مكونات أجهزة الاتصالات الضوئية

تكوينأجهزة الاتصالات البصرية

يُطلق على نظام الاتصالات الذي يستخدم الموجات الضوئية كإشارة والألياف الضوئية كوسيط نقل اسم نظام اتصالات الألياف الضوئية. وتتمثل مزايا اتصالات الألياف الضوئية مقارنةً باتصالات الكابلات التقليدية والاتصالات اللاسلكية في: سعة نقل بيانات كبيرة، وفقدان منخفض في الإرسال، ومقاومة عالية للتداخل الكهرومغناطيسي، وسرية عالية، بالإضافة إلى أن مادة ثاني أكسيد السيليكون، وهي المادة الخام لوسيط نقل الألياف الضوئية، متوفرة بكميات وفيرة. كما تتميز الألياف الضوئية بصغر حجمها وخفة وزنها وانخفاض تكلفتها مقارنةً بالكابلات.
يوضح الرسم التخطيطي التالي مكونات دائرة ضوئية متكاملة بسيطة:ليزرجهاز إعادة استخدام الإشارات الضوئية وفك تشفيرها،كاشف ضوئيومُعدِّل.

يتضمن الهيكل الأساسي لنظام الاتصالات ثنائية الاتجاه بالألياف الضوئية ما يلي: جهاز إرسال كهربائي، وجهاز إرسال ضوئي، وألياف نقل، وجهاز استقبال ضوئي، وجهاز استقبال كهربائي.
يتم تشفير الإشارة الكهربائية عالية السرعة بواسطة جهاز الإرسال الكهربائي إلى جهاز الإرسال البصري، ثم يتم تحويلها إلى إشارات بصرية بواسطة أجهزة كهروضوئية مثل جهاز الليزر (LD)، ثم يتم ربطها بألياف الإرسال.
بعد نقل الإشارة الضوئية لمسافات طويلة عبر الألياف أحادية النمط، يُستخدم مُضخِّم الألياف المُطعَّم بالإربيوم لتضخيم الإشارة الضوئية ومواصلة الإرسال. بعد طرف الاستقبال الضوئي، تُحوَّل الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية بواسطة كاشف ضوئي وأجهزة أخرى، ثم يستقبلها جهاز الاستقبال الكهربائي بعد معالجتها كهربائيًا. وتتم عملية إرسال واستقبال الإشارات في الاتجاه المعاكس بنفس الطريقة.
من أجل تحقيق توحيد المعدات في الرابط، يتم دمج جهاز الإرسال البصري وجهاز الاستقبال البصري في نفس الموقع تدريجياً في جهاز إرسال واستقبال بصري.
السرعات العاليةوحدة الإرسال والاستقبال الضوئيةيتكون من وحدة الاستقبال البصرية (ROSA) ووحدة الإرسال البصرية (TOSA)، حيث يتم تغليف مكونات بصرية فعالة، ومكونات سلبية، ودوائر وظيفية، ومكونات واجهة كهروضوئية. وتُغلف كل من ROSA وTOSA على شكل رقائق بصرية، بما في ذلك الليزر، وكواشف الضوء، وغيرها.

في ظلّ القيود المادية والتحديات التقنية التي واجهت تطوير تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة، بدأ استخدام الفوتونات كناقلات للمعلومات لتحقيق نطاق ترددي أوسع، وسرعة أعلى، واستهلاك أقل للطاقة، وتأخير أقل في الدوائر المتكاملة الضوئية (PIC). يتمثل أحد الأهداف الرئيسية للحلقة المتكاملة الضوئية في تحقيق تكامل وظائف توليد الضوء، والاقتران، والتعديل، والترشيح، والإرسال، والكشف، وغيرها. وقد انطلقت فكرة الدوائر المتكاملة الضوئية من مجال اتصالات البيانات، ثم شهدت تطورًا كبيرًا في مجالات أخرى مثل الفوتونيات الميكروية، ومعالجة المعلومات الكمومية، والبصريات غير الخطية، وأجهزة الاستشعار، وتقنية الليدار.