فیبر نوری فناوری مرتبط با انتقال داده با استفاده از پالسهای نوری است که در طول یک رشته بلند ساختهشده از پلاستیک یا شیشه عبور میکنند.
سیمهای فلزی برای انتقال در فیبر نوری مناسب تر هستند چرا که سیگنالها با آسیب کمتری منتقل میشوند. فیبر نوری تحت تأثیر تداخلات الکترومغناطیسی قرار نمیگیرد.
کابل فیبر نوری از بازتاب کل درونی نور استفاده میکند. فیبرها طوری طراحی شدهاند که انتشار نور در طول فیبر نوری را بسته به نیاز به برق و فاصله انتقال تسهیل میکند.
یک تک فیبر برای انتقال از راه دور استفاده میشود و فیبرهای چندحالته برای فواصل کمتر مورد استفاده قرار میگیرند. روکش خارجی این فیبرها نیاز به محافظت بیشتری نسبت به سیمهای فلزی دارد.
انواع فیبر نوری
نوع فیبر نوری به ضریب شکست، مواد به کار رفته و حالت انتشار نور بستگی دارد. انواع فیبر نوری بر اساس ضریب شکست به شرح زیر است:
این فیبرها شامل یک هسته است که با روکشی احاطه شده و ضریب شکست یکنواختی دارد.
ضریب شکست این فیبرها با افزایش فاصله شعاعی از محور فیبر کاهش میابد.
انواع فیبر نوری بر اساس مواد به کار رفته شامل انواع زیر است:
پلیمتیلمتاکریلات به عنوان ماده اصلی در انتقال نور استفاده میشود.
شامل فیبرهای شیشهای فوقالعاده نازک است.
انواع فیبر نوری بر اساس حالت انتشار نور شامل انواع زیر است:
این کابل دارای یک پایه فیبر شیشهای (در اغلب موارد دو فیبر بکار میرود) با قطر ۸.۳ تا ۱۰ میکرون و یک حالت انتقال است. این فیبرها با قطری نسبتاً نازک تنها یک حالت نور با دامنه ۱۳۱۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر را منتشر میکنند.
این فیبرها پهنای باند بیشتری نسبت به فیبرهای چندحالته منتقل میکنند ولی نیازمند یک منبع نوری با پهنای طیفی باریک هستند. این فیبرها در مواردی که داده در فرکانسهای چندگانه ارسال میشوند کاربرد فراوان دارد و در این موارد فقط از یک کابل استفاده میشود (یک حالت با یک فیبر).
این فیبرها نرخ انتقال بالایی داشته و تا ۵۰ بار بیشتر از فیبرهای چندحالته فاصله را طی میکنند، البته قیمت بیشتری هم دارند. این فیبرها هسته کوچکتری نسبت به فیبرهای چندحالته دارند. هسته کوچک و موج نوری تکی هر گونه اختلال ناشی از همپوشانی پالسهای نوری را حذف کرده و تضعیف سیگنال را به حداقل میرساند و سرعت انتقال بیشتری از سایر فیبرهای نوری دارد. در این فیبرها محدودترین حالات هم در طول موج معمول ۱۳۰۰ تا ۱۳۲۰ نانومتر قابل انتشار است.
این فیبرها برای انتقال سیگنال در مسیر کوتاه استفاده میشوند. حالت انتشار و ضریب شکست هسته چهار نوع فیبر نوری را ایجاد میکند:
❇ فیبرهای تکحالته با ضریب شکست پلهای
❇ فیبرهای تکحالته با ضریب شکست تدریجی
❇ فیبرهای چندحالته با ضریب شکست پلهای
❇ فیبرهای چندحالته با ضریب شکست تدریجی
کابلهای چندحالته قطر بیشتری دارند (۵۰ تا ۱۰۰ میکرون). در اغلب موارد ۲ فیبر مورد استفاده قرار میگیرد. POF نوعی کابل پلاستیکی جدید است که عملکردی مشابه با کابل شیشهای در فواصل کوتاه داشته و کم هزینهتر است.
فیبر چند حالته پهنای باند زیادی با سرعت زیاد (۱۰ تا ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه- گیگابیت تا ۲۷۵ متر الی ۲ کیلومتر) در فواصل متوسط ایجاد میکند.
امواج نوری در مسیرها یا حالات متعددی در هسته کابل (معمولاً ۸۵۰ تا ۱۳۰۰ نانومتر) منتشر میشوند. قطر معمول این فیبرها ۵۰، ۶۲.۵ و ۱۰۰ میکرومتر است. هرچند در فواصل زیاد (بیش از ۳۰۰۰ پای یا ۹۱۴.۴ متر) مسیرهای چندگانه نوری منجر به اختلال سیگنالی در طرف گیرنده شده که سبب انتقال داده ناقص و نامفهوم میشود. به همین دلیل امروزه طراحان فیبرهای تک حالته را برای مصارف گیگابیت و بیش از آن ترجیح میدهند.
فیبرهای نوری تا سال ۱۹۷۰ استفاده نشد و در این سال شرکت شیشه کورنینگ فیبری با ۲۰ دسیبل بر کیلومتر تولید کرد. اعتقاد بر این بود که فیبرهای نوری فقط در صورتیکه شیشه آنقدر خالص باشد که تضعیف به حد ۲۰ دسیبل بر کیلومتر و کمتر برسد امکان انتقال پیام وجود دارد. در این صورت ۱% از نور پس از عبور ۱ کیلومتر باقی میماند.
امروزه تضعیف فیبرهای نوری بسته به نوع فیبر از ۰.۵ الی ۱۰۰۰ دسیبل بر کیلومتر است. محدوده تضعیف بر اساس نوع استفاده است. استفاده از ارتباطات فیبر نوری پس از اولین استفاده در سال ۱۹۷۷ به سرعت افزایش یافته است. شرکتهای تلفنی در همین سالها سیستم سیمکشی مسی قدیمی خود را با خطوط فیبر نوری جایگزین کردند. شرکتهای تلفنی امروزه از این فیبرها به عنوان طراحی اصلی سیستم خود برای ارتباطات تلفنی بین شهری و طولانی استفاده میکنند.
شرکتهای تلویزیونی کابلی هم از این فیبرها در سیستم سیمکشی خود استفاده کردند. خطوط اصلی که به دفاتر مرکزی وصل میشود با فیبرهای نوری جایگزین شد.
بعضی از شرکتها کار خود را با هیبرید فیبر هممحور آغاز کردند. این هیبریدها سبب اتصال فیبر و هممحور در موقعیت همسایه میشود. این موقعیت که به آن گره هم گفته میشود گیرنده نوری ایجاد میکند که ایمپالسهای نوری را به سیگنالهای الکترونیکی تبدیل میکند. این سیگنالها توسط کابل هممحور به خانهها ارسال میشود.
شبکه محلی (LAN) گروهی از کامپیوترها یا سیستمهای کامپیوتری متصل بهم است که سبب دسترسی به نرمافزارهای برنامه اشتراکی یا پایگاههای داده میشود. دانشگاهها، دفاتر، کارخانهها و غیره از فیبرهای نوری در سیستم LAN خود استفاده میکنند. شرکتهای برق هم از فیبرهای نوری در سیستمهای ارتباطی خود استفاده میکنند. بسیاری از شرکتهای برق از این فیبرها برای پایش سیستم شبکه قدرت خود استفاده میکنند.
فیبر نوری چگونه کار میکند؟
فیبر نوری بر اساس بازتاب داخلی کلی کار میکند. پرتوی نوری برای انتقال مقدار زیادی از دادهها مورد استفاده قرار میگیرد. البته اشکالی در اینجا وجود دارد، نور در مسیر مستقیم حرکت میکند. پس در صورتیکه که یک سیم صاف بدون هیچ انحرافی داشته باشیم این انتقال عملی است که اینکار عملاً ناممکن است. کابلهای نوری طوری طراحی شدهاند که با استفاده از TIR تمام پرتوهای نوری را به سمت مقصد کج میکنند. سیگنالهای نوری در مسافت بالا دچار اختلال میشوند ولی بسته به خلوص مواد استفاده شده در فیبر نوری این اختلال بسیار کمتر از کابلهای فلزی است.
سیستم تقویت فیبر نوری از اجزای زیر تشکیل شده است:
که سیگنالهای نوری را تولید و جهت انتقال کدگذاری میکند.
واسطه انتقال پالسهای نوری (سیگنال نوری)
که سیگنالهای نوری منتقلشده را دریافت کرده و کدشکنی میکند.
که برای انتقال داده در مسافتهای طولانی لازم است.
فواید ارتباطات فیبر نوری
- مقرون به صرفه
- نازک و غیر قابل اشتعال
- مصرف کمتر برق
- انعطاف پذیر و سبک
- اختلال کمتر در سیگنالها
سؤالات متداول درباره
سیلیکا یا شیشه چند جزئی
سیلیکا قبل از رسیدن به نقطه شکست کشسانی خوبی دارد که آن را تبدیل به گزینه خوبی برای این منظور میکند.
بازتاب داخلی کلی قاعده اصلی این ارتباط است.
جذب، انتشار و اثر موجبر
این فیبرها در حلالهای آلی نامحلولند، اتصال در آنها سخت است و اتصال به دلیل انعطافپذیری بیش از اندازه در روکش سخت میشود.
اثر رامان تغییر طول موج نور است که وقتی رخ میدهد که پرتوی نوری توسط ملکولها منحرف شود.
امنیت دادهها عالی است، مقرون به صرفه است، تحت تأثیر تداخلات قرار نمیگیرد.
THz 900
هسته همان بخش داخلی فیبر نوری است که نور را منتقل میکند.
اختلال سیگنالی کمتر، نازک و غیرقابل اشتعال، مقرون به صرفه، مصرف برق کمتر