فیبر نوری، به محیط و فناوری مرتبط با انتقال اطلاعات به عنوان پالس های نوری در امتداد یک رشته شیشه ای یا پلاستیکی یا الیاف گفته می شود. انواع فیبر نوری برای شبکه سازی داده از راه دور و با کارایی بالا استفاده می شود.
فیبر نوری نیز معمولاً در خدمات مخابراتی مانند اینترنت، تلویزیون و تلفن استفاده می شود. به عنوان مثال، Verizon و Google به ترتیب در خدمات Verizon FIOS و Google Fiber خود از فیبر نوری استفاده می کنند و سرعت اینترنت گیگابایت را در اختیار کاربران قرار می دهند.
از کابل های فیبر نوری استفاده می شود زیرا دارای مزایای بیش تری نسبت به کابل های مسی هستند، مانند پهنای باند بالاتر و سرعت انتقال بیش تر.
یک کابل فیبر نوری می تواند شامل تعداد متفاوتی از الیاف شیشه باشد – از چند تا چند درصد. در اطراف هسته الیاف شیشه یک لایه شیشه ای دیگر به نام روکش وجود دارد. لایه ای که به عنوان لوله بافر شناخته می شود از روکش محافظت می کند و یک لایه ژاکت به عنوان لایه محافظ نهایی رشته جداگانه عمل می کند.
فیبر نوری فناوری مرتبط با انتقال داده ها با استفاده از پالس های نوری است که همراه با یک فیبر بلند که معمولاً از پلاستیک یا شیشه ساخته شده است. سیم های فلزی برای انتقال در ارتباطات فیبر نوری ترجیح داده می شوند زیرا سیگنال ها با آسیب کم تری حرکت می کنند. فیبرهای نوری نیز تحت تأثیر تداخل الکترومغناطیسی قرار نمی گیرند. کابل فیبر نوری از کاربرد بازتاب داخلی کامل نور استفاده می کند. الیاف به گونه ای طراحی شده اند که بسته به نیاز به قدرت و فاصله انتقال، انتشار نور را همراه با فیبر نوری تسهیل می کنند.
اولین کابل فیبر نوری برای اولین بار در سال 1977 به بازار عرضه شد و منبع اصلی ارتباطات از راه دور با پهنای باند بین شرکت های تلفنی، سازمان های چند سایته و سایر برنامه های ارتباطی دوربرد است. ترکیب کابل نوری با ژاکت خارجی شروع می شود، که از ماده ای محکم و اغلب انعطاف پذیر ساخته شده است. به دنبال آن پوشش پلاستیکی مورد استفاده برای بسته بندی کابل های فیبر نوری منفرد استفاده می شود. یک فیبر نوری معمولاً از یک هسته شفاف تشکیل شده است که توسط ماده روکش شفاف با ضریب شکست پایین احاطه شده است. نور با انعکاس کامل داخلی در هسته نگهداری می شود. نور تک موج یا طول چند موج از هسته عبور می کند و به دلیل پوشش ضریب شکست پایین که در اطراف آن قرار دارد، به درون هسته ادامه می دهد که هنگام تلاش برای فرار، نور را پس می زند.
فیبر نوری چگونه کار می کند؟
فیبر نوری داده ها را به صورت ذرات نوری-یا فوتون ها-که از طریق کابل فیبر نوری پالس می کنند، منتقل می کند. هسته الیاف شیشه و روکش هر یک دارای ضریب شکست متفاوتی هستند که نور ورودی را در زاویه خاصی خم می کند. هنگامی که سیگنال های نوری از طریق کابل فیبر نوری ارسال می شوند، در یک سری جهش های زیگ زاگ از هسته و روکش آن منعکس می شوند و به فرایندی به نام بازتاب داخلی کامل می چسبند. سیگنال های نوری به دلیل لایه های شیشه ای متراکم تر با سرعت نور حرکت نمی کنند، در عوض حدود 30٪ کندتر از سرعت نور حرکت می کنند. برای تجدید یا تقویت سیگنال در طول سفر، انتقال فیبر نوری گاهی اوقات به تکرارکننده ها در فواصل دور نیاز دارد تا با تبدیل آن به سیگنال الکتریکی، پردازش آن سیگنال الکتریکی و انتقال مجدد سیگنال نوری، سیگنال نوری را دوباره تولید کند.
کابل های فیبر نوری به سمت پشتیبانی از سیگنال های تا 10 گیگابایت بر ثانیه حرکت می کنند. معمولاً هرچه پهنای باند یک کابل فیبر نوری افزایش یابد، گران تر می شود.
انواع فیبر نوری
انواع فیبرهای نوری به ضریب شکست، مواد استفاده شده و نحوه انتشار نور بستگی دارد.
طبقه بندی بر اساس نحوه انتشار نور به شرح زیر است:
فیبر نوری تک حالته
فیبر تک حالته به دلیل قطر کم تر هسته الیاف شیشه برای مسافت های طولانی استفاده می شود که احتمال میرایی – کاهش قدرت سیگنال را کاهش می دهد. دهانه کوچک تر نور را به یک پرتو منزوی می کند، که مسیر مستقیم تری را ارائه می دهد و به سیگنال اجازه می دهد مسافت بیش تری را طی کند. فیبر تک حالته هم چنین دارای پهنای باند قابل توجهی بالاتر از فیبر چند حالته است. منبع نور مورد استفاده برای فیبر تک حالته به طور معمول لیزر است. فیبر تک حالته معمولاً گران تر است زیرا برای تولید نور لیزر در دهانه کوچک تر به محاسبات دقیق نیاز دارد.
فیبر نوری چند حالته
از فیبر چند حالته برای مسافت های کوتاه تر استفاده می شود زیرا دهانه هسته بزرگ تر باعث می شود تا سیگنال های نوری در طول مسیر بچرخند و بیشتر منعکس شوند. قطر بزرگتر این امکان را می دهد که پالس های نوری متعددی از طریق کابل هم زمان ارسال شوند، که منجر به انتقال اطلاعات بیش تر می شود. این هم چنین به این معنی است که احتمال بیش تری برای از دست دادن سیگنال، کاهش یا تداخل وجود دارد. فیبر نوری چند حالته معمولاً از LED برای ایجاد نبض نور استفاده می کند.
در حالی که سال ها کابل های مسی سیم گزینه سنتی ارتباطات از راه دور، شبکه و کابل بودند، فیبر نوری به یک گزینه معمول تبدیل شده است. بیش تر خطوط راه دور شرکت تلفن اکنون از کابل های فیبر نوری ساخته شده اند. فیبر نوری به دلیل پهنای باند بالاتر و سرعت بیش تر، اطلاعات بیش تری را نسبت به سیم مسی معمولی حمل می کند. از آن جا که شیشه برق را هدایت نمی کند، فیبر نوری در معرض تداخل الکترومغناطیسی نیست و تلفات سیگنال به حداقل می رسد.
طبقه بندی بر اساس ضریب شکست به شرح زیر است:
فیبر نوری شاخص گام
شامل هسته ای است که توسط روکش پوشانده شده و دارای یک شاخص شکست یکنواخت است.
فیبر نوری شاخص درجه بندی شده
با افزایش فاصله شعاعی از محور فیبر، ضریب شکست فیبر نوری کاهش می یابد.
طبقه بندی بر اساس مواد استفاده شده به شرح زیر است:
فیبر نوری پلاستیکی
از پلی متیل متاکریلات به عنوان ماده اصلی برای انتقال نور استفاده می شود.
فیبر نوری شیشه
از فیبر شیشه بسیار ظریف تشکیل شده است.
از روش انتشار و ضریب شکست هسته برای تشکیل چهار نوع فیبر نوری ترکیبی به شرح زیر استفاده می شود:
- فیبر تک حالت شاخص گام
- فیبر درجه بندی شده تک حالت
- شاخص های مرحله – فیبر چند حالته
- فیبر درجه بندی شده چند حالته
مزایا و معایب فیبر نوری
کابل های فیبر نوری عمدتا به دلیل مزیت های آن ها نسبت به کابل های مسی مورد استفاده قرار می گیرند. مزایا عبارت اند از:
- پشتیبانی از ظرفیت های پهنای باند بالاتر.
- نور می تواند بدون نیاز به افزایش سیگنال، بیش تر حرکت کند.
- کم تر در معرض تداخل مانند تداخل الکترومغناطیسی هستند.
- می توان آن ها را در آب غوطه ور کرد – فیبرهای نوری در محیط های بیش تر در معرض خطر مانند کابل های زیر دریا استفاده می شود.
- کابل های فیبر نوری از کابل های مسی سیم قوی تر، نازک تر و سبک ترند.
- نیازی به نگهداری یا تعویض آن ها به صورت مکرر نیست.
با این حال، توجه به این نکته مهم است که فیبر نوری دارای معایبی است که کاربران باید در مورد آن ها بدانند. این معایب عبارتند از:
- سیم مسی اغلب ارزان تر از فیبر نوری است.
- فیبر شیشه نسبت به مس به محافظت بیش تری در داخل کابل خارجی نیاز دارد.
- نصب کابل کشی جدید کار سختی است.
- کابل های فیبر نوری اغلب شکننده ترند. به عنوان مثال، در صورت خم شدن یا انحنای کابل در شعاع چند سانتی متری، می توان الیاف را شکسته یا سیگنال را از دست داد.
کاربردهای فیبر نوری
شبکه رایانه ای به دلیل توانایی فیبر نوری در انتقال داده و ارائه پهنای باند بالا، مورد استفاده رایج از فیبر نوری است. به همین ترتیب، از فیبر نوری به طور مکرر در صدا و سیما و الکترونیک استفاده می شود تا اتصالات و عملکرد بهتری داشته باشد. اینترنت و تلویزیون کابلی دو مورد از کاربردهای رایج فیبر نوری است. فیبر نوری می تواند برای پشتیبانی از اتصالات از راه دور بین شبکه های رایانه ای در مکان های مختلف نصب شود.
صنایع نظامی و فضایی هم چنین از فیبر نوری به عنوان وسیله ای برای ارتباط و انتقال سیگنال، علاوه بر توانایی آن در ایجاد سنجش دما، استفاده می کنند. کابل های فیبر نوری به دلیل وزن کم و اندازه کوچک تر می توانند مفید باشند.
فیبر نوری به طور مكرر در انواع وسایل پزشكی برای تأمین روشنایی دقیق مورد استفاده قرار می گیرد. هم چنین به طور فزاینده ای حسگرهای زیست پزشکی را که به اقدامات پزشکی کم تهاجمی کمک می کنند، امکان پذیر می کند. از آن جا که فیبر نوری در معرض تداخل الکترومغناطیسی نیست، برای آزمایشات مختلف مانند اسکن MRI ایده آل است. سایر کاربردهای پزشکی فیبر نوری شامل تصویربرداری با اشعه ایکس، آندوسکوپی، نور درمانی و میکروسکوپ جراحی است.
ما را در تلگرام دنبال کنید.
