وتعتمد البنية التحتية الرقمية الحديثة على الشبكات البصرية التي يجب أن تُضخم نطاق الترددات مع الحفاظ على سلامة الإشارات عبر المسافات المتزايدة باستمرار، وتشكل الطبعة المادية عقبة أساسية: حيث يُنشر الضوء من خلال الألياف الضوئية، وعمليات التفرق والاستيعاب المتحولة تخفف من الإشارة، وعندما تصل الإشارة الضوئية الضعيفة إلى جهاز الاستقبال، يمكن أن يكون ذلك غير قابل للتفكيك من الحد الأدنى من الضجيج.

فيزياء التحلل البصري

(ب) فهم سبب ضرورة التكاثر يتطلب فحص سلوك الضوء في الألياف.

وقد يُستدل من أثر التخفيف في ميزانية الوصلة ] ويمكن أن يُطلق جهاز إرسال إشارة عند درجة صفر من الديموغرافيات، وإذا كانت درجة حساسية جهاز الاستقبال - 20 دبلوم بالنسبة لمعدل بيانات معين، فإن الحد الأقصى للطول دون زيادة يبلغ 100 كيلومتر فقط، ويزداد الوضع سوءاً مع نماذج متطورة من التعبئة (400 غب/م 16).

ولا يمثل التخفيف آلية التحلل الوحيدة. ] انخفاض نسبة الإشارة إلى الأرقام من الناحية العملية ] (OSNR) حيث تفقد الإشارة القدرة على الوصول إلى الحد الأدنى من الضوضاء التي لا تزال موجودة في أجهزة الاستلام الإلكترونية، وبدون زيادة مستويات الطاقة، تهبط هذه البيانات بشكل حاد، مما يجعل أجهزة الاسترجاع ذات التردد العالي تُحدث خسائر في شكل التصوير.

الأنواع الأساسية للمضخمات البصرية

ولدى مهندسي الشبكات عدة تكنولوجيات مكبرة تحت تصرفهم، كل منها له مبادئ تشغيلية وخصائص أداء متميزة، ويعتمد اختيار التكنولوجيا المناسبة على متطلبات النظام المحددة: طول العمر، ومعدل البيانات، والخطة الموجية، والميزانية.

مضخات خام مزودة بأجهزة الإربيل المزودة بأجهزة الإرسال

(ب) إن المؤسسة الوطنية للتنمية الزراعية هي مجموعة عمل من صناعة الربط الشبكي البصري، وتستخدم طول الألياف البصرية التي تُنَفَّر بأيون الألياف، وتُضخ بواسطة الليزر في إما 980 نانوغرام أو 1480 نانو متراً لخلق تحويلات سكانية، وتحفز الصور الواردة على إطلاق أحواض الأذن من نوع إيربيوم في نفس القطب الموجة، مما يوفر مكاسب متماسكة من حيث الأرقام EDFAs عادة

Raman Amplifiers

ويستخدم تضخيم الرامان الألياف البصرية نفسها كمتوسط مربح، ويحقن جهاز ضخ عالي الطاقة في الألياف، ومن خلال Scattering ، وينقل الطاقة إلى خطوط الموجات الأموية، وهذه العملية توفر صمامات عالية:

أجهزة التضليل الضوئية

وتستخدم أجهزة الاستنشاق الضوئي نفس المبادئ المادية مثل جهاز استديو الليزر ولكن بدون التجويف البصري للتغذية المرتدة، وهي مصممة، وتستهلك قدرة ضئيلة، ويمكن إدماجها مباشرة مع عناصر التصوير الضوئي الأخرى على رقاقة، وفي حين أن رقم الضوضاء الخاص بها (من الناحية التقريبية 7 د إلى 10 دب) وحساسية الاستقطاب تحد من تطبيقها في مراكز النقل الطويلة جدا، والوصلات الصوتية في شبكات الوصول.

الفوائد التفصيلية للتوسع الضوئي في نظم الاستقبال

وتتعدد مزايا نشر أجهزة الاستنشاق الضوئية في نظم أجهزة الاستلام، وتكسر الفروع التالية أهم الفوائد، وتشمل نوعية الإشارات، والوصول، والقدرة، والتكاليف، وهيكل النظام.

1 - النزاهة غير المعلنتين في الإشارة وإدارة عمليات الأمن الوطني

والفوائد الرئيسية للمضخم البصري هي قدرته على تعزيز قوة الإشارة مع إضافة الضوضاء الدنيا.() ويوضح الشكل ] (NF) الذي يُعدّل بدقة نطاق نسبة الإشارة إلى الأرقام مع مرور الإشارة إليها.() ويُعدّ نموذجاً محدداً كمياً لنظم التحويل الإلكتروني ذات الجودة العالية من ثلاث مستويات.

كما ينتج المكبرون ] ضوضاء موجبة للانبعاثات العفوية ، وإدارة هذه الضجة هي التحدي الرئيسي في تصميم مهندسي الروابط البصرية، وفي نظام متعدد القطاعات، تتراكم هذه المادة في كل مرحلة من مراحل التعبئة، وتهين تدريجياً نظام العمليات الجوية في العالم.

OSNR = (P]out])/(NF* h * f) (بسيط)

حيث أن P هو قوة الإنتاج المضخمة، NF هو رقم الضوضاء، وH هو ثابت بلانك، وF هو التردد البصري، و ترجمته هو النطاق المرجعي (0.1 نانوتر) وباستخدامه لتمزيق رامان الموزع، يمكن إبقاء الإشارة في شكل أعلى من مستوى القوة بالنسبة لـ ASEO عبر المدى.

2 - توسيع نطاق شبكة الاتصالات العالية السرعة

فالتضخيم الضوئي هو التكنولوجيا التمكينية للشبكات الطويلة المدى والغواصة، فالكابلات تحت سطح البحر التي تحمل أكثر من 95 في المائة من حركة البيانات المشتركة بين القارات، تعتمد على أجهزة توليد الطاقة الكهربائية التي يمكن الاعتماد عليها بدرجة عالية (التي غالبا ما تكون في أزواج للزيادة) تسكن كل 50 كيلومترا إلى 90 كيلومترا، وبدون هذه المضخمات، سيتطلب الاتصال عبر المحيط الأطلسي آلافا من أجهزة إعادة التلقيح الكهربائية الوسيطة، مما يجعل هذه النظم مستحيلة من الناحية المادية والاقتصادية.

وفي الشبكات البرية، يمكن التوسع Data Center Interconnects (DCIs) أن يمتد مئات الكيلومترات دون إنهاء وسيط مكلف، ويقلل ذلك من المرونة عن طريق إزالة التجهيز المخزني والمستقبلي وتبسيط شبكة التوليد، وقد أظهرت المظاهرات الأخيرة وجود 800 قناة للوصلات الجغرافية المتحركة على مسافة تتجاوز 000 1 كيلومتر.

3 - إطلاق قدرة كاملة على التداول من خلال شعبة الوافلنغتس

وتتناسب هذه البرامج بشكل فريد مع تعددية شعبة وافلنغث، ويمكن أن تضخ وحدة من إدارة الشؤون الاقتصادية والاجتماعية في نفس الوقت 80 أو 100 أو حتى 160 خطاً من الموجات عبر النطاق جيم، مما يوفر وفورات كبيرة في التكاليف والفضاء مقارنة بانتهاء كل موجة من الموجات مع جهاز استنشاق إلكتروني، ويزيد تركيب موجة واحدة من الديوكسينات في موقع إعادة الإرسال كفاءة أكبر بكثير من بناء مجموعة من المحركات.

(أ) إن التسطحات في نطاق الترددات (LT: 1) هي نظرة حاسمة في نظم إدارة الترددات العالمية، فبدون تصحيح، توفر إدارة الدعم الميداني مكاسب غير موحدة عبر نطاق الترددات، مما يتسبب في وجود اختلافات بين القنوات على سلسلة طويلة من الألياف.

4- تخفيض مجموع تكلفة الملكية

The economic argue for optical amplifiers is compelling and data-backed. A typical EDFA consumes 10 to 20 Watts of power. A full O-E-O regenerator for a single 400 Gb/s wavelength can consume 200 to 400 Wattts. When 80 wavelengths require regeneration every 100 km, the cumulative power drawers becomes staggering.[FLT:

كما أن تكاليف الصيانة تنخفض أيضاً، إذ أن المضخمات البصرية سلبية في مسار الإشارة: فهي لا تجهز قطعاً أو تتطلب قرارات معقدة في مجال النقل الإلكتروني، مما يؤدي إلى زيادة متوسط الوقت بين الإخفاقات (MTBF) ومخزون قطع الغيار الأدنى، علاوة على ذلك، فإن المدخرات الفضائية كبيرة، كما أن بطاقة خطية واحدة تدعم شركة EDFA تشغل مكاناً واحداً في حالة فوضى، في حين أن إعادة التجديد الإلكتروني تتطلب جهازاً مرسلاً مستقلاً لكل موجة.

5 - التمكين من إدخال تعديلات متقدمة على شكل نماذج وكشف متماسك

وتتوقف أجهزة الاستقبال الحديثة المتسقة التي تستخدم الكشف عن الأشعة الداخلية مع جهاز كشف محلي على ارتفاع المدخلات من طراز OSNR لكي تعمل بشكل صحيح، وتُحدَّد حساسية جهاز استقبال متماسك في نهاية المطاف من الضجيج والضوضاء الحرارية للأجهزة الإلكترونية للمستقبل، ومن خلال وضع جهاز قياسي بصري منخفض الضوضاء مباشرة قبل استخدام جهاز التصوير الضوئي، تُعزَّز الإشارة إلى أعلى بكثير من الحد الأدنى للضات الحرارية.

In pre-amplification directly enables the use of spectrally efficient modulation formats. PM-QPSK) (Polarization-Multiplexed Quadrature Phase Shift Keying) can reliably transmit 100 Gb/s over thousands of kilometers.

6 - تبسيط هيكل الشبكة

فالتضخيم يتيح إقامة شبكات شاملة ومرنة أكثر من البدائل الإلكترونية البديلة، ويعتمد تعددية الأجهزة البصرية القابلة للتداول، على أجهزة مضخمة بصرية للحفاظ على قدرة الإشارات، حيث تُضاف أو تُسقط أو تمرّر، مما يتيح للمشغلين إدارة حركة المرور بصورة دينامية دون تحويل إلكتروني باهظ التكلفة.

الاعتبارات المتعلقة بالمحفوظات وأفضل الممارسات

ويتطلب نشر أجهزة الاستنشاق الضوئية اهتماما فعليا لهيكل النظم، حيث أن السياقات الرئيسية الثلاثة للنشر، والمعززة، والخيط، والمسبق، كل منها، لها متطلبات محددة من الأداء.

أجهزة التعبئة

ويرفع جهاز تقوية الضخ بعد إرساله مباشرة قوة الإطلاق إلى نطاق الألياف، إذ أن ارتفاع القدرة على الإنتاج هو الشرط الرئيسي، إذ أن الهدف هو زيادة قدرة الإطلاق إلى أقصى حد دون تجاوز عتبة الألياف غير المباشرة.

أجهزة الاستيعاب

ويعوض المضخمون الموجودون في منتصف العمر عن تصعيد الجزء السابق من الألياف، ويجب أن يوازن هؤلاء المضخمون مع الرقم الضوضاء المنخفض لإدارة تراكم الأشعة فوق البنفسجية في جميع أنحاء التاسعة، كما أن مرشحات القاذورات ضرورية هنا لمنع تضخيم الصواريخ عبر قنوات أسلحة الدمار الشامل.

المبلِّغين السابقين

ويعزز المُستقبِل للجهاز قبل المُستقبل إشارة إلى المستوى الأمثل للجهاز التصويري، حيث إن الرقم الضجيج المنخفض هو الشرط الغالب، حيث أن أي ضوضاء مضافة في هذه المرحلة تؤدي إلى تدهور مباشر في المُحدّثين النهائيين للأجهزة الاستطلاعية، وكثيراً ما يُدمجون رامان يضخون لتوفير أفضل ما يمكن للبرمجيات الحرة والمفتوحة المصدرة في مدخل جهاز الاستقبال.

عملية مراقبة الممرات و الديناميكية

وتزداد الشبكات الحديثة دينامية: إذ تُضاف الموجات وتُسقط كثيراً مع تحول طلبات المرور، وعندما تُسقط مجموعة كبيرة من القنوات، فإن القنوات الباقية تشهد زيادة مفاجئة في المكاسب ( " تهجير السلطة عبر الزمن " ) نتيجة انخفاض درجة التشبع المتجانسة في منطقة الطوارئ الأوروبية.() وبدون سرعة التحكم، يمكن أن تتسبب هذه الارتفاعات في الطاقة في أخطاء طفيفة على القنوات الباقية. [Fgurt

مستقبل التضخيمات البصرية

ولا تزال سرعة الابتكار في التضخيم البصري مرتفعة، بسبب الطلب غير الملموس على النطاق الترددي، وهناك عدة اتجاهات رئيسية تمثل الجيل القادم من تكنولوجيا المضخمة.

هجينة نظم رامان - ديفا

ويتيح الجمع بين ضخ رامان مع نظام إدارة الدعم الميداني في مراحل الكسب لمصممي النظم الحصول على أرقام ضوضاء منخفضة للغاية، مما يدفع حدود الوصول والقدرة، وهذا النهج أصبح الآن معياريا في الكابلات الغواصة والنظم الأرضية الرائدة، ويوفر مضخة رامان مكاسب موزعة في نطاق الألياف، بينما يوفر برنامج إدارة الشؤون الاقتصادية والاجتماعية مكاسب مقطوعة في موقع إعادة الإرسال، ويحقق هذا الجمع أداءً في مجال الطاقة الكهربائية والكهربائية لا يمكن أن يحقق أي من التكنولوجيا.

L-band Amplifiers

ومع تزايد احتقار النطاق C، يتجه المشغلون إلى النطاق L للحصول على قدرات إضافية، ويصبح مضخات التردد L-band EDFAs وRman على النحو الأمثل من نافذة الفترة 1565-1625 nm، ويمكن أن تضاعف قدرة النظام الكلي، وهي طريقة فعالة من حيث التكلفة لمعالجة القدرة على الاستنفاد دون وضع ألياف جديدة.

التكامل والمشاركة في التعبئة

ويحرز الباحثون تقدما كبيرا في إدماج المضخمات البصرية في منابر التصوير الضوئي للسيليكون باستخدام الأفلام النادرة التي تستخدم في اللولب والكمية من الفول السوداني، وسيؤدي التكامل الناجح إلى ثورة الوصلات البصرية التي تُجمع على مستوى اللوحة والرقاقة والتي تحتفظ بقوة الإشارات دون مكونات خارجية ضخمة.

أجهزة الاستنشاق الذكية

فالتعليم الماكنة والتواصل الشبكي المحدد للبرامجيات يلتقيان على المضخم البصري، ويمكن للمضخمين الذكية الذين يرصدون ويتحكمون في التكيف أن يضبطوا المكسب والضعف والضخ في الوقت الحقيقي لتحقيق الأداء الأمثل للنظام، وستكون هذه المضخات الذكية عناصر أساسية للشبكات المتفائلة ذاتيا التي تستجيب تلقائياً لتغيير حمولات المرور والظروف الألياف.

خاتمة

إن تكديس الإشارات الضوئية ليس سمة تكميلية لنظم أجهزة الاستقبال؛ فهو التكنولوجيا الأساسية التي تبنى عليها شبكات بصرية حديثة عالية القدرة، وأجهزة بعيدة المدى، وتزيد من سرعة زيادة الضوضاء، وتؤمن أجهزة الاستنشاق بالإشارة، وتمتد مسافات الانتقال بأوامر ضخامة، وتفتح القدرة الكاملة لنظم إدارة أسلحة الدمار الشامل، وتخفض الطاقة وتكاليفها بشكل كبير مقارنة بالقطاعات الهندسية الإلكترونية.