فیبر نوری

فیبرنورى یکى از محیط هاى انتقال هدایت شده است که در مخابرات مورد استفاده واقع مى شود. محیط انتقال یعنى جایى بین فرستنده و گیرنده که ارتباط این دو از این طریق حاصل مى شود، هنگامى که پیامى مانند اطلاعات، تصویر ، فیلم و صدا انتقال داده مى شود، نیاز به بسترى براى انتقال دارد که این بستر مى تواند سیم، عایق ، فیبر و ... باشد.
امروزه با پیشرفت تکنولوژى اکثر مکالمات تلفنى- ارسال و دریافت فکس، ارسال اطلاعات از طریق پست الکترونیکى بین نقاط جغرافیایى مختلف توسط فیبر در حال انجام است. در این گونه از بسترهاى ارتباطى نور به عنوان هادى جریان وارد عمل مى شود در صورتى که در سیم برق، این بستر را جریان الکتریسته بر عهده دارد. در سیم هاى برق الکترون ها توسط اعمال میدان الکتریکى از یک سر سیم به سمت طرف دیگر آن در حرکتند. در فیبرنورى ، این فوتون ها هستند که چون در کابل محبوس شده و راه گریزى ندارند به اجبار، باید به سمت دیگر فیبر حرکت کنند.
اساس تمام فیبرهاى نورى را سیم هاى استوانه اى از جنس شیشه تشکیل مى دهد، این فیبرها از دو بخش هسته و روکش تشکیل یافته اند. به گونه اى که چگالى نورى هسته بیشتر از چگالى نورى روکش است. روکش هسته اى را در برگرفته و سیگنال هاى نورى به هسته وارد و طبق خاصیت بازتاب کلى از سطح جدایى هسته و روکش بازتابیده مى شوند، با کمک این بازتابش کلى سیگنال ها مى توانند فاصله اى در حدود ۴۰۰ کیلومتر را بدون نیاز به تقویت طى کنند که این فاصله در سیم هاى معمولى بسیار کمتر از این مقدار است.
* ساختار فیبر
فیبرهاى نورى رشته هاى بلند و نازکى از شیشه بسیار خالصند که ضخامتى در حد قطر مو دارند. آنها در بسته هایى به نام کابل هاى نورى کنار هم قرار داده مى شوند و براى انتقال سیگنال هاى نورى در فواصل دور مورد استفاده قرار مى گیرد. هر فیبر از اجزاى زیر تشکیل شده است:
۱- هسته: بخش مرکزى فیبر است که جنس آن از شیشه است (core)
۲- روکش: بخش شفافى که هسته مرکزى را دربرگرفته و سبب انعکاس نور به داخل آن مى شود (cladding )
۳- روکش محافظ: روکش فوقانى کابل که آن را در برابر رطوبت و آسیب محافظت مى کند(buffer coation)
* فیبر چگونه ساخته مى شود
فیبرنورى از شیشه شفاف بسیار خالص ساخته مى شود با نگاهى به شیشه هایى که در اطراف ما وجود دارد به این نکته پى خواهیم برد که شیشه به عنوان محیطى شفاف مى تواند نور را از خود عبور دهد اما به دلیل وجود ناخالصى هایى در شیشه نور به طور کامل بدون تغییر نمى تواند عبور کند. شیشه هایى که در ساخت فیبر مورد استفاده قرار مى گیرند به مراتب داراى ناخالصى هاى کمترى است.
این شیشه ها به اندازه اى شفاف هستند که اگر روى سطح اقیانوسى از شیشه به کار رفته در ساخت فیبر نورى قرار بگیرید مى توانید عمق چندین کیلومترى آن را به وضوح و شفافیت کامل ببینید.
* انواع فیبر
فیبرهاى نورى در دو گروه عمده زیر ارائه مى شوند:
۱- تک حالته (Mode - (Single که به منظور ارسال یک سیگنال در هر فیبر استفاده مى شود.
۲- چند حالته (Mode -Multi ( که به منظور ارسال چندین سیگنال در یک فیبر استفاده مى شود مانند شبکه هاى رایانه اى. فیبرهاى تک حالته داراى یک هسته کوچک مى باشند که تنها قادر به ارسال نور لیزرى مادون قرمز است اما فیبرهاى چند حالته داراى هسته بزرگ تر بوده و قادر به ارسال سایر امواج نیز مى باشند.
* مزایاى فیبر نورى
۱- قطر این فیبرها کمتر از سیم هاى مسى است.
۲- هزینه کابل کشى این فیبرها نسبت به سیم هاى مسى کمتر است.
۳- پهناى باند فیبر نورى به منظور ارسال اطلاعات بیشتر از سیم مسى است.
۴- با توجه به وجود سیگنال دیجیتالى در فیبر نورى، این سیگنال ها به منظور انتقال اطلاعات دیجیتالى مناسب است.
۵- به دلیل عدم وجود الکتریسیته در فیبر نورى امکان بروز آتش سوزى در این کابل ها وجود ندارد.
۶- تضعیف سیگنال در فیبر نورى کمتر از سیم مسى است
۷- سیگنال هاى نورى در یک فیبر تأثیرى بر فیبر دیگر نداشته و تداخل امواج پیش نخواهد آمد.
۸- به دلیل تضعیف کمتر در کابل هاى نورى مصرف برق پائین تر است. بنابراین مى توان از فرستنده هایى با میزان برق مصرفى پائین نسبت به فرستنده هاى الکتریکى ولتاژ بالا استفاده کرد.
۹- با توجه به حالت انعطاف پذیرى فیبر نورى مى توان در مواردى مانند دوربین هاى دیجیتال، عکسبردارى پزشکى و... از آن استفاده کرد.
* تاریخچه فیبر نورى
پس از اختراع لیزر در سال ،۱۹۶۰ ایده اولیه به کارگیرى فیبر نورى براى انتقال اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولیه فیبر نورى در سال ۱۹۶۶ در کشورهاى انگلیس و فرانسه منتشر شد اما با اقبال عمومى کاربران مواجه نشد. پس از یک سال تلاش هاى شبانه روزى سازندگان ضایعات فیبرنورى کاهش یافته و به تعدادى رسید که قابل مقایسه با سیم هاى کواکسیکال بود. در کشور ما نیز در اوایل دهه ۶۰ یک مجتمع تولیدى فیبرنورى در تهران آغاز به کار کرد و در سال ۱۳۷۳ تولید فیبرنورى در کشور آغاز شد.
* نسل سوم فیبرها
طراحان فیبرهاى نسل سوم ، فیبرهایى را طراحى کردند که داراى حداقل تلفات و پاشندگى اطلاعات است، براى دستیابى به این نوع از فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۱‎/۵ میکرون و از حداقل پاشندگى در طول موج ۱‎/۳ میکرون استفاده کردند و موفق به ساخت فیبرى شدند که داراى ساختار نسبتاً پیچیده اى است. در عمل با تغییراتى در پروفایل ضریب شکست فیبرهاى تک مدار از نسل دوم که حداقل پاشندگى آن در حدود ۱‎/۳ میکرون بود به محدوده ۱‎/۵ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبرنورى با ماهیت متفاوتى موسوم به فییبر DSF طراحى و ساخته شد.
* معایب فیبر نورى
در کنار مزایاى بسیارى که براى فیبرنورى برشمرده شد معایبى نیز دارد که به شرح زیر است:
۱- از فیبر تنها مى توان براى انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع هاى نورى استفاده کرد و نمى توان براى انتقال الکتریسیته از آن بهره گرفت.
۲- اتصال دو فیبر به یکدیگر بسیار مشکل و وقت گیر است و نیاز به دانش فنى خاص دارد.
۳- چند شعاع نورى را به صورت همزمان نمى توان انتقال داد.
* کاربردهاى فیبرنورى
۱- عکسبردارى پزشکى: با استفاده از فیبرنورى لوله اى نازک براى عکسبردارى از نایچه ها طراحى شده است.
۲- تصویربردارى ماشینى: براى چک کردن جوش هایى که در لوله ها و موتورها به صورت ماشینى اجرا مى شود.
۳- در لوله کشى: براى بررسى مجارى فاضلاب ها و راه هاى ورودى آب.
* استانداردها
فیبرهاى نورى باید پس از طراحى و ساخت داراى استانداردهایى باشند. این استانداردها به قرار زیر است:
۱- مقاومت کششى: فیبر باید بتواند نیروى کششى معادل ۱۰۰ هزار پوند بر اینچ مربع را تحمل کند.
۲- منحنى ضریب شکست: از لحاظ ابعاد هندسى از جمله کنترل یکنواختى قطر هسته و یکنواختى ضخامت لایه روکش
۳- میزان تضعیف امواج در فیبرنورى: در این آزمایش مشخص مى شود که سیگنال هاى نورى در طول موج هاى مختلف چه مقدار انرژى خود را حین عبور از دست مى دهند.