فیبر نوری رشته ای از تارهای بسیار نازک شیشه ای یا پلاستیکی بوده که قطر هر یک از تارهای نظیر قطر یک تار موی انسان است. تارهای فوق در کلافهائی سازماندهی و کابلهای نوری را بوجود می آورند. از فیبر نوری بمنظور ارسال سیگنالهای نوری در مسافتهای طولانی استفاده میشود. امروزه از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر شبکه های تلفن شهری و بین شهری، شبکه های کامپیوتری و اینترنت استفاده بعمل می آید.

نحوة دقیق انتقال اطلاعات از طریق سیستم فیبر نوری مستلزم استفادة ترکیبی از  فرستنده ها، منبع نور حالتهای مختلف نور، شیشه بازتابی، تکرارکننده و سایر قطعات است. برای اینکه دریابید نور چگونه می تواند در مسیرهای طولانی یک فیبر نوری بدون تضعیف به سرعت منتقل شود لازم است با ساختمان فیبر نوری آشنا بشوید.

  یک فیبر نوری از سه بخش متفاوت تشکیل شده است:

1/  هسته (Core) :هستة نازک شیشه ای در مرکز فیبر نوری که سیگنالهای نوری در آن حرکت می نماید. هسته شامل یک تار کاملاً بازتابنده از شیشه خالص (معمولاً Silica) است. هسته در بعضی از کابلها از پلاستیک کاملاً بازتابنده ساخته میشود که هزینة ساخت را پائین می آورد. با این حال یک هستة پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده ها در فواصل کوتاه به کار می رود.

2/  روکش (Cladding):بخش خارجی فیبر بود که دور تا دور هسته را حاطه کرده و باعث برگشت نور منعکس شده به هسته می گردد. روکش (پوسته) از شیشه یا پلاستیک ساخته میشود. عمل بازتاب نور به مرکز هسته را «بازتاب داخلی کلی» یا Total internal reflection می نامند. قطر هسته و پوسته با هم حدود 125 میکرون است که در حدود اندازة یک تار موی انسان است.

3/  بافر رویه (Buffer Coating):   یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایة بیرونی را تشکیل می دهد که باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آسیب پذیر است.

صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته های سازماندهی شده و کابلهای نوری را بوجود می آورند. هر یک از کلافهای فیبر نوری توسط یک روکش با نام Jacket محافظت می گردند قطر یک کابل نمونه کمتر از 1 اینچ است. 

يک فيبر نوری از سه بخش متفاوت تشکيل شده است:

فیبرهای نوری به دو گروه عمده تقسیم می شوند:

الف:    فیبرهای تک حالته (Single Mode) : فیبر تکه حالته یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار میدهد. نظیر تلفن، از لحاظ فیزیکی هستة یک فیبر تک حالتی معمولاً 8 تا 10 میکرون است. فیبر تک حالتی قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز است. فقط یک حالت از نور را در هر زمان حمل می کند و در برابر انحراف مقاومتر است چون نور فقط از یک مسیر حرکت میکند. فیبرهای تک حالتی معمولاً در شبکه های وسیع به کار می روند. بک بونهای اصلی اینترنت که در آنها اطلاعات باید برای فواصل دور با سرعت بالا انتقال یابند از فیبرهای تک حالتی بهره می گیرند. برای تاباندن نور در  فیبرهای تک حالتی از لیزر استفاده می شود. استفاده از لیزر برای تمرکز کردن پالسهای نوری در فیبر نوری معمولاً گرانتر از استفاده از LED تمام می شود، اما لیزر می تواند نور را با توان ماندگاری بیشتری بفرستد.

ب:      فیبرهای چند حالته (Multi-Mode): فیبر چند حالتی می تواند صدها حالت نور را به طور همزمان انتقال بدهد. از لحاظ فیزیکی هستة یک فیبر چند حالتی معمولاً 50 تا 5/62 میکرونی است. نظیر شبکه های کامپیوتری. در فیبر نوری چند حالتی حالتهای نور می توانند در صدها مسیر مختلف انتقال یابند که باعث می شود پالسهای نور همدیگر را به سادگی انحراف بدهند. فیبرهای چند حالتی قادر به ارسال نور مادون قرمز از طریق LED میباشند و در وضعیتهایی به کار می روند که لازم نیست داده ها برای مسیرهای طولانی جابه جا شوند. 

 ارسال نور در فیبر نوری :

فرض کنید قصد داشته باشیم با استفاده از یک چراغ قوه یک راهروی بزرگ و مستقیم را روشن نمائیم همزمان با روشن نمودن چراغ قوه نور مربوطه در طول مسیر مستقیم راهرو تابانده میشود و آن را روشن خواهد کرد. با توجه به عدم خم و یا پیچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکی وجود نداشته و چراغ قوه میتواند محدودة مورد نظر را روشن کند.

در صورتیکه راهرو دارای خم و یا پیچ باشد می توان از یک آینه در محل پیچ راهرو استفاده کرد تا باعث انعکاس نور از زاویه مربوطه گردد.

در صورتیکه راهروی فوق دارای پیچ و خمهای زیادی باشد در تمام طول مسیر، دیوار راهروی موردنظر، بایستی از آینه استفاده کرد. بدین ترتیب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با یک زاویة خاص) از نقطه ای به نقطه دیگر حرکت کرده و طول مسیر راهرو را طی خواهد کرد. عملیات فوق مشابه آن چیزی است که در فیبر نوری انجام می گیرد.

نور در کابل نوری از طریق هسته (نظیر راهروی مثال ارائه شده) و توسط جهشهای پیوسته با توجه به سطح آبکاری شده مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده، حرکت میکند. با توجه به اینکه سطح آبکاری شده قادر به جذب نور موجود در هسته نمیباشد، نور قادر به حرکت در مسافتهای طولانی میباشد. برخی از سیگنالهای نوری به دلیل عدم خلوص شیشة موجود، ممکن است دچار نوعی تضعیف در طول هسته گردند. میزان تضعیف فیبر نوری به درجه خلوص شیشه و طول موج نور انتقالی دارد.

بمنظور آگاهی از نحوة استفاده فیبر نوری در سیستمهای مخابراتی مثالی را دنبال می کنیم که مربوط به یک فیلم سینمایی و یا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است. در فیلم فوق دو ناوگان دریایی که بر روی سطح دریا در حرکت می باشند، نیاز به برقراری ارتباط با یکدیگر دارند. یکی از ناوها قصد ارسال پیام برای ناو دیگر دارد. کاپیتان ناو فوق پیامی برای یک ملوان که بر روی عرشه کشتی مستقر است، ارسال می دارد، ملوان فوق پیام دریافتی را به مجموعه ای از کدهای مورس (نقطه و فاصله) ترجمه می کند. در ادامه ملوان موردنظر با استفاده از یک نور افکن اقدام به ارسال پیام برای ناو دیگر می نماید. یک ملوان بر روی عرشه کشتی دوم، کدهای مورس ارسالی را مشاهده می نماید. در ادامه ملوان فوق کدها  را به یک زبان خاص (مثلاً انگلیسی) تبدیل و آنها را برای کاپیتان ناو ارسال می دارد. فرض کنید فاصله دو ناو فوق از یکدیگر بسیار زیاد (هزاران مایل) بوده و به منظور برقراری ارتباط بین آنها از یک سیستم مخابراتی مبنی بر  فیبر نوری استفاده گردد.

سیستم رله فیبر نوری از عناصر زیر تشکیل شده است:

1/   فرستنده

2/  بازیاب نوری

3/  گیرنده

1/فرستنده: مسئول تولید و رمزنگاری سیگنالهای نوری است که مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو فرستنده پیام است.  فرستنده سیگنالهای نوری را دریافت و دستگاه نوری را به منظور روشن و خاموش شدن در یک دنباله مناسب (حرکت منسجم) هدایت می نماید. فرستنده از لحاظ فیزیکی در مجاورت فیبر نوری قرار داشته و ممکن است دارای یک لنز به منظور تمرکز نور در فیبر نوری باشد. لیزرها دارای توان به مراتب بیشتری نسبت به LEDها هستند و قیمت آنها به مراتب بیشتر است.

بازیاب نوری: برخی از سیگنالها در مواردی که مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده (بیش از یک کیلومتر) و یا از مواد خالص برای تهیة فیبر نوری استفاده نشده باشد، تضعیف و از بین خواهند رفت. در چنین مواردی و به منظور تقویت سیگنالهای تضعیف شده از یک یا چندین تقویت کننده نوری استفاده می گردد.

گیرنده: وظیفه گیرنده مشابه نقش ملوان بر روی عرشة کشتی ناو دریافت کننده پیام است. دستگاه فوق سیگنالهای دیجتالی نوری را اخذ و پس از رمز گشایش سیگنالهای الکتریکی را برای سایر استفاده کنندگان (کامپیوتر، تلفن و...) ارسال می کند. گیرنده به منظور تشخیص نور از یک «فوتوسل» و یا «فوتودیود» استفاده میکند.

 مقایسه با کابل سیمی:

امروزه تقریباً بسیاری از ارتباطات راه دور از طریق سیستمهای فیبر نوری انجام می گیرند بعضی از منابع تخمین می زنند که حدود 60 تا 80 درصد از ارتباطات راه دور دنیا از طریق میلیونها کیلومتر کابل فیبر نوری انجام می گیرد که در سراسر جهان کشیده شده است این در حالی است که آمریکا تا دهة 1980 اهمیتی به فیبر نوری نمی داد و نصب آن در آمریکا گسترده نبود.

روند فعلی مشخص میکند که نصب و استفاده از فیبر نوری به این زودیها آهسته نخواهد شد. طبق یک بررسی در سال 1990 سرمایه گذاری بر روی فیبر نوری 1/4 میلیارد دلار و در سال 1999 حدود 6/14 میلیارد دلار بوده است. شرکتهای تلویزیون کابلی استفاده از فیبر نوری را آغاز کرده اند.

هنوز استفاده از فیبر نوری برای خانه ها متداول نشده است اما سرانجام خانه ها نیز مستقیماً به فیبر نوری وصل خواهند شد. این امر ممکن است پانزده یا بیست سال دیگر تحقق بپذیرد. نخستین خط تلفن فیبر نوری در دهة 1970 در شیکاگو نصب شد. استفاده از فیبر نوری برای حمل داده ها در سال 1970 ممکن شد. در این سال دانشمندان شرکت Corning Glass یک فیبر از سیلیکای گداخته ساختند که می توانست دست کم 1 درصد نور را پس از طی یک کیلومتر در فیبر دست نخورده حفظ کند.

تا آن هنگام کابل کواکسیال (Coaxial) وسیله اصلی برای ارتباطات داده ای در سراسر جهان بود. با وجود قابلیت اطمینان خوب سیمها آنها چند عیب نسبت به فیبر نوری دارند:

اولی مقایسة هزینة بین سیم و فیبر نوری است. با آنکه حرکت به سوی استفاده از فیبر نوری به مخارج اولیه فراوانی نیاز دارد در مجموع برای راه های دور هزینة قابل قبولی بوجود می آورد به عنوان مثال اولین کابل سیمی داخل اقیانوس آتلانتیک برای هر مدار یک میلیون دلار هزینه داشت (که در سال 1956 نصب شد) در حالی که اولین کابل فیبر نوری داخل اقیانوس نصب شده در سال 1988 برای هر مدار 10 هزار دلار هزینه داشت.

فیبرهای نوری نازک ترند، قطر فیبرهای نوری به مراتب کمتر از سیمهای مسی است.

 مطلب سوم ظرفیت بالای فیبرهای نوری است. پهنای باند فیبر نوری بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بیشتر است از سیم مسی، کابلهای فیبر نوری مورد استفادة امروز می توانند 5/2 مگا بیت در ثانیه تا 10 گیگا بیت در ثانیه از داده ها را حمل کنند که معادل حمل 100 هزار مکالمة عمومی به طور همزمان است. پهنای باند بالاتر کابل فیبر نوری نقش مهمی در حمل صدا، تصویر و داده های شبکه ها می تواند داشته باشد. طبق بررسی «آکادمی ملی مهندسی» یک فیبر نوری با استفاده از تقویت کننده های نوری می تواند محتویات یک دایره المعارف کامل را در یک هزارم ثانیه انتقال بدهد، دهها میلیون مکالمة تلفنی را حمل کند یا برنامه های دهها هزار کانال تلویزیونی را منتقل کند.

داده های الکترونیکی ای که از طریق سیم عبور می کند نسبتاً سریع تر تضعیف می شوند. تضعیف سیگنالهای الکترونیکی به استفاده از یک تکرارکننده برای حدود هر یک از مایل نیاز دارد تا سیگنال از نو تولید شود. در مقایسه سیگنالهایی که بر روی سیستم فیبر نوری عبور می کنند در حدود هر 60 تا 100 مایل به تقویت از طریق یک تکرارکننده نیاز دارند.

افزون بر این فیبر نوری اساساً در برابر تداخل های الکترومغناطیسی یا امواج رادیویی مقاوم بوده در حالی که این امواج می توانند یک سیگنال الکترونیکی را منحرف و تضعیف کنند.

فیبر نوری مناسب بمنظور انتقال اطلاعات دیجیتالی است. در ضمن با توجه به عدم وجود الکتریسیته امکان بروز آتش سوزی در کابل فیبر نوری وجود نخواهد داشت.

WDM

سیستمهای فیبر نوری رده بالایی که امروزه نصب می شود از WDMها نیز بهره میگیرند. (مالتی پلکسر تقسم طول موج Wavelength division multiplexer). مزیت استفاده از چنین سیستمی، توان یک WDM برای ارسال تعداد زیادی کانال نور در فرمتهای مختلف از طریق یک فیبر است. هر کانال می تواند 5/2 گیگابیت از داده ها یا بیشتر را انتقال دهد. در سر گیرنده فیبر نوری یک مالتی پلکسر دیگر برای مجزا کردن گروه کانالهای نوری به کار می رود. کل این عملیات از آن روی متحقق می شود که امواج نوری با طول موجهای مختلف با یکدیگر تداخل پیدا نمیکنند.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: