فیبر نوری چیست و چگونه کار میکند؟

امروزه تکنولوژی فیبر نوری در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. برقراری ارتباط اینترنتی و تلفنی، ایجاد شبکه های کامپیوتری، آندوسکوپی بدن در علم پزشکی و توسعه تجهیزات نظامی، تنها بخشی از کاربرد های فیبر نوری است. اگر قصد دارید با این فناوری، انواع و اجزای تشکیل دهنده، برتری ها و ضعف های آن در قیاس با کابل های مسی آشنا شوید، با ما در رایکانت همراه باشید.

فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری علم انتقال داده ها، صدا و تصاویر با عبور نور از الیاف نازک و شفاف شیشه ای است. در ارتباطات از راه دور، فناوری فیبر نوری عملا جایگزین سیم مسی در خطوط تلفن از راه دور شده است و از آن برای پیوند رایانه ها و اجرای شبکه lan استفاده می شود. قطر هسته و پوسته الیاف نوری با هم  تقریبا به اندازه قطر یک تار موی انسان است. هنگامی که این رشته نور در داخل کابل فیبر نوری قرار می گیرند، قادر به انتقال اطلاعات بیشتر در مسافت های طولانی تر و سریع تر از گزینه های دیگر هستند.

فیبر نوری چگونه کار می کند؟

در منبع انتقال دهنده اطلاعات، سیگنال های نوری با داده ها رمزنگاری می شوند. فیبر نوری داده را توسط نور به انتهای گیرنده منتقل می کند، جایی که سیگنال نوری به عنوان داده رمزگشایی می شود. در واقع فیبر نوری یک وسیله انتقال برای حمل سیگنال در مسافت های طولانی با سرعت بسیار بالا است.

نور با برخورد های مکرر به دیواره های کابل فیبر نوری، انتقال داده می شود. هسته فیبر نوری و روکش فلزی، نور ورودی را در یک زاویه خاص با ضریب شکست مشخص خم می کنند و با رخ دادن پدیده بازتاب کامل، مسافت های طولانی درون کابل های فیبر نوری توسط سیگنال های نوری طی می شوند.

اجزای فیبر نوری

کابل فیبر نوری از پنج جزء اصلی تشکیل شده است: هسته (Core)، روکش فلزی (Cladding)، پوشش (Coating)، الیاف تقویت کننده (Strengthening Member) و رویه کابل (Cable jacket). پیش از ادامه مقاله برای آشنایی با خدمات شرکت رایکانت به صفحه خدمات اکتیو شبکه مراجعه کنید.

1. هسته (Core)، هدایت کننده نور بوسیله پدیده بازتاب داخلی کلی

سیگنال های نوری از یک منبع نور متصل به یک دستگاه گیرنده توسط هسته با روبرویی با پدیده بازتاب کلی داخلی منتقل می شوند. هسته یک رشته واحد از شیشه یا پلاستیک با خلوص بالا است که قطر آن بین 9 تا 62.5 میکرومتر (کمتر از قطر موهای انسان) متغیر است. هرچه هسته بزرگتر باشد، سرعت انتقال داده بالاتر است.

2. روکش فلزی (Cladding)، با ضریب شکنندگی متفاوت نسبت به هسته

روکش فلزی فیبر نوری برای اولین با توسط دانشمند هلندی، برام فان هیل کشف شد. این لایه نازک که بر روی هسته قرار دارد و به عنوان مرز حاوی امواج نور عمل می کند، داده ها را قادر می سازد تا در طول فیبر عبور کنند. جنس شیشه ای روکش فیبر نوری، ضریب شکنندگی کمتری نسبت به هسته دارد و قطر بیرونی آن در حدود 125 میکرون است.

3. پوشش (Coating)، تقویت کننده قدرت هسته

این پوشش پلاستیکی بر روی روکش قرار گرفته و وظیفه تقویت هسته فیبر به کمک جذب شوک ها و محافظت مکانیکی بیشتر در برابر خم شدن بیش از حد کابل را بر عهده دارد. با این حال هیچ تاثیری در خاصیت هدایت امواج نوری ندارد. در ساختار فیبر نوری، پوشش از 2 لایه که معمولا به عنوان لایه های اولیه و ثانویه شناخته می شوند، تشکیل می شود.

4. تقویت کننده الیاف (Strengthening Member)، محافظت از کابل به هنگام نصب

این بخش از ساختار فیبر نوری معمولا از رشته های سیم فولادی، نخ آرامید و یا کولار ساخته می شوند. تقویت کننده الیاف به محافظت از هسته در برابر فشار بیش از حد و جلوگیری از جداسازی هنگام نصب کمک می کنند.

5. رویه کابل (Cable jacket) به عنوان محافظ بیرونی

وظیفه لایه بیرونی، محافظت از کابل مقابل خطرات زیست محیطی است. حفاظت از کابل در برابر گاز ها، آب و سایر مایعاتی که ممکن است کابل فیبر نوری در معرض آن ها قرار بگیرید، بر عهده رویه کابل است. مقاومت در برابر آتش رویه کابل، ویژگی دیگری است که سبب مصونیت فیبر نوری می شود.

فیبر های نوری تک حالته و چند حالته

فیبر نوری به دو روش کلی، سیگنال های نوری را انتقال می دهد. فیبر چند حالته و فیبر تک حالته دو نوع اصلی کابل فیبر نوری هستند. پیشنهاد می کنیم برای آشنایی با خدمات نصب و راه اندازی سانترال به صفحه خدمات تلفن سانترال مراجعه فرمایید.

فیبر تک حالته، مناسب برای مسافت های طولانی

فیبر تک حالته به دلیل قطر کوچکتر هسته (حدود 5 الی 10 میکرون)، برای مسافت های طولانی تر استفاده می شود که امکان کاهش قدرت سیگنال را داراست. دهانه کوچکتر نور، مسیری مستقیم تر ارائه داده و به سیگنال اجازه می دهد مسافت طولانی تری را طی کند. فیبر تک حالته از پهنای باند بالاتری نسبت به  فیبر چند حالته برخوردار است. و در آن از لیزر به عنوان منبع نور استفاده می شود.

فیبر چند حالته، مناسب برای مسافت های کوتاه

فیبر چند حالته برای مسافت های کوتاه تر استفاده می شود زیرا افزایش قطر هسته (حدود 10 برابر بزرگتر از هسته فیبر تک حالته) به سیگنال های نوری اجازه می دهد تا در طول مسیر جهش و بازتاب بیشتری داشته باشند. قطر بزرگتر اطلاعات بیشتری را از طریق ارسال همزمان چندین پالس نوری انتقال می دهد. اما این ویژگی احتمال از بین رفتن سیگنال، کاهش یا تداخل نوری را نیز به وجود می آورد. فیبر نوری چند حالته به طور معمول از LED استفاده می کند تا یک پالس نوری ایجاد کند.

مزایا و معایب استفاده از کابل های فیبر نوری

ویژگی های مثبت کابل های فیبر نوری سبب شده تا این تکنولوژی نوظهور جای کابل های مسی را در برقراری ارتباطات در مسافت های طولانی بگیرند. برخی از مزایای کابل های فیبر نوری به شرح ذیل است:

• پشتیبانی از ظرفیت پهنای باند بیشتر
• نور می تواند مدت زمان بیشتری بدون نیاز به تقویت سیگنال به مسیر خود ادامه دهد
• فیبر نوری کمتر دچار تداخل می شود
• کابل های فیبر نوری در محیط های پر ریسک بیشتری در مقایسه با کابل های مسی قابل استفاده هستند
• نسبت به کابل های مسی قوی تر، باریک تر و سبک تر هستند
• نیازی به نگهداری یا تعویض مکرر ندارند

با وجود تمام مزایای ذکر شده، به کار بردن کابل فیبر نوری معایبی نیز دارد که کاربران باید قبل از استفاده، از آن ها اطلاع داشته باشند. این معایب عبارتند از:

• سیم مس اغلب ارزان تر از فیبر نوری است
• جنس شیشه ای کابل نسبت به مس نیاز به محافظت بیشتری دارد
• کابل کشی فیبر نوری کار سختی است
• کابل های فیبر نوری اغلب شکننده تر هستند

کاربرد های فیبر نوری در صنایع مختلف

کابل های فیبر نوری در ابتدا در دهه 1950  برای آندوسکوپی بدن انسان با هدف کمک به پزشکان برای مشاهده داخل بدن بیمار بدون نیاز به عمل جراحی بزرگ مورد استفاده قرار گرفتند. در دهه 1960 مهندسان تلفن راهی برای استفاده از همان فناوری برای انتقال و دریافت تماس تلفنی با سرعت نور پیدا کردند. امروزه فناوری فیبر نوری کاربرد های گوناگونی دارد که به مهمترین آن ها اشاره می کنیم. پیشنهاد می کنیم برای آشنایی با خدمات شرکت رایکانت به صفحه راه اندازی اتاق سرور مراجعه کنید.

1. راه اندازی سامانه اینترنت

کابل های فیبر نوری مقادیر زیادی از داده ها را با سرعت بسیار زیاد و با پهنای باند بالا تا ۱۰ گیگابیت بر ثانیه منتقل می کنند. در مقایسه با سیم های مسی سنتی، کابل های فیبر نوری کم حجم تر و منعطف تر هستند و داده های بیشتری را در اختیار دارند.

2. شبکه های رایانه ای

شبکه سازی بین رایانه ها در یک ساختمان با استفاده از کابل های فیبر نوری آسانتر و سریعتر انجام می شود. با استفاده از کابل های فیبر نوری کاربران شاهد انتقال اطلاعات از طریق شبکه در مدت زمان کمتری هستند.

3. جراحی و دندانپزشکی

کابل های فیبر نوری به طور گسترده در حوزه علوم پزشکی استفاده می شوند. همان طور که اشاره شد استفاده در آندوسکوپی یکی از اولین کاربرد های فیبر نوری به شمار می رود. از این تکنولوژی برای روشن کردن ناحیه عمل جراحی در بدن استفاده می شود و باعث می شود تعداد و اندازه برش ها کاهش یابد. فیبر نوری همچنین در میکروسکوپ و تحقیقات پزشکی کاربرد دارد.

4. برقراری تماس تلفنی بدون تاخیر با فیبر نوری

همیشه بشر از دیرباز به دنبال ارتباط از راه دور در سریع ترین زمان ممکن بوده است. تماس تلفنی داخلی و یا با خارج کشور در قدیم هرگز به راحتی امروز نبود. در کنار تمام قابلیت های ریز و درشتی که کابل های فیبر نوری برای زندگی انسان ها به ارمغان آورده اند، استفاده از فیبر نوری ارتباط تلفنی سریع و بدون تاخیری را فراهم ساخته که آرزوی قدیمی زندگی اجتماعی بدون مرز را محقق می کند.

5. کاربرد کابل های فیبر نوری در صنایع حساس نظامی و فضایی

با وجود نیاز به امنیت بالای داده در برنامه های نظامی و هوا فضا، کابل های فیبر نوری راه حل ایده آلی برای انتقال داده در این حوزه به شمار می روند. برقراری ارتباط با آنتن رادارها و زیردریایی ها،  هدایت و کنترل موشک ها از جمله مهمترین دستاورد هایی است که به لطف این تکنولوژی نوظهور صنعت نظامی و فضایی دنیا توسعه پیدا کرده است.

فیبر نوری بهترین جایگزین کابل های مسی

کابل های فیبر نوری سرعت انتقال داده بسیار بالایی دارند و در مقایسه با کابل های مسی از پهنای باند بسیار بالاتری پشتیبانی می کنند. انتقال اطلاعات از طریق نور در این فناوری، اختلال ارتباطی را به حداقل می رساند و باعث می شود نور بدون نیاز به تقویت سیگنال به راه خود ادامه دهد. بنابراین استفاده از کابل های فیبر نوری می تواند جایگزین مناسبی برای کابل های قدیمی مسی باشد. در انتهای مقاله پیشنهاد می کنیم برای استفاده از خدمات شبکه رایکانت با شماره های اعلام شده در سایت تماس حاصل کنید. همکاران ما آماده پاسخگویی و راهنمایی شما هستند.