ضمن بنية الشبكات الضوئية عالية السعة والمرونة، تلعب موزعات الطول الموجي الانتقائية Wavelength) Selective Switch – WSS) دوراً حيوياً يشبه عمل منسّق الإشارات الذكي. فهي لا توزع الضوء عشوائياً، بل تتحكم بدقة نانومترية في أي طول موجي يذهب إلى أي مسار وهذا ما يُعرف بـ “توجيه الطيف”.
إن جوهر عمل الـ WSS يكمن في يتمثل في قدرتها على اختيار وتوجيه أطوال موجية محددة (ألوان ضوئية) من خلال عمليات دقيقة ومعقدة تجمع بين الفيزياء والبصريات والإلكترونيات الدقيقة.
ومن هنا تطورت تقنيات الـ WSS حيث يمكن تصنيفها بشكل أساسي بناء على المواد والتقنيات المستخدمة في قلبها لتنفيذ عملية التوجيه الانتقائي.
تقنية WSS تشبه مدير المرور في عالم الضوء، إذ تقوم بتوجيه كل طول موجي (لون ضوئي) إلى المسار الصحيح، مما يسمح بإرسال بيانات مختلفة عبر الألياف في نفس الوقت باستخدام تقنية Wavelength Division Multiplexing (WDM).
لكن السؤال هو كيف يتم اختيار الطول الموجي وإرساله بدقة إلى وجهته؟
للإجابة على ذلك، نستعرض لكم في هذا المقال أهم آليات WSS المستخدمة اليوم، ونشرح كيف يتم اختيار الطول الموجي بدقة نانومترية، ولماذا تعتبر هذه الدقة ضرورية لبناء شبكات الجيل القادم.
تصنف بشكل أساسي إلى :
فلترة الطيف باستقطاب الضوء و تعتمد هذه التقنية على بلورات الكريستال السائل (LC) التي تغير اتجاه استقطاب الضوء عند تطبيق جهد كهربائي.
دور الكريستال السائل والتحكم بالطول الموجي:
عند تطبيق جهد كهربائي على خلايا الكريستال السائل (LC)، يتغير اتجاه استقطاب الضوء المار بها. فقط الأطوال الموجية التي تغيّر استقطابها بالطريقة الصحيحة تمر نحو مخرج محدد؛ أما البقية فإما تُحجب أو تُعاد توجيهها.
كما أنه من خلال التحكم الدقيق في الجهود المطبقة على خلايا LC، يمكن اختيار أطوال موجية محددة (ألوان ضوئية) وتوجيهها بدقة، مما يجعل نظام WSS قادراً على فلترة وتوجيه الطيف الضوئي بشكل انتقائي وفعال.
والنتيجة توجيه انتقائي للأطوال الموجية عبر التحكم باستقطابها.
تمثل هذه التقنية تطور أكثر تقدماً وتهيمن حالياً على سوق الـ WSS للمتطلبات عالية الدقة والكثافة، خاصة في شبكات النقل الضوئي (Optical Transmission).
إذ توضع طبقة من الكريستال السائل (LC)فوق ركيزة سيليكونية (Silicon) تعمل كمرآة عاكسة، والأهم أن رقاقة السيليكون تحتوي على دارة إلكترونية متكاملة (IC) يمكنها التحكم كهربائياً بكل “بكسل” في طبقة الـ LC فوقها بشكل مستقل ودقيق جداً.
كما في الـ LCD-Based، يفصل الضوء الداخل إلى ألوانه الطيفية باستخدام محزوز الحيود وتسلط هذه الألوان المفصولة على سطح شريحة الـ LCOS. كل بكسل” على شريحة الـ LCOS هو في الأساس مرآة دقيقة (Mirror Element) يمكن التحكم في طورها (Phase) عبر الجهد المطبق على طبقة الـ LC فوقها.
يتم التحكم بتغيير طور الضوء المنعكس من كل مرآة دقيقة عن طريق تغيير الجهد على طبقة الـ LC فوقها.
ومن ثمّ الضوء المنعكس من مصفوفة المرايا الدقيقة يُجمع بعد ذلك بواسطة عدسة عادةً تكون عدسة فريسنل أو عدسة كروية.
الضوء الذي تم تعديل طوره بشكل متجانس عبر مجموعة من المرايا سيتداخل تداخلاً بناء (Constructive Interference) في اتجاه معين نحو مخرج محدد، والضوء من مرايا أخرى الذي تم تعديل طوره بشكل مختلف سيوجه نحو مخارج أخرى أو يتم حجبه.
هذه هي الآلية السحرية التي تتمثل بالتحكم في طور الضوء المنعكس من كل جزء صغير من الطيف الضوئي الممثل بمرآة دقيقة أو مجموعة مرايا يسمح بتوجيه ذلك الجزء الطيفي الطول الموجي بدقة فائقة نحو أي مخرج من المخارج المتاحة.
إن استخدام السيليكون كركيزة يسمح بتصنيع دارات تحكم إلكترونية دقيقة جدا بمقاييس النانو وملايين المرايا الدقيقة على شريحة صغيرة، وهذا يوفر دقة طيفية (Resolution) عالية جدا، تتيح التعامل مع:
لأن اختيار الطول الموجي بدقة هو المفتاح لتحقيق أقصى كفاءة واستغلال للطيف الضوئي.
فالدقة ليست رفاهية، بل شرط أساسي للأسباب التالية:
1.الاستخدام الأمثل للطيف الضوئي
الطيف الضوئي محدود، واستخدامه بشكل ذكي يسمح بزيادة عدد القنوات دون تداخل، خاصة مع تقنيات مثل Flexible Grid.
2. التوجيه الفوري للحركة المرورية:
الدقة تتيح إعادة توجيه أي إشارة بسرعة نحو المسار الأنسب. مما يضمن المرونة والتعافي الذاتي للشبكة عند حدوث أعطال أو تغيرات في الطلب.
3. إعادة التكوين الديناميكي (Dynamic Reconfiguration):
يمكن تبديل مسارات الأطوال الموجية في الزمن الحقيقي لدعم الشبكات القابلة للتكيف ذاتياً (Self-Healing).
4. مرونة في عرض النطاق (Bandwidth Flexibility):
يمكن تخصيص قنوات بعرض 37.5 GHz أو 75 GHz بدلًا من 50/100 GHz التقليدية.
5.دعم احتياجات مختلفة لكل خدمة:
بعض الخدمات تحتاج نطاقاً عريضاً (مثل الفيديو فائق الدقة)، وأخرى تحتاج فقط قناة صغيرة. كما وأن التحكم الدقيق يسمح بتخصيص ما تحتاجه كل خدمة فقط، دون هدر.
6.دعم تقنيات المستقبل:
التقنيات الحديثة مثل High-Order QAM و MIMO البصري والاتصالات الكمية التي تتطلب معالجة دقيقة للغاية للطيف لضمان الأداء العالي، وهذا لا يمكن دون دقة في اختيار الطول الموجي.
أي كلما كانت القدرة على اختيار الأطوال الموجية أكثر دقة، زادت كفاءة الشبكة ومرونتها. وفتحنا الباب أمام مستقبل الاتصالات الضوئية الذكية.
الفرق في الدقة وآلية التحكم؛ LCD تعتمد على تغيير الاستقطاب، بينما LCOS تتحكم في الطور والتوجيه باستخدام مرايا دقيقة مدمجة.
نعم، بل هي الخيار المفضل حالياً لأنها تدعم كثافة أعلى وقابلية برمجة أكبر. ودقة اختيار موجي تتماشى مع متطلبات تقنيات مثل الاتصالات الكمية وفضاءات OTN المرنة.
وفي الختام إنّ آلية اختيار الطول الموجي داخل WSS تشبه رقصة منسّقة بدقة بين الضوء، والمرايا، والإلكترونيات. سواء استخدمت الكريستال السائل لتغيير الاستقطاب، أو مرايا LCOS للتحكم في طور الضوء. فإن الهدف واحد وهو تمكين الشبكات من استخدام الضوء كأداة مرنة وفعالة لنقل البيانات بسرعة وكفاءة لم يسبق لها مثيل.
Optimized by Seraphinite Accelerator