فیبرنوری یکی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است. امروزه از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر: شبکه های تلفن شهری و بین شهری، شبکه های رایانه ای و اینترنت استفاده می شود. فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای است که هر یک از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان دارد و از آن برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.

فیبرنوری یکی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است. امروزه از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر: شبکه های تلفن شهری و بین شهری، شبکه های رایانه ای و اینترنت استفاده می شود. فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای است که هر یک از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان دارد و از آن برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.

مبانی فیبرنوری

فیبرنوری، رشته ای از تارهای بسیار نازک شیشه ای است که قطر هر یک از تارها نظیر قطر یک تار موی انسان است. تارهای فوق در کلاف هایی سازماندهی و کابل های نوری را به وجود می آورند. از فیبرنوری به منظور ارسال سیگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.

مزایای فیبرنوری

فیبرنوری در مقایسه با سیم های مسی دارای مزایای زیر است:

ارزان تر:

هزینه چندین کیلومتر کابل نوری نسبت به سیم های مسی کمتر است.

نازک تر:

قطر فیبرهای نوری به مراتب کمتر از سیم های مسی است.

ظرفیت بالا:

پهنای باند فیبرنوری به منظور ارسال اطلاعات به مراتب بیشتر از سیم مسی است.

تضعیف ناچیز:

تضعیف سیگنال در فیبرنوری به مراتب کمتر از سیم مسی است.

سیگنال های نوری:

برخلاف سیگنال های الکتریکی در یک سیم مسی، سیگنال های نوری در یک فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهند داشت.

مصرف برق پایین:

با توجه به اینکه سیگنال ها در فیبرنوری کمتر ضعیف می شوند، بنابراین می توان از فرستنده هایی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستند ه های الکتریکی که از ولتاژ بالایی استفاده می کنند، استفاده کرد.

سیگنال های دیجیتال:

فیبرنوری برای انتقال اطلاعات دیجیتالی مناسب است.

غیراشتعال زا:

با توجه به عدم وجود الکتریسیته، امکان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت.

سبک وزن:

وزن یک کابل فیبرنوری به مراتب کمتر از کابل مسی (قابل مقایسه) است.

انعطاف پذیر:

با توجه به انعطاف پذیری فیبرنوری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آن، در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتال با موارد کاربردی خاص مانند: عکس برداری پزشکی، لوله کشی و ... استفاده می شود.

با توجه به مزایای فراوان فیبرنوری، امروزه از این نوع کابل ها در موارد متفاوتی استفاده می شود. اکثر شبکه های رایانه ای و یا مخابرات از راه دور در مقیاس وسیعی از فیبرنوری استفاده می کنند.

بخش های مختلف فیبرنوری

یک فیبرنوری از سه بخش متفاوت تشکیل شده است:

هسته (Core)

هسته نازک شیشه ای در مرکز فیبر نوری که سیگنال های نوری در آن حرکت می کنند.

روکش Cladding بخش خارجی فیبر بوده که دورتادور هسته را احاطه کرده و باعث برگشت نورمنعکس شده به هسته می شود.

با فررویه Buffer Coating

روکش پلاستیکی که باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آسیب پذیر، می شود.

انواع فیبرنوری

صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هایی سازماندهی شده و کابل های نوری را به وجود می آورند. هر یک از کلاف های فیبرنوری توسط روکش هایی با نام Jacket محافظت می شوند. فیبرهای نوری در دو گروه عمده ارائه می شوند:

فیبرهای تک حالته (Single Mode)

به منظور ارسال یک سیگنال در هر فیبر استفاده می شود نظیر: تلفن

فیبرهای چند حالته Multi Mode

به منظور ارسال چندین سیگنال در یک فیبر استفاده می شود (نظیر: شبکه های رایانه ای) فیبرهای تک حالته دارای یک هسته کوچک (تقریباً ۹ میکرون قطر) بوده و قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز (طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) می باشند. فیبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر (تقریبا ۵/۶۲ میکرون قطر) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طریق LED می باشند.

ارسال نور در فیبرنوری

فرض کنید، قصد داشته باشیم با استفاده از یک چراغ قوه یک راهروی بزرگ و مستقیم را روشن کنیم. همزمان با روشن نمودن چراغ قوه، نور مربوطه در طول مسیر مستقیم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد کرد. با توجه به عدم وجود پیچ و خم در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند (با توجه به نوع آن) محدوده موردنظر را روشن کند. در صورتی که راهروی فوق دارای پیچ و خم باشد، با چه مشکلی برخورد خواهیم کرد؟

در این حالت می توان از یک آیینه در محل پیچ راهرو استفاده کرد تا باعث انعکاس نور از زاویه مربوطه شود. در صورتی که راهروی فوق دارای پیچ های زیادی باشد، چه باید کرد؟ در چنین حالتی در تمام طول مسیر دیوار راهروی موردنظر باید از آیینه استفاده کرد. به این ترتیب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با یک زاویه خاص) از نقطه ای به نقطه دیگر حرکت کرده (جهش کرده) و طول مسیر راهرو را طی خواهد کرد. عملیات فوق مشابه آن چیزی است که در فیبر نوری انجام می شود.

فناوری فیبر نوری

نور، در کابل فیبرنوری از طریق هسته (نظیر راهروی مثال ارائه شده) و توسط جهش های پیوسته (با توجه به سطح آبکاری شده) و(Cladding مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده) حرکت می کند. (مجموع انعکاس داخلی). با توجه به این که سطح آبکاری شده، قادر به جذب نور موجود در هسته نیست، نور قادر به حرکت در مسافت های طولانی می باشد، برخی از سیگنال های نوری به دلیل عدم خلوص شیشه موجود، ممکن است دچار نوعی تضعیف در طول هسته شوند. میزان تضعیف سیگنال نوری بستگی به درجه خلوص شیشه و طول موج نور انتقالی دارد. برای مثال، موج با طول ۸۵۰ نانومتر بین ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر کیلومتر، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بین ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر کیلومتر، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بیش از ۵۰ درصد در هر کیلومتر.

سیستم رله فیبرنوری

به منظور آگاهی از نحوه استفاده فیبرنوری در سیستم های مخابراتی، مثالی را ارائه خواهیم کرد که مربوط به یک فیلم سینمایی و یا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است. در فیلم فوق دو ناوگان دریایی که بر روی سطح دریا در حال حرکت می باشند، نیاز به برقراری ارتباط با یکدیگر در یک وضعیت کاملا بحرانی و توفاتی را دارند. یکی از ناوها قصد ارسال پیام برای ناو دیگر را دارد. کاپیتان ناو فوق پیامی برای یک ملوان که بر روی عرشه کشتی مستقر است، ارسال می کند. ملوان، پیام دریافتی را به مجموعه ای از کدهای مورس (نقطه و فاصله) ترجمه می کند. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از یک نورافکن اقدام به ارسال پیام برای ناو دیگر خواهد کرد.

یک ملوان بر روی عرشه کشتی دوم، کدهای مورس ارسالی را مشاهده و آنها را به زبان خاص (مثلا انگلیسی) تبدیل کرده و برای کاپیتان ناو ارسال می کند. فرض کنید فاصله دو ناو فوق از یکدیگر بسیار زیاد (هزاران مایل) باشد و به منظور برقراری ارتباط بین آنها از یک سیستم مخابراتی مبتنی بر فیبرنوری استفاده شود.

سیستم رله فیبرنوری از عناصر زیر تشکیل شده است:

فرستنده:

مسئول تولید و رمزنگاری سیگنال های نوری است.

فیبرنوری:

مدیریت سیگنال های نوری در یک مسافت را برعهده دارد.

بازیاب نوری:

به منظور تقویت سیگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.

دریافت کننده نوری:

سیگنال های نوری را دریافت و رمزگشایی می کند.

در ادامه به بررسی هر یک از عناصر فوق می پردازیم.

فرستنده

وظیفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو فرستنده پیام است. فرستنده، سیگنال های نوری را دریافت و دستگاه نوری را به منظور روشن و خاموش شدن در یک دنباله مناسب (حرکت منسجم) هدایت می کند. فرستنده، از لحاظ فیزیکی در مجاورت فیبر نوری قرار دارد و ممکن است دارای یک لنز به منظور تمرکز نور در فیبر باشد. لیزرها دارای توان به مراتب بیشتری نسبت به LED می باشند. قیمت آنها نیز در مقایسه با LED به مراتب بیشتر است. متداول ترین طول موج سیگنال های نوری، ۸۵۰ نانومتر، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است.

بازیاب (تقویت کننده) نوری

همانگونه که قبلا اشاره شد، برخی از سیگنال ها در مواردی که مسافت ارسال اطلاعات طولانی باشد (بیش از یک کیلومتر) و یا از مواد خالص برای تهیه فیبرنوری (شیشه) استفاده نشده باشد، تضعیف و از بین خواهند رفت. در چنین مواردی و به منظور تقویت (بالا بردن) سیگنال های نوری تضعیف شده از یک یا چندین «تقویت کننده نوری» استفاده می شود.

تقویت کننده نوری از فیبرهای نوری متعدد به همراه روکشی خاص (doping) تشکیل می شوند. بخش دوپینگ با استفاده از یک لیزر پمپ می شود. زمانی که سیگنال تضعیف شده به روکش دوپینگی می رسد، انرژی ماحاصل از لیزر باعث می شود که مولکول های دوپینگ شده، به لیزر تبدیل شوند، مولکول های دوپینگ شده در ادامه باعث انعکاس یک سیگنال نوری جدید و قوی تر با همان خصایص سیگنال ورودی تضعیف شده، خواهند بود. (تقویت کننده لیزری)

دریافت کننده نوری

وظیفه دریافت کننده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو دریافت کننده پیام است. دستگاه فوق سیگنال های دیجیتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشایی، سیگنال های الکتریکی را برای سایر استفاده کنندگان (رایانه، تلفن و ...) ارسال می کند. دریافت کننده به منظور تشخیص نور از یک «فتوسل» و یا «فتودیود» استفاده می کند.

منبع

www.autoir.com