فیبر نوری

فیبر نوری چیست؟

فیبرنوری که به تار نوری نیز معروف است، به فناوری انتقال اطلاعات به شکل پالس‌های نوری در طول رشته‌ای شیشه‌ای یا پلاستیکی اطلاق می‌شود.

کابل فیبر نوری

یک کابل فیبر نوری می‌تواند شامل تعداد متغیری از رشته‌های فیبر نوری باشد، از چند رشته تا چند صد رشته. لایه‌ای شیشه‌ای به نام غلاف، هسته فیبر نوری را احاطه می‌کند. لوله بافر، غلاف را محافظت می‌کند و لایه روکش به عنوان محافظ نهایی برای هر رشته عمل می‌کند.

مزایای کابل‌های فیبر نوری

کابل‌های فیبر نوری به دلیل مزایایی که نسبت به کابل‌های مسی دارند، به طور رایج استفاده می‌شوند. برخی از این مزایا عبارتند از:

• پهنای باند بیشتر
• سرعت انتقال بالاتر

فناوری فیبر نوری برای شبکه‌های داده پرسرعت و دوربرد کاربرد دارد. این فناوری در خدمات مخابراتی مانند اینترنت، تلویزیون و تلفن نیز به طور رایج استفاده می‌شود. برای نمونه، شرکت‌های Verizon و Google به ترتیب در خدمات Verizon Fios و Google Fiber خود از فیبر نوری استفاده می‌کنند و سرعت اینترنت گیگابیتی را به کاربران ارائه می‌دهند.

انواع کابل‌های فیبرنوری

دو نوع اصلی کابل فیبر نوری وجود دارد: فیبر چندحالته (multimode fiber) و فیبر تک‌حالته (single-mode fiber).

فیبر سینگل مد یا تک حالته

به دلیل قطر کمتر هسته شیشه‌ای، از فیبر تک حالته برای مسافت‌های طولانی‌تر استفاده می‌شود. این قطر کمتر، افت سیگنال (attenuation) را کاهش می‌دهد. دهانه کوچک‌تر نور را در یک پرتو واحد متمرکز می‌کند و مسیر مستقیم‌تری را ارائه می‌دهد و به سیگنال اجازه می‌دهد تا مسافت بیشتری را طی کند.

فیبر تک حالته همچنین پهنای باند به‌مراتب بالاتری نسبت به فیبر چند حالته دارد. منبع نور مورد استفاده برای فیبر تک حالته معمولاً یک لیزر است. به دلیل نیاز به محاسبات دقیق برای تولید نور لیزر در یک دهانه کوچک‌تر، فیبر تک حالته معمولاً گران‌تر است.

فیبر مالتی مد یا چند حالته

به دلیل قطر بیشتر هسته، از فیبر چند حالته برای مسافت‌های کوتاه‌تر استفاده می‌شود. این قطر بیشتر به پالس‌های نور اجازه می‌دهد تا در طول مسیر بیشتر پراکنده و منعکس شوند. قطر بزرگ‌تر امکان ارسال همزمان چندین پالس نور را از طریق کابل فراهم می‌کند که به افزایش انتقال داده منجر می‌شود. از سوی دیگر، این امر احتمال از دست رفتن، افت یا تداخل سیگنال را نیز افزایش می‌دهد. فیبر نوری چند حالته معمولاً از LED برای ایجاد پالس نور استفاده می‌کند.

فیبر نوری در برابر کابل‌های مسی

کابل‌های مسی برای سال‌ها انتخاب غالب در مخابرات، شبکه و اتصالات کابلی بودند. با این حال، با گذشت زمان، فیبر نوری به یک جایگزین رایج تبدیل شده است. امروزه در اکثر خطوط دوربرد شرکت‌های تلفن از کابل‌های فیبر نوری استفاده می‌شود.

فیبر نوری به دلیل پهنای باند و سرعت بیشتر، اطلاعات بیشتری را نسبت به کابل‌های مسی معمولی حمل می‌کند. از آنجا که شیشه رسانا نیست، فیبر نوری در معرض تداخل الکترومغناطیسی قرار نمی‌گیرد، که باعث کاهش افت سیگنال می‌شود.

مزایا و معایب فیبر نوری

کابل‌های فیبر نوری به دلیل برتری‌هایی که نسبت به کابل‌های مسی دارند، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. این برتری‌ها عبارتند از:

• آن‌ها می‌توانند حجم بسیار بیشتری از اطلاعات را انتقال دهند.
• نور می‌تواند مسافت‌های طولانی‌تری را در کابل‌های فیبر نوری بدون کاهش قابل توجه سیگنال طی کند.
• آن‌ها در برابر تداخل‌هایی مانند EMI که می‌تواند کیفیت سیگنال را در کابل‌های مسی کاهش دهد، بسیار مقاوم هستند.
• کابل‌های فیبر نوری در صورت غوطه‌وری در آب، همچنان به درستی کار می‌کنند.
• کابل‌های فیبر نوری از استحکام بیشتر، ضخامت کمتر و وزن سبک‌تری نسبت به کابل‌های مسی برخوردار هستند.
• فیبر نوری نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری در مقایسه با کابل‌های مسی دارد.
• با وجود این مزایا، مهم است به معایب فیبر نوری نیز توجه داشته باشیم:
• فیبر نوری اغلب گران‌تر از کابل‌های مسی است.
• الیاف شیشه‌ای درون کابل فیبر نوری به محافظت بیشتری نسبت به مس نیاز دارند.
• نصب کابل‌های فیبر نوری نسبت به کابل‌های مسی، کار دشوارتری است.
• کابل‌های فیبرنوری ظریف‌تر هستند و احتمال شکستن الیاف شیشه‌ای آن‌ها وجود دارد. و یا سیگنال در صورت خم شدن یا انحنای شدید کابل، از بین برود.

نحوه عملکرد فیبر نوری

فیبر نوری داده‌ها را به شکل ذرات نور یا فوتون‌هایی که در طول کابل فیبر نوری پالس می‌کنند، منتقل می‌کند. هسته شیشه‌ای و غلاف فیبر نوری هر کدام شاخص انکسار متفاوتی دارند که نور ورودی را در زاویه‌ای خاص خم می‌کنند.

هنگام ارسال سیگنال‌های نور از طریق کابل فیبر نوری، آن‌ها در فرآیندی به نام بازتاب داخلی کامل، به صورت زیگزاگی از هسته و غلاف منعکس می‌شوند. به دلیل چگالی بیشتر لایه‌های شیشه‌ای، سرعت حرکت سیگنال‌های نور کمتر از سرعت نور است و حدود 30 درصد کندتر حرکت می‌کنند.

برای احیا یا تقویت سیگنال در طول مسیر، انتقال فیبر نوری گاهی نیاز به تقویت‌کننده‌ها (repeaters) در فواصل دور دارد. این تقویت‌کننده‌ها با تبدیل سیگنال نوری به سیگنال الکتریکی، پردازش آن سیگنال الکتریکی و بازارسال مجدد سیگنال نوری، سیگنال نوری را بازسازی می‌کنند.

کابل‌های فیبرنوری در حال حاضر می‌توانند از سیگنال‌هایی تا 10 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی کنند. به طور کلی، هرچه ظرفیت پهنای باند یک کابل فیبر نوری بیشتر باشد، گران‌تر می‌شود.

کاربردهای فیبر نوری

کابل‌های فیبر نوری به دلیل اتصالات قابل اعتماد و سریع، در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارند.

شبکه‌های کامپیوتری و پخش

به دلیل توانایی فیبرنوری در انتقال دیتا و ارائه پهنای باند بالا، شبکه‌های کامپیوتری یکی از کاربردهای رایج آن است. به طور مشابه، فیبر نوری به طور مکرر در پخش و الکترونیک برای ارائه اتصالات و عملکرد بهتر استفاده می‌شود.

اینترنت و تلویزیون کابلی

اینترنت و تلویزیون کابلی از جمله رایج‌ترین کاربردهای فیبر نوری هستند. فیبر نوری را می‌توان برای پشتیبانی از اتصالات راه دور بین شبکه‌های کامپیوتری در مکان‌های مختلف به کار برد.

محیط‌های زیرآبی

کابل‌های فیبر نوری به دلیل قابلیت غوطه‌ور شدن در آب و عدم نیاز به تعویض مکرر، در محیط‌های پرخطر، مانند کابل‌های زیرآبی، کاربرد دارند.

کاربردهای نظامی و فضایی

صنایع نظامی و فضایی علاوه بر استفاده از فیبر نوری برای ارتباطات و انتقال سیگنال، از قابلیت حسگر دمایی آن نیز استفاده می‌کنند. کابل‌های فیبرنوری به دلیل وزن و ابعاد کوچکتر، می‌توانند در این صنایع مفید باشند.

کاربردهای پزشکی

فیبر نوری به طور فزاینده‌ای در ابزارهای پزشکی برای تأمین روشنایی دقیق و فعال کردن سنسورهای بیومدیکال در روش‌های پزشکی کم تهاجمی کاربرد دارد. از آنجایی که فیبر نوری تحت تأثیر تداخل الکترومغناطیسی قرار نمی‌گیرد، برای آزمایش‌های مختلف مانند اسکن MRI ایده‌آل است. سایر کاربردهای پزشکی فیبر نوری شامل تصویربرداری اشعه ایکس، آندوسکوپی، نور درمانی و میکروسکوپی جراحی است.

منبع:

تعریف فیبر نوری