فیبر نوری چیست و چگونه کار می‌کند؟

هرجا که صحبت از سیستم های جدید مخابراتی، سیستم های تلویزیون کابلی و اینترنت باشد، در مورد فیبر نوری هم چیزهایی می‌شنوید.

فیبرنوری چیست؟

فیبرهای نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالصند که ضخامتی در حدود قطر موی انسان دارند. آنها در بسته هایی بنام کابل‌های نوری کنار هم قرار داده می‌شوند و برای انتقال سیگنال‌های نوری در فواصل دور مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها همچنین برای عکسبرداری پزشکی و معاینه های فنی در مهندسی مکانیک استفاده می‌شود.

اگر با دقت به یک رشته فیبر نوری نگاه کنید، می بینید که از قسمت‌های زیر ساخته شده :

• هسته _ هسته بخش مرکزی فیبر است که از شیشه ساخته شده و نور در این قسمت سیر می‌کند.

• لایه روکش _ واسطه شفافی که هسته مرکزی فیبر نوری را احاطه می‌کند وباعث انعکاس نور به داخل هسته می‌شود.

• روکش محافظ _ روکشی پلاستیکی که فیبر نوری در برابر رطوبت و آسیب دیدن محافظت می‌کند.

صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و کابل های نوری را بوجود می آورند. هر يک از کلاف های فيبر نوری توسط يک روکش هائی با نام Jacket محافظت می گردند.

فيبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:

• فيبرهای تک حالته (Single-Mode) . بمنظور ارسال يک سيگنال در هر فيبر استفاده می شود( نظير : تلفن )

• فيبرهای چندحالته (Multi-Mode) . بمنظور ارسال چندين سيگنال در يک فيبر استفاده می شود( نظير : شبکه های کامپيوتری)

فيبرهای تک حالته دارای يک هسته کوچک ( تقريبا" 9 ميکرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور ليزری مادون قرمز ( طول موج از 1300 تا 1550 نانومتر) می باشند. فيبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر ( تقريبا" 5 / 62 ميکرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED می باشند.

ارسال نور در فيبر نوری
فرض کنيد ، قصد داشته باشيم با استفاده از يک چراغ قوه يک راهروی بزرگ و مستقيم را روشن نمائيم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسير مسفقيم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد کرد. با توجه به عدم وجود خم و يا پيچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن کرد. در صورتيکه راهروی فوق دارای خم و يا پيچ باشد ، با چه مشکلی برخورد خواهيم کرد؟ در اين حالت می توان از يک آيينه در محل پيچ راهرو استفاده تا باعث انعکاس نور از زاويه مربوطه گردد.در صورتيکه راهروی فوق دارای پيچ های زيادی باشد ، چه کار بايست کرد؟ در چنين حالتی در تمام طول مسير ديوار راهروی مورد نظر ، می بايست از آيينه استفاده کرد. بدين ترتيب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با يک زاويه خاص) از نقطه ای به نقطه ای ديگر حرکت کرده ( جهش کرده و طول مسير راهرو را طی خواهد کرد). عمليات فوق مشابه آنچيزی است که در فيبر نوری انجام می گيرد.
نور، در کابل فيبر نوری از طريق هسته (نظير راهروی مثال ارائه شده ) و توسط جهش های پيوسته با توجه به سطح آبکاری شده ( Cladding) ( مشابه ديوارهای شيشه ای مثال ارائه شده ) حرکت می کند.( مجموع انعکاس داخلی ) . با توجه به اينکه سطح آبکاری شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد ، نور قادر به حرکت در مسافت های طولانی می باشد. برخی از سيگنا ل های نوری بدليل عدم خلوص شيشه موجود ، ممکن است دچار نوعی تضعيف در طول هسته گردند. ميزان تضعيف سيگنال نوری به درجه خلوص شيشه و طول موج نور انتقالی دارد. ( مثلا" موج با طول 850 نانومتر بين 60 تا 75 درصد در هر کيلومتر ، موج با طول 1300 نانومتر بين 50 تا 60 درصد در هر کيلومتر ، موج با طول 1550 نانومتر بيش از 50 درصد در هر کيلومتر)

سيستم رله فيبر نوری
بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فيبر نوری در سيستم های مخابراتی ، مثالی را دنبال خواهيم کرد که مربوط به يک فيلم سينمائی و يا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است . در فيلم فوق دو ناوگان دريائی که بر روی سطح دريا در حال حرکت می باشند ، نياز به برقراری ارتباط با يکديگر در يک وضعيت کاملا" بحرانی و توفانی را دارند. يکی از ناوها قصد ارسال پيام برای ناو ديگر را دارد.کاپيتان ناو فوق پيامی برای يک ملوان که بر روی عرشه کشتی مستقر است ، ارسال می دارد. ملوان فوق پيام دريافتی را به مجموعه ای از کدهای مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه می نمايد. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از يک نورافکن اقدام به ارسال پيام برای ناو ديگر می نمايد. يک ملوان بر روی عرشه کشتی دوم ، کدهای مورس ارسالی را مشاهده می نمايد. در ادامه ملوان فوق کدهای فوق را به يک زبان خاص ( مثلا" انگليسی ) تبديل و آنها را برای کاپيتان ناو ارسال می دارد. فرض کنيد فاصله دو ناو فوق از يکديگر بسار زياد ( هزاران مايل ) بوده و بمنظور برقرای ارتباط بين آنها از يک سيتستم مخابراتی مبتنی بر فيبر نوری استفاده گردد.

سيتستم رله فيبر نوری از عناصر زير تشکيل شده است :

• فرستنده . مسئول توليد و رمزنگاری سيگنال های نوری است .

• فيبر نوری مديريت سيکنال های نوری در يک مسافت را برعهده می گيرد.

• بازياب نوری . بمنظور تقويت سيگنا ل های نوری در مسافت های طولانی استفاده می گردد.

• دريافت کننده نوری . سيگنا ل های نوری را دريافت و رمزگشائی می نمايد.

در ادامه به بررسی هر يک از عناصر فوق خواهيم پرداخت .

فرستنده
وظيفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو فرستنده پيام است . فرستنده سيگنال های نوری را دريافت و دستگاه نوری را بمنظور روشن و خاموش شدن در يک دنباله مناسب ( حرکت منسجم ) هدايت می نمايد. فرستنده ، از لحاظ فيزيکی در مجاورت فيبر نوری قرار داشته و ممکن است دارای يک لنز بمنظور تمرکز نور در فيبر باشد. ليزرها دارای توان بمراتب بيشتری نسبت به LED می باشند. قيمت آنها نيز در مقايسه با LED بمراتب بيشتر است . متداولترين طول موج سيگنا ل های نوری ، 850 نانومتر ، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر است .

بازياب ( تقويت کننده ) نوری
همانگونه که قبلا" اشاره گرديد ، برخی از سيگنال ها در موارديکه مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده ( بيش از يک کيلومتر ) و يا از مواد خالص برای تهيه فيبر نوری ( شيشه ) استفاده نشده باشد ، تضعيف و از بين خواهند رفت . در چنين مواردی و بمنظور تقويت ( بالا بردن ) سيگنا ل های نوری تضعيف شده از يک يا چندين " تقويت کننده نوری " استفاده می گردد. تقويت کننده نوری از فيبرهای نوری متععدد بهمراه يک روکش خاص (doping) تشکيل می گردند. بخش دوپينگ با استفاده از يک ليزر پمپ می گردد . زمانيکه سيگنال تضعيف شده به روکش دوپينگی می رسد ، انرژی ماحصل از ليزر باعث می گردد که مولکول های دوپينگ شده، به ليزر تبديل می گردند. مولکول های دوپينگ شده در ادامه باعث انعکاس يک سيگنال نوری جديد و قويتر با همان خصايص سيگنال ورودی تضعيف شده ، خواهند بود.( تقويت کننده ليزری)

دريافت کننده نوری
وظيفه دريافت کننده ، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو دريافت کننده پيام است. دستگاه فوق سيگنال های ديجيتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی ، سيگنا ل های الکتريکی را برای ساير استفاده کنندگان ( کامپيوتر ، تلفن و ... ) ارسال می نمايد. دريافت کننده بمنظور تشخيص نور از يک "فتوسل" و يا "فتوديود" استفاده می کند.

مزايای فيبر نوری
فيبر نوری در مقايسه با سيم های های مسی دارای مزايای زير است :

• ارزانتر. هزينه چندين کيلومتر کابل نوری نسبت به سيم های مسی کمتر است .

• نازک تر. قطر فيبرهای نوری بمراتب کمتر از سيم های مسی است .

• ظرفيت بالا . پهنای باند فيبر نوری بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بيشتر از سيم مسی است .

• تضعيف ناچيز. تضعيف سيگنال در فيبر نوری بمراتب کمتر از سيم مسی است .

• سيگنال های نوری . برخلاف سيگنال های الکتريکی در يک سيم مسی ، سيگنا ل ها ی نوری در يک فيبر تاثيری بر فيبر ديگر نخواهند داشت .

• مصرف برق پايين . با توجه به سيگنال ها در فيبر نوری کمتر ضعيف می گردند ، بنابراين می توان از فرستنده هائی با ميزان برق مصرفی پايين نسبت به فرستنده های الکتريکی که از ولتاژ بالائی استفاده می نمايند ، استفاده کرد.

• سيگنال های ديجيتال . فيبر نور ی مناسب بمنظور انتقال اطلاعات ديجيتالی است .

• غير اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الکتريسيته ، امکان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت .

• سبک وزن . وزن يک کابل فيبر نوری بمراتب کمتر از کابل مسی (قابل مقايسه) است.

• انعطاف پذير . با توجه به انعظاف پذيری فيبر نوری و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين های ديجيتال با موارد کاربردی خاص مانند : عکس برداری پزشکی ، لوله کشی و ...استفاده می گردد.

با توجه به مزايای فراوان فيبر نوری ، امروزه از اين نوع کابل ها در موارد متفاوتی استفاده می شود. اکثر شبکه های کامپيوتری و يا مخابرات ازراه دور در مقياس وسيعی از فيبر نوری استفاده می نمايند.

صدها یا هزاران عدد از این رشته های فیبر نوری بصورت بسته ای در کنار هم قرار داده می‌شوند که به آن کابل نوری گویند. این دسته از رشته های فیبر نوری با یک پوشش خارجی موسوم به ژاکت یا غلاف محافظت می‌شوند.

فیبرهای نوری دو نوعند :

1. فیبرهای نوری تک وجهی: این نوع از فیبرها، هسته های کوچکی دارند ( قطری در حدود inch (4-) 10x 5/3 یا 9 میکرون ) و می‌توانند نور لیزر مادون قرمز ( با طول موج 1300 تا 1550 نانومتر ) را درون خود هدایت کنند.

2. فیبرهای نوری چند وجهی: این نوع از فیبرها هسته های بزرگتری دارند ( قطری در حدود inch (3-) 10x 5/2 یا 5/62 میکرون ) و نور مادون قرمز گسیل شده از دیودهای نوری موسوم به LED ها را ( با طول موج 850 تا 1300 نانومتر ) درون خود هدایت می‌کنند.

برخی از فیبرهای نوری از پلاستیک ساخته می‌شوند. این فیبرها هسته بزرگی ( با قطر 4 صدم inch یا یک میلیمتر ) دارند و نور مرئی قرمزی را که از LED ها گسیل می‌شود ( و طول موجی برابر با 650 نانومتر دارد ) هدایت می‌کنند.

بیایید ببینیم طرز کار فیبر نوری چیست.

یک فیبر نوری چگونه نور را هدایت می‌کند؟

فرض کنید می‌خواهید یک باریکه نور را بطور مستقیم و در امتداد یک کریدور بتابانید. نور براحتی در خطوط راست سیر می‌کند و مشکلی ازین جهت نیست. حال اگر کریدور مستقیم نباشد و در طول خود خمیدگی داشته باشد چگونه نور را به انتهای آن می‌رسانید؟

برای این منظور می‌توانید از یک آینه استفاده کنید که در محل خمیدگی راهرو قرار می‌گیرد و نور را در جهت مناسب منحرف می‌کند. اگر راهرو خیلی پیچ در پیچ باشد و خمهای زیادی داشته باشد چه؟ می‌توانید دیوارها را با آینه بپوشانید و نور را به دام بیندازید بطوریکه در طول راهرو از یک گوشه به گوشه دیگر بپرد. این دقیقا همان چیزی است که در یک فیبرنوری اتفاق می افتد.

نور در یک کابل فیبرنوری، بر اساس قاعده ای موسوم به بازتابش داخلی، مرتبا بوسیله دیواره آینه پوش لایه ای که هسته را فراگرفته، به این سو و آن سو پرش می‌کند و در طول هسته پیش می‌رود.

از آنجا که لایه آینه پوش اطراف هسته هیچ نوری را جذب نمی‌کند، موج نور می‌تواند فواصل طولانی را طی کند. به هر حال، برخی از سیگنال‌های نوری در حین حرکت در طول فیبر، ضعیف می‌شوند که علت عمده آن وجود برخی ناخالصی‌ها داخل شیشه است. میزان ضعیف شدن سیگنال به درجه خلوص شیشه بکار رفته در داخل فیبر و نیز طول موج نوری که درون فیبر سیر می‌کند بستگی دارد.

سیستم ارتباط بوسیله فیبرنوری

برای پی بردن به اینکه فیبرهای نوری چگونه در سیستم های ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اجازه دهید نگاهی بیاندازیم به فیلم یا سندی که مربوط به جنگ جهانی دوم است. دو کشتی نیروی دریایی را درنظر بگیرید که از کنار یکدیگر عبور می‌کنند و لازم است باهم ارتباط برقرار کنند درحالی که امکان استفاده از رادیو وجود ندارد و یا دریا طوفانی است. کاپیتان یکی از کشتی ها پیامی را برای یک ملوان که روی عرشه است می‌فرستد. ملوان آن پیام را به کد مورس ترجمه می‌کند و از نورافکنی ویژه که یک پنجره کرکره جلو آن است برای ارسال پیام به کشتی مقابل استفاده می‌‌نماید. ملوانی که در کشتی مقابل است این پیام مورس را می‌گیرد، ترجمه می‌کند و به کاپیتان می‌دهد. (ملوان کشتی دوم عکس عملی را انجام می‌دهد که ملوان کشتی اول انجام داد.)

حالا فرض کنید این دو کشتی هر یک در گوشه ای از اقیانوسند و هزاران مایل فاصله دارند و در فاصله بین آنها یک سیستم ارتباطی فیبرنوری وجود دارد.

سیستم‌های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل این قسمت هاست:

• فرستنده: سیگنال‌های نور را تولید می‌کند و به رمز در می‌آورد.

• فیبرنوری: سیگنال‌های نور را تا فواصل دور هدایت می‌کند.

• تقویت کننده نوری: ممکن است برای تقویت سیگنال‌های نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)

• گیرنده نوری: سیگنال‌های نور را دریافت و رمزگشائی می‌نماید.

فرستنده

نقش فرستنده شبیه ملوانی است که روی عرشه کشتی فرستنده پیام ایستاده و پیام را ارسال می‌کند. فرستنده ابزار تولید نور را در فواصل زمانی مناسب خاموش یا روشن می‌کند.

فرستنده درعمل به فیبر نوری متصل می‌شود و حتی ممکن است دارای لنزی برای متمرکز کردن نور به داخل فیبر هم باشد. قدرت اشعه لیزر بیش از LED‌ هاست اما با کم و زیاد شدن دما شدت نورشان تغییر می‌کند و گرانتر هم هستند. متداول‌ترین طول موج‌هایی که استفاده می‌شود عبارتند از: 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر. (مادون قرمز و طول موج‌های نامرئی طیف).

تقویت کننده نوری

همانطور که قبلا هم به آن اشاره شد، نور حین عبور از فیبر ضعیف می‌شود. (مخصوصا در فواصل طولانی بیش از نیم مایل یا حدود یک کیلومتر مثلا در کابل‌های زیر دریا) بنابرین یک یا بیش از یک تقویت کننده نوری در طول کابل بسته می‌شوند تا نور ضعیف شده را تقویت کنند.

یک تقویت کننده نوری دارای فیبرهای نوری با پوشش ویژه ای است. نور ضعیف شده پس از ورود به این تقویت کننده تحت تاثیر این پوشش خاص و نیز نور لیزری که به این پوشش تابیده می‌شود تقویت می‌شود. ملکول‌های موجود در این پوشش ویژه با تابش لیزر به آنها، سیگنال نوری جدید و قوی تولید می‌کنند که مشخصات آن مشابه نور ورودی به تقویت کننده است. درواقع تقویت کننده نوری یک آمپلی فایر لیزری برای نور ورودی به آن است.

گیرنده نوری

گیرنده نوری مشابه ملوانی که روی عرشه کشتی گیرنده پیام بود عمل می‌کند. این گیرنده سیگنال‌های نوری ورودی را می‌گیرد، رمزگشائی می‌کند و سیگنال‌های الکتریکی مناسب را برای ارسال به کامپیوتر، تلویزیون یا تلفن کاربر تولید و به آنها ارسال می نماید. این گیرنده برای دریافت و آشکارسازی نور ورودی از فتوسل یا فتودیود استفاده می‌کند.

فيبر نوري و سيستم مخابرات فيبر نوري

فيبر نوري چيست؟

فيبر نوري، رشته‌اي از تارهاي بسيار نازك شيشه‌اي بوده‌ كه قطر هر يك از تارها نزديك به قطر يك تار موي انسان است. تارهاي فوق در كلاف‌هايي قرار مي‌گيرند و كابل‌هاي نوري را به‌وجود مي آورند.      كابل فيبر نوري به‌عنوان يك هدايت‌كننده نور عمل مي‌كند كه نور را از يك سر‌به‌سر ديگر منتقل‌ مي‌كند. يك دريافت‌كننده كه به نور حساس است در مقصد وجود داردكه پالس‌هاي دريافتي منبع را تبديل به سيگنال‌هاي ديجيتالي مي‌كند.      از فيبر نوري به‌منظور ارسال سيگنال‌هاي نوري در مسافت‌هاي طولاني استفاده مي‌شودو مهمترين هدف در استفاده از فيبر نوري داشتن نرخ انتقال بيتي بالا است.

اجزاي تشكيل‌دهنده فيبر نوري

يك فيبر نوري از سه بخش اصلي تشكيل شده است:

1- هسته(Core) هسته نازك شيشه‌اي در مركز فيبر كه سيگنال‌هاي نوري در آن حركت مي‌نمايند. در داخل هسته از ديودها و يا ليزرهاي انعكاسي استفاده مي‌شود تا مانع از خروج پرتوهاي نور از كابل شود.

 2- روكش(Cladding) بخش خارجي فيبر بوده كه دورتا دور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نور منعكس‌شده به هسته مي‌گردد. پوشش هسته به منحرف نشدن پرتوها كمك مي‌كند. ضريب انعكاس روكش از هسته كمتر بوده و موجب شكست كامل نور تابيده شده به ديواره هسته مي‌شود.

3- بافر رويه(Buffer Coatiny) روكش پلاستيكي كه باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب‌پذير است .

بيشتر لايه‌ها در فيبر نوري به منظور محافظت از هسته در نظر گرفته مي‌شوند. كابلها از نظر لايه‌هاي محافظ به دو دسته : الف) كابل‌هاي لوله شل    ب) كابل هاي با ضربه‌گير محكم، تقسيم مي‌شوند. از كابل‌هاي شل در فضاهاي باز استفاده مي‌شود و از نوع دوم بيشتر در برقراري اتصالات تجهيزات پايانه‌اي و همچنين در ارتباطات بين وسايل گوناگون در شبكه هاي بزرگ و همچنين در كابل‌كشي داخل ساختمان استفاده مي‌شود.

مزاياي فيبر نوري چيست؟

فيبر نوري در مقايسه با سيم‌هاي مسي داراي مزاياي زير است:

1- قيمت ارزانتر: هزينه فيبر نوري نسبت به سيمهاي مسي در مقياس‌هاي بالا كمتر است.

2- اندازه نازك‌تر: قطر فيبرهاي نوري به مراتب كمتر از سيم‌هاي مسي است.

3- ظرفيت بالا: پهناي باند فيبر نوري به منظور ارسال اطلاعات به مراتب بيشتر از سيم مسي است. لذا فيبر نوري توانايي انتقال داده‌هاي بيشتري را دارد.

4- تضعيف ناچيز: تضعيف سيگنال در فيبر نوري به مراتب كمتر از سيم مسي است.

5- عدم تداخل: برخلاف سيگنال‌هاي الكتريكي در يك سيم مسي، عبور سيگنال‌هاي نوري در يك فيبر تأثيري بر فيبر ديگر نخواهد داشت و تداخل الكترو مغناطيسي نخواهيم داشت.

6- مصرف برق پايين: با توجه به اين كه سيگنال‌ها در فيبر نوري كمتر تضعيف مي‌گردند، بنابراين مي‌توان از فرستنده‌هايي با ميزان برق مصرفي پائين نسبت به فرستنده‌هاي الكتريكي(كه از ولتاژ بالايي استفاده مي‌نمايند)، استفاده كرد.

7- اشتغال‌زا نبودن: با توجه به عدم وجود الكتريسته در فيبر نوري، امكان بروز آتش‌سوزي در اين خصوص وجود نخواهد داشت.

8- وزن سبك: وزن يك كابل فيبر نوري به مراتب كمتر از كابل مسي هم‌رده‌آن است و اين عامل در كاركردن، نصب و نگهداري فيبر بسيار مهم است.

9- انعطاف‌پذير بودن: با توجه به انعطاف‌پذيري فيبر نوري و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين‌هاي ديجيتال با موارد كاربردي خاص مانند عكس‌برداري پزشكي و لوله‌كشي و... استفاده مي‌گردد.

10- فاصله: از فيبر نوري مي‌توان در ارتباط شبكه‌هايي كه فاصله زيادي از هم دارند استفاده كرد(اتصال شبكه‌هاي محلي(LAN) به يكديگر). شايان ذكر است كه قبل از استفاده از كابل‌هاي فيبر نوري ارتباط بين LAN ها از طريق تلفن يا امواج راديويي برقرار مي‌شد و كابل‌هاي فلزي توانايي برقراري اين ارتباط را نداشتند.

11- پايداري: در كابل‌هاي فيبر نوري امكان نفوذ و ايجاد اختلال در انتقال داده‌ها كمتر است و از تأثيرگذاري انواع نويزهاي الكترومغناطيسي شامل نويزهاي راديويي و يا نويزهاي حاصل از نزديكي كابل‌ها بر روي داده‌هاي در حال انتقال جلوگيري مي‌كند.

بطوركلي تارهاي نوري از تداخل و ترويج با ساير كانالهاي ارتباطي، خواه نوري و خواه الكتريكي، به خوبي محافظت شده‌ مي‌باشد. يعني نسبت به تداخل فركانسهاي راديويي(RFI) و تداخل الكترومغناطيسي(EMI) عدم پذيرش عالي دارند.

12- سرعت: فيبر نوري توانايي در انتقال اطلاعات به مقدار زياد چه به شكل ديجيتالي‌و‌چه به شكل آنالوگ دارند.

13- ترويج نوري نياز به زمين مشترك بين فرستنده تاري وگيرنده را منتفي مي كند.

14-امكان تعمير فيبر (تار) نوري در حاليكه سيستم روشن است ،بدون آنكه احتمال اتصال كوتاه شدن مدارهاي الكتريكي در فرستنده ويا در گيرنده باشد، وجود دارد.

15- فيبرهاي نوري درجه‌اي از امنيت وپنهاني بودن را عرضه مي كند. چون تار ها انرژي تشعشع نمي‌كنند. براي

يك مزاحم، آشكار سازي سيگنال ارسالي مشكل است.

نحوه دسته‌بندي كابل‌هاي فيبر نوري چگونه است؟

كابل‌ها براساس پارامترهاي زير دسته‌بندي مي‌شوند؟

1- براساسNEC ،UL ،Flame Retardancy

2- براساس نوع كابل

3-براساس‌نوع فيبر(1- تك‌حالته( Single Mode)، 2- چند حالته(Multi Mode )، 3- مختلط(Hybrid)

 4- براساس تركيب سيم و فيبر(Composite Cable‌)

5- براساس استفاده داخلي (Indoor)‌يا خارجي(‌Outdoor)

چگونگي عملكرد سيستم مخابرات فيبر نوري

فيبر نوري يكي از محيط‌هاي انتقال داده با سرعت بالا است. امروزه از فيبر نوري در موارد متفاوتي نظير شبكه‌هاي تلفن شهري و بين‌شهري، شبكه‌هاي رايانه‌اي و اينترنت و براي انتقال اطلاعات در مسافت‌هاي طولاني استفاده مي‌شود.  نور، در كابل فيبر نوري از طريق هسته و توسط جهش‌هاي پيوسته با توجه به روكش حركت مي‌كند. با توجه به اينكه روكش، هيچ نوري از هسته جذب نمي‌كند نور مي‌تواند مسافت زيادي را طي كند. به هر حال مقداري از موج‌هاي نور به علت وجود ناخالصي موجود در فيبر ضعيف مي‌شوند. ميزان تضعيف نور به ميزان خلوص شيشه و طول موج نور ارسالي بستگي دارد.

مجموعه رله فيبر نوري از عناصر زير تشكيل شده ‌است:

1- فرستنده(Transmiter‌): مسئول توليد و رمزنگاري پيام‌هاي نوري است. فرستنده پيام‌هاي نوري را دريافت و دستگاه نوري را به منظور روشن و خاموش‌شدن در يك دنباله مناسب هدايت مي‌نمايد. فرستنده، از لحاظ فيزيكي در مجاورت فيبر نوري قرار داشته و ممكن است داراي يك لنز به منظور تمركز نور در فيبر باشد. ليزرها داراي توان به مراتب بيشتري نسبت به ديودهاي نوراني مي‌باشند. متداولترين طول موج پيام‌هاي نوري، 850 نانومتر، 1300نانومترو 1550 نانومتر است.

2- فيبر نوري(Optical Fiber‌): پيام‌هاي نور را در طول مسير هدايت مي‌كند.

3- تقويت‌كننده نوري( Optical Regenerator): پيام‌هاي نوري را در مسافت‌هاي طولاني تقويت مي‌كند. برخي از پيام‌ها در مواردي كه مسافت ارسال اطلاعات طولاني بوده و يا به هر دليلي، خلوص شيشه كم باشد، ضعيف شده و حتي از بين خواهند رفت. در چنين مواردي به منظور تقويت پيام‌هاي نوري ضعيف شده از يك يا چندين تقويت‌كننده نوري استفاده مي‌گردد. تقويت‌كننده نوري از فيبرهاي نوري متعدد به همراه يك روكش خاص( Doping) تشكيل مي‌گردد. بخش دوپينگ با استفاده از يك ليزر پمپ( تلمبه) مي‌گردد. زماني كه پيام تضعيف شده به روكش دوپينگي مي‌رسد، انرژي ماحصل از ليزر باعث مي‌گردد كه ملكول‌هاي دوپينگ‌ شده، به ليزر تبديل گردند. ملكول‌هاي دوپينگ‌ شده در ادامه باعث انعكاس يك پيام نوري جديد و قويتر با همان خصوصيات پيام ورودي تضعيف شده، خواهند بود.

4- دريافت‌كننده نوري(Optical Receiver): پيام‌هاي نوري را دريافت و رمزگشايي مي‌نمايد و سپس پيام‌هاي الكتريكي را براي ساير استفاده‌كنندگان(رايانه، تلفن و ...) ارسال مي‌نمايد.

دريافت‌كننده به منظور تشخيص نور از يك فتوسل(Photocell ) يا فتوديود(Photodiode) استفاده مي‌كند.

فیبر نوری، رشته‌ای از جنسی شفاف با قابلیت گذردهی نور است که برای انتقال اطلاعات دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرد

یک فیبر نوری از چند قسمت مختلف تشکیل می‌شود. هسته مرکزی که بخش گذرده نور است از ترکیبات شفاف سیلیس و ژرمانیوم ساخته می‌شود.

دو یا جند روکش مختلف نیز از این فیبرها محافظت می‌کنند. تعداد و جنس این روکش‌ها بستگی به موارد استفاده فیبر دارد.

سپس چندین فیبر به دور یکدیگر تنیده می‌شوند و دوباره با چند غلاف مختلف محافظت می‌شوند.

فیبرهای نوری به دو دسته تقسیم می‌شوند. یک نوع که تک مد نامیده می‌شود دارای تک فیبرها با هسته نازک و قطر 9 میکرون است و نور فروسرخ لیزر با طول موج 1300 تا 1550 نانومتر را گذر می‌دهد.

نوع دیگر دارای هسته‌های ضخیم 63.5 میکرونی است و با نور فروسرخ با طول موج 850 تا 1300 نانومتر گسیل شده از LED کار می‌کند.

تفاوت جنس فیبر با محیط بیرون (غلاف) و در نتیجه تفاوت ضریب شکست این دو ماده باعث می‌شود که دیواره فیبر به صورت آیینه عمل کند. به این ترتیب زمانی که نور با زاویه‌ای خاص به دیواره فیبر می‌تابد، پدیده بازتاب کلی داخلی رخ می‌دهد و نور با انعکاس از دیواره فیبر پیش‌می‌رود و در انتها از کابل خارج می‌شود. گقتنی است ماکزیمم زاویه‌ای که نور می‌تواند تحت آن و بدون بازتاب داخلی از یک ماده خارج شود I > arcsin n2/n1 است. که n1 ضریب شکست محیط غلیظ (در اینجا فیبر) و n2 ضریب شکست محیط رقیق (محیط بیرون فیبر)است.

با این حال بعضی از سیگنال‌های نوری در طول فیبر دچار اختلال و بازتاب‌های نامنظم می‌شوند. میزان این اختلال و همچنین تعداد سیگنال‌هایی که دچار آن می‌شوند به عواملی از جمله درصد خلوص مواد هسته فیبر و طول موج نور دارد.

برای تولید سیگنال‌های دیجیتالی در طول فیبر نوری، از یک فرستنده استفاده می‌شود. فرستنده معمولاً اطلاعات سیگنال‌ها را از یک واحد کامپیوتر دریافت ‌می‌کند و در یک سر کابل نصب می‌شود. در سر دیگر کابل یک گیرنده قرار می‌گیرد که علاوه بر دریافت سیگنال، آن را تجزیه و ترجمه می‌کند.

معمولاً زمانی که از فیبرها در مسافت‌ها طولانی استفاده می‌شود، یک دستگاه تقویت کننده در سر راه کابل قرار می‌گیرد که هم از سالم بودن سیگنال‌ها اطمینان حاصل می‌کند و هم نور را تقویت می‌کند.

یکی از مهمترین مزایای استفاده از کابل نوری دقت و ظرفیت بالای انتقال اطلاعات در آن‌هاست. همین امر باعث می‌شود تا برق کمتری برای تولید سیگنال‌ها مصرف شود.

از آنجایی که امواج مختلف بر نور تأثیری ندارند، میزان پاشندگی آن و در نتیجه تلفات و تداخل اطلاعات در فیبرهای نوری بسیار پایین‌تر از کابل‌های مسی است.

در حال حاضر هزینه تولید فیبرنوری کمتر از کابل‌های مسی است. البته هزینه کار گذاری و نصب آن‌ها تا حدودی بیشتر از کابل‌های قدیمی است. این امر با پیشرفت فن‌آوری‌های کابل‌کشی نوری در حال تغییر است و به زودی می‌توان کیلومترها کابل نوری را با هزینه‌ای بسیار کمتر از کابل‌های مسی تولید و مصرف کرد.

فیبر نوری یکی از بهترین ابزار ارتباط دیجیتالی از جمله ارتباطات در شبکه‌های کامپیوتری است. با کابل‌های نوری مختلف می توان از 10 تا 110 گیگابایت دیتا را در یک ثانیه منتقل کرد.

از دیگر کاربردهای فیبر نوری می‌توان به صنایع نظامی، عکس‌برداری پزشکی و ساخت حسگرهای اندازه‌گیری اشاره کرد.

کابل فیبر نوری