فیبر نوری چیست؟

در دنیای امروز، فیبر نوری جای خود را در صنایع مختلف باز کرده است. ساخت ادوات نظامی، تجهیزات پزشکی، شبکه های کامپیوتری و ارتباطات تلفنی و اینترنتی همگی وابسته به آن هستند. با این کابل ها می توان از نور لیزر برای انتقال داده ها استفاده کرد. فیبرنوری این امکان را دارد که تعداد زیادی از مکالمات تلفنی را انتقال دهد یا به اصطلاح حمل نماید. فیبرهای نوری که برای کاربردهای تجاری ساخته می شوند می توانند در هر ثانیه تا ۱۰ گیگابایت اطلاعات را جابجا کنند. در این مقاله می خواهیم شما را با انواع این کابل های مهم الکترونیکی و کاربردهای آن آشنا کنیم.

معرفی فیبرنوری

فیبر نوری دستاورد یک اکتشاف و علم نوین است. علمی که الیاف شیشه ای و نازک را قادر می سازد که تصاویر، صداها و داده ها را جابجا کند. فناوری فیبر نوری در ارتباطات راه دور، جای سیم های مسی را گرفته و امروزه خطوط تلفن با فیبرهای نوری با هم ارتباط دارند. این فیبرها نقش اصلی را در پیوند اجزای شبکه و کامپیوترها ایفا می کنند. کابل فیبرنوری از تعداد زیادی الیاف شیشه ای تشکیل شده که این الیاف می توانند اطلاعات را با سرعت زیاد و در مسافت های طولانی با خود حمل نمایند.

اجزای تشکیل دهنده فیبر نوری

ساختمان کابل فیبر نوری متشکل از پنج جز اصلی است. این پنج جزء از لایه بیرونی به سمت مغزی کابل شامل روکش کابل، الیاف تقویت کننده، پوشش، روکش فلزی و هسته می باشند. در ادامه درباره هر کدام توضیح مختصری ارائه می دهیم.

روکش کابل:

لایه بیرونی وظیفه دارد تا از کابل در برابر خطرات محیط خارجی محافظت نماید. منظور از خطرات محیط خارجی، رطوبت، گازهای مختلف و مایعاتی است که می توانند با نفوذ خود در داخل کابل باعث اختلال در عملکرد آن شوند. همچنین روکش کابل در مقابل حرارت از خود مقاومت نشان می دهد و محتویات داخل آن را ایمن نگه می دارد.

الیاف تقویت کننده:

جنس این الیاف معمولا از کولار، نخ آرامید و یا رشته های فولادی است که موجب می شوند، کابل در هنگام نصب و جداسازی در برابر فشار بیش از اندازه، تقویت شده و از خود مقاومت نشان دهد.

پوشش:

از جنس پلاستیک است و وظیفه دارد که از طریق محافظت مکانیکی و جذب شوک ها، هسته کابل را تقویت نماید و از خم شدن بیش از اندازه آن جلوگیری کند. پوشش در هدایت امواج نوری نقشی ندارد و در ساختمان کابل فیبرنوری از لایه های اولیه و ثانویه تشکیل شده است.

روکش فلزی:

برام فان هیل، دانشمند هلندی برای اولین بار از روکش فلزی در فیبر نوری استفاده کرد تا یک مرز برای امواج نوری مشخص کند. این روکش موجب می گردد که داده ها در طول فیبر نوری حرکت نمایند. قطر این روکش در حد ۱۲۵ میکرون است و ضریب شکنندگی آن به خاطر جنس شیشه ای اش از هسته کمتر می باشد.

هسته:

هسته از جنس پلاستیک یا شیشه است که خلوص بالایی دارد و دارای قطری بین ۹ تا ۶۲.۵ میکرون می باشد. هسته بزرگتر، موجب انتقال سریعتر داده ها می‌شود و جابجایی سیگنال ها با کمک پدیده بازتاب کامل و از طریق یک منبع نور که توسط هسته به یک دستگاه گیرنده متصل است انجام می گردد.

کارکرد فیبرنوری

سیگنال های نوری در منبع منتقل کننده داده ها، رمزگذاری می گردند. فیبر نوری از طریق نور، داده ها را به انتهای گیرنده انتقال می‌دهد و در آنجا عملیات رمزگشایی سیگنال و تبدیل آن به داده انجام می شود. می توان گفت فیبر نوری به عنوان یک تونل انتقال دهنده عمل می کند و سیگنال را با سرعت زیاد در مسافت های طولانی جابجا می نماید. انتقال داده از طریق برخورد متعدد نور به دیواره های فیبر نوری انجام می گردد. هسته فیبر نوری با کمک روکش فلزی موجب می شود که نور با ضریب شکست معین و در یک زاویه خاص از طریق پدیده بازتاب کامل بتواند مسیرهای طولانی را طی نماید.

تقسیم بندی 

فیبرهای نوری را می توان به دو دسته کلی تقسیم بندی نمود: ۱- فیبر نوری تک حالته و ۲- فیبر نوری چند حالته

فیبر نوری تک حالته

این نوع فیبرنوری برای مسیرهای طولانی کاربرد دارد و قطر هسته آن بین ۵ تا ۱۰ میکرون می باشد. همین قطر باریک باعث می گردد که از قدرت سیگنال کاسته نشود، مسافت های طولانی را بدون هیچ مشکلی طی نماید و از طریق این دهانه کوچک، حرکتی مستقیم داشته باشد. پهنای باند فیبر تک حالته از فیبر چند حالته بیشتر است و منبع نور آن لیزر می باشد.

فیبر نوری چند حالته

برای مسیرهای کوتاه از این نوع فیبر نوری استفاده می گردد. قطر هسته آن نسبت هسته فیبر تک حالته ۱۰ برابر بزرگتر است. به همین دلیل سیگنال های نوری در طور مسیر حرکت خود، بازتاب و جهش بیشتری دارند. همچنین ضخامت بیشتر قطر آن سبب می شود که به صورت همزمان بتوان اطلاعات حجیم تری را به وسیله چند پالس نوری منتقل نمود. اما عیب قطر بیشتر هسته این است که موجب بالا رفتن احتمال تداخل یا کاهش نوری و از بین رفتن سیگنال می شود. در فیبر نوری چند حالته برای ایجاد یک پالس نوری معمولا از LED استفاده می گردد.

مزایای فیبرنوری

• به تعویض متعدد نیاز ندارد و شرایط نگهداری آن آسان است
• در مقایسه با کابل های مسی، سبک تر، باریک تر و قوی تر می باشد
• در مقایسه با کابل های مسی، می توان آن را در محیط های پرخطر تری استفاده نمود
• تداخل در این کابل کمتر است
• بدون آن که نیاز به تقویت سیگنال باشد، نور می تواند زمان بیشتری به حرکت خود ادامه دهد
• از ظرفیت پهنای باند بیشتری حمایت می کند

معایب فیبر نوری

• فیبر نوری از کابل مسی گران تر است
• شکنندگی آن نسبت به کابل مسی بیشتر است
• عملیات کابل گذاری فیبر نوری در مقایسه با کابل مسی سخت تر می باشد
• از کابل فیبر نوری باید مواظبت بیشتری نسبت به کابل مسی شود

کاربردهای فیبر نوری

اولین استفاده از کابل فیبر نوری به اوایل دهه پنجاه میلادی باز می گردد، جایی که پزشکان برای آندوسکوپی و مشاهده داخل دستگاه گوارش بیماران از این کابل بهره گرفتند. در همان سال ها، مهندسین مخابرات تلاش کردند تا با این فناوری، راهی برای ارسال و دریافت تماس صوتی پیدا کنند که دارای سرعتی در حد نور باشد. در دنیای امروز، از فیبر نوری برای مصارف مختلف استفاده می شود که در ادامه به برخی از آن ها اشاره می کنیم.

صنایع نظامی و هوافضا

پروژه ها و برنامه های نظامی و هوافضا نیاز به امنیت بالایی دارند. یک راه حل ایمن برای جابجایی داده های نظامی، فیبر نوری است. مهم ترین دستاوردهای این حوزه که با استفاده از فیبرنوری توسعه پیدا کرده شامل کنترل و هدایت موشک ها، برقراری ارتباط با زیردریایی ها و رادارها و بسیاری موارد دیگر می باشد. فیبر نوری در صنایع نظامی یک پدیده تازه وارد است که می تواند تحول عظیمی در این حوزه ایجاد نماید.

صنایع مخابراتی

انسان نیازمند ارتباط با دیگران است و همیشه در پی راهکارهایی بوده که بتواند به راحتی با افراد دیگر ارتباط برقرار نماید. تلفن تحول بزرگی در زمینه ارتباطات بود اما در گذشته سرعت و کیفیت صدا مانند امروز نبود. فیبر نوری باعث شد تا هیچ تاخیری در مکالمات ایجاد نشود و یک ارتباط با کیفیت بین طرفین مکالمه برقرار گردد. امروزه تمام کابل های مسی تلفن تبدیل به فیبر نوری شده اند تا آسایش و راحتی بیشتری برای انسان ها فراهم نمایند.

حوزه پزشکی

علوم پزشکی در حوزه فعالیت های خود، استفاده گسترده ای از  می کند. همانگونه که در ابتدای این قسمت بیان شد، اولین کاربرد فیبر نوری در دستگاه آندوسکوپی بوده است. بنابراین می توان حوزه پزشکی را به عنوان پیشگام در استفاده از فیبرنوری نام برد. همچنین بکارگیری فیبرنوری در عمل جراحی موجب کاهش اندازه و تعداد برش ها می گردد. این ها تنها نمونه ای از موارد استفاده فیبرنوری در حوزه پزشکی می باشد.

شبکه های کامپیوتری

در یک دفتر کار کوچک یا یک شرکت بزرگ با استفاده از این قطعات می توان کامپیوترهای مجموعه را با یکدیگر شبکه کرد. این کار باعث می شود تا سرعت انتقال اطلاعات بین رایانه های مختلف افزایش یابد و با اطمینان بیشتری این جابجایی انجام گردد.

شبکه اینترنت

همانطور که اشاره کردیم، کابل فیبر نوری این قابلیت را دارد که با پهنای باند ۱۰ گیگابایت بر ثانیه، حجم زیادی از داده ها را با سرعت فوق العاده جابجا کند. این کابل ها در مقایسه با کابل های مسی، فضای کمتری را اشغال می کنند و اطلاعات حجیم تری را منتقل می نمایند.

سنسورها

در سال های اخیر از فیبرنوری برای ساخت سنسورهایی که با آن ها کمیت های فیزیکی را اندازه گیری می کنند استفاده می شود. این کمیت ها شامل تشعشعات پرتوهای ایکس و گاما، سطح مایعات، آلودگی آب های اقیانوس ها و دریاها، جابجایی، حرارت، فشار، میدان مغناطیسی، جریان الکتریکی و … است. در این سنسورها، عنصر اصلی حسگر، فیبرنوری است، بدین صورت که کمیت مورد نظر بر روی فیبرنوری اثر می گذارد و همین تغییرات ایجاد شده موجب ارسال سیگنال های کنترلی از سوی سنسور می گردد.