فيبر نوري چيست ؟

پس از اختراع لیزر در سال ۱۹۶۰ میلادی، ایده بکارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال ۱۹۶۶ هم‌زمان در انگلیس و فرانسه با تضعیفی   db/km۱۰۰۰ اعلام شد که عملاً در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اینکه در سال ۱۹۷۶ با کوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فیبر نوری تولیدی شدیداً کاهش داده شد و به مقداری رسید که قابل ملاحظه با سیم‌های هم‌محور بکاررفته در شبکه مخابرات بود. فیبر نوری از پالس‌های نور برای انتقال داده‌ها از طریق تارهای سیلکون بهره می‌گیرد. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد می‌تواند صدها هزار مکالمه صوتی را حمل کند . فیبرهای نوری تجاری ظرفیت انتقال از ۵/۲ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌سازند . فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌نامند. هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص است. هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کا ملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌آورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند که با عث می‌شود که نور در هسته تا بیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌رسند. این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را بازتاب داخلی کلی می‌نامند.

قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش قرار می‌گیرد.

یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد. این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است .

از لحاظ کلی دو نوع فیبر وجود دارد: تک حالتی و چند حالتی. فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌دهد، در حالی که فیبر چند حالتی می‌تواند صدها حالت نور را به طور هم‌زمان انتقال بدهد .

فیبر نوری در ایران

در ایران در اوایل دهه ۶۰، فعالیت‌های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران را درپی داشت و عملاً در سال ۱۳۷۳ تولید فیبر نوری با ظرفیت ۵۰٫۰۰۰ کیلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند.

فیبرنوری یک موجبر استوانه‌ای از جنس شیشه یا پلاستیک است که دو ناحیه مغزی و غلاف با ضریب شکست متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده است. برپایه قانون اسنل برای انتشار نور در فیبر نوری شرط می‌بایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکست‌های مغزی و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعیف می‌شود. این عوامل عمدتاً ناشی از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند. سیستم های مخابرات فیبر نوری گسترش ارتباطات و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم های انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت‌ترین موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی های مخابرات فیبر نوری می‌‌باشد. یکی از پر اهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال در فرستادن سیگنال های حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی در حوزه زمانی را دارا می‌‌باشد. این به این معنی است که مخابرات دیجیتال تأمین کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکیج های کوچک انتقال در حوزه زمانی است.برای مثال عملکرد مخابرات فیبر نوری با توانایی ۲۰ مگا هرتز با داشتن پهنای باند ۲۰ کیلو هرتز دارای  گنجایش اطلاعاتی ۱/۰ می‌‌باشد. امروزه انتقال سیگنالها به وسیله امواج نوری به همراه تکنیکهای وابسته به انتقال شهرت و آوازه سیستم های انتقال ماهواره ای را به شدت مورد تهدید قرار داده است. دیر زمانی است که این مطلب که نور می‌‌تواند برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد به اثبات رسیده است و بشر امروزه توانسته است که از سرعت فوق العاده آن به بهترین وجه استفاده کند. در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید. در ۱۵ سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبر های نوری فاکتور های جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده است. مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قرار دادی تلقی می‌‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می‌‌شد. با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اما سیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی مانده است.

از دلایل این امر می‌‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱) تکنیکهای مخابرات در سیستم های جدید مورد استفاده قرار می‌‌گرفت.

۲) سیستم های جدید با بالاترین تکنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود.

۳) انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیکهای دیجیتال را فراهم می‌‌ساخت. این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات رابه صورت بیت به بیت پاسخگو بود.

توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع : از آنجایی که مخابرات فیبر نوری دارای کارآیی بالاتری نسبت به سیمهای مسی سنتی هستند، بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته است.

 آزادی از نویز های الکتریکی : بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شیشه به دلیل رسانندگی انتخاب می‌‌شود.در نتیجه یک حامل موج نوری می‌تواند از پتانسیل موثر میدانهای الکتریکی در امان باشد. از قابلیت های مهم این نوع مخابرات می‌‌توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان یک میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنال های نام برده بدون آلودگی از پارازیت های الکتریکی و یا سیگنالهای مداخله گر به حد اکثر کارآیی خود خواهند رسید. طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۵۵/۱ میکرون و از حداقل پاشندگی در طول موج ۳/۱ میکرون بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده ۳/۱ میکرون قرار داشت، به محدوده ۵۵/۱ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.

مزاياي فيبر نوري چيست؟

فيبر نوري در مقايسه با سيم‌هاي مسي داراي مزاياي زير است:

1- قيمت ارزانتر : هزينه فيبر نوري نسبت به سيمهاي مسي در مقياس‌هاي بالا كمتر است.

2- اندازه نازك‌تر : قطر فيبرهاي نوري به مراتب كمتر از سيم‌هاي مسي است.

3- ظرفيت بالا : پهناي باند فيبر نوري به منظور ارسال اطلاعات به مراتب بيشتر از سيم مسي است. لذا فيبر نوري توانايي انتقال داده‌هاي بيشتري را دارد.

4- تضعيف ناچيز : تضعيف سيگنال در فيبر نوري به مراتب كمتر از سيم مسي است.

5- عدم تداخل : برخلاف سيگنال‌هاي الكتريكي در يك سيم مسي، عبور سيگنال‌هاي نوري در يك فيبر تأثيري بر فيبر ديگر نخواهد داشت و تداخل الكترو مغناطيسي نخواهيم داشت.

6- مصرف برق پايين : با توجه به اين كه سيگنال‌ها در فيبر نوري كمتر تضعيف مي‌گردند، بنابراين مي‌توان از فرستنده‌هايي با ميزان برق مصرفي پائين نسبت به فرستنده‌هاي الكتريكي(كه از ولتاژ بالايي استفاده مي‌نمايند)، استفاده كرد.

7- اشتعال‌زا نبودن : با توجه به عدم وجود الكتريسته در فيبر نوري، امكان بروز آتش‌سوزي در اين خصوص وجود نخواهد داشت.

8- وزن سبك : وزن يك كابل فيبر نوري به مراتب كمتر از كابل مسي هم‌رده‌آن است و اين عامل در كاركردن، نصب و نگهداري فيبر بسيار مهم است.

 9- انعطاف‌پذير بودن : با توجه به انعطاف‌پذيري فيبر نوري و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين‌هاي ديجيتال با موارد كاربردي خاص مانند عكس‌برداري پزشكي و لوله‌كشي و... استفاده مي‌گردد.

10- فاصله : از فيبر نوري مي‌توان در ارتباط شبكه‌هايي كه فاصله زيادي از هم دارند استفاده كرد(اتصال شبكه‌هاي محلي(LAN) به يكديگر). شايان ذكر است كه قبل از استفاده از كابل‌هاي فيبر نوري ارتباط بين LAN  ها از طريق تلفن يا امواج راديويي برقرار مي‌شد و كابل‌هاي فلزي توانايي برقراري اين ارتباط را نداشتند.

11- پايداري : در كابل‌هاي فيبر نوري امكان نفوذ و ايجاد اختلال در انتقال داده‌ها كمتر است و از تأثيرگذاري انواع نويزهاي الكترومغناطيسي شامل نويزهاي راديويي و يا نويزهاي حاصل از نزديكي كابل‌ها بر روي داده‌هاي در حال انتقال جلوگيري مي‌كند.

بطوركلي تارهاي نوري از تداخل و ترويج با ساير كانالهاي ارتباطي، خواه نوري و خواه الكتريكي، به خوبي محافظت شده‌ مي‌باشد. يعني نسبت به تداخل فركانسهاي راديويي(RFI) و تداخل الكترومغناطيسي(EMI) عدم پذيرش عالي دارند.

12- سرعت: فيبر نوري توانايي در انتقال اطلاعات به مقدار زياد چه به شكل ديجيتالي‌و‌چه به شكل آنالوگ دارند.

13- ترويج نوري : نياز به زمين مشترك بين فرستنده تاري وگيرنده را منتفي مي كند.

14-امكان تعمير فيبر : (تار) نوري در حاليكه سيستم روشن است ،بدون آنكه احتمال اتصال كوتاه شدن مدارهاي الكتريكي در فرستنده ويا در گيرنده باشد، وجود دارد.

15- امنیت : فيبرهاي نوري درجه‌اي از امنيت وپنهاني بودن را عرضه مي كند. چون تارها انرژي تشعشع نمي‌كنند. براي يك مزاحم، آشكار سازي سيگنال ارسالي مشكل است.

 16-پهنای باند بالا : این پهنای باند اکنون به 170 گیگابایت در ثانیه رسیده و دانشمندان بر این باورند که قابلیت ارتقاء تا چند صد ترابایت را دارد. فیبرنوری SMF  که در حال حاظر مورد استفاده قرار میگیرد از پهنای باند 40 گیگابایتی برخوردار است .

17- عدم استفاده الکتریسیته برای ارتباط : از آنجا که در ابتدای مسیر نوری تولید شده و در انتها این نور دریافت میشود. دیگر نیازی به نیروی اکتریکی نیست و همچنین ایمنی بسیار بالایی را در مقابل نویز دارد.

18- عدم برقراری انشعاب غیر مجاز : از آنجا که برای برقرای انشعاب بایستی ابتدا فیبر قطع شود و گیرنده فیبر نصب شود؛ و این عمل نیز زمانبر است؛ نگهدارنده های بستر با استفاده از ابزارهای خطایابی میتواند به سرعت محل مورد نظر را شناسایی کنند.

19-عدم نیاز به repeater تا چندین کیلومتر : به علت استفاده از نور در صورتی که جنس Core مرغوب باشد تا فواصل چند کیلومتری سیگنال تضعیف زیادی نخواهد داشت.

ساختار فیبر نوری از 3 بخش تشکلی شده است  :

1-  :Core این بخش که در مرکز فیبر قرار دارد از جنس یک ماده بی نهایت شفاف شیشه ای و یا پلاستیکی تشکیل شده؛ که پرتوهای نور در آن جریان می یابند.

2- Cladding: این بخش نیز از جنس شیشه و یا پلاستیک است اما با ضریب شکنندگی متفاوتی با جنس بکار گرفته شده در .Core  به این خاطر ضریب شکنندگی آن متفاوت است که پرتوهای موجود در Core از آن خارج نشوند و با برخورد به Cladding دوباره به سمت Core هدایت شوند.

 : Buffer Coating -3روکشی رنگی پلاستیکی است که از Core و Cladding در مقابل رطوبت و عوامل خارجی محافظت می کند.

روش اندازه گیری قطر فیبر

قطر فیبر به صورت عددی اعشاری شبیه 60/130 میکرون نمایش داده می شود که 60 نمایانگر قطر core است و 130 نمایانگر قطر Cladding . Buffer Coating در اندازه گیری به حساب نمی آید.