ورود به دنیای شبکه ...
فیبر نوری

آشنایی با فیبر نوری (Optical fiber)

تار نوری یا فیبر نوری یا فایبر نوری (Optical fiber) رشتهٔ باریک و بلندی از یک مادّهٔ شفاف مثل شیشه (سیلیکا) یا پلاستیک است که می‌تواند نوری را که از یک سر به آن وارد شده، از سر دیگر خارج کند. فایبر نوری دارای پهنای باند بسیار بلندتر از کابل‌های معمولی می‌باشد و با آن می‌توان داده‌های تصویر، صوت و داده‌های دیگر را به‌راحتی با پهنای باند بالا تا ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه و بالاتر انتقال داد. امروزه مخابرات نوری، به دلیل پهنای باند وسیع‌تر در مقایسه با کابلهای مسی، و تأخیر کمتر در مقایسه با مخابرات ماهواره‌ای از مهم‌ترین ابزار انتقال اطلاعات محسوب می‌شود.

تاریخچهٔ ساخت فایبر نوری

 
رونمایی از مقاله طبعیت در سال ۱۸۸۴ توسط ژان دانیل کلادون اولین کسانی که در قرون اخیر به فکر استفاده از نور برای انتقال اطلاعات افتادند، انتشار نور را در جو زمین تجربه کردند. اما وجود موانع مختلف نظیر گرد و خاک، دود، برف، باران، مه و… انتشار اطلاعات نوری در جو را با مشکل مواجه ساخت. بعدها استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح شد. نور در داخل این کانالها به وسیلهٔ آینه‌ها و عدسیها هدایت می‌شد، اما از آنجا که تنظیم این آینه‌ها و عدسی‌ها کار بسیار مشکلی بود این کار نیز غیر عملی تشخیص داده شد و مردود ماند.

شاید اولین تلاش در سیر تکاملی سیستم ارتباط نوری به وسیله الکساندر گراهام بل صورت گرفت که در سال ۱۸۸۰، درست ۴ سال پس از اختراع تلفن، اختراع تلفن نوری (فوتوفون) یا سیستمی که صدا را تا فواصل چندین صد متر منتقل می‌کرد، به ثبت رساند. تلفن نوری بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده با به ارتعاش درآوردن آینه‌ای کار می‌کرد. گیرنده یک فتوسل بود. در این روش نور در هوا منتشر می‌شد و بنابراین امکان انتقال اطلاعات تا بیش از ۲۰۰ متر میسر نبود. به همین دلیل، اگرچه دستگاه بل ظاهراً کار می‌کرد اما از موفقیت تجاری برخوردار نبود.
ایده استفاده از انکسار (شکست) برای هدایت نور (که اساس فیبرهای نوری امروزی است) برای اولین بار در سال ۱۸۴۰ توسط Daniel Colladon و Jacques Babinet در پاریس پیشنهاد شد. همچنین John Tyndall در سال ۱۸۷۰ در کتاب خود ویژگی بازتاب یکلی را شرح داد: «وقتی نور از هوا وارد آب می‌شود به سمت خط عمود بر سطح خم می‌شود و وقتی از آب وارد هوا می‌شود از خط عمود دور می‌شود. اگر زاویهٔ پرتو نور با خط عمود در تابش از داخل آب بزرگتر از ۴۸ درجه شود هیچ نوری از آب خارج نمی‌شود در واقع نور به‌طور کامل از سطح آب منعکس می‌شود. زاویه‌ای که انعکاس کلی آغاز می‌شود را زاویه بحرانی می‌نامیم».

کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را به عنوان محیط انتشار مطرح ساختند. آنان مبنای کار خود را بر آن گذاشتند که به سرعتی حدود ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه دست یابند. این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود. این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از ۲۰ دسی بل نباشد. اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکایی (کورنینگ گلس) به این هدف دست یافت. در اوایل سال ۱۹۶۰ میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن شد. در سال ۱۹۶۶ میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود. چرا که فیبرنوری بسیار سبک‌تر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد.

توسعه فناوری فیبرنوری از سال ۱۹۸۰ میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری به عنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال ۱۹۸۵ میلادی در دنیا نزدیک به ۲ میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌است.

فیبر نوری
کابل های فیبر نوری

 

ساختار کابل فیبر نوری

 

جنس فیبرنوری معمولا از شیشه یا پلاستیک می باشد که برای انتقال اطلاعات از منبع نور لیزر یا LED استفاده می کند. فیبر نوری به طور کلی از بخش های هسته، پوسته و چندین روکش تشکیل شده است که در ادامه به تفکیک هر یک را شرح داده ایم:

  • هسته: هسته بخش اصلی فیبرنوری می باشد که بهتر است از جنس شیشه باشد اما از جنس پلاستیکی آن در فواصل کوتاه نیز استفاده می شود.
  • پوسته: پوششی که هسته درون آن قرار دارد و مانند هسته نیز از جنس شیشه یا پلاستیک ساخته می شود تا باعث بازتابندگی نور درون هسته باشد.
  • روکش خارجی: روکش خارجی که بسته به مدل یا نوع استفاده از آن به شکل های متفاوتی در بازار عرضه می شود.

اجزاء فیبر نوری

 

 

مزایای کابل فیبر نوری

  • تبادل اطلاعات به مراتب بیشتر
  • ارتباط پایدار و بدون نوسان
  • عدم تداخل الکترومغناطیسی
  • امکان استفاده در مسافت طولانی
  • عدم هدر رفت انرژی
  • وزن سبک

 

معایب فیبر نوری

  • فیبر کابل نوری نیاز به دقت زیاد در هنگام کابل کشی دارد وقت و نیروی کار بیشتری احتیاج دارد و اگر رو کار نصب شود  نیاز به مراقبت بیشتری دارد.
  • در کابل فیبر نوری به شیشه ای بودن هسته کابل امکان شکستگی بسیار است.
  • قیمت بالای کابل های فیبر نوری نسبت به کابل های مسی.
فیبر نوری

انواع کابل فیبر نوری از نظر جنس مواد

 

کابل فیبر نوری از لحاظ جنس مواد به سه دسته کابل فیبر نوری پلیمری، کابل فیبر نوری شیشه‌ای و کابل فیبر نوری با غلاف پلیمری تقسیم می‌شود. در قسمت زیر قصد داریم هر سه نوع فیبر نوری را مورد بررسی قرار دهیم. اگر دوست دارید اطلاعات کاملی را نسبت به انواع فیبر نوری از نظر جنس مواد به دست بیاورید پیشنهاد می‌کنیم با ما همراه باشید.

فیبر نوری شیشه‌ای (GOF)

بهترین و اصیل‌ترین فیبر نوری موجود در جهان فیبر نوری شیشه‌ای است. هسته و غلاف این نوع از فیبر نوری از جنس شیشه می‌باشد. لازم به ذکر است بدانید که فیبر نوری از ابتدا همه فیبر نوری‌ها از نوع شیشه‌ای بودند. زیرا این نوع از فیبر نوری دارای پهنای باند بسیار زیادی است. از سوی دیگر ظرفیت انتقال داده‌ها در آن بسیار بالا می‌باشد. این سرعت به اندازه‌ای است که در اکثر موارد می‌توانید با سرعت گیگابیت بر ثانیه انتقال داده‌ها را انجام دهید. فیبر نوری شیشه‌ای اکثرا برای انتقال داده‌ها در فواصل طولانی مورد استفاده قرار می‌گیرد زیرا سیگنال‌های فیبر نوری شیشه‌ای این قدرت را دارند که تا ۱۰ کیلومتر پیش بروند. البته بهتر است بدانید فیبر نوری شیشه‌ای دارای معایبی هم است. برای مثال تولید و نصب فیبر‌های نوری شیشه‌ای بسیار پر هزینه هستند. از سوی دیگر به دلیل اینکه جنس هسته و غلاف آن شیشه‌ای است، شکننده‌تر می‌باشند.

فیبر نوری پلیمری (POF)

در این بخش از مقاله فیبر نوری چیست تصمیم داریم شما را با فیبر نوری پلیمری بیش‌تر آشنا کنیم. در گام اول بهتر است بدانید به کابل‌های فیبر نوری که جنس هسته و غلاف آن‌ها از پلیمر شفاف باشد فیبر نوری پلیمری گفته می‌شود. این نوع از فیبر نوری مقاومت بالاتری نسبت به فیبر نوری شیشه‌ای دارند. لازم به ذکر است بدانید هزینه تولید، نصب و راه اندازی فیبر نوری پلیمری بسیار پایین است. انعطاف آن‌ها نسبت به فیبر شیشه بالاتر می‌باشد اما کیفیت پایین‌تری نسبت به فیبر نوری شیشه‌ای دارند. در ادامه بهتر است ذکر کنیم که این نوع از فیبر نوری برای فواصل طولانی مناسب نمی‌باشد زیرا درصد تضعیف امواج و سیگنال ها در فیبر نوری پلیمری بیش‌تر است. البته سرعت انتقال هم در فیبر نوری پلیمری کمتر می‌باشد.

فیبر نوری با غلاف پلیمری (PCF)

فیبر نوری که دارای هسته شیشه‌ای و عایق پلیمری است فیبر نوری PCF می‌باشد. لازم به ذکر است بدانید که این نوع از فیبر نوری از مزایای فیبر نوری پلیمری و فیبر نوری شیشه‌ای به صورت یکجا برخوردار است. این نوع از فیبر نوری طول موج سیگنال متوسط دارد‌، از سوی دیگر نرخ انتقال داده‌ها کمتر از 100 مگابیت در ثانیه است. سیگنال‌های فیبر نوری پلیمری می‌توانند تا دو کیلومتر پیش بروند که این میزان برای شبکه های صنعتی و محلی بسیار مناسب می‌باشد.

فیبر نوری

 

کابل های  فیبر نوری و نحوه انتقال سیگنال

 

فیبر نوری از نظر نحوه انتقال سیگنال به دو نوع (فیبر نوری تک حالته و فیبر نوری چند حالته) تقسیم می‌شود.

فیبر نوری تک حالته (Single mode)

فیبر نوری تک حالته دارای قطر کمتری نسبت به فیبر نوری چند حالته می‌باشد. با استفاده از فیبر نوری سینگل مود یا تک حالته احتمال ضعیف شدن سیگنال کاهش پیدا می‌کند. زیرا یکی از دلایل ضعیف شدن سیگنال در فیبر نوری برخورد مدام سیگنال‌ها با دیواره شفاف هسته‌ می‌باشد. از سوی دیگر انعکاس مجدد سیگنال‌ها باعث می‌شود تا مسیر مستقیم حرکت سیگنال‌ها به حالت زیگزاگی تغییر کند. در انتها بهتر است بدانید که از فیبر نوری سینگل مود یا تک حالته بیش‌تر در مسافت‌های طولانی استفاده می‌شود.

فیبر نوری چند حالته (Multi mode)

فیبر نوری چند حالته همان فیبر نوری مالتی مود است. توجه داشته باشید که این نوع از فیبر نوری دارای قطر بیش‌تری نسبت به فیبر نوری تک حالته می‌باشد. از سوی دیگر تعداد دفعات برخورد و منعکس شدن فیبر نوری در طول مسیر به دیواره‌های هسته بیش‌تر می‌باشد. همچنین حرکت سیگنال‌ها در این نوع از فیبر نوری به شکل زیگزاگی است. این موارد باعث می‌شود تا سیگنال‌ها ضعیف‌تر شوند. البته باید این نکته را هم در نظر گرفت که هرچه قطر هسته بیش‌تر باشد تعداد پالس‌های نوری هم بیش‌تر است. این مسئله موجب می‌شود تا انتقال داده‌های بیش‌تری صورت بپذیرد. در پایان باید بدانید که در فیبر نوری چند حالته بر خلاف فیبر نوری تک حالته امکان تداخل و از دست رفتن سیگنال بیش‌تر می‌باشد به همین دلیل از فیبر نوری چند حالته در مسافت‌های طولانی استفاده می‌شود.

در این مقاله ی لاین نت با ساختار مزایا معایب انواع از نظر جنس و نحوه انقال فیبر نوری (optical fiber) آشنا شدیم. از اینکه همراه ما بودید صمیمانه متشکریم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

جستجو در سایت

دسته بندی ها

درحال بارگذاری ...
بستن
مقایسه