‬ج‪ ٜ‬اىزحَخ ّٗ٘ر اىعبىَ‪..ِٞ‬‬ ‫ص‪ٞ‬ذّب ٍحَذ (صي‪ ٚ‬اهلل عي‪ٗ ٔٞ‬صيٌ)‬ ‫إى‪ ٍِ ٚ‬ميئ اهلل ثبىٖ‪ٞ‬جخ ٗاى٘قبر ‪ ..‬إى‪ ٍِ ٚ‬عيَْ‪ ٜ‬اىعطبء ثذُٗ اّتظبر ‪ ..‬إهـــ‪ٙ‬‬ ‫ٍِ أحَو أصَٔ ثنو افتخبر ‪ ..‬أرجــــٗ ــٍِ اهلل أُ ‪َٝ‬ذ ف‪ ٜ‬عَزك ىتز‪ ٙ‬ثَبراً قذ‬ ‫حبُ قطبفٖب ثعذ طــــــــــــٗه اّتظبر ٗصتجق‪ ٚ‬ميَبتل ّدً٘ إٔتذ‪ ٛ‬ثٖب اى‪ٗ ً٘ٞ‬ف‪ٜ‬‬ ‫اىغذ ٗإى‪ ٚ‬األثذ‪..‬‬ ‫ٗاىذ‪ ٛ‬اىعز‪ٝ‬ز‬ ‫إهـــــــ‪ٍ ٙ‬الم‪ ٜ‬ف‪ ٜ‬اىح‪ٞ‬بح ‪ ..‬إى‪ٍ ٚ‬عْ‪ ٚ‬اىحت ٗإى‪ٍ ٚ‬عْ‪ ٚ‬اىحْبُ ٗاىتفبّ‪ .. ٜ‬إى‪ٚ‬‬ ‫ثضَخ اىح‪ٞ‬بح ٗصز اى٘خ٘د‬ ‫إهــــ‪ ٍِ ٙ‬مبُ دعبئٖب صز ّدبح‪ٗ ٜ‬حْبّٖب ثيضٌ خزاح‪ ٜ‬إهـــــ‪ ٙ‬أغي‪ ٚ‬اىحجب‪ٝ‬ت‬ ‫أٍ‪ ٜ‬اىحج‪ٞ‬جخ‬ ‫إهـــــــــــــــــــــ‪ ٙ‬اىقي٘ة اىطبٕزح اىزق‪ٞ‬قخ ٗاىْف٘س اىجز‪ٝ‬ئخ إى‪ ٚ‬ر‪ٝ‬بح‪ ِٞ‬ح‪ٞ‬بت‪..ٜ‬‬ ‫إخ٘ت‪ٜ‬‬ ‫إهــــــــــــــــــ‪ً ٙ‬ـــــــــــــــــــــــــــــــــــُ آّضْ‪ ٜ‬ف‪ ٜ‬دراصت‪ٗ ٜ‬شبرمْ‪ٍَٜٕ٘ ٜ‬‬ ‫تذمبراً ٗتقذ‪ٝ‬زآ‪..‬‬ ‫أصذقبئ‪ٜ‬‬

‫‪5‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫الفصل األول‬

‫الجزء النظري لممنظومة األتصاالت باأللياف الضوئية‬

‫‪6‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫‪1-1‬مقدمة عن االتصاالت الضوئية‬ ‫انتقمت اتصاالت األلياف البصرية‬

‫‪Introduction to Optical Communications‬‬

‫‪ Optical Fibers‬من أنظمة بسيطة إلصا ل الضوء الى أماكن‬

‫يصعب الوصول الييا الى أنظمة تؤثر عمى حياتنا كالتي أحدثتيا اإلكترونيات والحاسبات ‪ .‬تمتمك األلياف‬ ‫البصرية مزايا عديدة كقمة الفقد وخفة الوزن ولكن الميزه اليامة ىي سعة نطاقيا العالية جداً والتي تصل الى‬ ‫آالف الباليين من البتات لكل ثانية ‪.‬لقد احتمت األلياف البصرية مكاناً متمي اًز في مجال االتصاالت إذ حمت‬ ‫محل االسالك النحاسية في العديد من االستخدامات كالربط بين المقاسم الياتفية والخطوط بعيدة المدى وعبر‬ ‫البحار‪ ,‬تطورت تقنية البصريات الميفية‬

‫‪ Fiber Optics‬تطو اًر سريعاً خالل العقود الماضية‪ .‬فاقت كل‬

‫التوقعات مما جعميا تتربع موقعاً تنافس فيو وسائل االتصاالت األخرى‪.‬‬ ‫تعود تجارب استخدام الضوء في االتصاالت إلى عام ‪ 1880s‬عندما أجرى مخترع الياتف ألكسندر‬ ‫جراىام بل تجربة نقل الصوت من خالل الضوء بواسطة جياز‬

‫ابتكرهُ ليذه الغاية وتم نقل الصوت بيذه‬

‫الطريقة مسافة ‪ .200m‬وكان ىذا الجياز يتألف من مرآة ىي عبارة عن لوح معدني رقيق عاكس مرتبطة‬ ‫بِالقطة صوت ‪ ,‬تقوم ذبذبات الصوت بضبط شعاع الضوء (ضوء الشمس في ىذه التجربة) وأمكن‬

‫استقبال‬

‫الضوء بواسطة خمية حساسة لمضوء من مادة السيلينيوم‪ ,‬واستعادة اإلشارة الصوتية منيا ‪ ,‬وسمي إبتكارهُ ىذا‬ ‫بالياتف الضوئي‪[1 ] .‬‬

‫ألكسندر جراىام بل‬ ‫‪7‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫ىذه الطريقة لم تُمكن صاحبيا من االستفادة منيا كما حدث لمياتف نتيجة ما‬ ‫األحوال الجوية مثل ىطول األمطار أو الغبار كما أنيا عرضة‬ ‫الضوئي مرحمة التجارب لعدم وجود مصدر‬

‫تعانيو من تغيرات‬

‫لالكتشاف والتصنت‪ .‬ولم يتعدى الياتف‬

‫ضوئي ذو كفاءة جيدة وعدم وجود وسط ناقل قميل الفقد‪.‬‬

‫وانتظرت ىذه التجارب ثمانين عاما أخرى قبل أن تتخطى مرحمة‬

‫ميمة وىي ابتكار الميزر عام‬

‫فالميزر يوفر مصدر إشعاع ضوئي ضيق الحزمة عالي الطاقة‬

‫ه وسيمة‬ ‫ُيغذى بمصدر كيربائي مما شكل ُ‬

‫ُمناسبة‪ ,‬إذ يمكن بواسطة تضمين )‪ (Modulation‬شعاع الميزر توفير نطاق واسع من الموجات‬ ‫بعض أشكال االتصاالت وخصوصاً في تمك‬

‫االتصاالت التي تكون عمى خط البصر‬

‫خاصية إنتقال شعاع الميزر في خط مستقيم ومتماسك مما يجعل‬

‫‪1960s‬‬ ‫تناسب‬

‫حيث يتم إستغالل‬

‫من الصعب عمى العدو التنصت عميو‪.‬‬

‫يمكن لألمطار والسحب والدخان والغبار أن تضعف الشعاع ولذلك استغمت في االتصاالت الميمية أو في‬ ‫عممي وعمى نطاق‬ ‫المسافات القصيرة إال أن تجارب استخدام إشعاع الميزر في اليواء لم تكن ممكنة التطبيق‬ ‫اً‬ ‫تجاري ألنيا يمكن أن تسبب العمى عند مواجية العين البشرية لحزمة إشعاع الميزر‪.‬‬ ‫ابتكار جياز الميزر حفز الباحثين الستخدامو في االتصاالت من خالل استخدام الزجاج كوسط ناقل إال‬ ‫أن التجارب التي أجريت كانت تواجو مشكمة كون نقاوة الزجاج المتوفر في ذلك الوقت لم تكن كافية لتوفير‬ ‫اتصاالت عممية لمسافات طويمة ‪ .‬وفي عام ‪ 1970s‬ابتكرت إحدى الشركات المتخصصة بتقنية الزجاج‬ ‫كابل ليف بصري (‪ )Optical fiber‬بفقد يساوي ‪ 4dB/Km‬أي أن طاقة اإلشارة الضوئية المرسمة عبر ىذا‬ ‫الكابل تنخفض إلى نصف مقدارىا بعد ‪ 800m‬وقد اعتبر ىذا االنجاز نقمة نوعية في ذلك الوقت‪.‬‬

‫‪1-2‬مراحل تطور االتصاالت الضوئية‬

‫‪Stages of the evolution of optical communications‬‬

‫يعتمد نجاح أي جيل من أجيال منظومات االتصاالت باألمواج الضوئية اعتمادا كميا عمى مقدارين‪:‬‬ ‫أحدىما كمية المعمومات التي يمكن إرساليا عبر المنظومة خالل ثانية واحدة‪ ,‬واآلخر ىو المسافة التي يمكن‬ ‫أن تقطعيا اإلشارة عبر الميف قبل أن يصير تجديدىا ضرور اًي‪ .‬لذلك فإن نجاح المنظومة يمكن أن ُيعبَّر عنو‬ ‫نعرفيا بأنيا المعدل األعمى لنقل البِتّات في النظام‬ ‫بداللة سعة النقل ‪ ,transmission capacity‬التي ّ‬

‫مضروبا بمسافة النقل العظمى‪ .‬وبحمول عام ‪ ,1987s‬صار باإلمكان نقل بميون بِتّة كل ثانية عبر نظام‬ ‫اتصاالت لمسافة ‪10km‬؛ أي إن سعة النقل كانت نحو ‪.10 Gbit/km‬‬ ‫وخالل األعوام الثالثة التي تمت‪ ,‬ومع ظيور الجيل الثاني‪ ,‬حققت منظومات االتصاالت باألمواج‬

‫الضوئية سعة نقل تقارب ‪ 100 Gbit‬لكل كيمومتر‪ .‬فقد حسَّن العمماء التقانة بطريقتين؛ إحداىما عبر تصغير‬ ‫‪8‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫قياس لب الميف حيث صنعوا أليافا وحيدة النمط‬

‫‪ , single-mode‬مما يجبر اإلشارات الضوئية عمى‬

‫االنتقال بسرعة منتظمة تقريبا‪ .‬وقد أدى ىذا التقدم إلى خفض التشتت إلى حد كبير‪ .‬واألخرى‪ ,‬قاموا بتطوير‬ ‫ِ‬ ‫مرسالت ومستقبِالت يمكنيا التعامل مع ضوء طول موجتو‬

‫‪ .1.3µm‬وقد أدى ىذا التغيير إلى خفض‬

‫التخامد ألن زجاج السيميكا ىو أكثر شفافية عند طول موجة ‪ 1.3µm‬منو عند ‪.0.78µm‬‬ ‫وفي عام ‪ 1982s‬بدأ الجيل الثالث بالظيور عندما طور الباحثون تقنيات تصنيع أدت إلى زيادة نقاء‬ ‫زجاج السيميكا ‪ .‬وىكذا عزز العمماء بشكل كبير شفافية األلياف ضمن مجال لألطوال الموجية من ‪1.2µm‬‬ ‫إلى ‪ .1.6µm‬ولالستفادة من ىذا التقدم أوصموا تقانة شيپة الديود الميزري ـ منبع ضوء ليزري أحادي‬ ‫المون ‪ monochromatic‬وذو سرعة كبيرة ـ إلى درجة مثالية‪ .‬وبشكل خاص فإن الديودات الميزرية تستطيع‬ ‫توليد ضوء طول موجتو ‪ 1.55µm‬وىو طول الموجة الضوئية التي يكون عندىا زجاج السيميكا أكثر شفافية‪.‬‬ ‫وقد رفعت ىذه التحسينات سعة النقل إلى مئات من الگيگابتة‪-‬كيمومتر في الثانية‪.‬‬ ‫ومع حمول عام ‪ 1984s‬اعتقد العديد من الباحثين أن التصميم األساسي لمنظومات االتصاالت‬ ‫الجيمين الرابع والخامس من المنظومات نتيجة جيد‬ ‫باألمواج الضوئية قد اكتمل‪ .‬ولكنيم فوجئوا بظيور‬ ‫ْ‬ ‫مشترك لمجموعة من العمماء كانت تعمل في مشروعات مستقبمية وعمى ابتكار أدوات غير مألوفة‪.‬‬

‫يتكون الجيل الرابع من منظومات مبتكرة تقوم بتضمين تردد الضوء أو طوره بدال من شدتو‪ .‬وألن ىذه‬ ‫المنظومات تحافظ عمى طور الضوء وشدتو‪ ,‬فإنيا توصف بالمنظومات المترابطة‪ ,‬عمى غرار األمواج‬ ‫الضوئية التي تنتقل معا محافظة عمى طور وتردد ثابتين تدعى باألمواج المترابطة‪ .‬وتُ ْع َرف المنظومات‬ ‫المعتمدة عمى تعديل الشدة بمنظومات الكشف المباشر‪ ,‬ألن ِ‬ ‫الم ْكشافات ‪ detectors‬المستخدمة فييا يمكن‬ ‫حول التغير في الشدة مباشرة إلى تماوج ‪ fluctuation‬في التيار الكيربائي] ‪.[2‬‬ ‫أن تُ ِّ‬ ‫استمرت األبحاث في تطوير عناصر نظم اتصاالت األلياف البصرية لمحصول عمى افضل‬ ‫الظروف التشغيمية مما ميد الى بروز الجيل الخامس والذي توفرت لو عناصر عديدة فكانت البدية في تحسن‬ ‫حساسية أجيزة االستقبال حيث استخدم الكشف التحقيقي‬

‫) ‪ ( heterodyne‬بدال من الكشف المباشر ‪.‬‬

‫والذي مكن من وجود وسائل ذات كفاءة الختيار القنوات في األنظمة التي تستخدم تعدد االرسال بتقسيم‬ ‫الطول الموجي ‪ Wavelength D ivision Mul –( WDM) tiplexing‬تمكن الباحثون من تطعيم‬ ‫األلياف الزجاجية بمادة االربيوم ) ‪ ( Er‬مما أعطى دفعة قوية الستخدام أنظمة االلياف البصرية عند الطول‬ ‫الموجي ‪ ,1550 nm‬أدي ذلك التطعيم لمحصول عمى مضخمات ذات كسب مرتفع اطمق اطمق عمييا‬ ‫مضخمات الميف المطعم باألريبوم ‪ EDFA,s‬والتي وجدت استخداما واسعاً في خطوط النقل ولم يقتصر‬ ‫‪9‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫استخدام األلياف المطعمة بمادة الربيوم عمى المضخات فحسب بل تعداىا لتشمل استخدام الميزر والمفاتيح‬ ‫وكثير من النبائط غير الخطية ‪ .‬كما أن مضخمات ‪ EDFA,s‬قد ميدت الطريق ألنظمة اتصاالت سريعة‬ ‫وبروز أنظمة نقل تعتمد عمى استخدام نبضات طبيعية ) ‪ (Solitons‬والتي تمكنيا من قطع مسافات طويمة‬ ‫دون تشوه ‪ .‬أدت ىذه التطورات السريعة الى شيوع استخدام أنظمة االتصاالت الميفية البصرية في كافة‬ ‫مجاالت االتصاالت بدءاً من الوصالت لممستخدم حتى االتصاالت بعيدة المدى سواء في اليابسة أو عبر‬ ‫البحار‪[1 ] .‬‬

‫مراحل تطور الميف البصري‬

‫‪ 1-3‬الميف البصري والتقنيات الواعدة‬

‫‪Optical fiber and promising technologies‬‬

‫جد من الزجاج النقي جد اً يتألف من لب تحيط بو قشرة‬ ‫يمكن تعريف الكابل البصري بكونو سمك رفيع ً‬

‫خارجية مصنوعة من نفس الزجاج لكنيا تختمف عنوُ بإضافة بعض‬

‫المركبات الكيميائية تجعل معامل‬

‫االنكسارهُ أقل بقميل من المب ‪ ,‬كما تحاط القشرة بمادة بالستيكية لحماية الميف البصري من المؤثرات‬ ‫الميكانيكية‪ .‬وبحسب طبيعة تحول معامل االنكسار تقسم الكابالت البصرية إلى نوعين‪-:‬‬ ‫األول يتغير فيو معامل االنكسار بصورة مفاجئة بين القشرة والمب يدعى بكابل المعامل‬

‫الدرجي ‪Step‬‬

‫‪ index‬والنوع الثاني يتغير فيو معامل االنكسار بصورة تدريجية في المب والقشرة ويدعى بكابل المعامل‬ ‫المتدرج ‪ Graded index‬وشاع ىذا النوع في بداية الثمانينات لسيولة صنعوُ ولكونو ذو فقد أقل من النوع‬ ‫السابق المماثل لو في القطر المصنع في ذلك الوقت‪.‬‬

‫‪10‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫شيدت الثمانينات بداية استخدام األلياف البصرية في ربط مواقع االتصاالت القريبة وتم استخدامو في‬ ‫الكابالت البحرية القصيرة مثل الكابل بين بريطانيا وىولندا إال أن عام ‪ 1988s‬شيد مد أول كابل اتصاالت‬ ‫ضوئية بين ضفتي المحيط األطمسي وكان بسعة ‪ 40,000‬مكالمة ىاتفية في آن واحد أطمق عميو اسم‪TAT‬‬ ‫ومنذ ذلك الحين برزت أىمية االتصاالت باأللياف البصرية كوسيمة مشابية في اليدف لالتصاالت باألقمار‬ ‫الصناعية خاصة بالنسبة لالتصاالت الياتفية إال أن سوق االتصاالت لم يمبث أن استقر لكون األلياف‬ ‫البصرية واألقمار الصناعية ال تتنافس مع بعضيا بصورة مباشرة ويتم استخدام كل منيما عمى نطاق واسع‬ ‫وغالبا ما يكمل أحدىما اآلخر الختالف محاسن ومميزات كل منيما ‪.‬‬ ‫في عام ‪ 1992s‬تم تشغيل كابل األلياف البصرية المسمى ‪ TAT8‬وىو يربط بين أسبانيا وفرنسا وبريطانيا‬ ‫ثم كندا والواليات المتحدة عبر األطمسي وكان ىذا الكابل بسعة ‪ 80000‬مكالمة ىاتفية في آن واحد ولم‬ ‫تقتصر فائدة األلياف البصرية عمى زيادة عدد المكالمات المنقولة بل أن المسافة بين مضخم وآخر ازدادت‬ ‫لتتراوح بين ‪ 60 - 100 km‬بالنسبة لمكابالت العابرة لممحيطات مما يزيد من فعالية النظام ويقمل تكاليف‬ ‫الصيانة‪.‬‬ ‫حتى نياية الثمانينات كان السبيل الوحيد في تعويض الفقد في طاقة اإلشارة‬

‫الضوئية في الكابل‬

‫البصري تتم بواسطة تحويل اإلشارة الضوئية إلى كيربائية وتضخيميا ثم إعادة توليد اإلشارة الضوئية بواسطة‬ ‫الميزر مرة أخرى وىي طريقة ال تتسم بالمرونة وتفرض استبدال جميع المضخمات عند الحاجة إلى تطوير‬ ‫النظام وزيادة سعتو ‪ .‬وفي أواخر الثمانينات طور الباحثون في أماكن مختمفة من العالم طريقة جديدة‬

‫‪ ,‬ال‬

‫تستخدم عممية االلتفاف الكيربائي ‪ ,‬تتضمن إضافة عنصر معدني نادر ىو األربيوم إلى لب الكابل البصري‬ ‫ومن ثم ضخ ثنائي الميزر في أماكن منتخبة من الكابل ليشع ضوء بطول موجو معين يجعل أيونات عنصر‬ ‫األربيوم في الكابل البصري المطعم بيذا العنصر تتييج إلى مستوى طاقة أعمى ثم تعود إلى مستوى الطاقة‬ ‫السابق لتشع فوتون صورة من الفوتون المنبعث من ليزر اإلرسال وتتكرر العممية لتولد العديد من الفوتونات‬ ‫في منطقة معينة من الكابل لتعطي ما يسمى بالمضخم الضوئي ‪. EDFA‬‬ ‫يعد الكابل الذي يربط فموريدا و فنزويال و الب ارزيل والذي أطمق عميو اسم ‪ Americas1‬أول كابل‬ ‫ضوئي يستخدم التقنية الحديثة وأصبح جاى از لمعمل منذ بداية عام ‪ .1995s‬ويعد الكابل الذي يربط عدن‬ ‫بجيبوتي ما ار بقاع خميج عدن والذي تم إكمالو أخي ار والذي يتألف من ثالثة أزواج من األلياف البصرية أطول‬ ‫كابل اتصاالت باأللياف البصرية تم تمديده بال مضخمات ويبمغ طولو‬ ‫الكبيرة مع المعولية والخمو من تأثير اإلشعاع‬

‫‪ 270km‬وفي الحقيقة فإن السعة‬

‫الكيرومغناطيسي والذي تحدثو األشكال األخرى من‬

‫قنوات‬

‫اإلرسال وعدم القدرة عمى اإلستراق تعد من األمور المشجعة الستخدام االتصاالت باأللياف البصرية‪]6[ .‬‬

‫‪11‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫‪ 1-4‬تركيب األلياف البصرية وأنواعيا‬

‫‪Installation of fiber optic and types‬‬

‫ذكرنا أن األلياف الضوئية ىي اسالك رقيقة وطويمة من الزجاج النقي والتي‬ ‫الكابالت الضوئية‬

‫)‪ (Optical Cables‬لتستخدم في نقل‬

‫ترتب في حزم تسمى‬ ‫‪.‬‬

‫اإلشارات الضوئية لمسافات كبيرة‬

‫إذا القينا نظرة فاحصة عن قرب ألحد األلياف الضوئية سنرى أنيا تتكون من األجزاء التالية ‪:‬‬

‫ومن أىم األجزاء التي يتكون منيا الميف البصري ىي‪-:‬‬ ‫‪-1‬القمب أو المب ‪ (Core):‬وىو مركز النسيج )‪ (fiber‬وينتقل الضوء عبره ‪.‬‬ ‫‪-2‬الغالف ‪ (Cladding):‬وىو المادة الخارجية لمنسيج والتي تحيط بالقمب‬

‫وميمتيا أن تعكس الضوء‬

‫الخارج من القمب وتعيده إليو‪.‬‬ ‫ي النسيج‬ ‫‪ )3‬غطاء الحماية ‪ (Buffer Coating):‬وىو عباره عن غطاء من البالستيك‪ ,‬وميمتو حما ة‬ ‫الضوئي من الضرر والرطوبة‪.‬‬ ‫ومئات اآلالف من ىذه األلياف ترتب في حزم تحمى بواسطة الغالف الخارجي لمكابل‬

‫يسمى بالغالف‬

‫‪]5[ .Jacket‬‬

‫‪12‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫تنقسم األلياف الضوئية الى نوعين أساسيين‪ ,‬ىما‪-:‬‬ ‫أ‪ -‬األلياف ذات النمط المفرد ‪ (Single-Mode Fiber).‬وتكون ذات قمب صغير يصل قطره الى ‪,9µm‬‬ ‫وينقل إشارات الميزر تحت الحمراء ذات الطول الموجي يتراوح مابين ‪.1550 – 1310 nm‬‬ ‫ب‪ -‬األلياف متعددة النمط ‪ (Multi-Mode Fiber).‬القمب فييا ذا قطر أكبر يصل الى‬

‫‪, 62.5µm‬‬

‫وتقوم بحمل ونقل اإلشارات تحت الحمراء التي يتراوح طوليا مابين ‪ 1310 – 850 nm‬والصادرة من‬ ‫الثنائيات الباعثة لمضوء ‪.‬‬ ‫والجدول التالي يوضح اىم الفروق بين النمط االحادي والنمط المتعدد لميف الضوئي‪]5[ .‬‬

‫بعض األلياف يمكن ان تصنع من البالستيك ولكن الجزء األساس فييا )‪ (Core‬ذو قطر كبير نسبيا‬ ‫(‪ )1mm‬تصمح لنقل الضوء الذي يمكن رؤيتو فقط ‪]6[ .‬‬

‫‪ 1-5‬مميزات األلياف البصرية‬

‫‪Advantages of optical fiber‬‬

‫لأللياف البصرية مزايا عديدة جعمتيا تتفوق عمى النظم األخرى المستخدمة في مجال االتصاالت‬ ‫ومن ىذه المميزات ان عرض نطاقيا عالي جدا ‪ ,‬قطرىا صغير ووزنيا خفيف ‪ ,‬ال تتأثر بالحث او‬ ‫بالتداخل الكيرومغناطيسي ‪ ,‬انخفاض في سعر تكمفة المكالمات ‪ ,‬أكثر آمنا وسالمة ‪ ,‬تتحمل درجات‬ ‫ح اررة عالية ‪ .‬وفيما يمي بعض التفاصيل لذلك‪-:‬‬

‫‪13‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫‪- 1‬‬

‫أن عرض النطاق المرتفع جدا يعني إمكانية نقل معمومات كبيرة جدا بواسطة ليفة بصرية واحدة‬

‫‪ ,‬وقد تكون ىذه المعمومات صور تمفزيونية او مكالمات ىاتفية او معمومات لمحواسيب او مزيج منيا ‪ .‬وقد‬ ‫تم تشغيل خطوط نقل معمومات بمعدل ‪ 10Gbit/s‬في الواليات المتحدة األمريكية )‪(SEA-ME-WE3‬‬ ‫واألبحاث مستمرة قي أنحاء العالم لمحصول عمى أنظمة تعمل بمعدل‬

‫‪ 264Tbit/s‬مستخدمين‬

‫ألياف‬

‫أحادية النمط ضمن كابل واحد ‪ ,‬وىذا بالطبع يعني منبعا ال ينضب من وسائل نقل المعمومات ‪.‬‬ ‫‪- 2‬‬

‫قطرىا صغير ووزنيا خفيف ‪ ,‬يبمغ سمك الميفة البصرية سمك الشعرة وعمى الرغم من أن ىناك‬

‫طبقات واقية توضع فوقيا إال أنيا ال تزال اقل حجما ووزنا من األسالك الياتفية و المحورية ومثاال عمى‬ ‫ذلك الميف البصري بقطر ‪ 125µm‬ضمن كابل يبمغ قطره ‪ 6mm‬يمكن لو ان يحل محل كابل ىاتفي قطره‬ ‫‪ 8cm‬يحتوي عمى ‪ 900‬زوج من الخطوط السمكية النحاسية وكمقارنة بسيطة تزن كابالت محورية بطول‬ ‫‪ 230m‬وقطر ‪ 46cm‬كانت تستخدم في نظام رادار متقدم عمى ظير أحد السفن‬

‫‪ 7ton‬تم استبداليا‬

‫بكابالت بصرية تزن ‪ 18Kg‬وقطرىا ‪. 2.5cm‬‬ ‫‪- 3‬‬

‫أحياناً عند أجراء محادثة ىاتفية نسمع أصوات محادثات ىاتفية أخرى وىو مـا يطمق عميو‬

‫‪ CROSSTALK‬وىذا النوع من التداخل اليحدث عند استخدام األلياف البصرية ميما قربت المسافة بينيما ‪.‬‬ ‫‪- 4‬‬

‫تتمتع األلياف البصرية لكونيا مصنعة من مواد عازلة بعدم تأثرىـا بالحث الكيرومغناطيسي‬

‫الصادر من مصادر الكيرومغناطيسية الصناعية كالمحركات والمولدات واألجيزة‬

‫الكيربائية المختمفة أو‬

‫الطبيعية كالبرق وتمك الخاصـية تغنينا عـن وضع مواد عازلة لحمايتيا من الحث والتداخل ‪.‬‬ ‫‪- 5‬‬

‫تصنع معظم األلياف البصرية في وقتنا الحاضر من مادة السميكا والموجودة بكثرة في الرمل‬

‫والتي يقل سعرىا عن معدن النحاس الذي بدأ ينفذ في أماكن كثيرة من العالم ونظ ار لمميزات التي ذكرناىا‬ ‫فأن ثمن نقل المعمومات بأنواعيا المختمفة سيقل عن األنظمة المختمفة األخرى ‪.‬‬ ‫‪- 6‬‬

‫نظ ار ألن الضوء ىو الحامل الناقل في األلياف البصرية ولكونو ال يولد أي مجال مغناطيسي‬

‫خارج الكابل فان من الصعوبة إمكانية التجسس ومعرفة المعمومات التي يحوييا الكابل البصري كما انو من‬ ‫المصنع منيا وال يوجد جزء معدني اال في بعض‬ ‫الصعوبة معرفة وجود الكابل البصري بسبب المادة ُ‬ ‫الحاالت حيث تتم إضافة كابل فوالذي لتقوية الكابل البصري ‪ ,‬أو تسميح معدني لحماية الكابل من‬ ‫القوارض واألحمال الخارجية ‪.‬‬ ‫‪- 7‬‬

‫يتوقع أن يكون عمر األلياف البصرية في حدود‬

‫‪ 25‬عاماً مقارنة بخمس عشر عاما لمنظم‬

‫األخرى حيث أن المكونات األساسية لأللياف ىي الزجاج والذي ال يصدأ عمى عكس النظم األخرى والتي‬ ‫تحوي عمى معادن تتعرض لمصدأ ‪.‬‬

‫‪14‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫‪- 8‬‬

‫يمكن لمزجاج أن يتعرض لدرجات ح اررة متفاوتة من حيث االنخفاض واالرتفاع كما يمكن‬

‫استخدامو في أجواء تحتوي عمى مواد كيميائية مختمفة دون أن يتعرض لمتمف ‪.‬‬ ‫‪- 9‬‬

‫وضعت المكررات أو مقويات اإلشارة ‪ Repeaters‬عمى مسافة ‪ 100Km‬بين مكرر وآخر وىذا‬

‫يقمل من عدد المكررات وبالتالي من تكمفة وصيانة النظم كما يزيد من االعتماد عمى النظام لقمة األجيزة‬ ‫المستخدمة بينما المسافة بين المكررات في النظام الياتفي المستخدم حاليا ( الكابل المعدني ) تتراوح بين‬ ‫‪[7] . 4-6Km‬‬ ‫‪1-6‬مكونات منظومة االتصاالت الضوئية‬

‫‪Components of the optical communications system‬‬

‫ان نظم االتصاالت الضوئية مشابية تماماً لمفيوم االتصاالت التقميدية وان الفرق الرئيسي‬ ‫في كال المنظومتين يتمثل في األطوال الموجية المستعممة ووسائل اإلرسال واالستقبال وفي استخدام االلياف‬ ‫البصرية بدال عن األسالك المعدنية ‪ .‬بصورة عامة تتكون االتصاالت من المرسل والمستقبل وقناة لحمل‬ ‫المعمومات ‪ ,‬كما مبين في الشكل ‪ ,‬بحيث تتولد المعمومة عند المرسل بالشكل المناسب والمالئم لقناة‬ ‫اإلرسال ومن ثم تنتقل باتجاه المستقبل ‪ .‬تتضمن المكونات األساسية لالتصاالت الضوئية من ‪-:‬‬

‫* المصدر الضوئي ( الحامل ) ‪.‬‬ ‫* وسيمة التضمين لمخرج الضوئي مع اإلشارة المراد إرساليا ‪.‬‬ ‫* وسط اإلرسال او قناة اإلرسال (الجو او األلياف البصرية ) ‪.‬‬ ‫* الكاشف الضوئي ومزيل التضمين ودوائر التكبير ومعالجة اإلشارة ‪.‬‬ ‫ىذه المكونات تستخدم في تمثيل األنظمة التماثمية او الرقمية الموجية او غير الموجية وفي‬ ‫االتصاالت الضوئية يمكن استخدام مصدر ضوئي أحادي المون متشاكو كالضوء الصادر عن الميزر او‬ ‫مصدر ذي عرض طيفي واسع وغير متشاكو كثنائي الباعث لمضوء‬

‫‪ LED‬والمصدران يمثالن الموجات‬

‫الحاممة اما ما يخص وحدة التضمين ( الجزء الذي يقوم بوظيفة تحميل المعمومات والبيانات المراد إرساليا‬ ‫عبر احد معالم الموجة الضوئية لممصدر الضوئي ( كالسعة او التردد او الطور او االستقطاب او الشدة‬ ‫بالطريقة التماثمية او الرقمية ) فانو يتم بطريقة خارجية وكما في المضمنات الكيروضوئية‬

‫‪ EOM‬او‬

‫‪15‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫المضمنات السمعية الضوئية ‪ AOM‬او المضمنات المغناطيسية الضوئية ‪ MOM‬او بطريقة مباشرة حيث‬ ‫يضمن المصدر الضوئي مباشرة بإشارة المعمومات عبر تيار الحقن وكما في ‪ LD‬و‪. LED‬‬ ‫الشكل التالي يوضح أىم المكونات األساسية في تكوين منظومة اتصاالت األلياف البصرية حيث‬ ‫يمكن تمخيص وتبسيط عمل ىذه المنظومة كاآلتي ‪:‬‬

‫في الطرف المرسل لممنظومة الرقمية ىناك مجفر يحول المعمومات التماثمية ( صوت ‪ ,‬صورة‬ ‫‪ ,‬بيانات ‪ ) ...‬الى إشارات رقمية ‪ A/D‬ومن ثم يقوم المصدر الضوئي بتحويل ىذه اإلشارات الكيربائية‬ ‫الى نبضات من الطاقة الضوئية في حين تكون األلياف البصرية بمثابة الطريق الذي تتبعو ىذه الطاقة بما‬ ‫في ذلك االستدارات واالنحناءات التي تتخذىا األلياف ( قد يتطمب األمر عند بعض المناطق في األلياف‬ ‫وجود مفاتيح ضوئية لقنوات أخرى ) حالما تصل البيانات طرف االستقبال يقوم الكاشف الضوئي بتحويميا‬ ‫الى نبضات كيربائية عندئذ يقوم مزيل التجفير بإعادة الشكل الرقمي لإلشارة الى شكميا التماثمي ‪.D/A‬‬ ‫في المنظومات البعيدة المدى تعاني اإلشارة الضوئية من التوىين وخسائر االنتشار داخل الميف لذا ال بد‬ ‫من وجود المعيدات إلعادة توليد وتكبير واشعاع اإلشارة من جديد ‪[4] .‬‬

‫‪ 1-7‬المصادر الضوئية وطرائق ربطيا ‪Light sources and methods of linking‬‬ ‫كما ىو الحال في الثنائيات الباعثة لمضوء‬

‫‪ LED‬فان ثنائي الميزر ‪ LD‬يبعث اإلشعاع‬

‫الضوئي من خالل حقن التيار مباشرة عبر االنحياز األمامي لموصمة‬

‫‪ P-N‬اذ ان منطقة االتصال‬

‫لموصمة تمثل الوسط الفعال ولموصول الى الفعالية الميزرية يتطمب األمر حصول انقالب التعداد والتغذية‬ ‫الضوئية الخمفية وحصول االنبعاث المحفز لذا تصمم الثنائيات الميزرية لتعمل بدرجة ح اررة الغرفة بنمط‬ ‫التشغيل المستمر حيث يتم حصر تأثير وتوصيل كل من انحياز التيار وحامالت الشحنة عبر المنطقة‬ ‫الفعالة فقط من خالل التوصيل الشريطي الضيق واستعمال مواد ذات فجوة طاقة أعمى ومعامل انكسار‬ ‫‪16‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫أوطأ لممواد المحيطة بالمنطقة الفعالة وصوال الى أعمى حصر لعمميات إعادة االلتحام اإلشعاعية فضال‬ ‫عن توفير التغذية الضوئية العكسية لتعزيز االنبعاث المحفز وزيادة ربح تجويف الميزر ‪ .‬وعندما تجيز‬ ‫ثنائيات الميزر بتيار انحياز أمامي فان الشحنات الرئيسية سوف تحقن في المنطقة الفعالة حيث يحدث‬ ‫إعادة االلتحام بين االلكترونات في حزمة التوصيل والفجوات في حزمة التكافؤ مسببا انبعاث فوتونات‬ ‫تمقائية ‪ .‬وان بعضا من الشحنات المحقونة تحفزىا فوتونات أخرى لبعث فوتونات محفزة فإذا ما كانت كثافة‬ ‫التيار كافية فان عدد كبير من الشحنات المحقونة تكون مييأة إلنتاج الفوتونات المحفزة وان الربح الضوئي‬ ‫سيكون كبي ار حيث يصل التيار الى حد العتبة الذي عنده يصبح الربح مكافئاً لمجمل الخسائر الداخمية‬ ‫لمثنائي (االمتصاص واالنعكاس والتشتت ) وعند ىذه النقطة تبدأ التذبذبات الميزرية بالعمل ] [ ‪.‬‬ ‫والشكل يشير إلى خصائص قدرة الضوء الخارج مع تيار االنحياز لميزر‬

‫‪ GaAlAs‬مع تغيرات درجة‬

‫الح اررة ‪.‬‬

‫يتميز الضوء المنبعث من ثنائي الميزر عند تجييزه بانحياز أمامي اقل من تيار العتبة باتساع خط‬ ‫الطيف بسبب االنبعاث التمقائي غير المتشاكو ( يعمل الميزر في ىذه المنطقة عمل ال ـ‬

‫‪ )LED‬ولكن بعد‬

‫عبور تيار الحقن حد العتبة يبدأ الخط الطيفي بالضيق وبشكل كبير حيث تزداد شدة نمط منفرد عمى‬ ‫حساب سائر األنماط بسبب انتقائية التجويف العالية التي تخضع لعالقة ‪ m = 2L‬حيث ‪ m‬عدد صحيح‬ ‫الطول ألموجي ‪ L‬طول التجويف ] [ ‪ .‬يتميز ‪ LD‬عن ‪ LED‬بعدة نقاط جوىرية جعمتو االختيار األفضل‬ ‫في كثير من التطبيقات وفي ما يمي جدول بييئة مقارنة بسيطة بين المصدرين الضوئيين ‪.‬‬

‫‪17‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫جدول ) ‪ ( 1 – 1‬يوضح المقارنة ما بين ثنائي الميزر ثنائي الباعث لمضوء‬ ‫‪LD‬‬

‫‪LED‬‬

‫ضوء متشاكة ‪.‬‬

‫ضوء غير متشاكة ‪.‬‬

‫زاوية إشعاع موجو ( ‪) 10°× 30°‬‬

‫اشعاع غير موجو ( المبيرتي )واقران ضعيف مع األلياف‬

‫واقران جيد مع األلياف البصرية‬

‫البصرية‬

‫زمن استجابة تضمين بمدى ‪ 0.01-1ns‬يعتمد عمى فترة‬

‫زمن استجابة تضمين بمدى ‪ 2-20 ns‬يعتمد عمى فترة‬

‫عمر حامالت الشحنة قبل إعادة التحاميا بالتحفيز‬

‫عمر حامالت الشحنة قبل إعادة التحاميا تمقائيا‬

‫ذات عالقة غير خطية بين تيار التجييز وقدرة الضوء‬

‫ذات عالقة شبو خطية‬

‫بسبب عتبة بدأ التشغيل الميزري ‪.‬‬

‫( عدم وجود تيار عتبة )‬

‫ذات طيف ضيق )‪ (0.2nm‬لمنمط المنفرد‬

‫ذات طيف عريض ) ‪ ( 50 – 100 nm‬لألطوال الموجية‬

‫و )‪ (1-5nm‬لألنماط المتعددة‬

‫‪ 1000-1700 nm‬و‬ ‫)‪ (20-50nm‬لألطوال الموجية ‪800-900nm‬‬

‫تستخدم في انظمة التشغيل السريعة ألعمى من‬

‫تستخدم بصورة عامة في انظمة تشغيل ذات سعة معمومات‬

‫‪100 Gbps‬‬

‫قميمة ( اقل من ‪) 50 Mbps‬‬

‫يمتمك تيار عتبة مما يجعمو اكثر تأث ار لتغيرات درجة الحرارة‬

‫افتقاره إلى تيار عتبة يجعل منو سيل التشغيل واقل‬

‫ومسببات الشيخوخة ‪.‬‬

‫حساسية لدرجة الحرارة ومسببات الشيخوخة‬

‫تعد كل من ‪ LD‬و ‪ LED‬مصادر صغيرة من السيل تضمينيا مباشرة عبر التيار المساق الييا وان كمية‬ ‫القدرة المنبعثة تتناسب مع قيمة التيار المساق ‪ ,‬ليذا فان قدرة االخراج ‪ P‬ستأخذ شكل التيار الداخل ‪ l‬وكما‬ ‫في الصيغة اآلتية ‪.‬‬ ‫‪P= Eg I/e ....................................................................‬‬ ‫حيث ‪ ‬الكفاءة الكمية ‪ Eg .‬فجوة الطاقة ‪ e .‬شحنة االلكترون ‪.‬‬ ‫ُ‬ ‫ان المعادلة اعاله تصح لمثنائي الميزر عند التيارات االدنى من حد العتبة بينما تصبح العالقة لوغارتمية‬ ‫بعد حد العتبة ‪.‬‬ ‫إن تغيرت القدرة تدعى بتضمين الشدة ‪ IM‬ولموصول الى خطية تيار التضمين في النظام التماثمي يجب‬ ‫إدخال تيار انحياز مستمر يضاف الى إشارة المعمومات المرغوب بنقميا كذلك الحال في األنظمة الرقمية‬ ‫‪18‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫وبما ان الميزر ال ينفتح مباشرة لكونو يحتاج الى تيار عتبة فان تيار التضمين يمكن ان يتضمن‬

‫‪DC‬‬

‫‪ offset‬لقيمة العتبة لذا فان الرقم ) ‪ ( 1 bit‬يعمل عمى سوق التيار خمف تيار العتبة مما يعمل‬ ‫عمى تشغيل ‪ LD‬ضمن المنطقة الخطية وان الرقم‬

‫) ‪ (0 bit‬يترك التيار عند حد العتبة بينما ‪ LED‬ال‬

‫يحتاج الى حد عتبة لعممو وانو سينفتح حينما يتدفق اليو التيار وكما موضح في األشكال أدناه حيث يشير‬ ‫الشكل األول الى طريقة التضمين التماثمي والرقمي لمـ ـ ‪ LED‬بينما يشير الشكل الثاني الى طريقة التضمين‬ ‫التماثمي والرقمي لمـ ـ ‪. LD‬‬

‫تعد الميزرات شبو الموصمة من اىم االجزاء الجوىرية بكثير من التطبيقات العممية الحديثة لما‬ ‫تمتاز بو من مواصفات عممية اىميا استيالكو القميل لمقدرة الكيربائية والتضمين المباشر لو مع خفة وزنو‬ ‫وصغر حجمو وتوافره عند مدى واسع من االطوال الموجية جعمت منو المصدر الضوئي المثالي في نظم‬ ‫االتصاالت الضوئية الموجية وغير لموجية وفي نظم قراءة الشفرات وتسجيل البيانات عمى االقراص‬ ‫‪19‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫الميزرية او في الطابعات الميزرية ذات السرعة العالية فضال عن المجاالت التطبيقية الخاصة بتحديد المدى‬ ‫والسرعة مع امكانية استخداموُ في منظومات التحكم عن بعد والحماية ‪[4] .‬‬

‫‪ 1-8‬أشكال التضمين‬

‫‪Modulated forms‬‬

‫ان مصطمح التضمين يصف عممية تغير احد معالم الموجة الحاممة لتتمكن من حمل المعمومات‬ ‫كالسعة والتردد والشدة والطور واالستقطاب ‪ ,‬وعندما تكون الموجات الحاممة موجات ضوئية فميس من‬ ‫الممكن التعامل مع كل تمك المتغيرات فعمى سبيل المثال ان معظم الكواشف الضوئية تستجيب لشدة الضوء‬ ‫وبالتالي فان تضمين الشدة ‪ IM‬او السعة ‪ AM‬يكون ىو المناسب وان ىناك عدة تقنيات مختمفة لتحويل‬ ‫المعمومات الى متغيرات مناسبة لمموجة الحاممة كالتقنية التماثمية والنبضية والرقمية وكما ىو موضح في‬ ‫الشكل ادناه حيث تتغير سعة الموجة الحاممة تبعا لتغير سعة المعمومة في التضمين السعوي‬

‫‪ ( AM‬احد‬

‫انواع التقنيات التماثمية الموضحة بالشكل العموي ) بينما يتغير عرض نبضة الموجة الحاممة تبعا لتغير‬ ‫سعة المعمومة في تضمين عرض النبضة‬

‫‪ ( PWM‬احد انواع التضمين النبضي والموضح بالشكل‬

‫الوسطي ) بينما تجفر المعمومات في التضمين الرقمي بسمسمة من النبضات بمواقع زمنية ثابتة وسعات‬ ‫مكممة ( مستويان ثنائيان ‪ ) One and zero‬الحالة ‪ One‬تمثل وجود النبضة لمستوى معين بينما الحالة‬ ‫‪ zero‬تمثل غياب النبضة ‪ ,‬تؤخذ النبضات بمواقع زمنية محسوبة مسبقا فاذا ما كان عرض النبضة اقل‬ ‫من الفاصمة الزمنية المييأة ليا‬

‫‪ Bit‬فان الشكل يدعي باإلشارة الراجعة إلى الصفر ‪ RZ‬في حين تدعى‬

‫باإلشارة غير الراجعة الى الصفر ‪ NRZ‬لمحالة العكسية‪[4] .‬‬

‫أشكال التضمين التماثمي النبضي والرقمي‬

‫‪20‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫‪ 1-9‬سرعة اإلرسال وسعة القناة ‪Transmission speed and capacity of the channel‬‬ ‫معدل سرعة الم‪-‬عمومات يتناسب طرديا مع مدى الترددات المراد ارساليا وكذلك يعتمد لوغارتميا عمى‬ ‫أعمى نسبة لإلشارة المستممة إلى الضوضاء في المستقبل ففي االتصاالت العممية ىذه النسبة تكون اكبر‬ ‫بكثير من واحد وتكون معطاة بوحدة ‪ dB‬وكما في الصيغة االتية ] [ ‪.‬‬ ‫‪X (dB) = 20 Log10 As/A‬‬ ‫حيث ‪ As‬سعة االشارة ‪ An,‬سعة الضوضاء وان معدل سرعة االرسال ‪ B‬يمكن التعبير عنو بالمعادلة االتية‬ ‫][ ‪.‬‬ ‫)‪B (bps) = 0.332 X (dB) . F (Hz‬‬ ‫‪ ‬حيث ‪ F‬مدى الترددات المراد ارساليا ‪.‬‬ ‫يعبر عن االرسال الجيد لالتصاالت التماثمية بنسبة االشارة الى الضوضاء المستممة‬

‫)‪ (S/N‬فمثال‬

‫لعرض صورة تمفزيونية واضحة تتطمب ‪ S\N‬افضل من ‪ 104‬الن القيم االقل من ىذا المقدار ستقمل من‬ ‫دقة تحميل وتباين الصورة ووضوحيا في حين يعبر عن االرسال الجيد لممنظومات الرقمية من خالل نسبة‬ ‫معدل خطأ البيانات ‪ ( BER‬احتمالية توليد ‪ zero bit‬محل ‪ ) One bit‬وتعريف نسبة الخطأ المقبولة‬ ‫يشكل جزءا اساسيا في مواصفات المنظومة فاذا كان ) ‪ (BER = 10-9‬فيذا يعني ان خطأً واحداً يحدث‬ ‫كل ‪ 109 bit‬مستمم وكمما كانت ىذه النسبة اقل كمما زادت نوعية وكفاءة المنظومة‪[4] .‬‬

‫‪ 1-10‬الكواشف الضوئية وطرائق ربطيا ‪Reagents and methods of optical link‬‬ ‫الكواشف الضوئية عبارة عن مواد شبو موصمة تعتمد عمى تحويل االشارة الضوئية الى كيربائية من‬ ‫خالل عممية االمتصاص لمضوء الساقط وخمق حامالت الشحنة ( زوج الكترون – فجوة ) ‪ ,‬عندما تضاء‬ ‫وصمة شبو موصل متصمة بدائرة خارجية فان تيا ار ضوئيا‬

‫‪ Iph‬سيساق عبر الدائرة الخارجية خالل فترة‬

‫التعرض ‪ ,‬ىذه الظاىرة معروفة بالتأثير الفولتي – الضوئي ‪ PV‬والتي تمثل الية عمل الثنائيات الضوئية‬ ‫والخاليا الشمسية ‪ ,‬في ىذه الحالة ال توجد أي فولتية انحياز خارجية وان الخمية تولّد قوة دافعة كيربائية‬ ‫عند تعرضيا لإلضاءة ‪ .‬اما في حالة تجييز فولتية انحياز باتجاه عكسي لموصمة‬

‫‪ P-N‬فسيتكون تيار‬

‫التسريب العكسي (التيار المظمم) فضال عن التيار الضوئي ‪ ,‬ىذا النوع من نمط التشغيل يدعى بالتوصيل‬ ‫الضوئي ‪ PC‬في كال النمطين ‪ PV , PC‬يتغير التيار الضوئي خطياً مع شدة الضوء ] [‪.‬‬

‫‪21‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫ىنالك عدة أنماط لتشغيل الثنائي الضوئي ‪ PD‬عمميا كنمط التشغيل ‪ PV‬المشار اليو اعاله ( حيث‬ ‫يستخدم حاجز الجيد الداخمي لموصمة لفصل حامالت الشحنة المتكونة ضوئيا مولدة تيا اًر ضوئياً او تغير‬ ‫في الفولتية عبر طرفيو وكما موضح في الشكل والذي يمتاز باقل ضوضاء واقل استجابة واقل تردد ) او‬ ‫نمط التشغيل ‪ ( PC‬اذ تعمل فولتية االنحياز العكسية عمى زيادة قوة المجال لموصمة ومن ثم تسريع زمن‬ ‫عبور حامالت الشحنة عبر منطقة االستنزاف وتقميل سعة الوصمة ومن ثم الوصول الى اسرع استجابة تردد‬ ‫)‪ (DC – 1GHz‬وكما موضح بالشكل او نمط التشغيل ‪ PA‬الذي يتم من خالل وصل الثنائي الضوئي‬ ‫بالمـ ـُـكبر االبتدئي ‪ OP – AMP‬وكما موضح بالشكل‬ ‫عمميا ىناك نوعان ميمان من انواع الكواشف الضوئية المستخدمان بصورة واسعة في منظومات‬ ‫االتصاالت الضوئية وىما الثنائي الضوئي نوع ‪ PIN‬والثنائي الضوئي أالنيياري ‪APD‬‬

‫حيث يمتاز النوع االول باحتوائو عمى منطقة واسعة من شبو موصل نقي عند سقوط الضوء عميو يتولد‬ ‫فرق جيد عبر طرفيو اما النوع الثاني والمتكون من مناطق ذات تطعيم عالٍ لتوليد مجال كيربائي داخمي‬ ‫عالٍ فضال عن المجال الخارجي ( تسميط انحياز عكسي ) فانو يتميز بكونو يمتمك نسبة تكبير عالية‬ ‫وحساسية اكبر بكثير من الكاشف ‪ PIN‬لكونو يعمل عمى التضاعف أالنيياري لحامالت الشحنة ‪.‬‬ ‫ىناك عدد من الشروط والمتطمبات الواجب مراعاتيا وتوفرىا في المصدر الضوئي عند اختياره لتطبيق‬ ‫معين في أنظمة االتصاالت الضوئية وىي ‪- :‬‬ ‫‪- 1‬‬

‫ان يكون الطول الموجي المنبعث من المصدر ( الذي يعمل عميو ) مالئما لإلرسال عبر االلياف‬

‫البصرية ولمكاشف الضوئي المستخدم ‪.‬‬ ‫‪- 2‬‬

‫يجب ان تكون القدرة الضوئية عالية بالقدر الكافي ( في مجال‬

‫‪ ) mw‬الستخداميا في‬

‫االتصاالت بعيدة المدى ‪.‬‬

‫‪22‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫يجب ان تكون المساحة اإلشعاعية لمضوء الخارج من المصدر والداخل الى الكاشف اقل من‬

‫‪- 3‬‬

‫مساحة لب الميف وذلك لتحسين االقتران الضوئي مع الميف ‪ ( .‬تستخدم العدسات في اإلرسال واالستقبال‬ ‫ليذا الغرض ) ‪.‬‬ ‫االستق اررية في القدرة المنبعثة والطول الموجي وعرض النطاق اإلشعاعي وعدم تأثرىا بدرجة‬

‫‪- 4‬‬ ‫الح اررة ‪.‬‬ ‫‪- 5‬‬

‫يجب ان تكون ىناك إمكانية لتضمين المعمومات عبر المصدر الضوئي ‪.‬‬

‫‪- 6‬‬

‫يجب ان تتمتع المصادر الضوئية بسرعة تضمين عالية لضمان إرسال اكبر قدر ممكن من‬

‫المعمومات ‪ ,‬ويناظر ذلك سرعة االستجابة العالية لمكواشف الضوئية ‪.‬‬ ‫‪- 7‬‬

‫يفضل ان تكون الدوائر االلكترونية المصاحبة لممصدر والكاشف ابسط ما يمكن ‪.‬‬

‫‪- 8‬‬

‫قمة التكمفة ‪.‬‬

‫و كما اشرنا سابقا يتوجب ان يكون الطول الموجي الذي يعمل عميو المصدر والكاشف الضوئي‬ ‫مطابقاً لألطوال الموجية التي يعمل عمييا الميف بشكل فعال ‪ .‬يؤثر الطول الموجي وبشكل مباشر عمى‬ ‫قيمة التوىين وتشتيت النبضات المرسمة عبر الميف ‪ .‬أنظمة االتصاالت الميفية العاممة استخدمت وتستخدم‬ ‫االطوال الموجية التالية ‪-:‬‬ ‫‪.1‬‬

‫‪ 850 nm‬وىو أول طول موجي تم استخدامو ‪ ,‬حيث أن األجيزة واأللياف التي تعمل عمى ىذا‬

‫الطول ىي األرخص واألبسط في التصميم‪.‬‬ ‫‪.2‬‬

‫‪ 1300 nm‬وىو أفضل طول موجي من ناحية اقل تشتيت داخل الميف يمكن الحصول عميو‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫‪ 1550 nm‬وىو أفضل طول موجي من ناحية اقل توىين يمكن الحصول عميو ‪ ,‬إال ان األجيزة‬

‫والمعدات الخاصة بو ىي األغمى في التكمفة‪.‬‬ ‫‪.4‬‬

‫‪ 650 nm‬وىو الطول الموجي األفضل لعمل األلياف البالستيكية‪]5[ .‬‬

‫‪ 1-11‬المضخات الضوئية‬

‫‪Optical amplifiers‬‬

‫لنقل المعمومات باأللياف البصرية لمسافات تزيد عن ‪ 100km‬البد من تعويض الخسائر والتوىين‬ ‫الناتج داخل األلياف البصرية ويتم ذلك في بداية األمر كما سبق ذكره من خالل الكواشف الضوئية التي‬ ‫تحول اإلشارة من شكميا الضوئي الى الكيربائي بعدىا يتم تضخيم اإلشارة الكيربائية الى مستوى بحيث‬ ‫تشغل المرسل الضوئي الذي يعيد اإلشارة الى شكميا الضوئي وىكذا تتكرر العممية وىذا ما يطمق عميو‬ ‫بالمعيدات او المقويات لإلشارة اذ تتميز المعيدات بكونيا ذات محدودية بسبب اعتمادىا عمى نسبة التحويل‬ ‫‪23‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫من اشارة ضوئية الى كيربائية و من كيربائية الى ضوئية لذلك طورت العديد من المضخمات الضوئية‬ ‫التي تعتمد عمى إبقاء اإلشارة بشكميا الضوئي واالستغناء عن المحوالت الكيروضوئية وىذا ىو احد‬ ‫األسباب الرئيسية في نجاح وانتشار أنظمة اتصاالت األلياف البصرية ‪.‬‬

‫يتم تضخيم اإلشارة الضوئية بشكل مشابو لعمل الميزر حيث يييئ الوسط المضخم (وصمة من الميف‬ ‫بمواصفات خاصة) ووسيمة الضخ (ليزر شبو موصل‬

‫‪ ) LD‬عالي القدرة ليتم التكبير لإلشارة الضوئية‬

‫الداخمة في الميف البصري وفيما يمي بعض أنواع المضخمات الضوئية ‪.‬‬ ‫‪.1‬‬

‫المضخمات الضوئية شبو الموصمة ‪SOA‬‬

‫‪.2‬‬

‫مضخمات رامان ‪RFA‬‬

‫‪.3‬‬

‫مضخمات األلياف المطعمة بالعناصر النادرة كالميف المطعم باالربيوم ‪EDFA‬‬

‫العاممة عند‬

‫الطول الموجي ‪[4] . 1500nm‬‬

‫‪24‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫الفصل الثاني‬

‫الجزء العممي لممنظومة األتصاالت باأللياف الضوئية‬

‫بالمحاكاة الحاسوبية بواسطة برنامج ‪OptiSystem‬‬

‫‪25‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫‪ 2-1‬مخطط لمكونات منظومة االتصاالت الضوئية ‪Outline the components of the optical communications system‬‬

‫الشكل (‪ )1‬أدناه ُيمثل المخطط الكامل الذي وضعناهُ لبناء منظومة االتصاالت الضوئية باستخدام األلياف‬ ‫الرنامج العممي ‪ OptiSystem7‬والمخطط ىو تجميع ألجزاء المنظومة وفيما يمي شرح‬ ‫البصرية بواسطة ب‬ ‫ُمبسط لعمل المنظومة‬

‫شكل (‪ )1‬محاكاة ألجزاء منظومة االتصاالت الضوئية المصممة من قبمنا‬

‫‪ 2-2‬اإلرسال ‪Transmission‬‬

‫‪ ‬نبدأ أوالً بعرض شكل اإلشارة المراد نقميا ‪ ,‬وكما نراىا من خالل ‪Oscilloscope Visualizer‬‬ ‫في الشكل ( ‪ , )2‬وىو جياز يقوم بعرض شكل اإلشارة ‪ ,‬وىي إشارة جيبية تتولد من مولد‬ ‫اإلشارة الجيبية المبين في الشكل (‪ )1‬بتردد ) ‪ (100MHz‬وسعة ) ‪.(0dBm=1mW‬‬

‫‪26‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫المدخمة‬ ‫(‪ )2‬رسم توضيحي لشكل اإلشارة ُ‬

‫‪ ‬واستخدمنا المصدر الضوئي ‪ CW Laser diode‬كحامل لإلشارة الجيبية بالمواصفات اآلتية‬ ‫الموضحة بالشكل (‪-: )3‬‬ ‫طوله الموجي ‪ , 1552.5nm‬قدرتو ‪ , 1mW‬يعمل بالنمط المستمر ‪CW‬‬

‫‪27‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫شكل (‪ )3‬مواصفات الميزر المستخدم ‪CW laser‬‬

‫ولعرض شكل طيف انبعاث الميزر استخدمنا محمل الطيف الضوئي ‪Optical Spectrum Analyzer‬‬

‫إن طيف الميزر ذو نقاوة عالية‪ ,‬اي ال يحمل‬ ‫المبين في الشكل (‪ )1‬حيث نرى من خالل الشكل (‪ُ )4‬‬ ‫سوى حزمة ضيقة من الترددات فيو وحيد الطول الموجي وىذا ما يتميز بو الميزر‪ ,‬ىنا إشارة الميزر‬

‫سالف الذكر‪ .‬الحظ كيف ان أقصى الطيف يتمركز عند الطول‬ ‫ة‬ ‫المدخمة‬ ‫المستمرة غير حاممة لإلشارة ُ‬ ‫الموجي ‪ 1552.5nm‬وان قدرة الميزر ‪. 0dBm‬‬

‫‪28‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫شكل (‪ )4‬طيف ‪CW Laser‬‬

‫ولتحميل اإلشارة الجيبية عمى الحزمة الضوئية استخدمنا احد انواع التحميل الخارجي المتمثل بالمضمن‬ ‫‪ Mach- zender Modulator‬المبين في الشكل (‪ )1‬وفيما بعض التفاصيل عن مبدأ عممو ‪.‬‬

‫المضمن الخارجي ‪Mach-zender modulator‬‬ ‫خارجي عمى‬ ‫باإلمكان تضمين المعمومة عمى حزمة الميزر مباشرة عبر تيار التجييز لميزر او‬ ‫ً‬ ‫الحزمة الضوئية إال أن التضمين المباشر يسبب تغير تردد الميزر مع الزمن (مع زيادة المعمومات ) مما‬

‫يؤدي إلى اتساع طيف اإلشارة وتداخل الترددات مع بعضيا بينما يتم تجنب ذلك في التضمين الخارجي‬

‫اذ ان تيار تجييز الميزر ثابت ومستقر مع الزمن وبتردد إخراج ثابت اذ تصل سرعة النظام إلى‬ ‫‪10Gb/s‬‬

‫‪29‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫شكل (‪ )5‬مضمن ‪Mach-zender modulator‬‬ ‫تم في ىذه المحاكاة استخدام المضمن الخارجي ‪ LiNbO3‬عمى ىيئة منظومة تداخل كما موضح‬

‫بالشكل (‪ )5‬اذ يحصل التداخل البناء بين فرعي المضمن في حالة تساوي كال المسارين‬

‫(إزاحة متشابو في الطور) بينما يكون التداخل إتالفي في حالة تسميط انحياز عمى احد فرعي التداخل‬ ‫لخمق إزاحة في الطور قدرىا ‪ π‬وىكذا يتم تحويل إزاحة الطور إلى تضمين السعة ‪.‬‬

‫ولعرض شكل اإلشارة الضوئية ‪ ,‬موضح بالشكل ( ‪ )6‬أدناه ‪ ,‬بعد تحميميا باإلشارة الجيبية استخدمنا‬ ‫عارض اإلشارة الضوئية ‪. Optical Time Domain Visualizer 1‬‬

‫‪30‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫شكل (‪ )6‬إشارة الميزر بعد تحميميا باإلشارة الجيبية‬ ‫الشكل (‪ )6‬يعرض شكل اإلشارة الضوئية محممة باإلشارة الجيبية عند الطرف النيائي لإلرسال ‪.‬‬

‫‪ 2-3‬قناة اإلرسال ‪Transmission channel‬‬

‫بعد تييئة شكل اإلرسال كإشارة ضوئية محممة بالمعمومة البد من نقميا إلى جية االستقبال بأقل‬

‫خسائر ممكنة لذلك استخدمنا الميف البصري نوع ‪ SMF‬المعروض بالشكل ( ‪ )1‬وبالمواصفات المبينة في‬

‫الشكل ( ‪ . )7‬ولتحميل الطيف الضوئي بعد مروره بمسافة ‪ 100Km‬داخل الميف وعرض مقدار التغيرات‬

‫التي طرأت عمى اإلشارة الضوئية استخدمنا محمل الطيف الضوئي ‪Optical Spectrum Analyzer 2‬‬ ‫وعارض اإلشارة الضوئية ‪ Optical Time Domain Analyzer 2‬حيث ظيرت النتائج كما في الشكل‬

‫(‪. )9 , 8‬‬

‫‪31‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫شكل (‪ )7‬مواصفات الميف البصري ‪SMF‬‬

‫ا‬ ‫شكل (‪ )8‬إشارة محمل الطيف الضوئي بعد الميف البصري‬

‫‪32‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫شكل (‪ )9‬عارض اإلشارة الضوئية بعد مرورىا بالميف البصري‬

‫وعند مقارنة شكل اإلشارة الضوئية قبل دخوليا الميف وبعد خروجيا منو نالحظ ان مستوى قدرة اإلشارة‬

‫قد انخفض من ‪ 0dBm‬إلى حدود ‪ -25dBm=11µW‬فضال عن زيادة الضوضاء والتشويش وىذا بسبب‬ ‫خسائر التوىين الناتجة عن االمتصاص والتشتت داخل الميف البصري ‪.‬‬

‫المكبر البصري نوع )‪ (EDFA‬في ىذ ه‬ ‫وألجل تعويض ىذا النقص في شدة اإلشارة‬ ‫قُمنا بوضع ٌ‬ ‫المنظومة لغرض زياد ة تمك الشدة وتقميل الخسائر الحاصمة ‪ ,‬والشكل ( ‪ُ )10‬يبين لنا شكل اإلشارة بعد‬ ‫المكبر الضوئي )‪ (EDFA‬وىي في حدود ‪ ,30mW‬اي اكبر بكثير من اإلشارة الداخمة ‪,‬‬ ‫خروجيا من ُ‬ ‫مع بقاء الضوضاء والتشويش في اإلشارة ‪.‬وفيما يمي بعض التفاصيل لممكبر ‪. EDFA‬‬

‫‪33‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫المكبر الضوئي )‪(EDFA‬‬ ‫شكل(‪ )10‬شكل اإلشارة الضوئية المكبرة ب ُ‬

‫‪34‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫المكبر الضوئي ‪EDFA‬‬

‫تم استخدام المكبر الضوئي ‪ EDFA‬وىو عمى شكل ليف بصري مطعم بالعنصر النادر –االربيوم‬

‫كونو يمتاز بالربح العالي وقمة الضوضاء وعرض النطاق الواسع حيث يمكن تمخيص عممو بالشكل (‪)11‬‬

‫المكبر الضوئي )‪(EDFA‬‬ ‫شكل(‪ )10‬شكل اإلشارة الضوئية المكبرة ب ُ‬ ‫يضخ ليزر بقدرة كافية مع‬

‫اإلشارة الضوئية المراد تكبيرىا بواسطة مقترن ضوئي ليتم تكبير‬

‫الضوئية عبر الميف المطعم باالربيوم حيث يعمل ىذا الميف كوسط فعال لتضخيم‬

‫بنفس الطول الموجي إلشارة اإلدخال ‪.‬‬

‫اإلشارة‬

‫االنبعاثات التمقائية‬

‫شكل (‪ )11‬شكل يوضح مبدأ عمل المكبر الضوئي ‪EDFA‬‬

‫‪35‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬ ‫‪ 2-4‬االستقبال ‪Receiver‬‬

‫يتكون االستقبال من ما يمي ‪-:‬‬

‫‪ ‬الكاشف الضوئي ‪ -:‬وىو أول جزء من المستقبل في االتصاالت الضوئية يحول اإلشارة الضوئية‬ ‫الى إشارة كيربائية ‪ .‬استخدمنا الكاشف الضوئي نوع ‪ Photo detector PIN‬المبينة‬ ‫مواصفاتو في الشكل (‪. )12‬‬

‫شكل (‪ )12‬مواصفات الكاشف الضوئي المستخدم‬ ‫والشكل أدناه يبين شكل االشارة الخارجة من الكاشف الضوئي وفي الجزء الثاني سنستخدم المرشح‬ ‫الكيربائي وذلك لمتخمص من الشوائب‪.‬‬

‫‪36‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫شكل (‪ )13‬شكل االشارة الخارجة من الكاشف الضوئي‬ ‫‪ ‬المرشح الكيربائي‪ -:‬وىو ثاني حزء من االستقبال الذي يقوم بتمرير الترددات الواطئة األقل من‬ ‫‪ 100MHz‬واليمرر الترددات العالية االكثر من ‪ ,100Mhz‬وقمنا بأستخدام المرشح الكيربائي‬ ‫المبينو خصائصوُ‬ ‫( فمتر كيربائي ) ‪ُ Low Pass Cosins Roll Off Dilter Propertise‬‬ ‫ِمن الشكل (‪ )14‬أدناه‪ ,‬وفي الشكل (‪ )15‬يبين شكل االشارة الخارجة من المرشح الكيربائي‬ ‫وسنالحظ إنوُ تم تمرير الترددات األقل من ‪ 100MHz‬وحجب الترددات األعمى منيا‪.‬‬

‫‪37‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫شكل (‪ )14‬مواصفات المرشح الكيربائي‬

‫شكل (‪ )15‬شكل االشارة الخارجة من المرشح الكيربائي‬

‫المكبر الكيربائي‪ -:‬وىو الجزء الثالث من األستقبال والذي يقوم بعممية تكبير االشارة الخارجة من‬ ‫‪ُ ‬‬ ‫المكبر (‪ )Electrical Amplifier‬ذات ربح (‪10 db )Gain‬‬ ‫المرشح الكيربائي‪ ,‬واستخدمنا ُ‬ ‫المكبر‬ ‫وكما موضح في الشكل )‪ ,(16‬وفي الشكل (‪ )17‬يبين شكل االشارة الخارجة من ُ‬

‫الكيربائي‪ ,‬ونالحظيا إنيا أكبر من األشارة الداخمة لممكبر( شكل ‪)15‬‬

‫‪38‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫المكبر الكيربائي‬ ‫شكل (‪ )16‬خصائص ُ‬

‫المكبر الكيربائي‬ ‫شكل (‪ )17‬إشارة المكبرة بواسطة ُ‬

‫‪39‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫الفصل الثالث‬

‫الجزء العممي لممنظومة األتصاالت باأللياف الضوئية‬

‫‪40‬‬


‫‪Fiber‬‬ ‫‪Optic‬‬

‫إتصاالث األىٍاف اىبصزٌت ‪Fiber optic communications‬‬

‫‪1-http://www.khayma.com/madina/m1-eng/iberopt1.htm‬‬ ‫مجمة الميندس – رمضان ‪1421‬‬ ‫‪2 - http://www.oloommagazine.com/Articles/ArticleDetails.aspx?ID=233‬‬

‫إستاذ م شارك في اليندسة الكيربائية في جامعة كولومبيا‪ .‬ويعمل في مركز كولومبيا لبحوث االتصاالت‪.‬‬ ‫حصل عمى دبموم الدراسات المتقدمة )‪ (DEA‬في الفيزياء النظرية من جامعة باريس السادسة عام‬

‫‪ .1981‬ثم حصل عمى الدكتوراه من جامعة نيس بعد بحث استمر عامين في مجال مضخمات رامان‬

‫‪Raman‬الميفية أجراه في تومسون ‪ CSF‬بأورسي‪ .‬وفي العامين التاليين واصل بحوثو عمى أدوات‬

‫األلياف الضوئية الفعالة‪ ،‬في جامعة ستانفورد‪ .‬ومن عام ‪ 1986‬حتى ‪ 1990‬عمل في مختبرات ِب ْل‬ ‫بالشركة ‪ AT&T‬عمى المضخمات الميفية المشابة باإلربيوم ‪.‬‬ ‫‪3-http://www.kutub.info/library/book/928‬‬

‫صالح الدين مصباح ‪ ،‬االلياف البصرية ‪ ،‬مشروع التخرج لتخصص ىندسة إتصاالت دبموم عالي ‪ ،‬كمية‬ ‫اليندسة ‪ ،‬جامعة ليبيا ‪. 2007‬‬

‫‪ -4‬دريد حازم ‪ ،‬دراسة خصائص ليزرات شبو الموصمة في إرسال المعمومات الضوئية في االتصاالت‬

‫الجوية وااللياف البصرية ‪ .‬رسالة ماجستير‪ .‬كمية العموم‪ ،‬جامعة الموصل ‪. 2002‬‬

‫‪5-http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_fiber‬‬ ‫‪6-Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich , Fiber Optics , ,Copyright © 1991‬‬

‫‪John Wiley & Sons, Inc.‬‬

‫ألياف_بصرية‪7- http://ar.wikipedia.org/wiki/‬‬

‫‪41‬‬

بحث تخرج .. احمد نازية  

دراسة اداء منظومة اتصالات الالياف البصرية بالمحاكاه الحاسوبية