تکنولوژی فیبر نوری چیست و چه کاربردی دارد؟ انواع فیبر نوری و کارکرد آن
کابل فیبر نوری یکی از تجهیزات فیبر نوری است که کاربردهای زیادی دارد. فیبر نوری یا تور نوری، رشته باریک و بلندی از یک ماده ی شفاف مانند شیشه یا پلاستیک است که می تواند نوری را که از یک سرش به آن وارد شده، از سر دیگر خارج کند. فیبر نوری دارای پهنای بسیار بالاتر از کابل های معمولی است.
با فیبر نوری می توان داده های تصویر، صوت و داده های دیگر را به راحی با پهنای باند بالا تا 10 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر انتقال داد. امروزه مخابرات فیبر نوری، به دلیل پهنای باند وسیع تر در مقایسه با کابل های مسی و تاخیر کمتر در مقایسه با مخابرات ماهواره ای از مهم ترین ابزار انتقال اطلاعات محسوب می شود.
در این مطلب قصد داریم به مبحث فیبر نوری به طور کامل بپردازیم و در مورد نحوه کار با آن، ویژگی ها، مزایا انواع و کاربردهای آن صحبت کنیم. با ما همراه باشید.
فهرست موضوعات این مطلب
فیبر نوری چیست و چه کاربردی دارد؟
فیبر نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالص به قطر موی انسان است. آن ها در بسته هایی به نام کابل های نوری مرتب شده اند و برای انتقال سیگنال های نور در فواصل طولانی استفاده می شوند.
فیبر نوری یک فناوری برای انتقال ترافیک داده به صورت پالس های نور بر روی فیبر های نوری کوچک است. قطر این الیاف تقریباً به اندازه یک تار موی انسان است و معمولاً از سیلیس خالص ساخته می شوند.
نور از هسته فیبر عبور می کند و با روکش کردن از خارج شدن آن جلوگیری می کند. پوشش برای عایق بندی کابل های فیبر نوری در برابر باران و انواع آسیب های دیگر استفاده می شود.
فرستنده های نوری وسیله ای برای انتقال ترافیک داده در یک شبکه فیبر نوری با تبدیل داده ها به نور هستند. آن ها به عنوان لیزر ها ی مخصوص طول موج، سیگنال های داده الکتریکی را از سوییچ ها به سینگال های نوری تبدیل می کنند که می توانند از طریق این نوع کابل ها منتقل شوند.
فیبر نوری نسبت به فناوری های دیگر می تواند داده های بیشتری را با سرعت های بالاتر در فواصل طولانی تر انتقال دهد. در نتیجه، پایه و اساس انتقال داده های مدرن شده است و به صورت فزاینده ای در شبکه های مخابراتی، ارائه دهندگان خدمات اینترنتی و شبکه های مراکز داده سازمانی استفاده می شود.
فیبر نوری چگونه کار می کند؟
فیبر نوری داده ها را به شکل ذرات جا به جا می کند. نام هر ذره که توسط فیبر نوری جا به جا می شود فوتون می باشد. فوتون ها مسیر درون کابل فیبر نوری را طی می کنند و از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل می شوند.
زمانی که سیگنال های نوری در داخل کابل فیبر نوری به حرکت در می آیند در واقع از سطح هسته و غلاف انعکاس پیدا می کند و مسیر را به صورت زیگزاکی در طول کابل فیبر نوری طی می کند.
سیگنال های نوری با 30 درصد سرعت کمتر نسبت به نور در فیبر نوری حرکت می کنند. چون لایه های شیشه ای دارای چگالی هستند که این چگالی نمی گذارد که سیگنال ها با سرعت بیشتری حرکت کنند. اما در هر شرایطی سرعت سیگنال های فیبر نوری نسبت به سینگال های الکتریکی در کابل های مسی چندین برابر می باشد.
مطلب مشابه: اینترنت 5G چیست و چه فرقی با 4G دارد و چه فایو جی چه کاربردی دارد؟
بخش های مختلف فیبر نوری
فیبر نوری از یک میله شیشه ای بسیار نازک تشکیل شده است. میله شیشه ای شامل دو قسمت هسته و لایه اطراف (روکش) است. با ذوب میله شیشه ای در یک برج کششی، فیبر نوری بیرون آورده می شود. با استفاده از تکنیک های مختلف در فرآیند تولید میله شیشه ای، سازندگان می توانند الیاف با ویژگی های مختلف برای کاربرد خاص خود را تولید کنند.
با وجود این که فیبر نوری نازک هستند و قطر بسیار کمی دارند، از قسمت های مختلفی تشکیل شده است. بخش های مختلف فیبر نوری عبارتند از:
- هسته: مرکز نازک فیبر نوری که نور در آن حرکت می کند.
- روکش: مواد نوری بیرونی اطراف هسته که نور را به داخل هسته بازتاب می دهد را روکش فیبر نوری می نامند.
- بافر: یک پوشش پلاستیکی محافظ که مستقیما روی فیبر نوری اعمال می شود.
- پوسته اصلی: لایه بیرونی محافظ کابل که از فیبر در برابر آسیب و رطوبت محافظت می کند.
انواع کابل های فیبر نوری
فیبرهای نوری، سیگنال های نوری را که مد نامیده می شوند را با خود به پایین حمل می کنند. روش های مختلفی برای انتقال وجود دارد: یک مد مسیری است که یک پرتو نور از فیبر پایین می آید.
یک مدل این است که مستقیما تا وسط فیبر پایین بیاید و مد دیگر بازتاب فیبر با یک زاویه کم عمق است. حالت های دیگر شامل زاویه های دیگر با شیب های کمتر یا بیشتر است.
ساده ترین نوع فیبر نوری، تک مده یا تک حالته نامیده می شود که دارای هسته های بسیار نازک با قطر 5 تا 10 میکرونی هستند. نوع دیگر کابل فیبر نوری، چند حالته نام دارد.
کابل فیبر نوری تک حالته (SMF)
ساده ترین ساختار موجود بین کابل های نوری، کابل نوری تک حالته است که برای استفاده در فواصل طولانی طراحی شده است. این کابل شامل یک هسته بسیار نازک با قطر حدودا 9 میکرون است و همه سیگنال ها مستقیماً از وسط حرکت می کنند بدون این که لبه ها پرش کنند.
کابل های نوری تک حالته معمولاً برای برنامه CATV، اینترنت و تلفن مورد استفاده قرار می گیرند، جایی که سیگنال ها توسط فیبر های تک حالته پیچیده شده در بسته ای حمل می شوند. این کابل ها اطلاعات را از طریق نور لیزر مادون قرمز با طول موج 1300 تا 1550 نانو متر منتقل می کنند.
کابل فیبر نوری چند حالته (MMF)
یک نوع دیگر کابل فیبر نوری، کابل چند حالته است. این کابل حدود 10 برابر بزرگ تر از کابل تک حالته است. پرتوهای نور می توانند با دنبال کردن مسیر های مختلف یا در حالت های مختلف در هسته حرکت کنند. این نوع کابل ها فقط می توانند داده ها را در فواصل کوتاه ارسال کنند.
بنابراین، آن ها در میان برنامه های کاربردی دیگر، برای اتصال شبکه های کامپیوتری استفاده می شود. از سوی دیگر دارای یک هسته بزرگ تر با قطر 62.5 میکرون است که دارای انشعابات قابل توجهی برای فواصلی است که می توان از آن ها به طور موثر استفاده کرد.
هسته های بزرگ تر کابل های فیبر نوری چند حالته امکان عبور چندین حالت نور از آن ها را فراهم می کنند و تعداد بازتاب ها را افزایش می دهند. به این معنا که می توان از فرستنده و گیرنده های کم هزینه استفاده کرد.
این نوع کابل ها برای سیگنال های نوری ساخته شده است که باید مسیرهای مختلفی را به طور همزمان طی کنند. معمولا در فواصل کمتر از یک مایل. به عنوان مثال، مراکز داده و برخی از شبکه های خانگی متصل، فیبر چند حالته را ترجیح می دهند چون می تواند حجم بسیار زیادی از داده ها را به شیوه ای مقرون به صرفه و مدیریت فضای کابل کشی مدیریت کند.
این نوع کابل نور مادون قرمز با طول موج 850 تا 1300 نانومتر را از طریق دیود های ساطع کننده نور LED منتقل می کنند. استفاده از کابل چند حالته برای فواصل بیشتر از 200 تا 300 متر فایده زیادی ندارد.
تجهیزات فیبر نوری
انواع مختلفی از تجهیزات فیبر نوری از اسپلیتر گرفته تا روتر و مودم وجود دارد. تجهیزات فیبر نوری عبارتند از:
ترانسیور
یک ترانسیور تار نوری شامل یک فرستنده و گیرنده برای کمک به تبدیل و انتقال سیگنال های الکتریکی بر روی فیبرهای نوری است.
پاورمتر
پاورمتر نوعی از تجهیزات تار نوری است که امکان خواندن دقیق را فراهم می کند و از آن ها برای اندازه گیری کابل های فیبر نوری استفاده می شود و معمولا توسط یک باتری قابل شارژ یا آداپتور برق تغذیه می شوند. اکثر این پاور مترها دارای نور پس زمینه هستند.
میکروسکوپ فیبر نوری
میکروسکوپ فیبر نوری نوعی تجهیزات است که معمولا در آزمایشگاه ها و مراکز تحقیقاتی استفاده می شود. یک میکروسکوپ بازرسی از فناوری پیشرفته تار نوری استفاده می کند. بزرگنمایی قدرتمند و وضوع بالای آن، کاربر را قادر می کند تا جزئیات کوچک را به راحتی بررسی کند.
پچ کورد
یکی از تجهیزات فیبر نوری، پچ کورد است که می تواند سفارشی ساخته شود. این کابل ها همچنین ممکن است لیزری بهینه شده باشند. کیت های جدا کننده کابل معمولاً از نظر کد رنگ، طول و تعداد فیبر متفاوت هستند. بعضی از این کابل ها شامل 4 یا 6 فیبر هستند، در حالی که مدل های بزرگ تر ممکن است 12 فیبر داشته باشند.
کوپلر فیبر نوری
کوپلر فیبر نوری یکی دیگر از انواع تجهیزات مورد استفاده برای اتصال دو یا چند دستگاه است. این دستگاه برای این که بتواند به درستی کار کند، باید تنظیمات آن به طور دقیق تراز شود.
مطلب مشابه: حقایقی درباره اینترنت ایران؛ شروع خدمات اینترنت تا ساختار و پیشرفت آن
کاربردهای فیبر نوری
کابل های فیبر نوری در موارد مختلف در صنایع کاربردهای متعددی دارند. برخی از مهمترین کاربردهای فیبر نوری شامل موارد زیر می باشد:
مخابرات
فیبر نوری برای اهداف دریافت و انتقال و نصب استفاده می شود. در انتقال تلفن از کابل های فیبر نوری استفاده می شود. این الیاف انرژی را به صورت پالس های نوری منتقل می کنند. فناوری آن با کابل های کواکسیال قابل مقایسه است، همچنین این فیبرهای نوری می توانند به صورت همزمان هزاران مکالمه را انجام دهند.
ذخیره سازی داده ها
از کابل های فیبر برای ذخیره اطلاعات و همچنین انتقال استفاده می شود. کابل های فیبر نوری همچنین برای تصویربرداری و روشنایی و به عنوان حسگر برای نظارت و اندازه گیری طیف وسیعی از متغیرها استفاده می شوند. علاوه بر این، کابل های فیبر در توسعه، تحقیق و آزمایش در همه برنامه های فوق استفاده می شود.
پزشکی
فیبر نوری در حوزه پزشکی برای تشخیص بیماری ها، انجام آزمایش ها، شناسایی نارسایی های داخلی بدن، دندانپزشکی و … استفاده می شود. الیاف نوری می توانند در رشته های انعطاف پذیر ساخته شوند، بسیار نازک برای وارد شدن به ریه ها، عروق خونی و بسیاری از قسمت های تو خالی بدن. این فیبرهای نوری در ابزارهای زیادی استفاده می شوند که به پزشکان اجازه می دهد بدون انجام هیچ گونه جراحی، قسمت های داخلی بدن را مشاهده کنند.
صنعت و تجارت
الیاف برای تصویر برداری در مناطق دسترسی مانند دستگاه های حسی برای ایجاد دما مانند سیم کشی در محل EMI ، فشار، به عنوان سیم کشی در محیط های صنعتی و خودروها استفاده می شود. پخش /CATV شرکت های کابل از کابل های فیبر نوری برای سیم کشی HDTV ، CATV ، فیلم در صورت تقاضا، اینترنت و بسیاری از برنامه های دیگر استفاده می کنند.
صنایع نظامی
فیبر نوری در صنایع دفاعی برای ارتباطات، کنترل آنتن های رادار، هدایت موشک ها و ارتباطات زیر دریایی استفاده می شود. این سیستم در صنایع نظامی مختلف از جمله نیروهای زمینی، هوایی، دریایی و فضایی بهره می برد.
شبکه
فیبرهای نوری برای اتصال سرورها و کاربران در انواع تنظیمات شبکه استفاده می شوند و همچنین به افزایش دقت و سرعت انتقال داده ها کمک می کنند.
مزایای فیبر نوری
فیبر نوری مزایای بسیار زیادی دارد که در این بخش می خواهیم به برخی از مزایای آن اشاره کنیم:
- امنیت بالا: اطلاعات ارسالی از طریق فیبر نوری به دلیل عدم امکان جاسازی بدون مجوز و قابلیت تشخیص دسترسی غیر مجاز، امنیت بالا دارند.
- پهنای باند بالا: این امکان را فراهم می کند که حجم بالایی از اطلاعات را به صورت همزمان منتقل کرد.
- سرعت بالا: فیبر نوری اطلاعات را با سرعت بالا منتقل می کند، به طوری که می تواند حجم بزرگی از داده را در یک زمان کوتاه منتقل کند.
- استفاده در اینترنت پر سرعت: این امکان را به ارائه دهندگان اینترنت می دهد که ارتباطات پر سرعتی را برای کاربران خود فراهم کنند.
- مقاومت در برابر تداخل: فیبر نوری به دلیل نبودن تداخل الکترومغناطیسی و مقاومت در برابر نویز، مناسب برای استفاده در محیط های پرتداخل مانند شهر ها و مناطق شلوغ است.
- انتقال داده در فواصل طولانی: فیبر نوری امکان انتقال اطلاعات به مسافت های طولانی را بدون افت شدید سرعت و کیفیت اطلاعات فراهم می کند.
معایب فیبر نوری
کابل فیبر نوری هم مانند تمام کابل های دیگر دارای معایبی است که در ادامه به این معایب خواهیم پرداخت:
- حساسیت بالا: فیبر نوری به دلیل ساختار ظریفی که دارد، حساسیت زیادی به خراب شدن و شکستن دارد و در صورت شکستن کابل، تعمیر آن ممکن است زمان بر و هزینه بر باشد.
- هزینه بالا: نصب زیرساخت فیبر نوری نیاز به هزینه های بالایی دارد که ممکن است برای بعضی افراد یا شرکت ها قابلیت پذیرش نداشته باشد.
- نیاز به تجهیزات پیشرفته: استفاده از فیبر نوری نیاز به تجهیزات ویژه ای مانند مبدل ها و سوئیچ های نوری دارد که ممکن است هزینه های اضافی برای نصب و تعمیر به همراه داشته باشد.
- محدودیت در انعطاف پذیری: فیبر نوری انعطاف پذیری کمتری در مقایسه با روش های ارتباطی دیگر مانند کابل های مسی دارد که ممکن است در برخی از مواقع باعث محدودیت هایی در نصب و استفاده شود.
