کابل فیبر نوری چیست؟ | مفاهیم و مقدمات فیبر نوری
در سال های اخیر کاملاً واضح می‌باشد که کابل فیبر نوری جای کابل مسی را به عنوان وسیله ارتباطی گرفته است. آنها در مسیر طولانی ما بین سیستم‌های تلفن محلی و همچنین ستون سیستم‌های تحت شبکه خود را نشان داده‌اند. برخی از موارد استفاده دیگر آنها در سرویس‌های تلویزیون، دانشگاه‌ها، ساختمان‌های اداری، سایت‌های صنعتی و شرکت‌های تأسیسات الکتریکی می‌باشد.
سیستم کابل فیبر نوری مشابه سیستم کابل مسی می‌باشد. با این تفاوت که فیبر نوری از نور در راستای انتقال اطلاعات به جای الکتریسیته استفاده می‌نماید. در یک طرف سیستم یک فرستنده قرار دارد. این نقطه مکان ورود اطلاعات به خطوط فیبر نوری می‌باشد. فرستنده اطلاعات دریافتی از تجهیزات را تأیید می‌نماید. سپس اطلاعات را به نور تغییر می‌دهد. یک دیود ساتع کننده نور (LED) یا یک دیود تزریق لیزر (ILD) برای تولید پالس نوری استفاده می‌شود. با استفاده از یک لنز، پالس نوری توسط یک مبدل به کابل فیبر نوری انتقال داده می‌شود.
این نور برای مسافت کوتاه 850nm و برای مسافت بلند 1300nm در فیبر چند حالته و برای فیبر تک حالته 1500nm می‌باشد. برای فهم بهتر از فیبر نوری، یک مقوای کاغذ را که در داخل آن آینه قرار دارد را در نظر بگیرید. اگر یک چراغ قوه در یک سر آن قرار دهید، حتی با وجود خمش در طول مسیر نور را به صورت کامل در آن سر خواهید دید. پالس های نوری به راحتی از کابل فیبر نوری به دلیل قانون انعکاس کامل درونی، عبور می‌کنند. این قانون می‌گوید که اگر زوایا از یک مقدار بالا عبور نماید، نور دیگر از شیشه خارج نمی‌شود، بلکه نور به داخل بازگردانده می‌شود.
فیبر نوری نیز از همین قانون پیروزی می‌کند. هسته فیبر نوری باید دارای سطحی صاف و پاک داشته باشد تا نور مادون قرمز به راحتی از آن عبور نماید (850nm، 1300nm و 1500nm). در ساخت هسته می‌توان از جنس پلاستیک برای مسافت‌های بسیار کوتاه استفاده نمود اما به صورت عمومی، فیبر نوری از شیشه ساخته می‌شود. فیبر نوری شیشه‌ای تقریباً همیشه از جنس خالص سیلیکا می‌باشد اما در برخی موارد از جنس Fluoroziconate ،Fluro aluminate و chalcogenide شیشه برای طیف بلند مادون قرمز استفاده می‌شود.
کابل فیبر نوری به عنوان یک راهنمای نور عمل می‌نماید. راهنمایی نور تعریف شده از یک سمت و انتقال آن به سمت دیگر. اولین کابل فیبر نوری با افت قدرت سیگنال 20dB ساخته شده بود که امروزه افت قدرت سیگنل به 0.5dB/Km رسیده است.
در تکنولوژی فیبر نوری، کابل تک حالته برای انتقال تنها یک سیگنال و یا حالت نور طراحی شده است که برای مسافت طولانی استفاده می‌شود. برای مسافت کوتاه از کابل چند حالته استفاده می‌شود. همچنین هسته کابل فیبر نوری تک حالته قطر کمتری نسبت به کابل چند حالته دارد.
فیبر نوری تک حالته (سینگل مد)
این نوع کابل از یک هسته فیبر شیشه‌ای با قطر 8.3 تا 10 میکرون که یک حالت انتقال دارد، طراحی شده است. در این نوع فیبر نوری، سیگنال با قدرت 1310nm و یا 1550nm انتقال داده می‌شود. این کابل پهنای باند بالاتری را نسبت به کابل چند حالته انتقال می‌دهد اما نیاز به یک منبع نور با قطر کمتری دارد. به دلیل هسته کوچک و امواج نوری تک، هر گونه اختشاش ناشی از روی هم افتادگی پالس نوری صورت نمی‌گیرد. از همین رو کمترین تأخیر سیگنال و سرعت انتقال بالایی را به همراه خواهد داشت.
فیبر نوری چند حالته (مولتی مد)
این نوع کابل کمی قطر بزرگتری در حدود 50 تا 100 میکرون دارد. در اکثر استفاده از این نوع کابل، دو فیبر استفاده می‌شود. فیبر نوری چند حالته پهنای باند بالا در سرعت بالا (10 تا 100 مگابیت – گیگابیت در 275 متر تا 2 کیلومتر) در مسافت متوسط ارائه می‌دهد. امواج نوری در چند مسیر ساتع می‌شود، و در هسته با قدرت 850 تا 1300nm حرکت می‌نمایند. در فیبر نوری چند حالته در مسافت بالای 914 متر، چند مسیر نوری می‌تواند باعث اختشاش شود و اطلاعات به صورت ناقص به گیرنده انتقال داده شود.
این نوع کابل در دو حالت ساخته شده است:
- فیبر نوری چند حالته با ضریب پله‌ای
در این حالت تنها از یک نوع جنس برای تولید مواد نوری و پوشش از جنس دیگر نوری با مشخصات مختلف استفاده شده است. این امر باعث می‌شود تا اتفاق زیر رخ دهد.
- فیبر نوری چند حالته با ضریب شیب دار
در این نوع، از یک نوع جنس با مشخصات مختلف استفاده می‌شود که باعث می‌شود خروجی فیبر نوری به صورت زیر باشد.
طراحی کابل فیبر نوری
در طراحی، کابل فیبر نوری به دو دسته تقسیم بندی می‌شود. کابل تیوب شل (Loose tube) و کابل بافر چسبیده (Tight buffered). تیوب شل برای مصارف بیرونی استفاده می‌شود و بافر چسبیده برای مصارف درونی. نوع loose tube به صورت تقریباً 12 بافر فیبر با ماکسیمم 200 هسته را در بر خواهد داشت. طراحی tight buffered این اجازه را می‌دهد تا گروهی از فیبر به راحتی در فواصل مختلف جدا شود. کابل تک حالته tight buffer برای پیگ تیل، پچ کورد و جامپر استفاده می‌شود.
- کابل loose tube
در طراحی این نوع کابل، پلاستیک رنگ بندی هسته‌های فیبر را نگهداری می‌نمایند. همچنین از یک ژل در اطراف آن برای جلوگیری از نفوذ آب به درون فیبر نوری استفاده می‌شود. هسته کابل معمولاً از نخ ریسی به عنوان تقویت کننده و نگهدارنده هسته استفاده می‌شود. روکش پلی اتیلن بیرونی برای نگهداری کل مجموعه استفاده شده است.
- کابل tight buffered
در این نوع کابل مواد محسور کننده مستقیم با هسته‌ها در ارتباط هستند. از این نوع کابل برای رایزر، اتصالات کابل‌ها و دیگر مصارف داخلی ساختمان استفاده می‌شود. در این نوع کابل یک روکش محافط جداگانه برای محافظت از هسته در زمان کار با آن و مسیر دهی و همچنین اتصالات استفاده شده است. همچنین یک مجموعه نخ ریسی برای بالا بردن مقاومت کابل و محافظت از هسته نیز بکار برده شده است.
مزیت و برتری فیبر نوری نسبت به کابل مسی چیست؟
- پهنای باند بالاتر
کابل مسی در اصل برای انتقال صدا با پهنای باند کم طراحی شده است، اما فیبر نوری با پهنای باند بالا برای انتقال اطلاعات بزرگتر در نظر گرفته شده است.
- سرعت بالاتر
انتقال اطلاعات با مادون قرمز به مراتب سریع تر از کابل‌های مسی است.
- مسافت بیشتر
با توجه به انتقال نور، مسافت کابل استفاده از این سیستم می‌تواند تا 20 کیلومتر باشد در صورتی که در کابل مسی بیشتر از 100 متر را پاسخگو نیست.
- قابلیت اطمینان بیشتر
فیبر نوری نسبت به شرایط جوی و تغییرات دما حساس نمی‌باشد و تغییری در انتقال ندارد.
- نازکتر اما مقاومتر
نسبت به کابل مسی، فیبر نوری نازکتر و وزن کمتری داشته و همچنین فشار بیشتری را می‌تواند تحمل کند.
- انعطاف پذیری بالا در آینده
با استفاده از مبدل می‌توان فیبر نوری را به یک شبکه ایترنت تبدیل نمود. همچنین می‌توان از تجهیزاتی که تا سرعت 40G یا 100G را پشتیبانی می‌کنند، استفاده نمود.
- هزینه تمام شده پایین تر
با توجه به دوام تجهیزات فیبر نوری، ماندگاری آن نسبت به شبکه‌های ایترنت بیشتر می‌باشد. همچنین با پیشرفت تکنولوژی قیمت تمام شده این سیستم کاهش خواهد یافت.