فیبر نوری چیست؟
مقالات تخصصی: فیبر نوری چیست؟ | نویسنده: مدیریت سایت | تاریخ انتشار: 1402/03/15
فیبر نوری به انگلیسی Optical Fiber در اصل رشته هایی شفاف و انعطاف پذیر از جنس شیشه یا پلاستیک است که با قرار گرفتن درون چند لایه روکش، کابل فیبر نوری (Cable Fiber Optic) پدید می آید.
فیبر نوری مانند سیم مسی بستری برای انتقال اطلاعات در شبکه های کامپیوتری و مخابراتی است. فیبر نوری در مقایسه با کابل مسی از پهنای باند، سرعت انتقال و برد بیشتری برخوردار است. فیبر نوری در خطوط اینترنت، تلویزیون کابلی و تلفن کاربرد گسترده ای دارد.
ساختار فیبر نوری
همانطور که در قسمت بالا نیز اشاره شد، کابل فیبر نوری شامل چند رشته یا تار شفاف شیشه ای یا پلاستیکی است. تعداد این رشته های شفاف بسته به نوع کابل متفاوت بوده و گاهی تعدادشان به چند صد رشته هم می رسد.
هر تار یا رشته فیبر نوری دارای هسته ای از جنس شیشه یا پلاستیک شفاف است که در واقع مسیر حرکت نور است. هستۀ شیشه ای را لایه ای دیگر احاطه کرده است که به آن غلاف میگویند. این رشته ها را هر تعداد که باشند، روکش محافظ دیگری احاطه کرده است که ضربه گیر نام دارد . نهایتا لایه دیگری مرسوم به روکش خارجی کا این مجموعه را محافظت میکند.
ممکن است برخی از فیبرهای نوری بین غلاف و روکش ضربه گیر، روکش میانی نیز داشته باشند یا ممکن است دارای دو روکش ضربه گیر باشند اما در کل ساختار فیبر نوری از چهار جزء اصلی تشکیل شده است که به ترتیب از درون به بیرون عبارتند از:
1- هسته (Core)
2- غلاف (Clad)
3-روکش ضربه گیر (Buffer)
4-روکش خارجی (Jacket Outer)
فیبر نوری چگونه کار میکند؟
فیبر نوری داده ها را به شکل ذرات نور جابه جا می کند. هر ذره نور را یک فوتون می نامند. فوتون ها، مسیر درون کابل فیبر نوری را می پیمایند تا از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل شوند. هسته و غلاف شیشه ای فیبر نوری، هر کدام ضریب انعکاس متفاوتی دارند که بسته به آن، نور را با زاویه مشخصی خم می کنند. ضریب انعکاس هر فیبر نوری یکی از مهم ترین ویژگی های آن است که مشخص می کند نور با چه میزان شکست و انعکاس در طول کابل پیش می رود. این ویژگی در تعیین برد سیگنال و طول کابل اهمیت دارد.
وقتی سیگنال های نوری درون کابل فیبر نوری حرکت می کنند، از سطح هسته و غلاف منعکس می شوند و به صورت جناغی یا اصطالحا زیگزاگی در طول کابل فیبر نوری پیش می روند. به این حرکت، بازتاب داخلی کلی (reflection internal total) گفته می شود. غلاف نورهایی را که از سطح هسته به بیرون (سمت غلاف) منعکس می شوند، دوباره به درون هسته بازمی تاباند تا سیگنال های نوری از دست نروند. سیگنال های نوری، نه با سرعت نور بلکه با ۳۰ درصد سرعت کمتر در فیبر نوری حرکت می کنند، زیرا چگالی لایه های شیشه اجازه نمی دهد سیگنال ها سریع تر از این حرکت کنند. اما همین سرعت نیز بسیار بیشتر از سرعت سیگنال های الکتریکی در کابل های مسی است .
انواع فیبر نوری از نظر نحوه انتقال سیگنال
فیبرهای نوری از نظر نحوه انتقال سیگنال به دو نوع اصلی تقسیم می شوند:
1- فیبر نوری تک حالته (Single-Mode Fiber)
چون هسته فیبرهای نوری تک حالته (سینگل مود) قطر کمتری دارد، احتمال تضعیف سیگنال در آن ها کمتر است. یکی از علل تضعیف سیگنال در فیبر نوری، برخورد مداوم سیگنال به دیواره شفاف هسته و منعکس شدن مجدد آن است که سبب می شود، سیگنال به جای مسیر مستقیم، حرکت زیگزاگی داشته باشد. پس هرچه قطر هسته کمتر باشد، هم دفعات و هم شدت انعکاس سیگنال کاهش می یابد و سیگنال طی حرکت خود، مسیر مستقیم تر و طولانی تری می پیماید. در فیبرهای نوری تک حالته چون قطر هسته کم است، نور عمدتا مانند یک پرتو منفرد طول کابل را درمی نوردد. چون سیگنال نوری نسبتا مستقیم پیش می رود، مسافت بیشتری طی می کند. همچنین فیبر نوری تک حالته پهنای باند بسیار بیشتری دارد. معمولا منبع نور فیبرهای تک حالته، لیزر است. باتوجه به آنچه گفته شد، فیبر نوری تک حالته برای انتقال داده در مسافت های طولانی تر به کار می رود. فیبرهای نوری تک حالته معمولا گران ترند، چون برای تولید لیزر در ورودی هسته کوچک آن ها محاسبات دقیق تری الزم است .
2- فیبر نوری چندحالته ( Multimode-Fiber)
هسته فیبرهای نوری چندحالته (مولتی مود) قطر بیشتری دارد. درنتیجه، سیگنال های نوری در طول مسیر دفعات بیشتری به دیواره های هسته برخورد می کنند و منعکس می شوند و حرکت شان شکل زیگزاگی به خود می گیرد. بازتاب های پیاپی سیگنال به تضعیف بیشتر آن منجر می شود. درعوض، هرچه قطر هسته بیشتر باشد، تعداد پالس های نوری بیشتری درون کابل به حرکت درمی آیند و درنتیجه هم زمان داده های بیشتری می توانند منتقل شوند. اما در فیبرنوری چندحالته، احتمال از دست رفتن سیگنال و نیز تداخل سیگنال ها افزایش می یابد. درنتیجه، کابل فیبر نوری چندحالته برای انتقال داده در مسافت های کوتاه تر به کار می رود. برای ایجاد پالس نوری در فیبرهای نوری چندحالته معمولا از LED استفاده می شود.
مزایا و معایب فیبر نوری
مزایا
- پهنای باند فیبر نور ی بسیار بیشتر از پهنای باند کابل های مسی با ضخامت یکسان است. برخی از کابل های فیبر نوری بسته به نوعشان می توانند داده ها را با نرخ ۱۰ گیگابیت، ۴۰ گیگابیت و ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه نیز انتقال دهند.
- کابل های فیبر نوری از کابل های مسی قوی تر، نازک تر و سبک ترند.
- فیبر نوری به مراقبت ها و تعویض های مستمر نیازی ندارد .
- سیگنال های نوری نسبت به سیگنال های الکتریکی مسافت بیشتری می پیمایند. لذا فیبرهای نوری در مقایسه با کابل های مسی به ریپیترها یا تقویت کنندههای کمتری نیاز دارند.
- شیشه برخلاف مس، رسانای الکتریکی نیست و به همین سبب سیگنال های نوری تقریبا از تداخل الکترومغناطیسی تاثیر نمی پذیرند.
- فیبر نوری را می توان در محیط های مخاطره آمیزتری همچون زیر آب و بین اقیانوس ها نیز به کار گرفت. برآورد شده است که حدود ۹۹ درصد داده های بین المللی از طریق فیبرهای نوری منتقل می شوند. بسیاری از کابل های فیبر نوری، کشورها و قاره ها را از زیر دریاها و اقیانوس ها به هم متصل کرده اند.
معایب
- سیم مسی اغلب ارزان تر از فیبر نوری است .
- تارها یا رشته های شیشه ای اگر در قالب کابل های روکار به کار گرفته شوند، بیش از کابل های مسی به مراقبت احتیاج دارند.
- نصب فیبرهای نوری جدید کار یدی زیادی می طلبد.
- کابل های فیبر نوری به ویژه اگر هسته و غلافشان شیشه ای باشد، در مقایسه با کابل های مسی اغلب شکننده ترند. خم شدن چند سانتی متری زاویه کابل فیبر نوری ممکن است به از دست رفتن سیگنال منجر شود.
تجهیزات فیبر نوری
نصب، راه اندازی، آزمایش و نگهداری فیبر نوری و شبکه های مبتنی بر آن نیازمند ابزارها و تجهیزات مختلفی است. درادامه برخی از ابزارها و تجهیزات فیبر نوری به اختصار معرفی می شوند:
دستگاه OTDR
دستگاه OTDR مخفف (Optical Time Domain Reflectometer) است و برای سنجش بازتاب نور در دامنه های زمانی مختلف به کار می رود. تست OTDR نیز با استفاده از این دستگاه و برای عیب یابی شبکه های لیزری و اطمینان از سالم بودن آن ها صورت می گیرد. برای مثال، دستگاه OTDR به درون شبکه فیبر نوری پالس نوری می فرستد. پس از دریافت و سنجش این پالس ها در انتهای کابل، می توان به وضعیت کابل و صحت آن پی برد.
دستگاه فیوژن فیبر نوری(Splicer Fusion)
فیوژن فناوری جدیدی است که برای ایجاد اتصال بین دو کابل فیبر نوری به کار می رود. گاهی به این فناوری، جوش فیبر نوری نیز می گویند. در فیوژن فیبر نوری، کابل ها با استفاده از گرما به هم جوش می خورند. کار دستگاه فیوژن فیبر نوری ایجاد گرما برای این منظور است .
قلم فیبر نوری (VFL)
عبارت VFL مخفف Visual Fault Locator است که آن را قلم فیبر نوری معنا کرده اند. قلم فیبر نوری یکی از ابزارهای آزمایش در شبکه های فیبر نوری است. در شبکه های فیبر نوری برای ردیابی نور لیزر در مسیر حرکت خود در کابل فیبر نوری و اتصالات آن از این قلم استفاده می شود.
منبع نوری (Optical light Source)
منبع نوری یا لایت سورس دستگاهی است که برای برخی عیب یابی ها در شبکه های فیبر نوری به کار می رود. منبع نوری یا لایت سورس، با استفاده از امواج الکترومغناطیسی برخی از عیب های شبکه فیبر نوری مانند شکستگی ها و اعواج های ریز که معمولا طی فرآیند ساخت اتفاق می افتد را تشخیص می دهد.
پاورمتر(OLM)
پاورمتر یا OLM که مخفف Optical Power Meter است قدرت سیگنال های نوری و توان تجهیزات مورد استفاده در شبکه فیبر نوری را می سنجد.
آزمایشگر شبکه( Network Tester)
آزمایشگر یا تستر شبکه، طول کابل و نیز خرابی و قطعی اتصال، محل ایراد، وضعیت سلامتی و نویز کابل را آزمایش می کند.
برش دهنده فیبر نوری (Fiber Fiber Optic Cleaver)
برش دهنده یا کلیور فیبر نوری، تارهای فیبر نوری را به صورت ۹۰ درجه برش می زند تا برای انجام آزمایش فیوژن آماده شوند. برای این منظور فیبر نوری را پس از برداشتن غلاف آن، توسط دستگاه کلیور به صورت ۹۰ درجه برش می زنند. پس از آن می توان چنین کابلی را با دستگاه فیوژن به کابل دیگری جوش زد .
گفتنی است که برای ایجاد، راه اندازی، عیب یابی و نگهداری شبکه های فیبر نوری ابزارهای دیگری نیز به کار می روند. کابل نوری، تمیزکننده های کانکتور فیبر نوری، صفحه رابط (پچ پنل)، و آچار سوکت زن از آن جمله اند.