فیبر نوری چیست و چگونه کار می کند

برای انتقال اطلاعات روش های مختلفی وجود دارد. دیتا های کامپیوتری، صدا و تصویر چند نمونه از اطلاعات هستند که آنها را انتقال می دهیم. زمانی که با تلفن صحبت کنید، یک کابل صدای شما را به سوکت روی دیوار منتقل می کند. سپس توسط کابل های دیگر به مرکز مخابرات و جاهای دیگر ارسال می شود. یکی از روش های انتقال اطلاعات کامپیوتری نیز به همین شکل است. روش وایرلس نیز روشی برای ارسال و دریافت اطلاعات است که از هیچ کابلی استفاده نمی کند. جابجایی اطلاعات با استفاده از فیبر نیز یک روش برای همین امر است. پاسخ ساده فیبر نوری چیست بستری برای انتقال اطلاعات است.

اطلاعات کد گذاری شده به شکل پرتویی از نور در یک لوله شیشه ای یا پلاستیکی ارسال می شود. این روش در ابتدای دهه 50 برای آندوسکوپ ها ساخته شد تا به پزشکان کمک کند درون بدن انسان را ببیند. در دهه 1960 مهندسین راهی برای استفاده از این فن آوری برای ارسال تماس های تلفنی با سرعت نور پیدا کردند. این روش توسعه پیدا کرد و برای انتقال دیتا کامپیوتری و سایر موارد توسعه یافت.

فن آوری نوری

کابل فیبر نوری از رشته های بسیار نازک شیشه یا پلاستیک ساخته شده است که به عنوان الیاف نوری معروف است. یک کابل می تواند به اندازه دو یا چند صد رشته باشد. هر رشته به ضخامت یک دهم موی انسان است و می تواند چیزی حدود 25000 تماس تلفنی را انتقال دهد. بنابراین یک کابل فیبر نوری به راحتی می تواند چندین میلیون تماس داشته باشد. انتقال اطلاعات با سرعت 10Gbit/S قابل انجام است.

کابل های فیبر نوری با استفاده از فناوری کاملاً نوری (مبتنی بر نور) اطلاعات را بین دو مکان جابجا می کنند. فرض کنید می خواهید با استفاده از فیبر نوری، اطلاعات را از رایانه خود به خانه به سیستم یکی از دوستان منتقل کنید. کامپیوتر خود را به یک سیستم لیزری وصل می‌کنید، که می تواند اطلاعات الکتریکی را از کامپیوتر به یک سری پالس های نور تبدیل کند. سپس لیزر را به سمت کابل فیبر نوری بگیرید. پس از طی کردن کابل، پرتوهای نوری در انتهای دیگر ظاهر می شوند. دوست شما به یک سلول فوتوالکتریک (مؤلفه تشخیص نور) نیاز دارد تا پالس های نور را به اطلاعاتی که کامپیوتر او قادر به درک آن است تبدیل کند. نتیجه این امر انتقال اطلاعات با سرعت بسیار بالا بین دو سیستم است.

توضیح ساده برای فن آوری فیبر نوری چیست ، این است که در فن آوری نوری اطلاعات به پالس های نوری تبدیل شده و ارسال می شود. در طرف مقابل پالس های نوری دریافت و به اطلاعات تبدیل می شود.

فیبر نوری چگونه کار می کند و روش کار آن چیست

اطلاعات در مبدا به پالس های نور تبدیل شده و به داخل فیبر نوری ارسال می شوند. نور با حرکت درون فیبر، به دیواره های رشته برخورد کرده و بازتاب پیدا می کند. هر فوتون ریز (ذره ای از نور) مانند یک توپ مرتبا به دیواره خورده و بازتاب پیدا می کند تا به انتهای شیشه برسد. ممکن است بگویید نور که از شیشه باید خارج شود. اما اگر نور با زاویه بسیار کم (کمتر از 42 درجه) به شیشه برخورد کند، خارج نشده بلکه بازتاب پیدا می کند. دقیقا انگار به آینه تابیده می شود. اسم این پدیده انعکاس کامل درونی نام دارد. این امر سبب نگهداشته شدن نور داخل لوله می شود.

نکته دیگری که سبب حفظ نور داخل کابل می شود ساختار آن است که از دو قسمت جداگانه تشکیل شده است. قسمت اصلی کابل هسته Core نامیده می شود. این هسته در قسمت میانی قرار داشته و نور از داخل آن عبور می کند. لایه دیگری به نام روکش وجود دارد که به دور هسته پیچیده شده است. کار روکش این است که سیگنال های نوری را داخل لوله نگه دارد. این روکش از نوع دیگری از شیشه ساخته شده که دارای ضریب شکست کمتری است.

با این روش نور تا انتهای فیبر حرکت میکند. در آنجا پالس ها تبدیل به اطلاعات شده و قابل استفاده می شود.

انواع کابل فیبر نوری

ارسال اطلاعات به روش های مختلفی انجام می شود که مود نام دارد. الیاف نوری، سیگنال های نوری را در حالت های مختلف به انتهای آن انتقال می دهند. ممکن است فنی به نظر می رسد اما فقط به معنای راه های مختلف انتقال است. در یک روش نور به طور مستقیم درون فیبر تابیده می شود که تک حالته یا Single Mode نام دارد. روش دوم این است که نور با زوایای مختلف داخل هسته تابیده شود که چند حالته Multi Mode نام دارد.

فیبر نوری سینگل مود

ساده ترین مدل کابل فیبر نوری تک حالته Single-mode است. این کابل هسته بسیار نازکی به اندازه 5-10 میکرون (میلیونیوم متر) در قطر می باشد. در این روش تمامی سیگنال ها مستقیم و بدون جهش های اضافی مستقیم درون فیبر حرکت می کند. کابل تلویزیون، اینترنت و تلفن با این روش کار می کنند. دلیل آن مسافت بیشتر قابل پوشش به نسبت مالتی مود است. این فاصله تا حدود 100 کیلومتر می تواند باشد.

فیبر نوری مالتی مود

نوع دیگر کابل فیبر نوری مالتی مود Multi-mode نام دارد. هر رشته فیبر نوری در کابل مالتی مود ده برابر سینگل مود قطر دارد. این بدان معنی است که پرتو های نور می توانند مسیر های مختلفی (زرد، نارنجی، آبی و فیروزه ای در عکس) را برای رسیدن طی کنند. به عبارت دیگر در حالت های مختلف (به همین دلیل چند حالته نام دارد) می توانند اطلاعات را در مسیر کوتاهی ارسال نمایند. از این روش برای انتقال دیتا کامپیوتری استفاده می شود. مسافت قابل پوشش توسط این کابل 500 متر است.

حتی از الیاف ضخیم تر نیز در یک ابزار پزشکی بنام گاستروسکوپ (نوعی آندوسکوپ) استفاده می شود که پزشکان برای تشخیص بیماری های داخل معده، از داخل گلو عبور می دهند. گاستروسکوپ کابل فیبر نوری ضخیم است که از بسیاری از الیاف نوری تشکیل شده است. در انتهای بالای یک گاستروسکوپ، یک چشم و یک لامپ وجود دارد. لامپ در پایین قسمت خود از کابل در معده بیمار نور می فرستد. هنگامی که نور به معده می رسد، دیواره معده را به یک لنز در پایین کابل منعکس می کند. سپس از قسمت دیگری از کابل آن را به داخل چشمی پزشک منتقل می کند.

کاربرد های فیبر نوری چیست

شبکه های کامپیوتری

کابل های فیبر نوری اکنون روش اصلی حمل اطلاعات در مسافت های طولانی است زیرا آنها چهار مزیت بسیار بزرگ نسبت به کابل های مسی قدیمی دارند:

• تضعیف کمتر: (از بین رفتن سیگنال) اطلاعات در مسافت های طولانی بسیار کمتر از سیم مسی است. این باعث می شود شبکه های فیبر ساده تر و ارزان تر برای کار و نگهداری باشند. ارسال اطلاعات با سیم مسی تنها تا 90 متر قابل انجام است.
• بدون تداخل: برخلاف کابل های مسی ، هیچ “تلاقی” (تداخل الکترومغناطیسی) بین الیاف نوری وجود ندارد. بنابراین آنها اطلاعات را با اطمینان بیشتری با کیفیت بهتر سیگنال منتقل می کنند.
• پهنای باند بالاتر: همانطور که قبلاً دیدیم ، کابل های فیبر نوری می توانند داده های بسیار بیشتری نسبت به کابل های مسی با قطر یکسان داشته باشند.
• عدم نویز پذیری: کابل برق بر روی کابل های نوری نویز و اختلال ایجاد نمی کنند.

پزشکی

وسایل پزشکی با این فن آوری می تواند به پزشکان کمک کند بدون اینکه بدن ما را باز کنند، داخل آن را نگاه کنند. اولین کاربرد مناسب فیبر نوری بیش از نیم قرن پیش بود. دستگاه های گاستروسکوپی معده یکی از کاربرد های آن است که توضیح دادیم. اما فیبر نوری همچنان به اشکال مهم جدیدی از اسکن و تشخیص پزشکی می پردازد.

یکی از آخرین تحولات، آزمایشگاه روی فیبر نامیده می شود و شامل قرار دادن کابل های فیبر نوری به نازکی مو، با حسگرهای داخلی در بدن بیمار است. این نوع الیاف از نظر مقیاس مشابه با کابلهای ارتباطی و نازکتر از رشته های نوری نسبتاً کوچک است که در گاستروسکوپها استفاده می شوند. چطور کار می کنند؟ نور از طریق آنها از لامپ یا لیزر می گذرد، بخشی از بدن که پزشک می خواهد آن را بررسی کند. از آنجا که نور از طریق فیبر سو می زند، بدن بیمار ویژگی های خود را به روشی خاص نشان می دهد. (تغییر شدت نور یا طول موج بسیار کم). با اندازه گیری نحوه تغییر نور (با استفاده از تکنیک هایی از قبیل تداخل سنجی)، ابزاری که به انتهای دیگر فیبر وصل شده است می تواند مطالب مورد نیاز در نحوه عملکرد بدن بیمار مانند دما ، فشار خون ، pH سلول یا وجود داروها در جریان خون آنها را تشخیص دهند. به عبارت دیگر، به جای اینکه فقط از نور برای دیدن بدن خود استفاده کنید، به عنوان حسگر از آن بهره می برند.

اینترنت

کابل های فیبر نوری حجم زیادی از داده ها را با سرعت بسیار زیاد منتقل می کنند. بنابراین از این فناوری در کابل های اینترنت استفاده می شود. در مقایسه با سیم های مسی سنتی ، کابل های فیبر نوری کم حجم، سبک تر و انعطاف پذیرتر هستند و داده های بیشتری را در اختیار دارند.

صنعت خودرو

کابل های فیبر نوری نقش مهمی در ویژگی های روشنایی و ایمنی خودروهای امروزی دارند. آنها در نورپردازی اعم از داخلی و خارجی وسایل نقلیه بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. به دلیل توانایی آن در صرفه جویی در فضا و تأمین نور بهتر، از فیبر نوری هر روز در وسایل نقلیه بیشتری استفاده می شود. همچنین کابلهای فیبر نوری می توانند سیگنال ها را بین قسمت های مختلف خودرو با سرعت برق انتقال دهند. این باعث می شود آنها در استفاده از برنامه های ایمنی از قبیل کنترل کشش و کیسه های هوا بسیار ارزشمند باشند.

تلفن

تماس تلفنی در داخل یا خارج از کشور هرگز به این راحتی نبوده است. با استفاده از ارتباط فیبر نوری می توانید سریعتر به هم وصل شوید و مکالمه های واضح و بدون هیچ گونه تاخیری از طرفین انجام دهید.

نورپردازی و تزئینات

استفاده از فیبر نوری در زمینه نورپردازی تزئینی نیز طی این سالها رو به رشد بوده است. کابل های فیبر نوری یک راه حل آسان، اقتصادی و جذاب برای پروژه های روشنایی ارائه می دهند. در نتیجه آنها به طور گسترده ای در دکوراسیون های روشنایی استفاده می شوند.

بازرسی های مکانیکی

کابل های فیبر نوری به طور گسترده ای در بازرسی از مکان های قابل دسترسی استفاده می شوند. برخی از این برنامه ها بازرسی در محل برای مهندسان و همچنین بازرسی لوله ها برای لوله کش ها است.

تلویزیون کابلی

استفاده از کابل های فیبر نوری در انتقال سیگنال های کابل طی سالها رشد انفجاری داشته است. این کابل ها برای انتقال سیگنال برای تلویزیون های با کیفیت بالا ایده آل هستند زیرا از پهنای باند و سرعت بیشتری برخوردار هستند. همچنین کابلهای فیبر نوری نسبت به همان مقدار سیم مسی ارزانتر است.

کاربردهای نظامی و فضایی

با وجود امنیت بالای داده مورد نیاز در برنامه های نظامی و هوافضا ، کابل های فیبر نوری راه حل ایده آل برای انتقال داده در این مناطق را ارائه می دهند.

اتاق سرور و دیتا سنتر

ارتباط بین سرورها و همچنین اتصال اتاق سرور با بیرون، نیازمند سرعت بالا می باشد. امنیت اطلاعات، پوشش مسافت های طولانی و عدم اختلال از اهمیت خاصی برای اتاق سرور برخوردار است. تمامی این موارد با کمک فیبر نوری امکان پذیر است.

مزایای فیبر نوری

• پهنای باند: فیبر نوری تنها می تواند بیش از 30000 تماس صوتی کامل دو طرفه یا 90 هزار کانال تلویزیونی را منتقل کند کند.
• ایمنی در برابر تداخل الکترومغناطیسی: امواج الکترو مغناطیسی بر روی امواج نور عبوری از فیبر اثر ندارد. فیبر  هادی الکتریسیته نیست بنابراین مانند آنتن امواج الکترو مغناطیسی را جذب نمی کند. اطلاعات بوری در برابر این امواج ایمن می باشد.
• افت سیگنال کم در فواصل طولانی: افت در کابل های فیبر نوری می تواند به میزان 0.2db/km باشد. این ویژگی امکان برقراری ارتباط طولانی در فواصل با حداقل رپیتر را فراهم می سازد.
• ایزولاسیون برق: الیاف نوری هادب برق نیستند، بنابراین از مشکلات ارتینگ زمین و رعد و برق مبرا هستند. فیبرهای نوری را می توان در کنار قطب های سیم ولتاژ بالا قرار داد.
• هزینه مواد و جلوگیری از سرقت: سیستم های کابلی معمولی از مقادیر زیاد مس استفاده می کنند. بدین معنی که حتی کابل تکه شده نیز دارای قیمت بوده و سارقین را به خود جذب می کند.
• امنیت اطلاعات: اطلاعات عبوری از کابل مسی می تواند بدون شناسایی مورد شنود قرار بگیرد.

سرعت فیبر نوری

سرعت فیبر نوری بسته به نوع و طول کابل دارد. در زیر جدول سرعت بر حسب متر آورده شده است. لازم به ذکر است جهت دستیابی به سرعت های ذکر شده ماژول و تجهیزات انتهایی می بایست این سرعت را پشتیبانی کنند.