كابل الألياف الضوئية

تختلف مادة الغلاف الخارجي باختلاف التطبيق. وتحدد هذه المادة المتانة الميكانيكية، ومقاومة المواد الكيميائية والأشعة فوق البنفسجية، وما إلى ذلك. ومن المواد الشائعة المستخدمة في صناعة الأغلفة الخارجية: LSZH ، وبولي فينيل كلوريد ، وبولي إيثيلين ، وبولي يوريثان ، وبولي بيوتيلين تيريفثالات ، وبولي أميد .

يُستخدم نوعان رئيسيان من المواد في صناعة الألياف الضوئية: الزجاج والبلاستيك. يتميز كل منهما بخصائص مختلفة تمامًا، ويُستخدم في تطبيقات شديدة التباين. عمومًا، تُستخدم الألياف البلاستيكية في تطبيقات قصيرة المدى جدًا والتطبيقات الاستهلاكية، بينما تُستخدم الألياف الزجاجية في الاتصالات السلكية واللاسلكية قصيرة/متوسطة المدى ( متعددة الأنماط ) وطويلة المدى ( أحادية النمط ). ^{[ 4 ]}

في الألياف الضوئية ذات النواة المجوفة ، ينتقل الضوء عبر الهواء بدلاً من الزجاج الصلب. في عام 2025، حققت ألياف ضوئية مزدوجة التداخل مضادة للرنين وخالية من العقد (DNANF) رقماً قياسياً في فقد الإرسال بلغ 0.091 ديسيبل/كم عند 1550 نانومتر، وهو أقل من أفضل ألياف السيليكا ذات النواة الصلبة (≈0.14 ديسيبل/كم). ^{[ 5 ] [ 6 ]} أظهرت التجارب الميدانية في الصين وصلة ذات نواة مجوفة بسرعة 800 جيجابت/ثانية لمسافة 20 كم مع فقد اندماج منخفض يصل إلى 0.05 ديسيبل ومتوسط ​​فقد في الكابل يبلغ 0.6 ديسيبل/كم. ^{[ 7 ]} تقلل الألياف ذات النواة المجوفة من زمن الاستجابة لأن الضوء ينتشر بشكل أسرع في الهواء منه في الزجاج، كما أنها تكبح التأثيرات غير الخطية والتشتت. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

^{في سبتمبر 2012، عرضت شركة} NTT اليابانية كابل ألياف ضوئية واحد قادر على نقل 1 بيتابت في الثانية ( 1015 بت/ثانية ) على مسافة 50 كيلومترًا. ^{[ 10 ]}

على الرغم من توفر كابلات أكبر حجمًا، ^{[ 11 ]} فإن كابل الألياف أحادية النمط ذو أعلى عدد من الألياف والذي يُصنع عادةً هو كابل 864، ويتكون من 36 شريطًا يحتوي كل منها على 24 ليفًا. ^{[ 12 ]} تُستخدم هذه الكابلات ذات العدد الكبير من الألياف في مراكز البيانات ، ^{[ 11 ]} وككابلات توزيع في شبكات HFC و PON . ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

في بعض الحالات، قد لا يُستخدم فعلياً سوى جزء صغير من الألياف في الكابل. يمكن للشركات تأجير أو بيع الألياف غير المستخدمة لمزودي خدمات آخرين يبحثون عن خدمات في منطقة معينة أو عبرها. وبحسب اللوائح المحلية، قد تُفرط الشركات في بناء شبكاتها بهدف توفير شبكة واسعة من الألياف غير المستخدمة للبيع، مما يقلل الحاجة إلى أعمال الحفر والحصول على التراخيص البلدية. أو قد تُقلل الشركات استثماراتها عمداً لمنع منافسيها من الاستفادة منها.

تتميز الألياف الضوئية بقوة عالية، إلا أن هذه القوة تتضاءل بشكل كبير بسبب العيوب المجهرية السطحية التي لا مفر منها والمتأصلة في عملية التصنيع. يجب مراعاة قوة الألياف الأولية، وكذلك تغيرها مع مرور الوقت، نسبةً إلى الإجهاد الواقع عليها أثناء التعامل معها وتوصيلها وتركيبها في ظل ظروف بيئية محددة. هناك ثلاثة سيناريوهات أساسية قد تؤدي إلى تدهور قوة الألياف وفشلها نتيجة لنمو العيوب: الإجهاد الديناميكي، والإجهاد الساكن، والتقادم في غياب الإجهاد.

يتضمن معيار Telcordia GR-20، المتطلبات العامة للألياف الضوئية وكابلات الألياف الضوئية ، معايير الموثوقية والجودة لحماية الألياف الضوئية في جميع ظروف التشغيل. ^{[ 16 ]} وتركز هذه المعايير على ظروف بيئة الشبكة الخارجية (OSP). أما بالنسبة للشبكة الداخلية، فتوجد معايير مماثلة في معيار Telcordia GR-409، المتطلبات العامة لكابلات الألياف الضوئية الداخلية . ^{[ 17 ]}

تنقل الكابلات الضوئية البيانات بسرعة الضوء في الزجاج. وهي سرعة الضوء في الفراغ مقسومة على معامل انكسار الزجاج المستخدم، والذي يتراوح عادةً بين 180,000 و 200,000 كم/ث ، مما ينتج عنه زمن استجابة يتراوح بين 5.0 و5.5 ميكروثانية لكل كيلومتر. وبالتالي، فإن زمن التأخير ذهابًا وإيابًا لمسافة 1000  كم يبلغ حوالي 11 مللي ثانية. ^{[ 18 ]}

يُقاس فقدان الإشارة في الألياف الضوئية بالديسيبل (dB). يعني فقدان 3  ديسيبل عبر وصلة أن شدة الضوء في الطرف البعيد لا تتجاوز نصف شدة الضوء المُرسَل إلى الألياف. أما  فقدان 6 ديسيبل فيعني أن ربع الضوء فقط هو الذي وصل عبر الألياف. عند فقدان كمية كبيرة من الضوء، تصبح الإشارة ضعيفة للغاية بحيث لا يمكن استعادتها، وتصبح الوصلة غير موثوقة، وتتوقف عن العمل تمامًا في نهاية المطاف. وتعتمد النقطة الدقيقة التي يحدث عندها ذلك على قدرة جهاز الإرسال وحساسية جهاز الاستقبال.

تتميز الألياف الضوئية الحديثة متعددة الأنماط ذات معامل الانكسار المتدرج بتوهين (فقدان إشارة) يبلغ 3  ديسيبل لكل كيلومتر عند طول موجي 850  نانومتر ، و 1 ديسيبل/كم عند 1300  نانومتر. أما الألياف أحادية النمط فتفقد 0.35 ديسيبل/كم عند 1310  نانومتر و 0.25 ديسيبل/كم عند 1550  نانومتر. وتُحدد مواصفات الألياف أحادية النمط عالية الجودة والمخصصة للتطبيقات بعيدة المدى بفقدان يبلغ 0.19 ديسيبل/كم عند 1550  نانومتر. ^{[ 19 ]} أما الألياف الضوئية البلاستيكية (POF) فتفقد قدراً أكبر بكثير: 1  ديسيبل/متر عند 650  نانومتر. وتتميز هذه الألياف بنواة كبيرة (حوالي 1  مم) وهي مناسبة فقط للشبكات القصيرة منخفضة السرعة مثل شبكات الصوت الضوئية TOSLINK أو للاستخدام داخل السيارات. ^{[ 20 ]}

تُضيف كل وصلة بين الكابلات حوالي 0.6  ديسيبل من متوسط ​​الفقد، وتُضيف كل وصلة فرعية حوالي 0.1  ديسيبل. ^{[ 21 ]} تحتوي العديد من وصلات كابلات الألياف الضوئية على حد أقصى للفقد المسموح به. ^{[ 22 ]}

يُستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء غير المرئي (750  نانومتر فأكثر) في اتصالات الألياف الزجاجية التجارية نظرًا لانخفاض توهينه في هذه المواد مقارنةً بالضوء المرئي. ومع ذلك، تسمح الألياف الزجاجية بمرور بعض الضوء المرئي، مما يُسهّل اختبارها دون الحاجة إلى معدات باهظة الثمن. ويمكن فحص الوصلات بصريًا وضبطها لتقليل تسرب الضوء عند المفصل، مما يزيد من نفاذية الضوء بين طرفي الألياف المتصلة.

توضح المخططات فهم الأطوال الموجية في الألياف البصرية ^{[ 23 ]} وفقدان الطاقة البصرية (التوهين) في الألياف ^{[ 24 ]} العلاقة بين الضوء المرئي وترددات الأشعة تحت الحمراء المستخدمة، وتظهر نطاقات امتصاص الماء بين 850 و1300 و1550  نانومتر.

تُعدّ كابلات الألياف الضوئية أكثر كفاءةً من كابلات النحاس، مما يعني استهلاكًا أقل للطاقة مقارنةً بالبنية التحتية التقليدية لكابلات النحاس. ^{[ 25 ] [ 26 ]} يُسهم ذلك في تعزيز الاستدامة البيئية، سواءً بالنسبة لعملية النقل نفسها أو من خلال تقليل متطلبات التبريد في مراكز البيانات وموزعات الشبكة. ^{[ 27 ]}

لا يمكن رؤية الأشعة تحت الحمراء المستخدمة في الاتصالات، مما يشكل خطرًا محتملاً على سلامة الفنيين. تتمثل آلية الدفاع الطبيعية للعين ضد التعرض المفاجئ للضوء الساطع في رد فعل الرمش ، الذي لا تُحفزه مصادر الأشعة تحت الحمراء. ^{[ 28 ]} في بعض الحالات، تكون مستويات الطاقة عالية بما يكفي لإلحاق الضرر بالعين، خاصةً عند استخدام العدسات أو المجاهر لفحص الألياف التي تُصدر ضوءًا تحت أحمر غير مرئي. تتوفر مجاهر فحص مزودة بمرشحات أمان بصرية للحماية من ذلك. وفي الآونة الأخيرة، تُستخدم وسائل مساعدة للرؤية غير المباشرة، والتي قد تتكون من كاميرا مثبتة داخل جهاز محمول باليد، مزود بفتحة للألياف الموصلة ومنفذ USB للتوصيل بجهاز عرض مثل حاسوب محمول. هذا يجعل عملية البحث عن التلف أو الأوساخ على سطح الموصل أكثر أمانًا.

يمكن أن تشكل شظايا الزجاج الصغيرة مشكلة أيضًا إذا دخلت تحت جلد شخص ما، لذلك يلزم توخي الحذر لضمان جمع الشظايا الناتجة عن قطع الألياف والتخلص منها بشكل مناسب.

غالبًا ما يكون الغلاف الخارجي أو العازل الموجود على أسلاك التوصيل مُرمّزًا بالألوان للدلالة على نوع الألياف المستخدمة. كما أن غطاء الحماية من الانحناء عند الموصل مُرمّز بالألوان للدلالة على نوع التوصيل. عادةً ما تستخدم الموصلات ذات الغلاف البلاستيكي (مثل موصلات SC ) غلافًا مُرمّزًا بالألوان. فيما يلي رموز الألوان القياسية للأغلفة الخارجية (أو العوازل) وأغطية الحماية (أو أغلفة الموصلات):

ملاحظة: من الممكن أيضاً أن يكون جزء صغير من الموصل مُرمّزاً بالألوان، مثل ذراع موصل E-2000 أو إطار محول الألياف الضوئية . يشير هذا الترميز اللوني الإضافي إلى المنفذ الصحيح لكابل التوصيل في حال تركيب عدة كابلات توصيل في نقطة واحدة.

غالبًا ما تُفرّق الألياف الفردية في الكابلات متعددة الألياف عن بعضها البعض بواسطة أغلفة أو طبقات عازلة مُرمّزة بالألوان على كل ليف. يعتمد نظام التعريف المُستخدم من قِبل شركة كورنينج لأنظمة الكابلات على معيار EIA/TIA-598، "ترميز ألوان كابلات الألياف الضوئية"، الذي يُحدد أنظمة تعريف الألياف، والألياف المُغطاة، ووحدات الألياف، ومجموعات وحدات الألياف داخل كابلات الألياف الضوئية الخارجية والداخلية. يسمح هذا المعيار بتعريف وحدات الألياف من خلال رمز مطبوع. يُمكن استخدام هذه الطريقة لتعريف شرائط الألياف ووحدات الألياف الفرعية. يحتوي الرمز على رقم موضع مطبوع أو لون مُناسب للاستخدام في التعريف. ^{[ 33 ]}

مخطط ألوان الألياف EIA598-A [ 33 ] موضع لون السترة موضع لون السترة 1 أزرق 13 أزرق/أسود 2 البرتقالي 14 برتقالي/أسود 3 أخضر 15 أخضر/أسود 4 بني 16 بني/أسود 5 لوح 17 رمادي داكن/أسود 6 أبيض 18 أبيض/أسود 7 أحمر 19 أحمر/أسود 8 أسود 20 أسود/أصفر 9 أصفر 21 أصفر/أسود 10 بنفسجي 22 بنفسجي/أسود 11 وَردَة 23 وردي/أسود 12 أكوا 24 أزرق مائي/أسود

ترميز كابلات الألياف الضوئية للمباني بالألوان [ 33 ] نوع الألياف وفئتها القطر (ميكرومتر) لون السترة متعدد الأوضاع Ia 50/125   البرتقالي متعدد الأوضاع Ia 62.5/125 لوح متعدد الأوضاع Ia 85/125 أزرق متعدد الأوضاع Ia 100/140 أخضر نمط واحد IVa الجميع أصفر نمط IVb أحادي الجميع أحمر

يشابه رمز اللون المستخدم أعلاه كابلات النحاس PE المستخدمة في أسلاك الهاتف القياسية.

في المملكة المتحدة، يُتبع نظام ترميز لوني مختلف. كل حزمة أو عنصر مكون من 12 ليفًا داخل كابل الألياف الضوئية 200/201 مُلوّن على النحو التالي:

مخطط ألوان ألياف COF200/201

موضع	لون السترة	موضع	لون السترة
1	أزرق	7	بني
2	البرتقالي	8	بنفسجي
3	أخضر	9	أسود
4	أحمر	10	أبيض
5	رمادي	11	لون القرنفل
6	أصفر	12	الفيروزي

يوجد كل عنصر داخل أنبوب داخل الكابل (وليس أنبوب ألياف منفوخ). تبدأ عناصر الكابل بالأنبوب الأحمر، ويتم عدّها حول الكابل وصولاً إلى الأنبوب الأخضر. توجد العناصر النشطة داخل أنابيب بيضاء، بينما تُوضع حشوات صفراء أو عناصر وهمية داخل الكابل لملئه، وذلك حسب عدد الألياف والوحدات الموجودة - قد يصل العدد إلى 276 ليفًا أو 23 عنصرًا للكابلات الخارجية، و144 ليفًا أو 12 عنصرًا للكابلات الداخلية. يحتوي الكابل على عنصر تقوية مركزي، مصنوع عادةً من الألياف الزجاجية أو البلاستيك. كما يوجد موصل نحاسي في الكابلات الخارجية.

تُعدّ القنوات الداخلية عادةً قنوات فرعية صغيرة القطر وشبه مرنة. ووفقًا لمعيار Telcordia GR-356، توجد ثلاثة أنواع أساسية من القنوات الداخلية: ذات الجدران الملساء، والمموجة، والمضلعة. ^{[ 35 ]} وتعتمد هذه التصاميم المختلفة على شكل القطرين الداخلي والخارجي للقناة. ويُحدد نوع القناة الداخلية المطلوبة بناءً على الحاجة إلى خاصية معينة أو مجموعة من الخصائص، مثل قوة الشد، والمرونة، أو أدنى معامل احتكاك.

إلى جانب الأشكال الأساسية (ذات الجدران الملساء، أو المموجة، أو المضلعة)، يتوفر الأنبوب الداخلي أيضًا بتصاميم متعددة القنوات تتزايد تنوعًا. قد يكون الأنبوب متعدد القنوات وحدة مركبة تتكون من أربعة أو ستة أنابيب داخلية فردية متصلة ببعضها البعض بوسائل ميكانيكية، أو منتجًا واحدًا مصبوبًا يحتوي على قنوات متعددة لسحب عدة كابلات. في كلتا الحالتين، يمكن لف الأنبوب متعدد القنوات وسحبه داخل المواسير الموجودة بطريقة مشابهة للأنابيب الداخلية التقليدية.

تُركّب الأنابيب الداخلية بشكل أساسي في أنظمة المواسير تحت الأرض التي توفر مسارات ربط بين مواقع غرف التفتيش . بالإضافة إلى وضعها داخل المواسير، يمكن دفن الأنابيب الداخلية مباشرة أو تركيبها هوائياً عن طريق ربطها بسلك تعليق فولاذي.

كما هو مذكور في GR-356، يتم وضع الكابل عادةً في القناة الداخلية بإحدى ثلاث طرق. قد يكون

1. يتم تركيبها مسبقًا من قبل الشركة المصنعة للقناة الداخلية أثناء عملية البثق،
2. يتم سحبها إلى القناة الداخلية باستخدام خط سحب مدعوم ميكانيكيًا، أو
3. يتم نفخها داخل القناة الداخلية باستخدام جهاز نفخ الكابلات ذي حجم الهواء العالي.