فیبر نوری چیست ؟
فیبرنوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالص به قطر موی انسان است. آن ها در بسته هایی به نام کابل های نوری مرتب شده اند و برای انتقال سیگنال های نور در فواصل طولانی استفاده می شوند.
فیبرنوری یک فناوری برای انتقال ترافیک داده به صورت پالس های نور بر روی فیبر های نوری کوچک است. قطر این الیاف تقریباً به اندازه یک تار موی انسان است و معمولاً از سیلیس خالص ساخته می شوند. نور از هسته فیبر عبور می کند و با روکش کردن از خارج شدن آن جلوگیری می کند. پوشش برای عایق بندی کابل های فیبرنوری در برابر باران و سایر انواع آسیب ها استفاده می شود. فرستنده های نوری وسیله ای برای انتقال ترافیک داده در یک شبکه فیبرنوری با تبدیل داده ها به نور هستند. آن ها به عنوان لیزر های مخصوص طول موج، سیگنال های داده الکتریکی را از سوییچ ها به سیگنال های نوری تبدیل می کنند که می توانند از طریق این نوع کابل ها منتقل شوند.
ساختار فیبر نوری
یک فیبر نوری از سه عنصر متحد المرکز اصلی تشکیل شده است:
- هسته (core)
- روکش
- پوشش خارجی
هسته یا (Core) تار نوری معمولاً از شیشه یا پلاستیک ساخته می شود، اگرچه بسته به طیف انتقال مورد نظر، گاهی اوقات از مواد دیگری نیز استفاده می شود. هسته بخش انتقال نور، فیبر است. روکش معمولاً از همان ماده هسته ساخته می شود، اما با ضریب شکست کمتری (معمولاً حدود 1٪ کمتر). این اختلاف شاخص باعث می شود تا بازتاب داخلی کل در مرز شاخص در طول فیبر رخ دهد تا نور به پایین فیبر منتقل شود و از دیواره های جانبی خارج نشود.
این پوشش معمولاً شامل یک یا چند لایه از یک ماده پلاستیکی برای محافظت از فیبر در برابر محیط فیزیکی است. گاهی اوقات غلاف فلزی برای محافظت فیزیکی بیشتر به پوشش اضافه می شود. تارهای نوری معمولاً با اندازه آنها مشخص می شوند که به عنوان قطر خارجی هسته، روکش و پوشش داده می شود. به عنوان مثال، اندازه 62.5/125/250 به فیبری با هسته قطر 62.5 میکرومتر، روکش با قطر 125 میکرومتر و پوشش بیرونی با قطر 0.25 میلی متر اشاره دارد.
مقایسه فیبرنوری و سیم مسی
در گذشته، داده ها عمدتاً به شکل سیگنال های الکتریکی با استفاده از سیم های مسی منتقل می شدند. کابل های نوری با انتقال داده ها به عنوان نور، پیشرفت های قابل توجهی در کارایی نسبت به مس به شکل پهنای باند بالا تر و تضعیف سیگنال کمتر در همان شکل ارائه می کنند.
در حالی که نصب سیم های مسی ارزان تر است، کابل های فیبرنوری نیازی به نگهداری یا تعویض مکرر ندارند. با این حال، کابل های فیبرنوری شکننده تر هستند، زیرا اگر کابل بیش از چند سانتی متر خم شود، سیگنال از بین می رود. برخلاف سیم های مسی، کابل های فیبرنوری به تداخل الکتریکی و مغناطیسی حساس نیستند و می توانند در محیط های سخت تر مانند زیر آب استفاده شوند. هم چنین کابل های فیبرنوری به طور قابل توجهی سبک تر هستند، انرژی کمتری مصرف می کنند و از ایمنی بیشتری برخوردار هستند، زیرا ضربه زدن به آن ها سخت تر است.
تاریخچه فیبر نوری
امروزه فیبر نوری یکی از دلایل سرعت و پیشرفت مخابرات و اینترنت و سایر زمینه های الکترونیکی است. اگرچه بسیاری از مردم تار نوری را یک فناوری جدید می دانند، اما در واقع تاریخچه این فناوری به دهه 1970 برمی گردد، زمانی که برای اولین بار در ارتباطات از راه دور استفاده شد. در سال 1988، با کمک کابل های فیبر نوری که در زیر اقیانوس کار گذاشته شدند، ایالات متحده را به اروپا متصل کرد.
در طول این سال‌ها، خطوط بیشتر و بیشتری در زیر دریاها کشیده شدند و امروزه شبکه عظیمی از کابل های تار نوری در سراسر جهان گسترده شده است. شبکه‌های فیبر نوری شبکه ای رو به رشد، با قابلیت‌های سرعت بسیار بالا و انتقال مطمئن داده ها، امکان پیشرفت چشمگیر در حوزه مخابرات را فراهم کرده اند. برخی افراد معتقدند فناوری تار نوری چیزی است که عصر اطلاعات را ممکن کرده است.
انواع فیبر نوری
کابل فیبر نوری به دو دسته تقسیم می شود.
- فیبر تک حالته (SMF)
کابل نوری تک حالته، ساده ترین ساختار موجود بین کابل های نوری است. این کابل شامل یک هسته بسیار نازک با قطر حدودا 9 میکرون است و همه سیگنال ها مستقیماً از وسط حرکت می کنند بدون این که از لبه ها پرش کنند. کابل های نوری تک حالته معمولاً برای برنامه‌های CATV، اینترنت و تلفن مورد استفاده قرار می گیرند، جایی که سیگنال ها توسط فیبر های تک حالته پیچیده شده در بسته ای حمل می شوند. این کابل ها اطالاعات را از طریق نور لیزر مادون قرمز با طول موج 1300 تا 1550 نانو متر منتقل می کنند.
رایج ترین کابل در شبکه های مخابراتی در سراسر جهان برای حمل انرژی نور در یک مسیر، کابل نوری تک حالته است که برای استفاده در فواصل طولانی طراحی شده است. از آن جایی که تنها یک مسیر نور را در خود جای می دهد، احتمال کمتری برای هم پوشانی سیگنال ها و اعوجاج وجود دارد.
- فیبر چند حالته (MMF)
کابل نوری چند حالته نوع دیگری از کابل فیبرنوری است. این کابل حدود 10 برابر بزرگتر از کابل تک حالته است. پرتو های نور می توانند با دنبال کردن مسیر های مختلف یا در حالت های مختلف در هسته حرکت کنند. این نوع کابل ها فقط می توانند داده ها را در فواصل کوتاه ارسال کنند. بنابراین، آن ها در میان سایر برنامه های کاربردی، برای اتصال شبکه های کامپیوتری استفاده می شوند.
از سوی دیگر، دارای یک هسته بزرگ تر با قطر 62.5 میکرون است که دارای انشعابات قابل توجهی برای فواصلی است که می توان از آن ها به طور موثر استفاده کرد. هسته‌های بزرگ تر کابل های فیبرنوری چند حالته امکان عبور چندین حالت نور از آن ها را فراهم می کنند و تعداد بازتاب ها را افزایش می دهند. در عمل، این بدان معناست که می توان از فرستنده و گیرنده های کم هزینه استفاده کرد. این نوع کابل ها برای سیگنال های نوری ساخته شده است که باید مسیر های مختلفی را به طور همزمان طی کنند. معمولاً در فواصل کمتر از یک مایل. به عنوان مثال، مراکز داده و برخی از شبکه های خانگی متصل، فیبر چند حالته را ترجیح می دهند، زیرا می تواند حجم بسیار زیادی از داده ها را به شیوه ای مقرون به صرفه و مدیریت فضای کابل کشی مدیریت کند. این نوع کابل نور مادون قرمز با طول موج 850 تا 1300 نانومتر را از طریق دیود های ساطع کننده نور LED منتقل می کنند. استفاده از کابل چند حالته برای فواصل بیشتر از 200 تا 300 متر فایده چندانی ندارد.
کاربرد فیبر نوری
برخی از زمینه های اصلی کاربرد فیبرهای نوری عبارتند از:
- ارتباطات
انتقال داده، صدا و ویدئو رایج ترین کاربردهای تار نوری است و این موارد به شرح زیر می‌باشند:
- مخابرات
- شبکه های محلی (LAN)
- سیستم های کنترل صنعتی
- سیستم های فرماندهی، کنترل و ارتباطات نظامی
- سنجش
تار نوری را می توان برای انتقال نور از یک منبع راه دور به آشکار ساز برای به دست آوردن فشار، دما یا اطلاعات طیفی استفاده کرد. این فیبر همچنین می تواند به طور مستقیم به عنوان یک ترانسدیوسر برای اندازه گیری تعدادی از اثرات محیطی مانند کشش، فشار، مقاومت الکتریکی و pH استفاده شود. تغییرات محیطی بر شدت نور، فاز و قطبیت تأثیر می‌گذارد؛ به گونه‌ای که می‌توان آنها را در انتهای دیگر فیبر، تشخیص داد.
- تحویل نیرو
فیبرهای نوری می توانند از نظر قدرت، سطوح بسیار بالایی را برای کارهایی مانند برش لیزری، جوشکاری، علامت گذاری و حفاری ارائه دهند.
- روشنایی
دسته ای از الیاف که با یک منبع نور در یک انتها جمع شده اند، می توانند مناطقی را که دسترسی به آنها دشوار است؛ به عنوان مثال داخل بدن انسان، همراه با یک آندوسکوپ را روشن کند. همچنین می توان از آنها به عنوان تابلوی نمایش و یا نورپردازی تزئینی استفاده کرد.
- کاربرد فیبر نوری در ساختمان
کابل های تار نوری بخشی جدایی ناپذیر از یک سیستم ارتباطی ساختمان هستند. اگر چه معمولاً برای ارتباطات شبکه سازمانی نصب می شوند؛ اما در سیستم های مدیریت ساختمان و هماهنگی برق-قدرت نیز طراحی شده اند.
مزایای فیبر نوری
پهنای باند بسیار بالا: هیچ رسانه انتقال اطلاعات مبتنی بر کابل دیگری، پهنای باندی را که فیبر دارد، ارائه نمی دهد. تعداد رکوردهایی که کابل های فیبر نوری قادر است در واحد زمان ارسال نمایند بسیار بیشتر از کابل های مسی است.
مسافت طولانی تر: در انتقال فیبر نوری، کابل های نوری می توانند تلفات کم انرژی را تامین کنند، که اجازه می دهد سیگنال ها را به فواصل طولانی تری نسبت به کابل های مسی منتقل کنند.
مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی: در استقرار عملی کابل، برآوردن محیط هایی مانند پست های انرژی، گرمایش، تهویه و سایر منابع تداخل صنعتی اجتناب ناپذیر است. با این حال، فیبر به دلیل مصون بودن نسبت به تداخل الکترومغناطیسی، میزان خطای بیتی کاملاً پایینی دارد )10 (EXP-13 و می توان گفت که انتقال فیبر نوری بدون نویز می باشد.
ریسک امنیتی پایین: رشد بازار ارتباطات فیبر نوری عموما به دلیل افزایش آگاهی مردم در مورد احتمال سرقت داده و یا امکان شنود و تعویض اطلاعات در کابل های مسی است.در حالیکه هنگام انتقال داده ها به وسیله فیبر نوری، هیچ راهی برای شنود و یا امکان نشتی اطلاعات وجود ندارد. همین امر باعث افزایش تقاضا برای استفاده از فیبر نوری گردیده است.
اندازه کوچک: کابل فیبر نوری قطر کاملاً کمی دارد. برای مثال، قطر کابل یک فیبر چند حالته OM3 تنها 2 میلی متر است که از کابل مسی کواکسیال بسیار کوچکتر است. اندازه کوچک منجر به صرفه جویی در فضای بیشتری هنگام انتقال فیبر نوری می شود.
وزن سبک: کابل های فیبر نوری از شیشه یا پلاستیک ساخته شده اند و از کابل های مسی نازک تر هستند. همین امر موجب شده تا وزن کمی داشته باشند.
افزایش پهنای باند ساده: با به کار گیری کابل فیبر نوری، می توان ابزار جدیدی را به زیرساخت کابل فعلی اضافه نمود. از آنجایی که کابل نوری قادر است ظرفیت زیادی را نسبت به کابل های مسی اولیه ارائه دهند، در عصر WDM (مالتی پلکس کردن بخش طول موج)، از جمله CWDM و DWDM، کابل های فیبر را قادر می کند تا پهنای باند اضافی را در خود جای دهند.
معایب فیبر نوری
- سیم مسی اغلب ارزان تر از تار نوری است.
- فیبر شیشه به محافظت بیشتری در داخل کابل بیرونی نسبت به مس نیاز دارد.
- نصب کابل کشی جدید کاری فشرده است.
- کابل های تار نوری اغلب شکننده تر هستند. به عنوان مثال، اگر کابل به شعاع چند سانتی متری خم یا منحنی شود، فیبرها می توانند شکسته شوند یا سیگنالی از بین برود.
انتقال فیبر نوری به طور گسترده برای انتقال حقایق استفاده می شود و به دلیل کارایی و ظرفیت انتقال بالا به طور فزاینده ای در حوزه سیم های فلزی مورد استفاده قرار می گیرد. ما دیدیم که کابل های فیبر نوری جایگزین کابل های جفت تابیده مسی یا کابل کواکسیال شده اند.
از آنجایی که امروزه استفاده و نیاز به پهنای باند زیاد و سرعت سریع است، ممکن است شکی وجود نداشته باشد که انتقال فیبر نوری فرصت های بیشتری را فراهم می کند و به طور مداوم تحت تحقیق و توسعه قرار می گیرد تا نیازهای آیندگان را برآورده نماید.
امیدواریم این مطالب براتون آموزنده بوده باشه. در صورت تمایل برای خرید هاست ، سرور های مجازی و … با پشتبیانی نوژن در ارتباط باشید.
