محولات ضوئية أساسية لتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية

تُعد حلول المُحْوِل الضوئي وتطابق الألياف ضرورية لضمان الأداء والموثوقية الأمثل في شبكات الألياف البصرية، حيث يمكن أن تؤدي المكونات غير المتوافقة إلى فقدان الإشارة وزيادة معدلات الخطأ الثنائي (BER) وتقليل مسافات الإرسال. تتضمن هذه الحلول اختيار محولات ومكابل ألياف تتناسب مع بعضها من حيث حجم النواة ونوع الوضع (وضع واحد مقابل وضع متعدد) والطول الموجي ونوع الموصل، بحيث تكون ملائمة لمتطلبات التطبيق المحددة. يمتلك الألياف ذات الوضع الواحد (SMF) نواة صغيرة (9 ميكرومتر) وتم تصميمه للإرسال لمسافات طويلة (حتى 100 كيلومتر أو أكثر) باستخدام محولات تعمل على الأطوال الموجية 1310 نانومتر أو 1550 نانومتر أو 1610 نانومتر. ويتم استخدام الألياف ذات الوضع الواحد مع محولات تستخدم ديودات ليزر (مثل ليزر DFB أو EML) تطلق أشعة ضيقة ومُركزة، مما يقلل التشتت. على سبيل المثال، يتناسب محول SFP+ بسرعة 10 جيجابت يعمل عند 1550 نانومتر بشكل مثالي مع الألياف G.652D ذات الوضع الواحد لشبكات المناطق الحضرية أو خطوط النقل الطويلة، حيث يتم الاستفادة من انخفاض التوهين عند هذا الطول الموجي. أما الألياف ذات الوضع المتعدد (MMF)، ذات النوى الأكبر (50 ميكرومتر أو 62.5 ميكرومتر)، فتُستخدم للمسافات القصيرة (حتى 550 مترًا) وتُستخدم مع محولات تستخدم مصادر ضوء VCSEL أو LED عند 850 نانومتر أو 1300 نانومتر. تُستخدم الألياف OM3 وOM4 ذات الوضع المتعدد، التي تم تحسينها لطول موجي 850 نانومتر، مع محولات 10 جيجابت أو 40 جيجابت أو 100 جيجابت (مثل QSFP28) لربط مراكز البيانات، حيث يدعم منتج عرض النطاق الترددي والمسافة سرعة الإرسال العالية عبر الروابط القصيرة. يُعد توافق الموصلات جانبًا رئيسيًا آخر. غالبًا ما تتناسب المحولات ذات الموصلات LC مع الألياف المنتهية بموصلات LC، مما يضمن انخفاض خسارة الإدخال، في حين يمكن استخدام الموصلات SC أو ST في أنظمة صناعية أو قديمة محددة. يُفضّل استخدام الموصلات المُصقَلة المائلة (APC) للألياف ذات الوضع الواحد التي تستخدم الأطوال الموجية الحساسة للانعكاس الخلفي (مثل 1550 نانومتر)، حيث تقلل من خسارة الانعكاس مقارنةً بالموصلات ذات الاتصال الجسدي الفائق (UPC). ويُعد التطابق في الطول الموجي ضروريًا لتجنب التوهين المفرط. على سبيل المثال، لا ينبغي استخدام محولات 850 نانومتر مع الألياف ذات الوضع الواحد، حيث تم تحسين الألياف ذات الوضع المتعدد لهذا الطول الموجي، والعكس صحيح. تتطلب المحولات التي تعمل بتقسيم الطول الموجي (WDM) تطابقًا دقيقًا مع الألياف التي تدعم شبكة الأطوال الموجية المحددة (مثل ITU T G.694.1 للحزمة C)، مما يضمن عدم تداخل القنوات مع بعضها البعض. يُعد تحليل ميزانية الطاقة جزءًا من حلول التطابق، حيث يتم حساب إجمالي الخسارة المسموح بها (مخرجات الطاقة من المحول ناقص حساسية المستقبل) والتأكد من أن توهين الألياف وخسارة الموصل وخسارة اللحام لا تتجاوز هذه الميزانية. على سبيل المثال، يجب أن تتناسب محول QSFP+ بسرعة 40 جيجابت بميزانية طاقة تبلغ 10 ديسيبل مع روابط الألياف التي تحتوي على خسارة إجمالية ≤10 ديسيبل، مع أخذ عوامل مثل طول الكابل وعدد الموصلات في الاعتبار. كما تؤثر العوامل البيئية أيضًا على التطابق. تُستخدم المحولات الصناعية التي تم تصنيفها لدرجة حرارة تتراوح بين 40°م و85°م مع كابلات ألياف متينة (مثل الكابلات المدرعة) في البيئات الخارجية أو القاسية، في حين تستخدم المحولات الخاصة بمراكز البيانات (0°م إلى 70°م) أليافًا قياسية ذات وضع متعدد أو وضع واحد. تُثبت الوثائق والاختبارات المناسبة (مثل استخدام جهاز OTDR أو عداد الطاقة) أن تطابق المحول مع الألياف يتوافق مع المواصفات، مما يضمن أداء الشبكة ويقلل من وقت التشخيص والتصحيح.