اسپلیتر فیبر نوری چیست ؟

اسپلیتر فیبر نوری چیست ؟

در دنیای پیچیده ارتباطات نوری، یک مؤلفه محوری ایستاده است و بی‌صدا انتقال یکپارچه داده‌ها را هماهنگ می‌کند: تقسیم‌کننده فیبر نوری. این مقاله به عمق این دستگاه تخصصی می پردازد و عملکرد، انواع مختلف و پیچیدگی های ساختاری آن را بررسی می کند. به عنوان یک متخصص در این زمینه، من اسرار پیرامون تقسیم کننده های فیبر نوری را کشف خواهم کرد و نقش ضروری آنها را در شبکه های نوری مدرن روشن می کنم. اسپلیتر فیبر نوری چیست ؟ با ما همراه باشید تا با این موضوع دقیق تر و عمیق تر اشنا بشید . انواع اسپلیتر فیبر نوری را بشناسید.

اسپلیتر فیبر نوری یک دستگاه نوری غیرفعال است که سیگنال نوری را که از طریق یک فیبر نوری منفرد منتقل می شود به چندین فیبر تقسیم می کند. اسپلیتر های نوری نقش مهمی در شبکه های ارتباطی فیبر نوری ایفا می کنند و یک کابل فیبر نوری را قادر می سازند تا به چندین رشته تقسیم شود تا اتصال برای چندین نقطه پایانی فراهم شود. در این مقاله، نحوه عملکرد اسپلیتر های فیبر نوری، انواع مختلف اسپلیتر ها و ساختارهای مختلف تقسیم کننده مورد استفاده را بررسی خواهیم کرد.

اسپلیتر فیبر نوری چگونه کار می کند؟

در اصل، یک تقسیم کننده نوری به عنوان یک نقطه اتصال حیاتی در شبکه های نوری عمل می کند و سیگنال های دریافتی را بدون به خطر انداختن یکپارچگی داده ها به چند خروجی تقسیم می کند. جادو در توانایی آن در تقسیم کارآمد سیگنال های نوری است که از فیبرهای نوری عبور می کنند. برای درک این فرآیند، ابتدا باید اصول ارتباط نوری را درک کرد.

یک اسپلیتر فیبر نوری با تقسیم نور از یک فیبر ورودی به دو یا چند فیبر خروجی کار می کند. تقسیم سیگنال نور از طریق یک کوپلر غیرفعال انجام می شود که فیبر ورودی را به فیبرهای خروجی متصل می کند.

دو دسته اصلی از دستگاه های اسپلیتر فیبر نوری بر اساس اصل عملکرد آنها وجود دارد – تقسیم کننده های مخروطی دو مخروطی ذوب شده (FBT) و تقسیم کننده های مدار موج نور مسطح (PLC).

انتقال سیگنال نوری

ارتباطات نوری بر انتقال داده ها از طریق سیگنال های نوری متکی است و از اصول فیبر نوری استفاده می کند. در این زمینه، اطلاعات به صورت پالس های نوری که از طریق فیبرهای نوری حرکت می کنند، کدگذاری می شوند. سرعت و کارایی این فرآیند آن را به سنگ بنای ارتباطات مدرن تبدیل کرده است.

تقسیم سیگنال های نور

یک اسپلیتر فیبر نوری با گرفتن سیگنال های نور ورودی و تقسیم موثر آنها به دو یا چند مسیر مجزا عمل می کند. این امر از طریق تکنیک‌های مختلفی مانند تقسیم‌کننده تیر، جفت‌کننده یا منشور به دست می‌آید. نکته کلیدی حفظ یکپارچگی سیگنال و اطمینان از اینکه هر خروجی نمایشی یکسان از داده های اصلی دریافت می کند، است.

مدیریت ضرر

یکی از نکات مهم در عملکرد اسپلیتر فیبر نوری، از دست دادن سیگنال است. همانطور که نور تقسیم می شود، به ناچار مقداری انرژی در این فرآیند از بین می رود. سازندگان از فناوری‌های پیشرفته برای به حداقل رساندن این تلفات استفاده می‌کنند و اطمینان می‌دهند که سیگنال حتی پس از تقسیم نیز قوی باقی می‌ماند. درک این مکانیسم های تلفات برای بهینه سازی عملکرد شبکه بسیار مهم است.

تقسیم کننده های مخروطی (FBT)

اسپلیترهای FBT یک نوع سنتی و در عین حال پرکاربرد هستند، به ویژه در شبکه های نوری غیرفعال (PON). آنها با باریک شدن و ترکیب دو یا چند فیبر نوری به یکدیگر ساخته می شوند. فرآیند کاهش قدرت نوری را دوباره توزیع می‌کند و درگاه‌های خروجی متعدد با نسبت تقسیم از پیش تعیین‌شده ایجاد می‌کند.

اسپلیترهای FBT اولین نوع اسپلیتر فیبر نوری بودند و با همجوشی و کشش چندین فیبر نوری به یکدیگر کار می کردند تا یک ناحیه جفت کننده مخروطی دو مخروطی ایجاد کنند. این ناحیه ذوب شده به نور اجازه می دهد تا از فیبر ورودی واحد به فیبرهای خروجی متعدد جفت شود.

الیاف جفت شده حرارت داده و کشیده می شوند تا قطر آنها در ناحیه جفت کاهش یابد. این اجازه می دهد تا هسته های فیبر در مجاورت نزدیک قرار گیرند به طوری که میدان های ناپایدار نور منتشر شده روی هم قرار گرفته و بین الیاف جفت شوند. مقدار کوپلینگ بستگی به درجه باریک شدن دارد و امکان دستیابی به نسبت های مختلف تقسیم را فراهم می کند.

از مزایای اسپلیترهای FBT می توان به تلفات درج کم، قابلیت اطمینان بالا و عدم حساسیت به پلاریزاسیون اشاره کرد. با این حال، آنها فقط می توانند به نسبت های تقسیم گسسته خاصی مانند 1×2، 1×4، 1×8 و غیره دست یابند.

اسپلیتر های مدار موج نور مسطح (PLC)

برخلاف اسپلیترهای FBT، اسپلیترهای PLC از تکنیک تولید متفاوتی بهره می برند. آنها با استفاده از فرآیندهای ساخت نیمه هادی بر روی یک بستر سیلیکا ساخته می شوند. این منجر به یک تقسیم کننده فشرده، کارآمد و قابل اعتماد می شود که برای کاربردهای با چگالی بالا مناسب است. اسپلیترهای PLC اغلب از نظر یکنواختی و قابلیت اطمینان از همتایان FBT بهتر عمل می کنند.

اسپلیتر های PLC از فناوری موجبر نوری یکپارچه برای تقسیم سیگنال نور استفاده می کنند. نور با استفاده از تکنیک‌های فوتولیتوگرافی شبیه به روش‌هایی که برای مدارهای مجتمع استفاده می‌شود، محدود شده و از طریق مسیرهای حک شده بر روی یک بستر سیلیکونی هدایت می‌شود.

موجبرها در یک ساختار شاخه Y مرتب شده اند و یک موجبر ورودی تک به دو یا چند موجبر خروجی تقسیم می شود. زوایای انشعاب نسبت تقسیم توان را تعیین می کند. تقسیم‌کننده‌های PLC انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به FBT‌ها ارائه می‌کنند و هر نسبت تقسیم دلخواه را ممکن می‌سازند.

از دیگر مزایای اسپلیتر های PLC می‌توان به اندازه کوچک، هزینه کمتر برای تعداد پورت‌های زیاد و توانایی ادغام چندین عملکرد روی یک تراشه واحد اشاره کرد. با این حال، از دست دادن درج ممکن است در مقایسه با FBT ها بیشتر باشد.

در هر دو اسپلیتر FBT و PLC، تقسیم سیگنال نوری کاملاً غیرفعال است. برخلاف اسپلیتر های فعال، نیازی به برق یا برق نیست. توان خروجی به سادگی بین تعداد فیبرهای خروجی تقسیم می شود. اگر 50 درصد توان به هر خروجی برود، به آن تقسیم کننده 1×2 می گویند.

انواع اسپلیتر های فیبر نوری

چشم انداز اسپلیترهای نوری متنوع است و راه حل های متناسب با نیازهای منحصر به فرد کاربردهای مختلف را ارائه می دهد. بیایید انواع اصلی را که این قلمرو را تعریف می کنند، بررسی کنیم.

اسپلیتر فیبر نوری مکانیکی

اسپلیترهای مکانیکی که به نام تقسیم کننده پرتو نیز شناخته می شوند، نور ورودی را با استفاده از اجزای مکانیکی مانند منشورها یا مکعب های اسپلیتر پرتو تقسیم می کنند. در حالی که در ارتباطات راه دور کمتر رایج است، آنها کاربردهایی را در سناریوهای تخصصی پیدا می کنند که ویژگی های منحصر به فرد آنها سودمند است.

راه های مختلفی برای دسته بندی انواع مختلف اسپلیترهای نوری موجود وجود دارد. برخی از راه های کلیدی عبارتند از:

• تعداد فیبرهای ورودی و خروجی – به عنوان مثال. 1×2، 1×4، 1×8، 2×2 و غیره
• نسبت تقسیم توان – به عنوان مثال. 50/50، 70/30، 90/10 و غیره
• تقسیم طول موج – تقسیم طول موج های مختلف به خروجی های مختلف
• ساختار اسپلیتر فیبر نوری – FBT، PLC، فیلتر لایه نازک
• نوع فیبر – تقسیم کننده فیبر تک حالته در مقابل چند حالته

بیایید نگاهی دقیق تر به برخی از رایج ترین انواع اسپلیتر نوری بیندازیم.

1xN و 2xN اسپلیتر

ساده ترین دسته بندی اسپلیتر ها بر اساس تعداد فیبرهای ورودی و خروجی است. برخی از تنظیمات رایج عبارتند از:

• اسپلیتر 1×2 – یک ورودی، دو فیبر خروجی. رایج ترین اسپلیتر که برای توزیع اولیه سیگنال استفاده می شود.
• اسپلیتر 1×4 – یک ورودی، چهار فیبر خروجی. به سیگنال اجازه می دهد تا به چهار نقطه پایانی برسد.
• اسپلیتر 1×8 – یک ورودی، هشت خروجی. برای شبکه های توزیع بزرگتر مفید است.
• اسپلیتر 2×2 – دو فیبر ورودی، دو خروجی. می تواند سیگنال ها را ترکیب یا تقسیم کند.

اصطلاح عمومی 1xN یا 2xN است که N تعداد فیبرهای خروجی است. اسپلیتر های 1xN می توانند سیگنال را به خروجی های بسیار بیشتری تقسیم کنند، به عنوان مثال. 1×16، 1×32 و غیره

نسبت تقسیم نیرو

یکی دیگر از ویژگی های حیاتی اسپلیتر ها، نسبت تقسیم توان است. این مشخص می کند که چگونه کل توان نوری در ورودی بین فیبرهای خروجی تقسیم می شود.

برخی از نسبت های تقسیم رایج عبارتند از:

• 50/50 – توان را به طور مساوی تقسیم می کند و 50٪ به هر خروجی می رود. محبوب ترین و نسبت پیش فرض.
• 70/30 – 70 درصد توان به یک خروجی، 30 درصد به خروجی دیگر.
• 90/10 – 90% به یک خروجی، 10% به خروجی دیگر. زمانی مفید است که یک مسیر تلفات بسیار بیشتری داشته باشد.
• 80/20 – یکی دیگر از نسبت تقسیم ناهموار رایج.

نسبت تقسیم بر اساس ساخت تعیین می شود و نمی توان آن را تغییر داد. اسپلیتر ها باید با توجه به الزامات برنامه انتخاب شوند.

تقسیم‌کننده‌های طول موج

این اسپلیتر های تخصصی نور را بر اساس طول موج تقسیم می‌کنند و هر طول موج را به فیبر خروجی متفاوتی هدایت می‌کنند. این اجازه می دهد تا چندین سیگنال در طول موج های مختلف در یک فیبر ترکیب یا از آن استخراج شود.

برخی از نمونه ها عبارتند از:

• اسپلیتر CWDM – برای مالتی پلکس کردن تقسیم طول موج درشت (CWDM). کانال ها را در فاصله 20 نانومتری تقسیم کنید.
• اسپلیتر DWDM – برای مالتی پلکس کردن تقسیم طول موج متراکم (DWDM). کانال ها را در فاصله 0.8 تا 0.4 نانومتر تقسیم کنید.

تقسیم طول موج امکان مالتی پلکس کردن بسیاری از سیگنال ها را روی یک فیبر واحد برای افزایش ظرفیت فراهم می کند. اسپلیتر ها با ترکیب و جداسازی طول موج های منفرد این کار را امکان پذیر می کنند.

نوع فیبر – تک حالته در مقابل چند حالته

اسپلیتر های فیبر نوری به طور خاص برای فیبرهای تک حالته یا چند حالته طراحی شده اند. اندازه هسته و حالت های نور انتشار به طور قابل توجهی متفاوت است، بنابراین یک دستگاه نمی تواند با هر دو نوع فیبر کار کند.

• اسپلیتر تک حالته – مورد استفاده با فیبر تک حالته 9/125 um. پشتیبانی از طولانی ترین فواصل انتقال
• اسپلیتر چند حالته – برای فیبر چند حالته 50/125 یا 62.5/125 um. دسترسی کوتاه تر، مورد استفاده در شبکه های محلی و مراکز داده.

تطبیق اسپلیتر با نوع فیبر مورد استفاده در شبکه بسیار مهم است.

اسپلیتر فیبر نوری

ساختارهای اسپلیتر فیبر نوری

فراتر از انواع تقسیم‌کننده‌ها که بر اساس عملکرد دسته‌بندی می‌شوند، می‌توان آنها را بر اساس ساختار زیرین خود دستگاه تقسیم‌بندی نیز طبقه‌بندی کرد. سازه های اصلی مورد استفاده عبارتند از:

مخروطی دو مخروطی ذوب شده (FBT)

همانطور که در بالا در اصل کار توضیح داده شد، اسپلیتر های FBT چندین فیبر را با هم ذوب می کنند و آنها را مخروطی می کنند تا بین هسته ها جفت شوند. این ناحیه کوپلینگ ذوب شده سیگنال را به صورت غیرفعال بین فیبرها تقسیم می کند.

تقسیم‌کننده‌های FBT در ارائه تلفات بسیار کم و تقسیم برابر برتری دارند، اما انعطاف‌پذیری در نسبت‌های تقسیم ندارند. 1×2، 1×4، 1×8 تنظیمات معمولی هستند. پایداری دما نیز عالی است.

مدار موج نور مسطح (PLC)

همچنین قبلاً توضیح داده شد، اسپلیتر های PLC از یک مدار موجبر نوری یکپارچه برای تقسیم سیگنال ها استفاده می کنند. موجبرها بر روی یک بستر سیلیکونی طرح‌ریزی می‌شوند تا یک دستگاه تقسیم‌کننده فشرده ایجاد کنند.

مزایا عبارتند از اندازه کوچک، انعطاف پذیری در تعیین هر نسبت تقسیم، و سهولت یکپارچه سازی چندین عملکرد. با این حال، ضرر ممکن است بیشتر از FBT باشد.

فیلتر لایه نازک (TFF)

اسپلیتر های TFF از یک فیلتر تداخل دی الکتریک برای تقسیم طول موج ها استفاده می کنند. این فیلتر طول موج های خاصی را منتقل می کند در حالی که سایر طول موج ها را در یک زاویه کم به فیبرهای خروجی جداگانه منعکس می کند.

تقسیم طول موج TFF فیلترینگ با دقت بالایی را برای برنامه های DWDM فراهم می کند. اما در برابر نوسانات دما آسیب پذیرتر هستند و تلفات بیشتری نسبت به FBT دارند.

فیبر ذوب شده (FF)

یک اسپلیتر FF چندین فیبر را در یک بسته بدون باریک شدن به هم می‌آمیزد تا یک منطقه اختلاط ایجاد کند. این می تواند تنها به تعداد کم تقسیم مانند 1×2 یا 1×4 دست یابد، اما بسیار ساده و مقرون به صرفه است.

اسپلیتر ذوب شده مسطح

این رویکرد هیبریدی فیبرها را ذوب می کند و آنها را بین صفحات همسان حرارتی فشار می دهد. این پایداری فیبر ذوب شده را با انعطاف پذیری برای هر نسبت تقسیم ترکیب می کند. از دست دادن و بازتاب برگشتی بهتر از یک اسپلیتر FF استاندارد کنترل می شود.

به طور خلاصه، FBT و PLC پرکاربردترین سازه های اسپلیتر هستند. FBT در تقسیم تلفات کم برتری دارد در حالی که PLC مزایایی در انعطاف پذیری، اندازه و یکپارچگی ارائه می دهد. نسبت تقسیم، نوع فیبر و الزامات شبکه در نهایت ساختار بهینه را تعیین می کند.

کاربردهای کلیدی اسپلیتر های فیبر نوری

تقسیم نوری یک عملکرد حیاتی است که بسیاری از برنامه های کاربردی شبکه فیبر نوری را قادر می سازد:

• فیبر FTTx به خانه – تقسیم کننده های 1×32 یا 1×64 بسیاری از مشتریان را به شبکه متصل می کنند.
• شبکه های تلویزیون کابلی – الزامات مشابه، تقسیم فیبر به بسیاری از نقاط پایانی.
• شبکه های نوری غیرفعال (PON) – اسپلیتر ها فیبر را برای انتقال نقطه به چند نقطه تقسیم می کنند.
• سنسورهای فیبر – تقسیم نور به سر حسگرهای متعدد در حالی که سیگنال های آنها را با هم ترکیب می کنند.
• تست و اندازه گیری – تقسیم سیگنال برای آزمایش چندین دستگاه در شرایط یکسان.
• DWDM – ترکیب و تقسیم چندین طول موج روی فیبر واحد.
• توزیع سیگنال نوری – تقسیم نور برای تغذیه چندین ابزار یا کانال.

به طور خلاصه، بدون تقسیم نوری، استفاده از ظرفیت کامل انتقال فیبر نوری غیرممکن خواهد بود. اسپلیتر ها امکان تقسیم یک فیبر را به چندین فیبر برای توزیع گسترده‌تر پهنای باند فراهم می‌کنند.

انواع اسپلیتر های نوری از نظر ساختار

درک تفاوت های ظریف ساختاری اسپلیتر های نوری برای انتخاب دستگاه مناسب برای یک برنامه خاص بسیار مهم است. بیایید انواع ساختاری کلیدی و مفاهیم آنها را بررسی کنیم.

1. تقسیم کننده های تک حالته در مقابل چند حالته

فیبرهای نوری از حالت های مختلف انتشار نور پشتیبانی می کنند. فیبرهای تک حالته تنها به یک حالت نور اجازه انتشار می دهند و پهنای باند بالاتر و فواصل انتقال طولانی تری را فراهم می کنند. فیبرهای چند حالته، از سوی دیگر، از حالت‌های متعدد پشتیبانی می‌کنند، که آنها را برای مسافت‌های کوتاه‌تر و نیاز به پهنای باند کمتر مناسب می‌سازد. اسپلیتر های نوری باید بر اساس نوع فیبر مورد استفاده انتخاب شوند و از سازگاری با ویژگی های شبکه اطمینان حاصل کنند.

2. تعداد پورت

تعداد پورت های خروجی یکی از مشخصه های تقسیم کننده های نوری است. پیکربندی های رایج شامل 1×2، 1×4، 1×8 و 1×16 است که تعداد پورت های خروجی را برای یک ورودی مشخص نشان می دهد. انتخاب بستگی به معماری خاص شبکه و تعداد کاربران نهایی یا دستگاه هایی دارد که اسپلیتر باید به آنها خدمت کند.

3. انکپسولاسیون و انواع بسته

طراحی ساختاری اسپلیتر های نوری به کپسوله کردن و بسته بندی آنها نیز گسترش می یابد. اسپلیتر ها را می‌توان در قالب‌های مختلف، از جمله فیبرهای خالی، محفظه‌های قابل نصب روی قفسه، یا ماژول‌هایی که برای ادغام در سیستم‌های نوری بزرگ‌تر طراحی شده‌اند، قرار داد. انتخاب نوع پکیج به عواملی مانند محیط نصب، محدودیت فضا و سهولت نگهداری بستگی دارد.

نتیجه

اسپلیتر های فیبر نوری اجزای نوری غیرفعال هستند که به یک فیبر منفرد اجازه می دهند به چندین فیبر تقسیم شوند و اتصال شبکه را گسترش دهند. آنها توان نوری را از طریق مخروطی های دو مخروطی ذوب شده یا موجبرهای نوری یکپارچه تقسیم می کنند.

ویژگی های کلیدی تقسیم کننده شامل تعداد پورت ها، نسبت تقسیم، نوع فیبر و ساختار بسته بندی است. دستگاه های اسپلیتر می توانند سیگنال ها را به طور مساوی یا نابرابر تقسیم کنند، طول موج ها را مسیریابی کنند، سیستم های تک حالته یا چند حالته را ارائه دهند و از تکنیک های کوپلینگ مختلف استفاده کنند.

درک این ویژگی‌ها و پیکربندی‌های تقسیم‌کننده، انتخاب راه‌حل بهینه برای برنامه مورد نظر، اعم از FTTH، حسگرها، PONها یا شبکه‌های DWDM را ممکن می‌سازد. با افزایش تقاضای پهنای باند، اسپلیتر ها همچنان نقشی حیاتی در گسترش قابلیت‌های زیرساخت فیبر نوری ایفا خواهند کرد.

سوالات متداول

1. عملکرد اصلی اسپلیتر فیبر نوری چیست؟

– یک تقسیم کننده فیبر نوری سیگنال های نور ورودی را به چند خروجی تقسیم می کند و امکان انتقال همزمان داده ها را به مقاصد مختلف فراهم می کند.

2. چگونه یک تقسیم کننده نوری تلفات سیگنال را به حداقل می رساند؟

– تولیدکنندگان از فناوری های پیشرفته برای مخروطی کردن و فیوز کردن الیاف (مانند FBT) یا استفاده از فرآیندهای نیمه هادی بر روی یک بستر سیلیسی (مانند PLC) استفاده می کنند، با هدف به حداقل رساندن اتلاف انرژی در طول فرآیند تقسیم.

3. چه چیزی تقسیم کننده های مخروطی دو مخروطی ذوب شده (FBT) را از تقسیم کننده های مدار موج نور مسطح (PLC) متمایز می کند؟

– اسپلیترهای FBT به طور سنتی توسط الیاف باریک و ذوب ساخته می‌شوند، در حالی که اسپلیتر ‌های PLC از ساخت نیمه‌رسانا بر روی یک بستر سیلیسی استفاده می‌کنند که از نظر فشردگی، کارایی و قابلیت اطمینان مزایایی را ارائه می‌دهند.

4. تعداد پورت ها در یک اسپلیتر فیبر نوری چه تاثیری بر کاربرد آن دارد؟

– تعداد پورت ها (به عنوان مثال، 1x2، 1x4) خروجی های موجود برای یک ورودی مشخص را نشان می دهد. انتخاب بستگی به معماری شبکه و تعداد دستگاه‌ها یا کاربران نهایی دارد که اسپلیتر به آنها نیاز دارد.

5. چه عوامل$ی بر انتخاب بسته بندی اسپلیتر فیبر نوری تأثیر می گذارد؟

– گزینه‌های کپسوله‌سازی و بسته‌بندی، مانند الیاف برهنه یا محفظه‌های قابل نصب در قفسه، به محیط نصب، محدودیت‌های فضا و الزامات یکپارچه‌سازی در سیستم‌های نوری بزرگتر بستگی دارد.