فیبر نوری چیست؟

به دلیل محدودیت در مسافت‌های طولانی در زیر ساخت‌های مسی از فیبرنوری برای ارسال دیتا (اطلاعات)، صوت و تصویر استفاده می‌شود. اما سؤالی که برای همه ما وجود دارد این است که چگونه این کار انجام می‌شود؟ اطلاعات از طریق عبور نور از الیاف بسیار نازک و شفاف شیشه‌ای که بسیار ارزان تر از مس هستند، انتقال پیدا می‌کنند.

فیبر نوری از یک رشته بسیار نازک (کمی ضخیم تر از تار موی انسان، با قطر 125 میکرون) از شیشه خالص تشکیل شده است.

هر فیبر نوری از چه اجزایی تشکیل شده است؟

مرکز هر رشته فیبر نوری هسته (Core) نامیده می‌شود. وظیفه آن حمل سیگنال می‌باشد و دور هسته با یک لایه شیشه‌ای به نام Cladding احاطه شده است. ضریب شکست روکش نسبت به هسته کمتر می‌باشد. بنابراین باعث انعکاس نور در هسته می‌شود. این روکش، نور را به سمت داخل هدایت می‌کند و از منحرف شدن آن جلوگیری می‌کند.

به طور کلی هر فیبر نوری از اجزای زیر تشکیل می‌شود:

• هسته: مسیر حرکت نور را فراهم می‌کند
• روکش: لایه اطراف هسته که نور را به داخل هسته منعکس می‌کند.
• پوشش بافر: پوشش پلاستیکی که از فیبر در برابر آسیب و رطوبت محافظت می‌کند.

همچنین بخوانید «یک کلید هوشمند، به جای تمامی کلیدهای هوشمند خانه هوشمند شما!»

چند نوع کابل فیبر نوری داریم؟

به طور کلی کابل‌های فیبر نوری به دو دسته فیبر تک حالت و فیبر چند حالت تقسیم می‌شوند. اصلی ترین تفاوت این دو فیبر در اندازه هسته آنها می‌باشد. هسته چند حالته بسیار بزرگتر است (حدود ^3-10×2.5 اینچ) و به چندین حالت به نور (یا اشعه) اجازه انتشار می‌دهد. 

طول موج‌های 850 تا 1300 نانومتر) ولی تک حالته دارای یک هسته بسیار باریک است (حدود ^4-10×3.4 اینچ) که اجازه می‌دهد تا فقط یک حالت واحد از نور (طول موج 1300 تا 1550 نانومتر) پخش شود. هر نوع فیبر نوری دارای خواص مختلف، با مزایا و معایب خود است. 

فیبر تک حالت از رشته‌های شیشه‌ای بسیار نازک و لیزر برای تولید نور استفاده می‌کند. در حالی که کابل‌های فیبر نوری چند حالته از LED استفاده می‌کنند.

دلیلی قانع کننده برای استفاده از فیبرهای نوری در ساختمان!

شبکه‌های فیبر نوری تک حالته اغلب از تکنیک‌های Wave Division Multiplexing برای افزایش میزان ترافیک داده‌هایی که رشته می‌تواند حمل کند، استفاده می‌کنند. WDM اجازه می‌دهد تا نور در چندین طول موج مختلف با هم ترکیب شوند (مالتی پلکس) و بعداً از هم جدا شوند (چند مولتی).

همچنین جراین‌های ارتباطی متعددی را از طریق یک پالس نور واحد منتقل کند. بعضی از کابل‌های فیبر نوری از پلاستیک ساخته‌ شده‌اند که هسته بزرگتری دارند. (حدود 0.04 اینچ) و طول موج 650 نانومتر را انتقال می‌دهند.

فیبر نوری چگونه کار می‌کند؟

فرض کنید می‌خواهید یک چراغ قوه را به یک راهرو طولانی و مستقیم بتابانید. نور در خطوط مستقیم حرکت می‌کند، بنابراین مشکلی در تابش نور پیش نمیاید. حال تصور کنید راهرو خم شود، آنوقت چطور؟ خب برای رفع این مشکل می‌توانید آیینه‌ای را در پیچ قرار دهید تا پرتوی نور منعکس شود.

گر راهرو با پیچ و خم‌های بسایر پیچ در پیچ باشد، چه می‌کنید؟ ممکن است آینه‌ها را بچرخانید و نور را به زاویه ببندید به طوری که در تمام طول راهرو از یک طرف به طرف دیگر بخورد. این دقیقاً همان اتفاقی است که در فیبر نوری رخ می‌دهد.

همچنین بخوانید «نسل جدید کلیدهای هوشمند، به همراه ظاهر جذاب و مورد علاقه کاربران خانه‌های هوشمند!»

داخل فیبر نوری چه می‌‌گذرد؟

نور یک کابل فیبر نوری با جهش مدادم از روکش‌ (دیوارهای آیینه دار) از هسته (راهرو) عبور می‌کند که انعکاس داخلی کامل نامیده می‌شود. از آنجا که روکش هیچ گونه نوری را از هسته جذب نمی‌کند، نور می‌تواند مسافت زیادی را طی کند. با این حال برخی از سیگنال‌های نور در فیبر تخریب می‌شوند که دلیل این موضوع، بیشتر به ناخالصی‌های موجود در شیشه می‌باشد. 

میزان تخریب سیگنال به خلوص شیشه و طول موج نور منتقل شده بستگی دارد (به عنوان مثال، 850 نانومتر = 60 تا 75 درصد در کلیومتر؛ 1300 نانومتر = 50 تا 60 درصد در کیلومتر؛ 1550 نانومتر بزرگتر از 50 است درصد/کیلومتر) برخی از فیبرهای نوری تخریب سیگنال بسیار کمتری را نشان می‌دهند. کمتر از 10 درصد در کیلومتر در 1550 نانومتر.

کاربرد فیبر نوری را با یک مثال بررسی کنیم!

برای درک نحوه استفاده از فیبرهای نوری در سیستم‌های ارتباطی، بیایید مثالی را از یک فیلم یا مستند جنگ جهانی دوم بررسی کنیم که در آن دو ناوگان دریایی نیاز به برقراری ارتباط با یکدیگر دارند. علاوه بر داشتن محدودیت کنترل انتشار در موقعیت طوفانی دریا قرار دارند. یک کشتی در کنار کشتی دیگر ایستاده است. کاپیتان یک کشتی به ملوان روی عرشه پیغامی می‌فرستد.

ملوان پیام را به کد مورس (نقطه و خط تیره) ترجمه می‌کند و برای ارسال پیام به کشتی دیگر از چراغ سیگنال (تئرافکن با پنجره کور ونیزی رو آن) استفاده می‌کند. یک ملوان روی عرشه کشتی دیگر پیام کد مورس را می‌بیند، آن را به انگلیسی رمزگشایی می‌کند و پیام را به ناخدا می‌فرستد. 

حال تصور کنید که این کار زمانی انجام می‌شود که کشتی‌ها در فاصله بسیار دور از هم در اقیانوس قرار گرفته‌اند و هزاران کیلومتر از یکدیگر جدا شده‌اند و شما یک سیستم ارتباط فیبر نوری بین دو کشتی دارید.

حال این سؤال پیش می‌آید که سیستم فیبر نوری به چه صورت است؟

سیستم‌های رله فیبر نوری از موارد زیر تشکیل شده‌اند:

• فرستنده: سیگنال‌های نور را تولید و کد می‌کند.
• فیبر نوری: سیگنال‌های نور را از فاصله دور هدایت می‌کند.
• بازسازی کننده نور: ممکن است برای تقویت سیگنال نور (در مسافت‌های طولانی) لازم باشد.
• گیرنده نوری: سیگنال‌های نور را دریافت و رمز گشایی می‌کند.

همچنین بخوانید «آشنایی با تکنولوژی PON»

چرا باید از کابل فیبر نوری استفاده کنیم؟

در اینجا به بررسی چندین دلیل می‌پزدازیم که قطعاً شما را قانع می‌کند که از فیبر نوری استفاده کنید!

• ارزان است: چندین کیلومتر کابل نوری می‌تواند ارزان‌تر از کابل مسی باشد.
• نازک تر است: قطر فیبرهای نوری کمتر از کابل مسی می‌باشد.
• عدم نویزپذیری تا 99.9 درصد: یک کابل فیبر نوری کمتر در معرض تداخل است.
• ظرفیت حمل بالاتری دارد: از آنجا که فیبرهای نوری نازک‌تر از سیم‌های مسی هستند، می‌توان فیبرهای نوری بیشتر را نسبت به قطر سیم‌های اضافه کرد. بنابراین خطوط تلفن بیشتری از همان کابل عبور می‌کنند یا کانال‌های بیشتری از طریق کابل وارد تلویزیون کابلی می‌شود.
• غیر قابل اشتعال می‌باشد: از آنجا که هیچ الکتریکی از فیبرهای نوری عبور نمی‌کند، خطر آتش سوزی وجود ندارد.
• سبک وزن است: وزن کابل نوری کمتر از کابل سیم مسی می‌باشد. کابل‌های فیبرنوری فضای کمتری را در زمین اشغال می‌کنند.
• انعطاف پذیر است: از آنجا که فیبرهای نوری انعطاف پذیر هستند و می‌توانند نور را انتقال و دریافت کنند. در بسیاری از دوربین‌های دیجیتال انعطاف پذیری برای اهداف زیر استفاده می‌شود:
  • تصویربرداری پزشکی: در برونکوسکوپ، آندوسکوپ، لاپاراسکوپ
  • تصویربرداری مکانیکی: بازرسی از جوش مکانیکی در لوله‌ها و موتورها (در هواپیما، موشک، شاتل فضایی، اتومبیل)
  • لوله کشی: برای بازرسی خطوط فاضلاب
• فیبرنوری از ظرفیت بالاتری پشتیبانی می‌کند: مقدار پهنای باند شبکه‌ای که یک کابل فیبر می‌تواند حمل کند، به راحتی از یک کابل مسی با ضخامت مشابه به مراتب بیشتر است.

سرعت بالا، دلیلی جامع و کامل در زمینه استفاده از فیبرهای نوری!

فیبرهای نوری توانایی انتقال دیتا با سرعت 10، 40 و 100 گیگابیت بر ثانیه را دارند. از آنجا که نور می‌تواند بدون از دست دادن قدرت، مسافت بسیار بیشتری را از طریق فیبر نوری طی کند، لذا نیازی به تقویت‌کننده‌های سیگنال ندارد. یک کابل فیبر نوری کمتر در معرض تداخل است. یک کابل شبکه مسی برای محافظت از آن در برابر تداخل الکترومغناطیسی به محافظ نیاز دارد. 

یکی از بیشترین کاربردهایی که فیبر نوری در بازار جهانی امروز پیدا کرده است، استفاده از آنها برای ارائه اینترنت پرسرعت و تلفن و تلویزیون تحت شبکه و هوشمند سازی در مناطق مسکونی و تجاری و غیره می‌باشد.

• (FTTB) کابل موجود در ساختمان: کابل‌هایی که تا ساختمان ادامه دارد.
• (FTTP) فیبر به ساختمان، محل کار، بلوک و…
• (FTTC/N) کابل‌هایی که در منطقه کشیده شده است. اما سیم‌های مسی اتصال داخل ساختمان را کامل می‌کنند.
• فیبر مستقیم: کابل‌هایی که از مرکز مستقیماً به تجهیزات یک مشتری متصل می‌شود. این کابل بیشترین پهنای باند را ارائه می‌دهد؛ اما گران است.