ניתוח הגורמים המגבילים את מרחק השידור של המודול האופטי

מרחק השידור של מודולים אופטיים מוגבל על ידי שילוב של גורמים פיזיקליים והנדסיים, אשר יחד קובעים את המרחק המרבי שבו ניתן להעביר אותות אופטיים ביעילות דרך סיב אופטי. מאמר זה מסביר כמה מהגורמים המגבילים הנפוצים ביותר.

ראשית, ה-סוג ואיכות מקור האור האופטילשחק תפקיד מכריע. יישומים לטווח קצר בדרך כלל משתמשים בטכנולוגיה בעלות נמוכה יותרנוריות LED או לייזרים VCSEL, בעוד שידורי הילוכים לטווח בינוני וארוך מסתמכים על ביצועים גבוהים יותרלייזרים DFB או EMLעוצמת המוצא, רוחב הספקטרלי ויציבות אורך הגל משפיעים ישירות על יכולת השידור.

שְׁנִיָה,הנחתת סיביםהוא אחד הגורמים המרכזיים המגבילים את מרחק השידור. כאשר אותות אופטיים מתפשטים דרך סיב, הם נחלשים בהדרגה עקב ספיגת חומר, פיזור ריילי והפסדי כיפוף. עבור סיב חד-מצבי, הנחתה אופיינית היא בערך0.5 dB/km ב-1310 ננומטרויכול להיות נמוך עד כדי0.2–0.3 dB/km ב-1550 ננומטרלעומת זאת, סיבים מרובי-מודדים מציגים הנחתה גבוהה בהרבה של3–4 דציבלים/ק"מ ב-850 ננומטר, ולכן מערכות רב-מודיות מוגבלות בדרך כלל לתקשורת קצרת טווח הנעה בין כמה מאות מטרים ל-2 ק"מ בקירוב.

בנוסף,השפעות פיזורמגבילים באופן משמעותי את מרחק השידור של אותות אופטיים במהירות גבוהה. פיזור - כולל פיזור חומרים ופיזור מוליך גלים - גורם להתרחבות פולסים אופטיים במהלך השידור, מה שמוביל להפרעות בין-סמלים. השפעה זו מחמירה במיוחד בקצבי נתונים של10 ג'יגה-ביט לשנייה ומעלהכדי למתן פיזור, מערכות ארוכות טווח משתמשות לעתים קרובותסיבים מפצים פיזור (DCF)או להשתמשלייזרים בעלי רוחב קו צר בשילוב עם פורמטי אפנון מתקדמים.

באותו הזמן, ה-אורך גל פעולהשל המודול האופטי קשור קשר הדוק למרחק השידור.פס 850 ננומטרמשמש בעיקר להעברה קצרת טווח על גבי סיבים מרובי מצבים.פס 1310 ננומטר, התואם לחלון הפיזור האפס של סיב חד-מודי, מתאים ליישומים למרחקים בינוניים של10–40 ק"מה-פס 1550 ננומטרמציע את ההנחתה הנמוכה ביותר ותואם ל-מגברי סיבים מסוממים בארביום (EDFAs), מה שהופך אותו לשימוש נרחב עבור תרחישי שידור למרחקים ארוכים ואולטרה-ארוכי טווח מעבר40 ק"מ, כגון80 ק"מ או אפילו 120 ק"מקישורים.

מהירות השידור עצמה מטילה גם אילוץ הפוך על המרחק. קצבי נתונים גבוהים יותר דורשים יחסי אות לרעש מחמירים יותר במקלט, וכתוצאה מכך רגישות מופחתת של המקלט וטווח טווח מקסימלי קצר יותר. לדוגמה, מודול אופטי התומך40 ק"מ במהירות של 1 ג'יגה-ביט לשנייהעשוי להיות מוגבל לפחות מ-10 ק"מ במהירות של 100 ג'יגה-ביט לשנייה.

יֶתֶר עַל כֵּן,גורמים סביבתיים—כגון תנודות טמפרטורה, כיפוף סיבים מוגזם, זיהום מחברים והזדקנות רכיבים — עלולים לגרום להפסדים או השתקפויות נוספים, מה שמקטין עוד יותר את מרחק השידור האפקטיבי. כמו כן, ראוי לציין שתקשורת סיבים אופטיים אינה תמיד "ככל שהקצר יותר, כך טוב יותר". לעתים קרובות יש...דרישת מרחק שידור מינימלי(לדוגמה, מודולים במצב יחיד דורשים בדרך כלל ≥2 מטרים) כדי למנוע השתקפות אופטית מוגזמת, אשר עלולה לערער את יציבות מקור הלייזר.