بحث تخرج .. احمد نازية

Study the performance of fiber optic >

Communications system simulation computer.

Fiber

Optic

قذ إى ديش ميخ اىتزثخ األصبصخ شزع ثحث تخزج تطيجبد و شبدح مدزء

فزع اىفزبء/ عي عبخ /اىجنبىرس تزثخ

Fiber Optic communications

Fiber optic communications إتصاالث األىاف اىبصزت

2

Fiber

Optic

وزارة التعلين العالي والبحث العلوي

جاهعت الووصل

كليت التربيت االساسيت

فرع الفيسياء/قسن العلوم

//

2013 ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ 1435


3

Fiber

Optic

صدق اهلل العظيم

[ 105:التوبة ]

http://www.qwled.com/vb/t160113.html


4

Fiber

Optic

ة شكرــمــكل

ـــ ف ثو ذ اىيحظبد تقف اىزاع ىفنز قجو أ خط اىحزف ىدعب ف ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــتتجعثز األحزف عجثب أ حبه تدعب ف... ميبد

ــــــــــــاف إال قيال صطرا مثزح تز ف اىخبه ال جق ىب ف بخ اىط خبجبــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــاىذمزبد صر تدعب ثزفبق مبا إه

داع ح خط غبر اىحبح فــــ خطتب األىافاخت عيب شنز مو أشعو شعخ ف درة عيب ـــــــخص ثبىدزو اىشنز اىعزفب إه

ىز درثبـــ اىبثز أعط ـــــــــــــــــــــإى قف عو حصيخ فنز ...األصبصخ األصبتذح اىنزا ف ميخ اىتزثخ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــإه

" ، فإن لم تستطع فأحب العمماء ،فإن لم تستطع فال تبغضيمآفإن لم تستطع فكن متعمم. عالمآ كن"

:

: األستاذ

:الذي نقول لو بشراك قول رسول اهلل صمى اهلل عميو وسمم "إن الحوت في البحر ، والطير في السماء ، ليصمون عمى معمم الناس الخير"

وقذ ىا اىعى وذ ىا ذ اىساعذة وسودا اىبحث ه ساعذ عيى إتا هذاــــــــومذىل شنز ك

. اىبحث اىالست إلتا هذا باىعيىاث

ـأا اىشنز اىذي اىىع اىخاص فح تىجه باىشنز أضا إىى مو ى قف إىى جابا ، و

ا ــــــــــــــقا وعزقو سزة بحثا، وسرع اىشىك ف طزق بحثا فيىال وجىده هيوقف ف طز

ا وصيا إىه فيه ـــ، وال حالوة اىافست اإلجابت، وىىاله ىا وصيا إىى اىبحث أحسسا بتعت

......رــه اىشلــــا ك


5

Fiber

Optic

ء

التطت اىيحظبد .. إى الطت اىيو إال ثشنزك الطت اىبر إى ثطبعتل

خ إال ثزؤتلــــــــــــــال تطت اىح.. ال تطت اخزح إال ثعفك .. إال ثذمزك اهلل خو خالى

..صح األخ .. ثيغ اىزصبىخ أد األبخ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــإه

.. ج اىزحخ ر اىعبىــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ إه (صي اهلل عي صي)صذب حذ

ـــإه.. إى عي اىعطبء ثذ اتظبر .. إى ميي اهلل ثبىجخ اىقبر

اهلل أ ذ ف عزك ىتز ثبرا قذ ــ ــــأرج.. أحو أص ثنو افتخبر ه اتظبر صتجق ميبتل د أتذ ثب اى ف ــــــــــــحب قطبفب ثعذ ط

..اىغذ إى األثذ اىذ اىعزز

إى .. إى ع اىحت إى ع اىحب اىتفب .. الم ف اىحبح ـــــــإه

ثضخ اىحبح صز اىخد أغي اىحجبتـــــ مب دعبئب صز دبح حبب ثيض خزاح إهــــإه

أ اىحججخ

.. اىقية اىطبزح اىزققخ اىفس اىجزئخ إى ربح حبتـــــــــــــــــــــإه إخت

آض ف دراصت شبرم ـــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــإه

..آتذمبرا تقذز أصذقبئ


6

Fiber

Optic

الفصل األول الجزء النظري لممنظومة األتصاالت باأللياف الضوئية


7

Fiber

Optic

Introduction to Optical Communicationsية مقدمة عن االتصاالت الضوئ1-1الضوء الى أماكن لمن أنظمة بسيطة إلصا Optical Fibers انتقمت اتصاالت األلياف البصرية

تمتمك األلياف . يصعب الوصول الييا الى أنظمة تؤثر عمى حياتنا كالتي أحدثتيا اإلكترونيات والحاسبات ولكن الميزه اليامة ىي سعة نطاقيا العالية جدا والتي تصل الى البصرية مزايا عديدة كقمة الفقد وخفة الوزن

لقد احتمت األلياف البصرية مكانا متميزا في مجال االتصاالت إذ حمت .آالف الباليين من البتات لكل ثانيةمحل االسالك النحاسية في العديد من االستخدامات كالربط بين المقاسم الياتفية والخطوط بعيدة المدى وعبر

فاقت كل . تطورا سريعا خالل العقود الماضية Fiber Optics تطورت تقنية البصريات الميفية,البحار . التوقعات مما جعميا تتربع موقعا تنافس فيو وسائل االتصاالت األخرى

الياتف ألكسندر عندما أجرى مخترع1880s الضوء في االتصاالت إلى عام استخدامتعود تجارب ابتكره ليذه الغاية وتم نقل الصوت بيذه جراىام بل تجربة نقل الصوت من خالل الضوء بواسطة جياز

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

ىذا إبتكاره وسمي ,الصوتية منيا واستعادة اإلشارة,لينيوميالضوء بواسطة خمية حساسة لمضوء من مادة الس [ 1] .بالياتف الضوئي

ألكسندر جراىام بل


8

Fiber

Optic

تعانيو من تغيرات ىذه الطريقة لم تمكن صاحبيا من االستفادة منيا كما حدث لمياتف نتيجة ما ولم يتعدى الياتف . لالكتشاف والتصنت األحوال الجوية مثل ىطول األمطار أو الغبار كما أنيا عرضة

. ضوئي ذو كفاءة جيدة وعدم وجود وسط ناقل قميل الفقد الضوئي مرحمة التجارب لعدم وجود مصدر 1960sميمة وىي ابتكار الميزر عام وانتظرت ىذه التجارب ثمانين عاما أخرى قبل أن تتخطى مرحمة

وسيمة ه يغذى بمصدر كيربائي مما شكل يوفر مصدر إشعاع ضوئي ضيق الحزمة عالي الطاقة فالميزرتناسب شعاع الميزر توفير نطاق واسع من الموجات (Modulation) يمكن بواسطة تضمينإذ ,مناسبة

ستغالل إحيث يتم التي تكون عمى خط البصراالتصاالتبعض أشكال االتصاالت وخصوصا في تمك . من الصعب عمى العدو التنصت عميو نتقال شعاع الميزر في خط مستقيم ومتماسك مما يجعلإخاصية

االتصاالت الميمية أو في فيولذلك استغمت تضعف الشعاع يمكن لألمطار والسحب والدخان والغبار أننطاق وعمى ا التطبيق عممي إشعاع الميزر في اليواء لم تكن ممكنةاستخدامالمسافات القصيرة إال أن تجارب

.حزمة إشعاع الميزرلالبشرية تجاري ألنيا يمكن أن تسبب العمى عند مواجية العين الزجاج كوسط ناقل إال استخدام في االتصاالت من خاللالستخدامو جياز الميزر حفز الباحثين ابتكار

نقاوة الزجاج المتوفر في ذلك الوقت لم تكن كافية لتوفير أن التجارب التي أجريت كانت تواجو مشكمة كونابتكرت إحدى الشركات المتخصصة بتقنية الزجاج 1970sوفي عام .لمسافات طويمة عمميةاتصاالت

أي أن طاقة اإلشارة الضوئية المرسمة عبر ىذا 4dB/Kmيساوي بفقد(Optical fiber )كابل ليف بصري. الوقتنقمة نوعية في ذلك ىذا االنجاز وقد اعتبر 800mتنخفض إلى نصف مقدارىا بعد الكابل

Stages of the evolution of optical communications مراحل تطور االتصاالت الضوئية1-2

: 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

لذلك فإن نجاح المنظومة يمكن أن يعبر عنو . ا أن تقطعيا اإلشارة عبر الميف قبل أن يصير تجديدىا ضروري, التي نعرفيا بأنيا المعدل األعمى لنقل البتات في النظام transmission capacityبداللة سعة النقل

, صار باإلمكان نقل بميون بتة كل ثانية عبر نظام 1987sوبحمول عام . مضروبا بمسافة النقل العظمى Gbit/km 10.؛ أي إن سعة النقل كانت نحو 10kmاتصاالت لمسافة

وخالل األعوام الثالثة التي تمت, ومع ظيور الجيل الثاني, حققت منظومات االتصاالت باألمواج

فقد حسن العمماء التقانة بطريقتين؛ إحداىما عبر تصغير . لكل كيمومتر Gbit 100الضوئية سعة نقل تقارب


9

Fiber

Optic

, مما يجبر اإلشارات الضوئية عمى single-mode قياس لب الميف حيث صنعوا أليافا وحيدة النمطواألخرى, قاموا بتطوير . وقد أدى ىذا التقدم إلى خفض التشتت إلى حد كبير. االنتقال بسرعة منتظمة تقريبا

وقد أدى ىذا التغيير إلى خفض . 1.3µmمرسالت ومستقبالت يمكنيا التعامل مع ضوء طول موجتو . 0.78µm منو عند 1.3µmالتخامد ألن زجاج السيميكا ىو أكثر شفافية عند طول موجة

بدأ الجيل الثالث بالظيور عندما طور الباحثون تقنيات تصنيع أدت إلى زيادة نقاء 1982sوفي عام 1.2µmوىكذا عزز العمماء بشكل كبير شفافية األلياف ضمن مجال لألطوال الموجية من . زجاج السيميكا

ولالستفادة من ىذا التقدم أوصموا تقانة شيپة الديود الميزري ـ منبع ضوء ليزري أحادي . 1.6µmإلى وبشكل خاص فإن الديودات الميزرية تستطيع . وذو سرعة كبيرة ـ إلى درجة مثالية monochromatic المون

. وىو طول الموجة الضوئية التي يكون عندىا زجاج السيميكا أكثر شفافية1.55µmتوليد ضوء طول موجتو .كيمومتر في الثانية-وقد رفعت ىذه التحسينات سعة النقل إلى مئات من الگيگابتة

اعتقد العديد من الباحثين أن التصميم األساسي لمنظومات االتصاالت 1984s ومع حمول عام ولكنيم فوجئوا بظيور الجيمين الرابع والخامس من المنظومات نتيجة جيد . باألمواج الضوئية قد اكتمل

.مشترك لمجموعة من العمماء كانت تعمل في مشروعات مستقبمية وعمى ابتكار أدوات غير مألوفة

وألن ىذه .يتكون الجيل الرابع من منظومات مبتكرة تقوم بتضمين تردد الضوء أو طوره بدال من شدتو المنظومات تحافظ عمى طور الضوء وشدتو, فإنيا توصف بالمنظومات المترابطة, عمى غرار األمواج

وتعرف المنظومات . الضوئية التي تنتقل معا محافظة عمى طور وتردد ثابتين تدعى باألمواج المترابطةالمستخدمة فييا يمكن detectors المعتمدة عمى تعديل الشدة بمنظومات الكشف المباشر, ألن المكشافات

ل التغير في الشدة مباشرة إلى تماوج . [ 2]في التيار الكيربائي fluctuation أن تحو

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

.بدال من الكشف المباشر ( heterodyne ) حساسية أجيزة االستقبال حيث استخدم الكشف التحقيقيوالذي مكن من وجود وسائل ذات كفاءة الختيار القنوات في األنظمة التي تستخدم تعدد االرسال بتقسيم

تمكن الباحثون من تطعيم Wavelength D ivision Mul –( WDM) tiplexing الطول الموجيمما أعطى دفعة قوية الستخدام أنظمة االلياف البصرية عند الطول ( Er ) األلياف الزجاجية بمادة االربيوم

أدي ذلك التطعيم لمحصول عمى مضخمات ذات كسب مرتفع اطمق اطمق عمييا ,nm 1550الموجي والتي وجدت استخداما واسعا في خطوط النقل ولم يقتصر EDFA,s مضخمات الميف المطعم باألريبوم


10

Fiber

Optic

استخدام األلياف المطعمة بمادة الربيوم عمى المضخات فحسب بل تعداىا لتشمل استخدام الميزر والمفاتيح قد ميدت الطريق ألنظمة اتصاالت سريعة EDFA,s كما أن مضخمات. وكثير من النبائط غير الخطية

والتي تمكنيا من قطع مسافات طويمة ( Solitons) وبروز أنظمة نقل تعتمد عمى استخدام نبضات طبيعيةأدت ىذه التطورات السريعة الى شيوع استخدام أنظمة االتصاالت الميفية البصرية في كافة . دون تشوه

مجاالت االتصاالت بدءا من الوصالت لممستخدم حتى االتصاالت بعيدة المدى سواء في اليابسة أو عبر [ 1]. البحار

مراحل تطور الميف البصري

Optical fiber and promising technologiesوالتقنيات الواعدة الميف البصري 1-3لب تحيط بو قشرة يتألف منا الكابل البصري بكونو سمك رفيع جد من الزجاج النقي جديمكن تعريف

المركبات الكيميائية تجعل معامل خارجية مصنوعة من نفس الزجاج لكنيا تختمف عنو بإضافة بعضالقشرة بمادة بالستيكية لحماية الميف البصري من المؤثرات كما تحاط, أقل بقميل من المباالنكساره

:-وبحسب طبيعة تحول معامل االنكسار تقسم الكابالت البصرية إلى نوعين .الميكانيكية Step الدرجي فيو معامل االنكسار بصورة مفاجئة بين القشرة والمب يدعى بكابل المعامل األول يتغير

index تدريجية في المب والقشرة ويدعى بكابل المعامل بصورةاالنكساروالنوع الثاني يتغير فيو معامل ىذا النوع في بداية الثمانينات لسيولة صنعو ولكونو ذو فقد أقل من النوع وشاع Graded index المتدرج

.السابق المماثل لو في القطر المصنع في ذلك الوقت


11

Fiber

Optic

في استخداموالقريبة وتم األلياف البصرية في ربط مواقع االتصاالتاستخدامشيدت الثمانينات بداية اتصاالتشيد مد أول كابل 1988s وىولندا إال أن عام الكابالت البحرية القصيرة مثل الكابل بين بريطانيا TAT مكالمة ىاتفية في آن واحد أطمق عميو اسم 40,000 ضوئية بين ضفتي المحيط األطمسي وكان بسعة

باألقمار لالتصاالتاليدف باأللياف البصرية كوسيمة مشابية فياالتصاالتومنذ ذلك الحين برزت أىمية لم يمبث أن استقر لكون األلياف االتصاالتسوق الياتفية إال أنلالتصاالتالصناعية خاصة بالنسبة

ال تتنافس مع بعضيا بصورة مباشرة ويتم استخدام كل منيما عمى نطاق واسع البصرية واألقمار الصناعية .مميزات كل منيماو محاسن الختالفوغالبا ما يكمل أحدىما اآلخر

أسبانيا وفرنسا وبريطانيا وىو يربط بين TAT8 تم تشغيل كابل األلياف البصرية المسمى1992s في عام مكالمة ىاتفية في آن واحد ولم 80000 الكابل بسعة ثم كندا والواليات المتحدة عبر األطمسي وكان ىذا

ازدادت البصرية عمى زيادة عدد المكالمات المنقولة بل أن المسافة بين مضخم وآخر تقتصر فائدة األليافيزيد من فعالية النظام ويقمل تكاليف بالنسبة لمكابالت العابرة لممحيطات مماkm 100 - 60لتتراوح بين

.الصيانةالضوئية في الكابل حتى نياية الثمانينات كان السبيل الوحيد في تعويض الفقد في طاقة اإلشارة

وتضخيميا ثم إعادة توليد اإلشارة الضوئية بواسطة البصري تتم بواسطة تحويل اإلشارة الضوئية إلى كيربائية جميع المضخمات عند الحاجة إلى تطويراستبدالال تتسم بالمرونة وتفرض الميزر مرة أخرى وىي طريقة

ال , وفي أواخر الثمانينات طور الباحثون في أماكن مختمفة من العالم طريقة جديدة .النظام وزيادة سعتو تتضمن إضافة عنصر معدني نادر ىو األربيوم إلى لب الكابل البصري, الكيربائيااللتفافتستخدم عممية

الكابل ليشع ضوء بطول موجو معين يجعل أيونات عنصر في أماكن منتخبة من ثنائي الميزرمن ثم ضخوالطاقة البصري المطعم بيذا العنصر تتييج إلى مستوى طاقة أعمى ثم تعود إلى مستوى األربيوم في الكابل

العممية لتولد العديد من الفوتونات السابق لتشع فوتون صورة من الفوتون المنبعث من ليزر اإلرسال وتتكرر . EDFAبالمضخم الضوئي في منطقة معينة من الكابل لتعطي ما يسمى

أول كابل Americas1 اسمالبرازيل والذي أطمق عميو و فنزويالويعد الكابل الذي يربط فموريدا ويعد الكابل الذي يربط عدن . 1995s الحديثة وأصبح جاىزا لمعمل منذ بداية عام ضوئي يستخدم التقنية

أخيرا والذي يتألف من ثالثة أزواج من األلياف البصرية أطول يبوتي مارا بقاع خميج عدن والذي تم إكمالوجبوفي الحقيقة فإن السعة 270kmباأللياف البصرية تم تمديده بال مضخمات ويبمغ طولو كابل اتصاالت

قنواتالكيرومغناطيسي والذي تحدثو األشكال األخرى من الكبيرة مع المعولية والخمو من تأثير اإلشعاع[ 6 ]. باأللياف البصريةاالتصاالت الستخدامعمى اإلستراق تعد من األمور المشجعة وعدم القدرةرسالاإل


12

Fiber

Optic

Installation of fiber optic and typesوأنواعيا بصريةتركيب األلياف ال1-4 ترتب في حزم تسمى ذكرنا أن األلياف الضوئية ىي اسالك رقيقة وطويمة من الزجاج النقي والتي

.اإلشارات الضوئية لمسافات كبيرة لتستخدم في نقل (Optical Cables) الكابالت الضوئية :إذا القينا نظرة فاحصة عن قرب ألحد األلياف الضوئية سنرى أنيا تتكون من األجزاء التالية

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

. الخارج من القمب وتعيده إليو ة النسيجيوميمتو حما, وىو عباره عن غطاء من البالستيك :(Buffer Coating) غطاء الحماية (3

.الضوئي من الضرر والرطوبة بالغالفيسمى من ىذه األلياف ترتب في حزم تحمى بواسطة الغالف الخارجي لمكابل اآلالفمئات و

Jacket.[ 5 ]


13

Fiber

Optic

:-ىما, تنقسم األلياف الضوئية الى نوعين أساسيين

, 9µmقطره الى وتكون ذات قمب صغير يصل .(Single-Mode Fiber) األلياف ذات النمط المفرد -أ

.nm 1310 – 1550يتراوح مابين وينقل إشارات الميزر تحت الحمراء ذات الطول الموجي, mµ 62.5 القمب فييا ذا قطر أكبر يصل الى .(Multi-Mode Fiber) األلياف متعددة النمط- ب والصادرة من nm 850 – 1310 مابين طوليا يتراوح تحت الحمراء التي اإلشاراتبحمل ونقل وتقوم

. الباعثة لمضوءالثنائيات[ 5 ]. يوضح اىم الفروق بين النمط االحادي والنمط المتعدد لميف الضوئيالتاليوالجدول

ذو قطر كبير نسبيا (Core) فييا األساسبعض األلياف يمكن ان تصنع من البالستيك ولكن الجزء (1mm) [6] .رؤيتو فقط تصمح لنقل الضوء الذي يمكن

Advantages of optical fiber مميزات األلياف البصرية 1-5 لأللياف البصرية مزايا عديدة جعمتيا تتفوق عمى النظم األخرى المستخدمة في مجال االتصاالت

ال تتأثر بالحث او , قطرىا صغير ووزنيا خفيف , ومن ىذه المميزات ان عرض نطاقيا عالي جدا تتحمل درجات , أكثر آمنا وسالمة , انخفاض في سعر تكمفة المكالمات , بالتداخل الكيرومغناطيسي

:- وفيما يمي بعض التفاصيل لذلك. حرارة عالية


14

Fiber

Optic

أن عرض النطاق المرتفع جدا يعني إمكانية نقل معمومات كبيرة جدا بواسطة ليفة بصرية واحدة -1وقد . تكون ىذه المعمومات صور تمفزيونية او مكالمات ىاتفية او معمومات لمحواسيب او مزيج منيا وقد, (SEA-ME-WE3) في الواليات المتحدة األمريكية 10Gbit/sتشغيل خطوط نقل معمومات بمعدل تم

ألياف مستخدمين 264Tbit/sواألبحاث مستمرة قي أنحاء العالم لمحصول عمى أنظمة تعمل بمعدل .وىذا بالطبع يعني منبعا ال ينضب من وسائل نقل المعمومات , أحادية النمط ضمن كابل واحد

يبمغ سمك الميفة البصرية سمك الشعرة وعمى الرغم من أن ىناك , قطرىا صغير ووزنيا خفيف -2واقية توضع فوقيا إال أنيا ال تزال اقل حجما ووزنا من األسالك الياتفية و المحورية ومثاال عمى طبقات

يمكن لو ان يحل محل كابل ىاتفي قطره 6mm ضمن كابل يبمغ قطره 125µmالميف البصري بقطر ذلك8cm زوج من الخطوط السمكية النحاسية وكمقارنة بسيطة تزن كابالت محورية بطول900 يحتوي عمى

230m 46 وقطرcm 7 كانت تستخدم في نظام رادار متقدم عمى ظير أحد السفنtonتم استبداليا . 2.5cm وقطرىا 18Kgبكابالت بصرية تزن

أحيانا عند أجراء محادثة ىاتفية نسمع أصوات محادثات ىاتفية أخرى وىو مـا يطمق عميو -3CROSSTALK وىذا النوع من التداخل اليحدث عند استخدام األلياف البصرية ميما قربت المسافة بينيما .

تتمتع األلياف البصرية لكونيا مصنعة من مواد عازلة بعدم تأثرىـا بالحث الكيرومغناطيسي -4الكيربائية المختمفة أو الصادر من مصادر الكيرومغناطيسية الصناعية كالمحركات والمولدات واألجيزة .والتداخل الطبيعية كالبرق وتمك الخاصـية تغنينا عـن وضع مواد عازلة لحمايتيا من الحث

تصنع معظم األلياف البصرية في وقتنا الحاضر من مادة السميكا والموجودة بكثرة في الرمل -5سعرىا عن معدن النحاس الذي بدأ ينفذ في أماكن كثيرة من العالم ونظرا لمميزات التي ذكرناىا والتي يقل. نقل المعمومات بأنواعيا المختمفة سيقل عن األنظمة المختمفة األخرى فأن ثمن

نظرا ألن الضوء ىو الحامل الناقل في األلياف البصرية ولكونو ال يولد أي مجال مغناطيسي -6فان من الصعوبة إمكانية التجسس ومعرفة المعمومات التي يحوييا الكابل البصري كما انو من خارج الكابل

معرفة وجود الكابل البصري بسبب المادة المصنع منيا وال يوجد جزء معدني اال في بعض الصعوبةأو تسميح معدني لحماية الكابل من , تتم إضافة كابل فوالذي لتقوية الكابل البصري الحاالت حيث

. الخارجية القوارض واألحمال عاما مقارنة بخمس عشر عاما لمنظم 25يتوقع أن يكون عمر األلياف البصرية في حدود -7

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


15

Fiber

Optic

يمكن لمزجاج أن يتعرض لدرجات حرارة متفاوتة من حيث االنخفاض واالرتفاع كما يمكن -8. أجواء تحتوي عمى مواد كيميائية مختمفة دون أن يتعرض لمتمف استخدامو في

بين مكرر وآخر وىذا 100Km عمى مسافة Repeatersوضعت المكررات أو مقويات اإلشارة -9 من عدد المكررات وبالتالي من تكمفة وصيانة النظم كما يزيد من االعتماد عمى النظام لقمة األجيزة يقمل

تتراوح بين (الكابل المعدني )المستخدمة بينما المسافة بين المكررات في النظام الياتفي المستخدم حاليا 4-6Km . [7]

Components of the optical communications systemمكونات منظومة االتصاالت الضوئية 1-6 ان نظم االتصاالت الضوئية مشابية تماما لمفيوم االتصاالت التقميدية وان الفرق الرئيسي

في كال المنظومتين يتمثل في األطوال الموجية المستعممة ووسائل اإلرسال واالستقبال وفي استخدام االلياف بصورة عامة تتكون االتصاالت من المرسل والمستقبل وقناة لحمل . البصرية بدال عن األسالك المعدنية

بحيث تتولد المعمومة عند المرسل بالشكل المناسب والمالئم لقناة , كما مبين في الشكل , المعمومات :- تتضمن المكونات األساسية لالتصاالت الضوئية من . اإلرسال ومن ثم تنتقل باتجاه المستقبل

. (الحامل )المصدر الضوئي *

. وسيمة التضمين لمخرج الضوئي مع اإلشارة المراد إرساليا * . (الجو او األلياف البصرية )وسط اإلرسال او قناة اإلرسال * .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

والمصدران يمثالن الموجات LEDمصدر ذي عرض طيفي واسع وغير متشاكو كثنائي الباعث لمضوء الجزء الذي يقوم بوظيفة تحميل المعمومات والبيانات المراد إرساليا )الحاممة اما ما يخص وحدة التضمين

كالسعة او التردد او الطور او االستقطاب او الشدة )عبر احد معالم الموجة الضوئية لممصدر الضوئي او EOMفانو يتم بطريقة خارجية وكما في المضمنات الكيروضوئية (بالطريقة التماثمية او الرقمية


16

Fiber

Optic

او بطريقة مباشرة حيث MOM او المضمنات المغناطيسية الضوئيةAOMالمضمنات السمعية الضوئية . LED وLDيضمن المصدر الضوئي مباشرة بإشارة المعمومات عبر تيار الحقن وكما في

الشكل التالي يوضح أىم المكونات األساسية في تكوين منظومة اتصاالت األلياف البصرية حيث : يمكن تمخيص وتبسيط عمل ىذه المنظومة كاآلتي

صورة , صوت ) في الطرف المرسل لممنظومة الرقمية ىناك مجفر يحول المعمومات التماثمية ومن ثم يقوم المصدر الضوئي بتحويل ىذه اإلشارات الكيربائية A/D الى إشارات رقمية (... بيانات ,

الى نبضات من الطاقة الضوئية في حين تكون األلياف البصرية بمثابة الطريق الذي تتبعو ىذه الطاقة بما قد يتطمب األمر عند بعض المناطق في األلياف )في ذلك االستدارات واالنحناءات التي تتخذىا األلياف

حالما تصل البيانات طرف االستقبال يقوم الكاشف الضوئي بتحويميا (وجود مفاتيح ضوئية لقنوات أخرى . D/Aالى نبضات كيربائية عندئذ يقوم مزيل التجفير بإعادة الشكل الرقمي لإلشارة الى شكميا التماثمي

في المنظومات البعيدة المدى تعاني اإلشارة الضوئية من التوىين وخسائر االنتشار داخل الميف لذا ال بد شعاع اإلشارة من جديد [4]. من وجود المعيدات إلعادة توليد وتكبير وا

Light sources and methods of linkingالمصادر الضوئية وطرائق ربطيا 1-7

يبعث اإلشعاع LD فان ثنائي الميزر LED كما ىو الحال في الثنائيات الباعثة لمضوء اذ ان منطقة االتصال P-Nالضوئي من خالل حقن التيار مباشرة عبر االنحياز األمامي لموصمة

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 حرارة 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


17

Fiber

Optic

أوطأ لممواد المحيطة بالمنطقة الفعالة وصوال الى أعمى حصر لعمميات إعادة االلتحام اإلشعاعية فضال وعندما تجيز . عن توفير التغذية الضوئية العكسية لتعزيز االنبعاث المحفز وزيادة ربح تجويف الميزر

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

وان بعضا من الشحنات المحقونة تحفزىا فوتونات أخرى لبعث فوتونات محفزة فإذا ما كانت كثافة . تمقائية التيار كافية فان عدد كبير من الشحنات المحقونة تكون مييأة إلنتاج الفوتونات المحفزة وان الربح الضوئي

سيكون كبيرا حيث يصل التيار الى حد العتبة الذي عنده يصبح الربح مكافئا لمجمل الخسائر الداخمية . [ ]وعند ىذه النقطة تبدأ التذبذبات الميزرية بالعمل (االمتصاص واالنعكاس والتشتت )لمثنائي

مع تغيرات درجة GaAlAsوالشكل يشير إلى خصائص قدرة الضوء الخارج مع تيار االنحياز لميزر . الحرارة

يتميز الضوء المنبعث من ثنائي الميزر عند تجييزه بانحياز أمامي اقل من تيار العتبة باتساع خط ولكن بعد (LEDيعمل الميزر في ىذه المنطقة عمل الــ )الطيف بسبب االنبعاث التمقائي غير المتشاكو

عبور تيار الحقن حد العتبة يبدأ الخط الطيفي بالضيق وبشكل كبير حيث تزداد شدة نمط منفرد عمى عدد صحيح m حيث m = 2Lحساب سائر األنماط بسبب انتقائية التجويف العالية التي تخضع لعالقة

بعدة نقاط جوىرية جعمتو االختيار األفضل LED عن LDيتميز . [ ] طول التجويف Lالطول ألموجي . في كثير من التطبيقات وفي ما يمي جدول بييئة مقارنة بسيطة بين المصدرين الضوئيين


18

Fiber

Optic

يوضح المقارنة ما بين ثنائي الميزر ثنائي الباعث لمضوء ( 1 – 1 ) جدول

مصادر صغيرة من السيل تضمينيا مباشرة عبر التيار المساق الييا وان كمية LED و LDتعد كل من

وكما l ستأخذ شكل التيار الداخل Pالقدرة المنبعثة تتناسب مع قيمة التيار المساق , ليذا فان قدرة االخراج . في الصيغة اآلتية .................................................................... Eg I/e P=

. شحنة االلكترون e. فجوة الطاقة Eg. الكفاءة الكمية حيث ان المعادلة اعاله تصح لمثنائي الميزر عند التيارات االدنى من حد العتبة بينما تصبح العالقة لوغارتمية

. بعد حد العتبة ولموصول الى خطية تيار التضمين في النظام التماثمي يجب IMإن تغيرت القدرة تدعى بتضمين الشدة

إدخال تيار انحياز مستمر يضاف الى إشارة المعمومات المرغوب بنقميا كذلك الحال في األنظمة الرقمية

LD LED

. ضوء غير متشاكة .ضوء متشاكة

(°10 × °30)زاوية إشعاع موجو واقران جيد مع األلياف البصرية

واقران ضعيف مع األلياف (المبيرتي )اشعاع غير موجو البصرية

يعتمد عمى فترة 1ns-0.01زمن استجابة تضمين بمدى عمر حامالت الشحنة قبل إعادة التحاميا بالتحفيز

يعتمد عمى فترة ns 20-2زمن استجابة تضمين بمدى عمر حامالت الشحنة قبل إعادة التحاميا تمقائيا

ذات عالقة غير خطية بين تيار التجييز وقدرة الضوء .بسبب عتبة بدأ التشغيل الميزري

ذات عالقة شبو خطية (عدم وجود تيار عتبة )

لمنمط المنفرد(0.2nm)ذات طيف ضيق لألنماط المتعددة(5nm-1)و

لألطوال الموجية ( nm 100 – 50 )ذات طيف عريض 1000-1700 nmو

(20-50nm) 900-800 لألطوال الموجيةnm

تستخدم في انظمة التشغيل السريعة ألعمى من100 Gbps

تستخدم بصورة عامة في انظمة تشغيل ذات سعة معمومات (Mbps 50اقل من )قميمة

يمتمك تيار عتبة مما يجعمو اكثر تأثرا لتغيرات درجة الحرارة .ومسببات الشيخوخة

افتقاره إلى تيار عتبة يجعل منو سيل التشغيل واقل حساسية لدرجة الحرارة ومسببات الشيخوخة


19

Fiber

Optic

DCوبما ان الميزر ال ينفتح مباشرة لكونو يحتاج الى تيار عتبة فان تيار التضمين يمكن ان يتضمن offset لقيمة العتبة لذا فان الرقم ( 1 bit ) يعمل عمى سوق التيار خمف تيار العتبة مما يعمل

ال LED يترك التيار عند حد العتبة بينما ( bit 0) ضمن المنطقة الخطية وان الرقم LDعمى تشغيل يحتاج الى حد عتبة لعممو وانو سينفتح حينما يتدفق اليو التيار وكما موضح في األشكال أدناه حيث يشير

بينما يشير الشكل الثاني الى طريقة التضمين LEDالشكل األول الى طريقة التضمين التماثمي والرقمي لمـــ . LDالتماثمي والرقمي لمـــ

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


20

Fiber

Optic

الميزرية او في الطابعات الميزرية ذات السرعة العالية فضال عن المجاالت التطبيقية الخاصة بتحديد المدى [4]. والسرعة مع امكانية استخدامو في منظومات التحكم عن بعد والحماية

Modulated forms أشكال التضمين 1-8ان مصطمح التضمين يصف عممية تغير احد معالم الموجة الحاممة لتتمكن من حمل المعمومات

وعندما تكون الموجات الحاممة موجات ضوئية فميس من , كالسعة والتردد والشدة والطور واالستقطابالممكن التعامل مع كل تمك المتغيرات فعمى سبيل المثال ان معظم الكواشف الضوئية تستجيب لشدة الضوء

يكون ىو المناسب وان ىناك عدة تقنيات مختمفة لتحويل AM او السعة IMوبالتالي فان تضمين الشدة المعمومات الى متغيرات مناسبة لمموجة الحاممة كالتقنية التماثمية والنبضية والرقمية وكما ىو موضح في

احد ) AMدناه حيث تتغير سعة الموجة الحاممة تبعا لتغير سعة المعمومة في التضمين السعوي االشكل بينما يتغير عرض نبضة الموجة الحاممة تبعا لتغير (انواع التقنيات التماثمية الموضحة بالشكل العموي

احد انواع التضمين النبضي والموضح بالشكل ) PWMسعة المعمومة في تضمين عرض النبضة بينما تجفر المعمومات في التضمين الرقمي بسمسمة من النبضات بمواقع زمنية ثابتة وسعات (الوسطي تمثل وجود النبضة لمستوى معين بينما الحالة Oneالحالة ( One and zeroمستويان ثنائيان )مكممة

zero تمثل غياب النبضة , تؤخذ النبضات بمواقع زمنية محسوبة مسبقا فاذا ما كان عرض النبضة اقل في حين تدعى RZ فان الشكل يدعي باإلشارة الراجعة إلى الصفر Bitمن الفاصمة الزمنية المييأة ليا [4]. لمحالة العكسيةNRZباإلشارة غير الراجعة الى الصفر

أشكال التضمين التماثمي النبضي والرقمي


21

Fiber

Optic

Transmission speed and capacity of the channelسرعة اإلرسال وسعة القناة 1-9 عمومات يتناسب طرديا مع مدى الترددات المراد ارساليا وكذلك يعتمد لوغارتميا عمى - معدل سرعة الم

أعمى نسبة لإلشارة المستممة إلى الضوضاء في المستقبل ففي االتصاالت العممية ىذه النسبة تكون اكبر . [ ] وكما في الصيغة االتية dBبكثير من واحد وتكون معطاة بوحدة

X (dB) = 20 Log10 As/A يمكن التعبير عنو بالمعادلة االتية Bسعة الضوضاء وان معدل سرعة االرسال An سعة االشارة ,Asحيث

[ ] . B (bps) = 0.332 X (dB) . F (Hz)

. مدى الترددات المراد ارساليا Fحيث فمثال (S/N) يعبر عن االرسال الجيد لالتصاالت التماثمية بنسبة االشارة الى الضوضاء المستممة

الن القيم االقل من ىذا المقدار ستقمل من 104 افضل من S\Nلعرض صورة تمفزيونية واضحة تتطمب دقة تحميل وتباين الصورة ووضوحيا في حين يعبر عن االرسال الجيد لممنظومات الرقمية من خالل نسبة

وتعريف نسبة الخطأ المقبولة ( One bit محل zero bitاحتمالية توليد ) BERمعدل خطأ البيانات فيذا يعني ان خطأ واحدا يحدث ( BER = 10-9)يشكل جزءا اساسيا في مواصفات المنظومة فاذا كان

[4]. مستمم وكمما كانت ىذه النسبة اقل كمما زادت نوعية وكفاءة المنظومة bit 109كل

Reagents and methods of optical linkالكواشف الضوئية وطرائق ربطيا 1-10 الكواشف الضوئية عبارة عن مواد شبو موصمة تعتمد عمى تحويل االشارة الضوئية الى كيربائية من

, عندما تضاء (فجوة – زوج الكترون )خالل عممية االمتصاص لمضوء الساقط وخمق حامالت الشحنة سيساق عبر الدائرة الخارجية خالل فترة Iphوصمة شبو موصل متصمة بدائرة خارجية فان تيارا ضوئيا

والتي تمثل الية عمل الثنائيات الضوئية PVالضوئي – التعرض , ىذه الظاىرة معروفة بالتأثير الفولتي والخاليا الشمسية , في ىذه الحالة ال توجد أي فولتية انحياز خارجية وان الخمية تولد قوة دافعة كيربائية

فسيتكون تيار P-Nاما في حالة تجييز فولتية انحياز باتجاه عكسي لموصمة . عند تعرضيا لإلضاءة فضال عن التيار الضوئي , ىذا النوع من نمط التشغيل يدعى بالتوصيل (التيار المظمم)التسريب العكسي

. [ ] يتغير التيار الضوئي خطيا مع شدة الضوء PC , PV في كال النمطين PCالضوئي


22

Fiber

Optic

حيث ) المشار اليو اعاله PV عمميا كنمط التشغيل PD ىنالك عدة أنماط لتشغيل الثنائي الضوئي يستخدم حاجز الجيد الداخمي لموصمة لفصل حامالت الشحنة المتكونة ضوئيا مولدة تيارا ضوئيا او تغير

او (في الفولتية عبر طرفيو وكما موضح في الشكل والذي يمتاز باقل ضوضاء واقل استجابة واقل تردد اذ تعمل فولتية االنحياز العكسية عمى زيادة قوة المجال لموصمة ومن ثم تسريع زمن ) PCنمط التشغيل

عبور حامالت الشحنة عبر منطقة االستنزاف وتقميل سعة الوصمة ومن ثم الوصول الى اسرع استجابة تردد (DC – 1GHz) وكما موضح بالشكل او نمط التشغيل PA الذي يتم من خالل وصل الثنائي الضوئي وكما موضح بالشكل OP – AMPبالمــــكبر االبتدئي

عمميا ىناك نوعان ميمان من انواع الكواشف الضوئية المستخدمان بصورة واسعة في منظومات APD والثنائي الضوئي أالنيياري PINاالتصاالت الضوئية وىما الثنائي الضوئي نوع

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 عال لتوليد مجال كيربائي داخمي

فانو يتميز بكونو يمتمك نسبة تكبير عالية (تسميط انحياز عكسي )عال فضال عن المجال الخارجي . لكونو يعمل عمى التضاعف أالنيياري لحامالت الشحنة PINوحساسية اكبر بكثير من الكاشف

ىناك عدد من الشروط والمتطمبات الواجب مراعاتيا وتوفرىا في المصدر الضوئي عند اختياره لتطبيق : -معين في أنظمة االتصاالت الضوئية وىي

مالئما لإلرسال عبر االلياف (الذي يعمل عميو )ان يكون الطول الموجي المنبعث من المصدر -1 .البصرية ولمكاشف الضوئي المستخدم

الستخداميا في ( mwفي مجال )يجب ان تكون القدرة الضوئية عالية بالقدر الكافي -2. االتصاالت بعيدة المدى


23

Fiber

Optic

يجب ان تكون المساحة اإلشعاعية لمضوء الخارج من المصدر والداخل الى الكاشف اقل من -3تستخدم العدسات في اإلرسال واالستقبال ). مساحة لب الميف وذلك لتحسين االقتران الضوئي مع الميف

. (ليذا الغرض االستقرارية في القدرة المنبعثة والطول الموجي وعرض النطاق اإلشعاعي وعدم تأثرىا بدرجة -4

. الحرارة . يجب ان تكون ىناك إمكانية لتضمين المعمومات عبر المصدر الضوئي -5يجب ان تتمتع المصادر الضوئية بسرعة تضمين عالية لضمان إرسال اكبر قدر ممكن من -6

. المعمومات , ويناظر ذلك سرعة االستجابة العالية لمكواشف الضوئية . يفضل ان تكون الدوائر االلكترونية المصاحبة لممصدر والكاشف ابسط ما يمكن -7 . قمة التكمفة -8

و كما اشرنا سابقا يتوجب ان يكون الطول الموجي الذي يعمل عميو المصدر والكاشف الضوئي يؤثر الطول الموجي وبشكل مباشر عمى . مطابقا لألطوال الموجية التي يعمل عمييا الميف بشكل فعال

أنظمة االتصاالت الميفية العاممة استخدمت وتستخدم . قيمة التوىين وتشتيت النبضات المرسمة عبر الميف :-االطوال الموجية التالية

1. 850 nm وىو 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 nm, إال ان األجيزة وىو أفضل طول موجي من ناحية اقل توىين يمكن الحصول عميو

.والمعدات الخاصة بو ىي األغمى في التكمفة4. 650 nm[5]. وىو الطول الموجي األفضل لعمل األلياف البالستيكية

Optical amplifiersالمضخات الضوئية 1-11

البد من تعويض الخسائر والتوىين 100km لنقل المعمومات باأللياف البصرية لمسافات تزيد عن 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


24

Fiber

Optic

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

وصمة من الميف ) يتم تضخيم اإلشارة الضوئية بشكل مشابو لعمل الميزر حيث يييئ الوسط المضخم

عالي القدرة ليتم التكبير لإلشارة الضوئية ( LDليزر شبو موصل )ووسيمة الضخ (بمواصفات خاصة. الداخمة في الميف البصري وفيما يمي بعض أنواع المضخمات الضوئية

SOAالمضخمات الضوئية شبو الموصمة .1 RFAمضخمات رامان .2 العاممة عند EDFA مضخمات األلياف المطعمة بالعناصر النادرة كالميف المطعم باالربيوم .3

1500nm . [4]الطول الموجي


25

Fiber

Optic

الفصل الثاني الجزء العممي لممنظومة األتصاالت باأللياف الضوئية

OptiSystemبالمحاكاة الحاسوبية بواسطة برنامج


26

Fiber

Optic

Outline the components of the optical communications system مخطط لمكونات منظومة االتصاالت الضوئية 2-1باستخدام األلياف منظومة االتصاالت الضوئية الذي وضعناه لبناء أدناه يمثل المخطط الكامل ( 1) شكلال

فيما يمي شرح المنظومة وتجميع ألجزاء والمخطط ىو OptiSystem7 العمميبرنامجالبواسطة البصرية لعمل المنظومة مبسط

ضوئية المصممة من قبمنا جزاء منظومة االتصاالت المحاكاة أل( 1)شكل

Transmission اإلرسال 2-2 من خالل نراىاوكما , مراد نقميا الاإلشارةشكل بعرض أوال نبدأ Oscilloscope Visualizer

وىي إشارة جيبية تتولد من مولد , ىو جياز يقوم بعرض شكل اإلشارة و , (2)في الشكل . ( 0dBm=1mW) وسعة ( 100MHz)بتردد (1)اإلشارة الجيبية المبين في الشكل


27

Fiber

Optic

المدخمةاإلشارةرسم توضيحي لشكل (2)

واستخدمنا المصدر الضوئيCW Laser diode كحامل لإلشارة الجيبية بالمواصفات اآلتية ( :- 3)الموضحة بالشكل

CWيعمل بالنمط المستمر , 1mWقدرتو , 1552.5nmموجي ال هطول


28

Fiber

Optic

CW laserمواصفات الميزر المستخدم (3)شكل

Optical Spectrum Analyzerمحمل الطيف الضوئي استخدمنا شكل طيف انبعاث الميزرولعرض

اي ال يحمل , إن طيف الميزر ذو نقاوة عالية( 4)من خالل الشكل نرى حيث (1)المبين في الشكل ىنا إشارة الميزر , الترددات فيو وحيد الطول الموجي وىذا ما يتميز بو الميزرسوى حزمة ضيقة منالحظ كيف ان أقصى الطيف يتمركز عند الطول . ذكر الة المدخمة سالفلإلشارةالمستمرة غير حاممة

. 0dBmوان قدرة الميزر 1552.5nm الموجي


29

Fiber

Optic

CW Laser طيف (4)شكل

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

Mach-zender modulatorالمضمن الخارجي

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

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


30

Fiber

Optic

Mach-zender modulatorمضمن (5)شكل

عمى ىيئة منظومة تداخل كما موضح LiNbO3 تم في ىذه المحاكاة استخدام المضمن الخارجي اذ يحصل التداخل البناء بين فرعي المضمن في حالة تساوي كال المسارين (5)بالشكل

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

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


31

Fiber

Optic

إشارة الميزر بعد تحميميا باإلشارة الجيبية (6)شكل

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

Transmission channel قناة اإلرسال 2-3 بعد تييئة شكل اإلرسال كإشارة ضوئية محممة بالمعمومة البد من نقميا إلى جية االستقبال بأقل

وبالمواصفات المبينة في (1) المعروض بالشكل SMFخسائر ممكنة لذلك استخدمنا الميف البصري نوع داخل الميف وعرض مقدار التغيرات 100Kmولتحميل الطيف الضوئي بعد مروره بمسافة . (7)الشكل

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

(8 , 9 . )


32

Fiber

Optic

SMFمواصفات الميف البصري (7)شكل

ا بعد الميف البصري محمل الطيف الضوئيإشارة( 8)شكل


33

Fiber

Optic

عارض اإلشارة الضوئية بعد مرورىا بالميف البصري (9)شكل

وعند مقارنة شكل اإلشارة الضوئية قبل دخوليا الميف وبعد خروجيا منو نالحظ ان مستوى قدرة اإلشارة فضال عن زيادة الضوضاء والتشويش وىذا بسبب 25dBm=11µW- إلى حدود 0dBmقد انخفض من

.خسائر التوىين الناتجة عن االمتصاص والتشتت داخل الميف البصري ه في ىذ(EDFA) نوعقمنا بوضع المكبر البصري وألجل تعويض ىذا النقص في شدة اإلشارة

بعد اإلشارةيبين لنا شكل (10)والشكل , تمك الشدة وتقميل الخسائر الحاصمةةالمنظومة لغرض زياد, الداخمةاإلشارةمن بكثير اي اكبر , 30mW وىي في حدود (EDFA)خروجيا من المكبر الضوئي

. EDFAوفيما يمي بعض التفاصيل لممكبر .الضوضاء والتشويش في اإلشارة مع بقاء


34

Fiber

Optic

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


35

Fiber

Optic

EDFAالمكبر الضوئي االربيوم –عمى شكل ليف بصري مطعم بالعنصر النادر وىو EDFAتم استخدام المكبر الضوئي

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

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

اإلشارة الضوئية المراد تكبيرىا بواسطة مقترن ضوئي ليتم تكبير اإلشارةيضخ ليزر بقدرة كافية مع التمقائية االنبعاثاتالضوئية عبر الميف المطعم باالربيوم حيث يعمل ىذا الميف كوسط فعال لتضخيم

. اإلدخال إلشارة الطول الموجي بنفس

EDFAشكل يوضح مبدأ عمل المكبر الضوئي (11)شكل


36

Fiber

Optic

Receiverاالستقبال 2-4 :- يتكون االستقبال من ما يمي

وىو أول جزء من المستقبل في االتصاالت الضوئية يحول اإلشارة الضوئية :-الكاشف الضوئي المبينة Photo detector PINاستخدمنا الكاشف الضوئي نوع . الى إشارة كيربائية

( . 12)مواصفاتو في الشكل

مواصفات الكاشف الضوئي المستخدم (12)شكل والشكل أدناه يبين شكل االشارة الخارجة من الكاشف الضوئي وفي الجزء الثاني سنستخدم المرشح

. الكيربائي وذلك لمتخمص من الشوائب


37

Fiber

Optic

شكل االشارة الخارجة من الكاشف الضوئي (13)شكل

وىو ثاني حزء من االستقبال الذي يقوم بتمرير الترددات الواطئة األقل من :- المرشح الكيربائي

100MHz 100 واليمرر الترددات العالية االكثر منMhz , وقمنا بأستخدام المرشح الكيربائي المبينو خصائصو Low Pass Cosins Roll Off Dilter Propertise (فمتر كيربائي )

يبين شكل االشارة الخارجة من المرشح الكيربائي (15)وفي الشكل , أدناه (14)من الشكل . وحجب الترددات األعمى منيا100MHzوسنالحظ إنو تم تمرير الترددات األقل من


38

Fiber

Optic

مواصفات المرشح الكيربائي (14) شكل

شكل االشارة الخارجة من المرشح الكيربائي (15)شكل

وىو الجزء الثالث من األستقبال والذي يقوم بعممية تكبير االشارة الخارجة من :-المكبر الكيربائي ستخدمنا المكبر , المرشح الكيربائي 10 db( Gain)ذات ربح (Electrical Amplifier)وا

يبين شكل االشارة الخارجة من المكبر (17)وفي الشكل , (16)وكما موضح في الشكل (15شكل )ونالحظيا إنيا أكبر من األشارة الداخمة لممكبر, الكيربائي


39

Fiber

Optic

خصائص المكبر الكيربائي (16)شكل

إشارة المكبرة بواسطة المكبر الكيربائي (17)شكل


40

Fiber

Optic

الفصل الثالث الجزء العممي لممنظومة األتصاالت باأللياف الضوئية


41

Fiber

Optic

1-http://www.khayma.com/madina/m1-eng/iberopt1.htm

1421رمضان – مجمة الميندس 2 - http://www.oloommagazine.com/Articles/ArticleDetails.aspx?ID=233

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

ثم حصل عمى الدكتوراه من جامعة نيس بعد بحث استمر عامين في مجال مضخمات رامان. 1981Raman الميفية أجراه في تومسون CSF وفي العامين التاليين واصل بحوثو عمى أدوات . بأورسي

عمل في مختبرات بل 1990 حتى 1986ومن عام . األلياف الضوئية الفعالة، في جامعة ستانفورد .عمى المضخمات الميفية المشابة باإلربيوم AT&T بالشركة

3-http://www.kutub.info/library/book/928

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

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

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

5-http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_fiber 6-Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich , Fiber Optics , ,Copyright © 1991 John Wiley & Sons, Inc. 7- http://ar.wikipedia.org/wiki/ بصرية_ألياف

http://www.khayma.com/madina/m1-eng/iberopt1.htm

http://www.oloommagazine.com/Articles/ArticleDetails.aspx?ID=233

http://www.kutub.info/library/book/928

http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_fiber

بحث تخرج .. احمد نازية

Documents

Transcript of بحث تخرج .. احمد نازية