تاثیر کابل فیبر نوری در سرعت و کیفیت انتقال داده‌ها

کابل فیبر نوری چیست؟

کابل فیبر نوری یا تار نوری به انگلیسی Optical Fiber رشته باریک و بلندی از یک مادّه شفاف مثل شیشه یا پلاستیک است که می‌تواند نوری را که از یک سرش به آن وارد شده، از سر دیگر خارج کند. فیبر نوری داری پهنای باند بسیار بالاتر از کابل‌های معمولی است، با فیبر نوری می‌توان داده‌های تصویر، صوت و داده‌های دیگر را به راحتی با پهنای باند بالا تا 10 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر انتقال داد. امروزه مخابرات فیبر نوری، به دلیل پهنای باند وسیعتر در مقایسه با کابل‌های مسی، و تاخیر کمتر در مقایسه با مخابرات ماهواره‌ای از مهمترین ابزار انتقال اطلاعات محسوب می‌شود.

ساختار کابل فیبر نوری

از فیبر نوری (معمولاً از جنس سیلیسیم دی‌اکسید) برای انتقال داده‌ها توسط نور لیزر استفاده می‌شود. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد از مجموعه‌ای از این فیبرها تشکیل شده و می‌تواند صدها هزار مکالمه صوتی را حمل کند. فیبرهای نوری تجاری ظرفیت 2٫5 گیگابایت در ثانیه تا 10 گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌سازند. فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌نامند. هسته معمولاً شامل یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص است. هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کاملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌آورد.

با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند که باعث می‌شود که نور در هسته تا بیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌رسند. این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را بازتاب داخلی کلی می‌نامند.
در نوع مرسوم فیبر نوری قطر هسته و پوسته با هم حدود 125 میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم‌متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش معمولاً از جنس پلاستیک قرار می‌گیرد.

یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد. این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است.

سیستم رله کابل فیبر نوری

برای روشن شدن موضوع فرض می‌کنیم دو ناوگان دریایی بر روی سطح دریا می خواهند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. سیستم رله فیبر نوری از عناصر زیر تشکیل شده است: فرستنده: مسئول تولید و رمز نگاری سیگنال‌های نوری است. بازتاب نوری: به منظور تقویت سیگنال‌های نوری در مسافت‌های طولانی استفاده می گردد. دریافت کننده نوری: سیگنال‌های نوری را دریافت و رمز گشایی می‌نماید.

فرستنده

وظیفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو فرستنده پیام است. فرستنده سیگنال‌های نوری را دریافت و دستگاه نوری را به منظور روشن و خاموش شدن در یک دنباله مناسب (حرکت منسجم) هدایت می‌نماید. فرستنده از لحاظ فیزیکی در مجاورت فیبر نوری قرار داشته و ممکن است دارای یک لنز به منظور تمرکز نور در فیبر باشد. متداول‌ترین طول موج سیگنال‌های نوری 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر است.

بازتاب (تقویت کننده) نوری

برای جلوگیری از تضعیف و از بین رفتن سیگنال‌های نوری از یک یا چند ”تقویت کننده نوری“ استفاده می‌گردد. تقویت‌کننده نوری از فیبرهای نوری متعدد به همراه یک روکش خاص تشکیل می‌گردند. بخش دوپینگ با استفاده از یک لیزر پمپ می‌گردد. زمانی که سیگنال تضعیف شده به روکش دوپینگی می رسد، انرژی ماحصل از لیزر باعث می گردد که مولکول‌های دوپینگ شده، به لیزر تبدیل گردند مولکول‌های دوپینگ شده در ادامه باعث انعکاس یک سیگنال نوری جدید و قویتر با همان خصایص سیگنال ورودی تضعیف شده، خواهند بود.

دریافت کننده نوری

وظیفه دریافت‌کننده مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو دریافت کننده پیام است. دستگاه فوق سیگنال‌های دیجیتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشایی، سیگنال‌های الکتریکی را برای سایر استفاده کنندگان (کامپیوتر، تلفن و غیره)ارسال می‌نماید. دریافت کننده به منظور تشخیص نور از یک ” فتوسل“ و یا ”فتودیود“ استفاده می‌کند.

مشخصات انواع کابل فیبر نوری

• فیبر چند مدی با ضریب شکست پله‌ای
• فیبر تک مدی با ضریب شکست پله‌ای
• فیبر چند مدی با ضریب شکست مرحله‌ای
• فیبر چند مدی با غلاف پلاستیکی
• فیبر چند مدی با غلاف پلاستیکی با ضریب شکست پله‌ای
• فیبر چند مدی با غلاف پلاستیکی با ضریب شکست مرحله‌ای
• فیبرهای چند مدی تمام پلاستیک

مزایا و معایب فیبرها در مقایسه با هم

• مزایای فیبرهای چند مدی در مقایسه با فیبرهای تک مدی
• بزرگتر بودن قطر هسته
• ساده تر بودن تزریق انرژی نور به داخل فیبر
• امکانات بهتر برای اتصال فیبرها به یکدیگر
• امکان استفاده از هر دو منبع نور LD و LED (در صورتیکه فیبر تک مدی با نور لیزری ”LD“ بهتر کار می‌کند.)
• معایب فیبر چند مدی در مقایسه با فیبر تک مدی
• فیبر چند مدی دارای اعوجاج بین مدی است.
• پهنای باند فیبرهای چند مدی، کمتر از فیبر تک مدی است.
• تلفات یا تضعیف در فیبرهای چند مدی بیشتر است.
• امکان ساخت فیبرهای چند مدی طولانی (با طول بلند) کمتر است.

کاربردهای فیبر نوری

کاربرد در مخابرات: یکی از مرسوم ترین کاربردهای فیبر نوری انتقال اطلاعات توسط نور لیزر است.

کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه ‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌های اخیر شروع شده‌است. در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره‌‌گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه ‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیرپذیر می‌شود.

کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها، ارتباط زیردریاییها (هیدروفون) را نام برد.

کاربردهای پزشکی:فیبرنوری در تشخیص بیماری‌ها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان دُزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات و خون نام برد. همچنین تارهای نوری در دستگاه‌هایی به نام درون بین یا آندوسکوپ استفاده می‌شود تا به درون نای، مری، روده و مثانه فرستاده شود و درون بدن انسان به طور مستقیم قابل مشاهده باشد.

فناوری ساخت فیبرهای نوری

برای تولید کابل فیبر نوری، نخست ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش‌ سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌شود از سال 1970 روش‌های متعددی برای ساخت انواع پیش‌ سازه‌ها به کار رفته ‌است که اغلب آنها بر مبنای رسوب ‌دهی لایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.

سوالات متداول

کابل فیبر نوری چیست و چگونه کار می‌کند؟

کابل فیبر نوری از رشته‌های نازک شیشه یا پلاستیک ساخته شده است که نور را برای انتقال داده‌ها با سرعت بالا هدایت می‌کند. این کابل‌ها به دلیل استفاده از نور به جای الکتریسیته، قادر به انتقال داده‌ها با پهنای باند بالا و بدون تداخل الکترومغناطیسی هستند.

چه مزایایی دارد استفاده از کابل فیبر نوری؟

کابل‌های فیبر نوری دارای مزایای متعددی هستند، از جمله پهنای باند بالا، سرعت انتقال داده بسیار زیاد، مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی، و کاهش افت سیگنال در مسافت‌های طولانی. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که فیبر نوری به عنوان استاندارد طلایی برای انتقال داده‌ها در شبکه‌های مدرن شناخته شود.

چه انواعی از کابل فیبر نوری وجود دارد؟

کابل‌های فیبر نوری به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: فیبر نوری تک‌حالته (Single-mode) و چندحالته (Multi-mode). فیبر تک‌حالته برای انتقال داده‌ها در مسافت‌های طولانی با پهنای باند بالا مناسب است، در حالی که فیبر چندحالته برای مسافت‌های کوتاه‌تر و کاربردهای داخلی استفاده می‌شود.

نصب و راه‌اندازی کابل فیبر نوری چگونه انجام می‌شود؟

نصب کابل فیبر نوری نیازمند دقت و تخصص خاصی است. این فرآیند شامل انتخاب مسیر مناسب، آماده‌سازی بستر، و استفاده از تجهیزات خاص برای کشیدن و اتصال کابل‌ها است. همچنین، رعایت استانداردها و دستورالعمل‌های خاص برای جلوگیری از آسیب به کابل‌ها و اطمینان از عملکرد بهینه ضروری است.

 آیا کابل‌های فیبر نوری نیاز به نگهداری خاصی دارند؟

بله، کابل‌های فیبر نوری نیاز به نگهداری و نظارت منظم دارند تا از عملکرد بهینه و طول عمر آن‌ها اطمینان حاصل شود. این شامل بررسی اتصالات، تمیز کردن کانکتورها، و اطمینان از عدم وجود خمیدگی یا آسیب فیزیکی به کابل‌ها است.