فيبرنوري چيست؟

[Sa.n]

فيبرنوري چيست؟

فيبرهاي نوري رشته هاي بلند و نازکي از شيشه بسيار خالصند که ضخامتي در حدود قطر موي انسان دارند. آنها در بسته هايي بنام کابل‌هاي نوري کنار هم قرار داده مي‌شوند و براي انتقال سيگنال‌هاي نوري در فواصل دور مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از آنها همچنين براي عکسبرداري پزشکي و معاينه هاي فني در مهندسي مکانيک استفاده مي‌شود.

مزایای فیبر نوری
فیبر نوری در مقایسه با سیم های های مسی دارای مزایای زیر است :

▪ ارزانتر.

هزینه چندین كیلومتر كابل نوری نسبت به سیم های مسی كمتر است .

▪ نازك تر.

قطر فیبرهای نوری بمراتب كمتر از سیم های مسی است .

▪ ظرفیت بالا.

پهنای باند فیبر نوری بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بیشتر از سیم مسی است .

▪ تضعیف ناچیز.

تضعیف سیگنال در فیبر نوری بمراتب كمتر از سیم مسی است .

▪ سیگنال های نوری .

برخلاف سیگنال های الكتریكی در یك سیم مسی ، سیگنا ل ها ی نوری در یك فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهند داشت .

▪ مصرف برق پایین .
با توجه به سیگنال ها در فیبر نوری كمتر ضعیف می گردند ، بنابراین می توان از فرستنده هائی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستنده های الكتریكی كه از ولتاژ بالائی استفاده می نمایند ، استفاده كرد.

▪ سیگنال های دیجیتال .
فیبر نور ی مناسب بمنظور انتقال اطلاعات دیجیتالی است .

▪ غیر اشتعال زا .

با توجه به عدم وجود الكتریسیته ، امكان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت .

▪ سبك وزن .

وزن یك كابل فیبر نوری بمراتب كمتر از كابل مسی (قابل مقایسه) است.

▪ انعطاف پذیر .
با توجه به انعظاف پذیری فیبر نوری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتال با موارد كاربردی خاص مانند : عكس برداری پزشكی ، لوله كشی و ...استفاده می گردد.

با توجه به مزایای فراوان فیبر نوری ، امروزه از این نوع كابل ها در موارد متفاوتی استفاده می شود. اكثر شبكه های كامپیوتری و یا مخابرات ازراه دور در مقیاس وسیعی از فیبر نوری استفاده می نمایند

سیستم های مخابرات فیبر نوری
گسترش ارتباطات و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم های انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت‌ترین موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی های مخابرات فیبر نوری می‌‌باشد. یکی از پر اهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال در فرستادن سیگنال های حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی در حوزه زمانی را دارامی‌‌باشد. این به این معنی است که مخابرات دیجیتال تامین کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکیجهای کوچک انتقال در حوزه زمانی است.برای مثال عملکرد مخابرات فیبر نوری با توانایی ۲۰ مگا هرتز با داشتن پهنای باند ۲۰ کیلو هرتز دارای گنجایش اطلاعاتی ۰٫۱٪می‌‌باشد. امروزه انتقال سیگنالها به وسیله امواج نوری به همراه تکنیکهای وابسته به انتقال شهرت و آوازه سیستم های انتقال ماهوارهای را به شدت مورد تهدید قرار داده است. دیر زمانی ست که این مطلب که نور می‌‌تواند برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد به اثبات رسیده است و بشر امروزه توانسته است که از سرعت فوق العاده آن به بهترین وجه استفاده کند. در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید. در ۱۵ سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبر های نوری فاکتور های جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده است. مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قرار دادی تلقی می‌‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می‌‌شد. با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اما سیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی مانده است. از دلایل این امر می‌‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱)تکنیکهای مخابرات در سیستم های جدید مورد استفاده قرار می‌‌گرفت ۲)سیستم های جدید با بالاترین تلنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود. ۳)انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیکهای دیجیتال را فراهم می‌‌ساخت. این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات رابه صورت بیت به بیت پاسخگو بود

توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع: از آنجایی که مخابرات فیبر نوری دارای کارایی بالاتری نسبت به سیمهای مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته است

آزادی از نویز های الکتریکی:بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شییشه به دلیل رسانندگی انتخاب می‌‌شود.در نتیجه یک حامل موج نوری می‌تواند از پتانسیل موثر میدانهای الکتریکی در امان باشد. از قابلیت های مهم این نوع مخابرات می‌‌توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان یک میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنالهای نام برده بدون آلودگی از پارازیت هایالکتریکی و یا سیگنالهای مداخله گر به حد اکثر کارایی خود خواهند رسید.

تکنولوژی ( فن آوری ) فیبر نوری
نور، در كابل فیبر نوری از طریق هسته (نظیر راهروی مثال ارائه شده ) و توسط جهش های پیوسته با توجه به سطح آبكاری شده ( Cladding) ( مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده ) حركت می كند.( مجموع انعكاس داخلی) .

با توجه به اینكه سطح آبكاری شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد ، نور قادر به حركت در مسافت های طولانی می باشد. برخی از سیگنا ل های نوری بدلیل عدم خلوص شیشه موجود ، ممكن است دچار نوعی تضعیف در طول هسته گردند. میزان تضعیف سیگنال نوری به درجه خلوص شیشه و طول موج نور انتقالی دارد.

) مثلا" موج با طول ۸۵۰ نانومتر بین ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر كیلومتر ، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بین ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر كیلومتر ، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بیش از ۵۰ درصد در هر كیلومتر)

سیستم رله فیبر نوری
بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فیبر نوری در سیستم های مخابراتی ، مثالی را دنبال خواهیم كرد كه مربوط به یك فیلم سینمائی و یا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است . در فیلم فوق دو ناوگان دریائی كه بر روی سطح دریا در حال حركت می باشند ، نیاز به برقراری ارتباط با یكدیگر در یك وضعیت كاملا" بحرانی و توفانی را دارند.

یكی از ناوها قصد ارسال پیام برای ناو دیگر را دارد.كاپیتان ناو فوق پیامی برای یك ملوان كه بر روی عرشه كشتی مستقر است ، ارسال می دارد. ملوان فوق پیام دریافتی را به مجموعه ای از كدهای مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه می نماید. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از یك نورافكن اقدام به ارسالپیام برای ناو دیگر می نماید.

یك ملوان بر روی عرشه كشتی دوم ، كدهای مورس ارسالی را مشاهده می نماید. در ادامه ملوان فوق كدهای فوق را به یك زبان خاص ( مثلا" انگلیسی ) تبدیل و آنها را برای كاپیتان ناو ارسال می دارد. فرض كنید فاصله دو ناو فوق از یكدیگر بسار زیاد ( هزاران مایل ) بوده و بمنظور برقرای ارتباط بینآنها از یك سیتستم مخابراتی مبتنی بر فیبر نوری استفاده گردد.

كاربردهاي فيبر نوري
1. كاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهاي فيبر نوري براي اندازه گيري كميت هاي فيزيكي مانندجريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي، فشار، حرارت، جابجايي، آلودگي آب هاي دريا، سطح مايعات، تشعشعات پرتوهاي گاما و ايكس در سال هاي اخير شروع شده است. در اين نوع حسگرها، از فيبر نوري به عنوان عنصر اصلي حسگر بهره گيري مي شود بدين ترتيب كه ويژگي هاي فيبر تحت ميدان كميت مورد اندازه گيري تغيير يافته و با اندازه شدت كميت تأثيرپذير مي شود.
2. كاربردهاي نظامي: فيبر نوري كاربردهاي بي شماري در صنايع دفاع دارد كه از آن جمله مي توان برقراري ارتباط و كنترل با آنتن رادار، كنترل و هدايت موشك ها، ارتباط زيردرياييها (هيدروفون) را نام برد.
3. كاربردهاي پزشكي: فيبرنوري در تشخيص بيماري ها و آزمايشهاي گوناگون در پزشكي كاربرد فراوان دارد كه از آن جمله مي توان چنده سنجي (دُزيمتري) غدد سرطاني، شناسايي نارسايي هاي داخلي بدن، جراحي ليزري، استفاده در دندانپزشكي و اندازه گيري مايعات و خون نام برد.

آيا استفاده از فيبرنوري معايبي هم دارد؟
براي اين که ديگر در فيبرنوري با سيگنال الکتريکي سروکار نداريم بايد از ادواتي مثل تقويت‌کننده‌ها و آشکارسازهاي نوري استفاده کنيم که تا حدودي گران است. از سوي ديگر از فيبرنوري فقط مي‌توان براي انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع‌هاي نوري استفاده کرد و نمي‌توان براي انتقال الکتريسيته استفاده کرد.
اتصال فيبرنوري به يکديگر بسيار مشکل و وقت‌گير و نياز به يک کادر فني سطح بالا دارد يکي از ايرادهاي مهمي که به فيبرنوري وارد مي‌شود اين است که به راحتي کابل‌ها را نمي‌توان پيچ و خم داد زيرا زاويه تابش نور در داخل آن تغيير کرده و باعث مي‌شود نور از سطح آن خارج شود و از طرف ديگر آنها را نمي‌توان به راحتي قطع کرد و براي قطع آنها نياز به تخصص ويژه‌اي است چون در غير اين صورت زاويه شکست عوض مي‌شود.
استفاده از فيبرنوري چه تاثيري در گسترش فناوري اطلاعات و ارتباطات دارد؟
امروزه با توجه به سرعت توليد علم و دانش نياز به افزايش سرعت تبادل آنها بيشتر شده است. دنيا به سمتي مي‌رود که از ابزاري استفاده کند که با ارائه پهناي باند بيشتر همزمان تعداد بيشتري به راحتي و با سرعت زياد اطلاعات را در اختيار داشته باشند يا همزمان بتوانند به راحتي با موبايل يا تلفن صحبت کنند و به اينترنت وصل شوند و فيبرنوري يکي از فناوري‌هايي است که مي‌تواند اين امکان را فراهم کند.
بکارگيري فيبرنوري براي انتقال اطلاعات از سال 1966 شکل گرفت ولي تا سال 1976 عملا در انتقال داده قابل استفاده نبود ولي اکنون شرکت‌هاي تلويزيون کابلي و شرکت‌هاي چند مليتي جهت انتقال داده‌ها و اطلاعات مالي در سراسر جهان و... از فيبرنوري استفاده مي‌کنند. اکنون در ايران با توجه به زياد شدن کاربران اينترنت، استفاده کنندگان از تلفن ثابت و موبايل و مهم‌تر از همه به خاطر اين که ايران در مسير شاهراه اطلاعات بين اروپا و چين قراردارد ضرورت استفاده از شبکه فيبرنوري حس شده و بهره‌برداري از آن اجرايي مي‌شود. البته بايد توجه داشت استفاده از فيبرنوري به موازات استفاده از بقيه سيستم‌هاي انتقال اطلاعات صورت مي‌گيرد.

يک فيبر نوري چگونه نور را هدايت مي‌کند؟

فرض کنيد مي‌خواهيد يک باريکه نور را بطور مستقيم و در امتداد يک کريدور بتابانيد. نور براحتي در خطوط راست سير مي‌کند و مشکلي ازين جهت نيست. حال اگر کريدور مستقيم نباشد و در طول خود خميدگي داشته باشد چگونه نور را به انتهاي آن مي‌رسانيد؟

براي اين منظور مي‌توانيد از يک آينه استفاده کنيد که در محل خميدگي راهرو قرار مي‌گيرد و نور را در جهت مناسب منحرف مي‌کند. اگر راهرو خيلي پيچ در پيچ باشد و خمهاي زيادي داشته باشد چه؟ مي‌توانيد ديوارها را با آينه بپوشانيد و نور را به دام بيندازيد بطوريکه در طول راهرو از يک گوشه به گوشه ديگر بپرد. اين دقيقا همان چيزي است که در يک فيبرنوري اتفاق مي افتد.