خط تأخير الألياف الضوئية القائم على مفتاح ضوئي

مبدأ خط تأخير الألياف الضوئية

في معالجة الإشارات الضوئية بالكامل، يمكن للألياف الضوئية تحقيق وظائف تأخير الإشارة، وتوسيع نطاقها، والتداخل، وغيرها. ويُمكن للتطبيق الأمثل لهذه الوظائف تحقيق معالجة المعلومات في المجال الضوئي بالكامل. ومن بينها، يمكن تحويل وظيفة التأخير في الألياف الضوئية إلى خط تأخير ضوئي. فعلى سبيل المثال، عند نقل إشارة ضوئية أحادية النمط بطول موجي 1550 نانومتر، يمكن تحقيق تأخير قدره 1 ميكروثانية عند نقلها لمسافة 200 متر، مع فقد إدخال لا يتجاوز 0.04 ديسيبل. وبالمقارنة، يصل فقد الإدخال الناتج عن خط تأخير الميكروويف التقليدي إلى عشرات الديسيبلات، بينما يُقلل خط تأخير الألياف الضوئية فقد الإدخال بمقدار يقارب رتبتين، مما يُحسّن بشكل كبير من قدرته التنافسية. إضافةً إلى ذلك،خط تأخير بصريتتميز خطوط تأخير الألياف الضوئية بصغر حجمها وخفة وزنها، بالإضافة إلى عرض نطاق تأخير كبير، وقدرة عالية على مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي، مما يجعلها منافسًا قويًا لخطوط تأخير الميكروويف، ويمكنها أن تحل محلها تمامًا في العديد من المجالات. وبالمقارنة مع خطوط تأخير الميكروويف التقليدية، تتميز خطوط تأخير الألياف الضوئية بعرض نطاق زمني عالٍ، مما يدل على دقة عالية في قياس التردد، وحساسية عالية، وقدرة فائقة على اعتراض الإشارات، وتلبي متطلبات أنظمة الرادار عالية الدقة مثل خطوط التأخير. كما أن تردد تشغيل خطوط تأخير الألياف الضوئية مرتفع جدًا، حيث يتجاوز 100 جيجاهرتز، مقارنةً بتردد تشغيل خطوط تأخير الموجات الصوتية السطحية الذي يبلغ مئات الميغاهرتز، وخطوط تأخير CCD التي يبلغ تردد تشغيلها عشرات الميغاهرتز، وهو ما يمثل ميزة كبيرة نظرًا لتوجه أنظمة الاتصالات والرادار وغيرها نحو نطاق الترددات العالية. إضافةً إلى ذلك، تتميز خطوط تأخير الألياف الضوئية بأن فقد التأخير فيها مستقل عن التردد. وتؤكد هذه المزايا الفريدة لخطوط تأخير الألياف الضوئية إمكاناتها الهائلة في معالجة الإشارات.

تطبيق خط تأخير الألياف الضوئية

تتمثل الوظيفة الأساسية لخط تأخير الألياف الضوئية في تأخير الإشارة، مما يُتيح تخزين البيانات الضوئية بالكامل وتحقيق تساوي الإزاحة، وله تطبيقات واسعة في رادارات المصفوفات الطورية، وأنظمة الاتصالات بالألياف الضوئية، وأنظمة الحواسيب الضوئية، والتدابير الإلكترونية المضادة. في رادارات المصفوفات الطورية، يُعد هوائي المصفوفة الطورية المكون الأساسي، وتتمثل وظيفته الرئيسية في تغيير نمط الحزمة المُركّبة، وذلك لتحقيق تغيير شكل حزمة الهوائي ومسحها السريع. وتتحقق هذه الوظيفة من خلال التحكم في سعة وطور الإشارة داخل وحدة الهوائي، لذا يُعد خط التأخير جزءًا لا غنى عنه. بالمقارنة مع خط تأخير الموجات الميكروية، يتميز خط تأخير الألياف الضوئية بنطاق ترددي أوسع، كما أنه لا يُعاني من مشكلة ميل الحزمة. في هوائيات المصفوفات الطورية المُتحكّم بها ضوئيًا، يُمكن لخط تأخير الألياف الضوئية تحقيق تخصيص دقيق للطور والتحكم في إشارة الموجات الميكروية، بالإضافة إلى إزالة الضوضاء المصاحبة لإشارة الصدى، مما يجعله الخيار الأمثل في هوائيات المصفوفات الطورية. في أجهزة محاكاة أهداف الرادار، يُستخدم خط تأخير الألياف الضوئية لمحاكاة الإشارات على مسافات مختلفة. مع متطلبات أنظمة الرادار الحديثة لمحاكيات أهداف الرادار، مثل نطاق التردد العالي، وسرعة تبديل الأهداف العالية، ومسافة محاكاة الأهداف الطويلة، أصبحت خطوط التأخير التقليدية بعيدة كل البعد عن تلبية متطلبات أنظمة الرادار، لذا أصبح خط تأخير الألياف الضوئية هو خط التأخير الوحيد القابل للتطبيق. إضافةً إلى ذلك، في نظام اتصالات الألياف الضوئية، يمكن لخط تأخير الألياف الضوئية أيضًا تحقيق وظيفة ترميز الإشارة وتخزينها مؤقتًا. باختصار، يتضح أن لخط تأخير الألياف الضوئية تطبيقات مهمة ومكانة لا غنى عنها في العديد من المجالات، لذا فإن دراسة خط تأخير الألياف الضوئية عالي الأداء لها أهمية علمية كبيرة لتطبيقاتتقنية الفوتونات الميكروية.

تصميم خط تأخير الألياف الضوئية

يعتمد خط تأخير الألياف الضوئية على مفتاح ضوئي، حيث يختار مسارات ضوئية مختلفة لتحقيق تأخيرات زمنية متفاوتة. ويتمثل المبدأ الأساسي لهذا النوع من الخطوط في تحقيق تأخيرات مختلفة بتغيير المسار الضوئي. وهو خط تأخير ألياف ضوئية منفصل نموذجي، ويظهر شكله في الشكل.

 

بعد إرسال الإشارة الضوئية المُعدَّلة عبر الألياف الضوئية، يتم اختيار المسار الضوئي الذي يُولِّد التأخير المطلوب بواسطة مصفوفة المفاتيح الضوئية، ويمكن تحقيق التأخير المطلوب بتشغيل المفتاح الضوئي والتأكد من إيقاف تشغيل المفاتيح الضوئية الأخرى. تتميز خطوط التأخير الضوئية من هذا النوع بقدرتها على تحقيق تأخير كبير، وبساطة طريقة تنفيذها، واختلاف خصائصها تبعًا لاختيار المفاتيح الضوئية المختلفة.