مقدمه:

فیبر نوری یکی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است .

از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر:

شبکه های تلفن شهری و بین شهری ، شبکه های کامپیوتری و اینترنت استفاده می گردد.

فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای میباشد.

که هر یک از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.

 صاعقه گیر آذرخش

مبانی فیبر نوری :
فیبر نوری ، رشته ای از تارهای بسیار نازک شیشه ای بوده که قطر هر یک از تارها نظیر قطر یک تار موی انسان است .

تارهای فوق در کلاف هائی سازماندهی و کابل های نوری را بوجود می آورند.

از فیبر نوری بمنظور ارسال سیگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود. 

 صاعقه گیر آذرخش

یک فیبر نوری از سه بخش متفاوت تشکیل شده است :

هسته (Core) :

هسته نازک شیشه ای در مرکز فیبر که سیگنا ل های نوری در آن حرکت می نمایند.

روکش (Cladding) :

بخش خارجی فیبر بوده که دورتادور هسته را احاطه کرده و باعث برگشت نورمنعکس شده به هسته می گردد.

بافر رویه (Buffer Coating) :

روکش پلاستیکی که باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آسیب پذیر ، است .

صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و کابل های نوری را بوجود می آورند.

هر یک از کلاف های فیبر نوری توسط یک روکش هائی با نام Jacket محافظت می گردند. 

 صاعقه گیر آذرخش

فیبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:

فیبرهای تک حالته (Single-Mode) :

بمنظور ارسال یک سیگنال در هر فیبر استفاده می شود( نظیر : تلفن ) 

فیبرهای چندحالته (Multi-Mode) :

بمنظور ارسال چندین سیگنال در یک فیبر استفاده می شود( نظیر : شبکه های کامپیوتری) 

فیبرهای تک حالته دارای یک هسته کوچک ( تقریبا” ۹ میکرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز ( طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) می باشند.

فیبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر ( تقریبا” ۵ / ۶۲ میکرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طریق LED می باشند. 

 صاعقه گیر آذرخش

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 مسفقیم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد کرد.

با توجه به عدم وجود خم و یا پیچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن کرد.

در صورتیکه راهروی فوق دارای خم و یا پیچ باشد ، با چه مشکلی برخورد خواهیم کرد؟

در این حالت می توان از یک آیینه در محل پیچ راهرو استفاده تا باعث انعکاس نور از زاویه مربوطه گردد.

در صورتیکه راهروی فوق دارای پیچ های زیادی باشد ، چه کار بایست کرد؟

در چنین حالتی در تمام طول مسیر دیوار راهروی مورد نظر ، می بایست از آیینه استفاده کرد.

بدین ترتیب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با یک زاویه خاص) از نقطه ای به نقطه ای دیگر حرکت کرده ( جهش کرده و طول مسیر راهرو را طی خواهد کرد).

عملیات فوق مشابه آنچیزی است که در فیبر نوری انجام می گیرد.

نور، در کابل فیبر نوری از طریق هسته (نظیر راهروی مثال ارائه شده ) و توسط جهش های پیوسته با توجه به سطح آبکاری شده ( Cladding) ( مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده ) حرکت می کند.

( مجموع انعکاس داخلی ) .

با توجه به اینکه سطح آبکاری شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد ، نور قادر به حرکت در مسافت های طولانی می باشد.

برخی از سیگنا ل های نوری بدلیل عدم خلوص شیشه موجود ، ممکن است دچار نوعی تضعیف در طول هسته گردند.

میزان تضعیف سیگنال نوری به درجه خلوص شیشه و طول موج نور انتقالی دارد.

( مثلا” موج با طول ۸۵۰ نانومتر بین ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر کیلومتر ، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بین ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر کیلومتر ، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بیش از ۵۰ درصد در هر کیلومتر.

 صاعقه گیر آذرخش

سیستم رله فیبر نوری :

بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فیبر نوری در سیستم های مخابراتی ، مثالی را دنبال خواهیم کرد که مربوط به یک فیلم سینمائی و یا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است .

در فیلم فوق دو ناوگان دریائی که بر روی سطح دریا در حال حرکت می باشند ، نیاز به برقراری ارتباط با یکدیگر در یک وضعیت کاملا” بحرانی و توفانی را دارند.

یکی از ناوها قصد ارسال پیام برای ناو دیگر را 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 نماید.

در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از یک نورافکن 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 کدهای فوق را به یک زبان خاص ( مثلا” انگلیسی ) تبدیل و آنها را برای کاپیتان ناو ارسال می دارد.

فرض کنید فاصله دو ناو فوق از یکدیگر بسار زیاد ( هزاران مایل ) بوده و بمنظور برقرای ارتباط بین آنها از یک سیتستم مخابراتی مبتنی بر فیبر نوری استفاده گردد. 

سیتستم رله فیبر نوری از عناصر زیر تشکیل شده است :

فرستنده . مسئول تولید و رمزنگاری سیگنال های نوری است .

فیبر نوری مدیریت سیکنال های نوری در یک مسافت را برعهده می گیرد.

بازیاب نوری . بمنظور تقویت سیگنا ل های نوری در مسافت های طولانی استفاده می گردد. 

دریافت کننده نوری . سیگنا ل های نوری را دریافت و رمزگشائی می نماید. 

در ادامه به بررسی هر یک از عناصر فوق خواهیم پرداخت .

 صاعقه گیر آذرخش

فرستنده :

وظیفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو فرستنده پیام است .

فرستنده سیگنال های نوری را دریافت و دستگاه نوری را بمنظور 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 بمنظور تمرکز نور در فیبر باشد.

لیزرها دارای توان بمراتب بیشتری نسبت به LED می باشند.

قیمت آنها نیز در مقایسه با LED بمراتب بیشتر است .

متداولترین طول موج سیگنا ل های نوری ، ۸۵۰ نانومتر ، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است . 

 صاعقه گیر آذرخش

بازیاب ( تقویت کننده ) نوری :

همانگونه که قبلا” اشاره گردید ، برخی از سیگنال ها در مواردیکه مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده ( بیش از یک کیلومتر ) و یا از مواد خالص برای تهیه فیبر نوری ( شیشه ) استفاده نشده باشد ، تضعیف و از بین خواهند رفت .

در چنین مواردی و بمنظور تقویت ( بالا بردن ) سیگنا ل های نوری تضعیف شده از یک یا چندین ” تقویت کننده نوری ” استفاده می گردد.

تقویت کننده نوری از فیبرهای نوری متععدد بهمراه یک روکش خاص (doping) تشکیل می گردند.

بخش دوپینگ با استفاده از یک لیزر پمپ می گردد .

زمانیکه سیگنال تضعیف شده به روکش دوپینگی می رسد ، انرژی ماحصل از لیزر باعث می گردد که مولکول های دوپینگ شده، به لیزر تبدیل می گردند.

مولکول های دوپینگ شده در ادامه باعث انعکاس یک سیگنال نوری جدید و قویتر با همان خصایص سیگنال ورودی تضعیف شده ، خواهند بود.( تقویت کننده لیزری)

 صاعقه گیر آذرخش

دریافت کننده نوری :

وظیفه دریافت کننده ، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو دریافت کننده پیام است.

دستگاه فوق سیگنال های دیجیتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی ، سیگنا ل های الکتریکی را برای سایر استفاده کنندگان ( کامپیوتر ، تلفن و … ) ارسال می نماید.

دریافت کننده بمنظور تشخیص نور از یک “فتوسل” و یا “فتودیود” استفاده می کند. 

 صاعقه گیر آذرخش

اثر صاعقه و میدانهای الکترومغناطیسی بر فیبر نوری:

فیبرهای نوری از عوامل طبیعی کمتر تاثیر می‌پذیرند.

بدین صورت که میدان‌های مغناطیسی و یا الکتریکی شدید بر آن هیچ تاثیری نمی‌گذارد و خطر تداخل امواج پیش نمی‌آید.

به همین دلیل می‌توان آنها را برخلاف کابل مسی از کنار کابل‌های فشار قوی یا ژنراتورهای برق عبور داد.

همچنین خواصی همچون ضد آب بودن آن باعث شده تا از آن، روز به روز به طور گسترده‌تری استفاده شود.

 صاعقه گیر آذرخش

آیا استفاده از فیبرنوری معایبی هم دارد؟

برای این که دیگر در فیبرنوری با سیگنال الکتریکی سروکار نداریم باید از ادواتی مثل تقویت‌کننده‌ها و آشکارسازهای نوری استفاده کنیم که تا حدودی گران است.

از سوی دیگر از فیبرنوری فقط می‌توان برای انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع‌های نوری استفاده کرد و نمی‌توان برای انتقال الکتریسیته استفاده کرد.

اتصال فیبرنوری به یکدیگر بسیار مشکل و وقت‌گیر و نیاز به یک کادر فنی سطح بالا دارد یکی از ایرادهای مهمی که به فیبرنوری وارد می‌شود این است که به راحتی کابل‌ها را نمی‌توان پیچ و خم داد زیرا زاویه تابش نور در داخل آن تغییر کرده و باعث می‌شود نور از سطح آن خارج شود.

و از طرف دیگر آنها را نمی‌توان به راحتی قطع کرد و برای قطع آنها نیاز به تخصص ویژه‌ای است چون در غیر این صورت زاویه شکست عوض می‌شود.

  صاعقه گیر آذرخش

استفاده از فیبرنوری چه تاثیری در گسترش فناوری اطلاعات و ارتباطات دارد؟

امروزه با توجه به سرعت تولید علم و دانش نیاز به افزایش سرعت تبادل آنها بیشتر شده است.

دنیا به سمتی می‌رود که از ابزاری استفاده کند که با ارائه پهنای باند بیشتر همزمان تعداد بیشتری به راحتی و با سرعت زیاد اطلاعات را در اختیار داشته باشند یا همزمان بتوانند به راحتی با موبایل یا تلفن صحبت کنند و به اینترنت وصل شوند و فیبرنوری یکی از فناوری‌هایی است که می‌تواند این امکان را فراهم کند.

بکارگیری فیبرنوری برای انتقال اطلاعات از سال ۱۹۶۶ شکل گرفت.

ولی تا سال ۱۹۷۶ عملا در انتقال داده قابل استفاده نبود ولی اکنون شرکت‌های تلویزیون کابلی و شرکت‌های چند ملیتی جهت انتقال داده‌ها و اطلاعات مالی در سراسر جهان و… از فیبرنوری استفاده می‌کنند.

اکنون در ایران با توجه به زیاد شدن کاربران اینترنت، استفاده کنندگان از تلفن ثابت و موبایل و مهم‌تر از همه به خاطر این که ایران در مسیر شاهراه اطلاعات بین اروپا و چین قراردارد ضرورت استفاده از شبکه فیبرنوری حس شده و بهره‌برداری از آن اجرایی می‌شود.

البته باید توجه داشت استفاده از فیبرنوری به موازات استفاده از بقیه سیستم‌های انتقال اطلاعات صورت می‌گیرد.

 صاعقه گیر آذرخش

فیبرنوری چه کاربردهای دیگری دارد؟

استفاده از حسگرهای فیبرنوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند:

جریان الکتریکی،

میدان مغناطیسی،

فشار،

حرارت و جابجایی آلودگی آب‌های دریا،

سطح مایعات،

تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس بهره گرفته می‌شود.

یکی دیگر از کاربردها فیبرنوری در صنایع دفاعی و نظامی است که از آن جمله می‌توان به برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها و ارتباط زیردریایی‌ها اشاره کرد.

فیبرنوری در پزشکی نیز کاربردهای فراوانی دارد از جمله در دزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری خون و مایعات بدن.

ظرفیت و سرعت زیاد و ایمنی اطلاعات از دلایل اصلی استفاده از شبکه فیبرنوری است

فیبرنوری در اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی، صنایع دفاعی و نظامی و پزشکی به کار گرفته می‌شود.

 صاعقه گیر آذرخش

شبکه ملی فیبر نوری:

با افتتاح شبکه ملی فیبر نوری کشور به طول ۵۷ هزار کیلومتر، همه شهرها و مراکز استان‌ها و نقاط مرزی کشور از شبکه زیرساختی لازم با کیفیت بالا برخوردار می‌شوند.

این شبکه قرار است به شبکه فیبر نوری کشورهای همسایه نیز متصل شود.

  صاعقه گیر آذرخش

مزایای فیبر نوری:

فیبر نوری در مقایسه با سیم های های مسی دارای مزایای زیر است :

· ارزانتر. هزینه چندین کیلومتر کابل نوری نسبت به سیم های مسی کمتر است .

· نازک تر. قطر فیبرهای نوری بمراتب کمتر از سیم های مسی است .

· ظرفیت بالا. پهنای باند فیبر نوری بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بیشتر از سیم مسی است .

· تضعیف ناچیز. تضعیف سیگنال در فیبر نوری بمراتب کمتر از سیم مسی است .

· سیگنال های نوری . برخلاف سیگنال های الکتریکی در یک سیم مسی ، سیگنا ل ها ی نوری در یک فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهند داشت .

· مصرف برق پایین . با توجه به سیگنال ها در فیبر نوری کمتر ضعیف می گردند ، بنابراین می توان از فرستنده هائی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستنده های الکتریکی که از ولتاژ بالائی استفاده می نمایند ، استفاده کرد.

· سیگنال های دیجیتال . فیبر نور ی مناسب بمنظور انتقال اطلاعات دیجیتالی است.

· غیر اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الکتریسیته ، امکان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت .

· سبک وزن . وزن یک کابل فیبر نوری بمراتب کمتر از کابل مسی (قابل مقایسه) است.

· انعطاف پذیر . با توجه به انعظاف پذیری فیبر نوری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتال با موارد کاربردی خاص مانند :

عکس برداری پزشکی ، لوله کشی و …استفاده می گردد.

با توجه به مزایای فراوان فیبر نوری ، امروزه از این نوع کابل ها در موارد متفاوتی استفاده می شود.

اکثر شبکه های کامپیوتری و یا مخابرات ازراه دور در مقیاس وسیعی از فیبر نوری استفاده می نمایند.

 صاعقه گیر آذرخش