کاربرد فیبر نوری چیست؟

کاربرد فیبر نوری چیست؟


فیبر نوری چست؟ فیبر نوری یا تار نوری یک رشته بسیار باریک و بلندی است که از یک ماده بسیار شفاف که میتواند شیشه یا پلاستیک باشد تشکیل شده است. این رشته با عبور نور لیزر از خود و با کمک گرفتن از تئوری انعکاس اطلاعات مدوله شده را به سمت گیرنده ارسال می کند. فیبر نوری بر خلاف کابل های معمولی مسی دارای پهنای باند (BW) بسیار بالایی است و با استفاده از آن میتوان داده های صوت و تصویر و ... را تا سرعت 10 گیگابایت بر ثانیه و حتی بیشتر انتقال داد. امروزه با توجه به نیاز جدی به انتقال اطلاعات با سرعت بالا و پهنای باند بیشتر و تاخیر کمتر در قیاس با مخابرات ماهواره ای، مخابرات نوری یکی از مهم ترین ابزار ها برای انتقال داده و اطلاعات به شمار می آید.

تاریخچه ساخت فیبر نوری

در قرون اخیر تلاش زیادی برای انتقال اطلاعات از طریق ارسال نور در جو زمین صورت گرفت اما به دلیل موانع مختلف از جمله گرد و خاک،برف،باران،دود و مه و ... پیشرفتی حاصل نگردید. بعد ها مخترعین به این فکر افتادند که نور را از طریق کانال هایی که به وسیله عدسی و اینه ها تنظیم شده است ارسال نمایند. با توجه به وجود مشکلاتی در تنظیم زاویه و جایگاه عدسی و اینه ها ارسال نور از این طریق نیز مردود ماند.

اولین تلاش ها در جهت پیشرفت این سیستم انتقال اطلاعات توسط الکساندر گراهام بل انجام گرفت. او مدتی پس اختراع تلفن، سیستم تلفن نوری را به ثبت رساند. این سیستم بر پایه مدوله کردن نور خورشید بازتابیده بود که با به ارتعاش در آوردن آینه ای کار می کرد. در سمت گیرنده یک فوتوسل قرار داشت که با تبدیل امواج نور به ولتاژ صدا را دریافت می کرد. این اختراع بل موفق بود اما نمی توانست صدا را به مسافتی بیشتر از 200 متر منتقل نماید بنابراین نتوانست جایگاه تجاری خوبی را بدست اورد.

ایده انکسار برای هدایت نور که اساس فیبر نوری است، برای اولین بار در سال 1840 توسط  Daniel Colladon و Jacques Babinet  در پاریس مطرح گردید. کاکو و کوکهام انگلیسی از شیشه به عنوان محیط انتشار نور استفاده کردند. آن ها تلاش کردند تا بتوانند به سرعتی حدود 100 مگابیت بر ثانیه با حداقل تضعیف برسند اما رسیدن به این سرعت انتقال با تضعیف زیادی همراه بود. در اوایل سال 1960 اشعه لیزر اختراع شد. در سال 1966 با پیشرفت تکنولوژی، دانشمندان توانستند نور لیزر را در الیاف شیشه ای هدایت کنند و به سرعت های بالاتر و تضعیف کمتر دست پیدا کنند. این دستاورد بسیار ارزشمندی بود زیرا این الیاف شیشه ای بسیار سبک تر و ارزانتر از کابل مسی است و همچنین ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد.

توسعه فناوری فیبرنوری از سال 1980 میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال 1985 میلادی در دنیا نزدیک به 2 میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته ‌است.

سیستم های مخابراتی

گسترش ارتباطات راه دور و راحتی انتقال اطلاعات با سیستم‌های انتقال و مخابرات نوری یکی از پراهمیت‌ترین موارد در جهان امروز است. سرعت، دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی‌های مخابرات نوری است. یکی از پراهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات نوری آسانی انتقال سیگنال‌های اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم‌بندی در حوزه زمانی را دارا است.

در سال ‌های اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور قدرتمند و خطوط انتقال نوری فاکتورهای جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده ‌است. مخابرات نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور تلقی می ‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می‌شد. با آنکه امواج نوری حامل سیگنال‌های آنالوگ بودند اما سیگنال ‌های نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی‌مانده‌است.

مزایای فیبر نوری

1.        پهناي باند بسیار زیاد : ظرفیت انتقال چند برابر نسبت کابل های مسی، از مزایای مهم فیبر نوری به شمار می آید. فرکانس نور مورد استفاده در این سیستم های ارتباطی نزدیک به اشعه مادون قرمز( می باشد. پهنای باند کابل های کواکسیال در حدود 500MHz  و سیستم های ماکروویو در حدود 700MHZ می باشد. بنابراین حجم اطلاعاتی که توسط کابل هاي فیبر نوري قابل انتقال است خیلی بیشتر از بهترین سیستم کابل هاي مسی می باشد. با توجه به اینکه در کابل هاي کواکسیال هنگامی که فرکانس از 100MHZ بیشتر شود انتقال تنها در مسافت چند کیلومتر امکان پذیر است.

 

2.       تضعیف بسیار کم: تضعیف بسیار کم فیبرهاي نوري از امتیازات مهم آن بشمار می رود و این فیبرها را در مسافت زیاد بدون استفاده از ریپیتر می توان مورد استفاده قرار داد.

 

3.      وزن کم و قطر کوچک: مزیت دیگر ، کوچک بودن قطر کابل که باعث کمتر اشغال نمودن کانال می گردد. قطر رشته هاي فیبر نوري در حدود قطر موي سر بوده و هنگامیکه تعدادي از این رشته ها بطور مجتمع در یک پوسته قرا گرفته و بعنوان کابل مورد استفاده قرار می گیرد باز هم قطر بسیار کمی را دارا خواهد بود. اگر یک مقایسه نسبی بین فیبر نوري و کابل مسی داشته باشیم. 40 کیلومتر فیبر نوري داراي وزنی معادل 1kg است در صورتیکه یک و نیم کیلومتر سیم مسی داراي وزن 1kg می باشد.

 

4.      ایزولاسیون کامل الکتریکی : عدم تأثیر جریانات القائی الکتریکی بر روي موج برهاي نوري نیز یکی از خواص مهم فیبر نوري می باشد. میدان هاي ناشی از تشعشع کابل هاي برق تأثیري در این موج برها ندارند و می توان رشته هاي سیم مسی را هم در کابل نوري پیش بینی کرد و برق مورد نیاز تقویت کننده هاي بین راه را از این طریق تأمین کرد و یا می توان خطوط فیبر نوري را در روي دکل هاي برق فشار قوي نصب کرد.

 

5.      مصونیت در برابر تداخل و هم شنوایی : امواج الکترو مغناطیس و امواج با فرکانس رادیوئی اثري بر روي کابل هاي فیبر نوري ندارند بنابراین سیستم ارتباطات نوري در مقابل محیط آلوده به نویز مصون بوده علاوه بر این کابل هاي فیبر نوري که در مجاور هم هستند نیز بر روي یکدیگر اثرات القایی ندارند و بر خلاف کابل هاي مسی ، پدیده کراستاك در آنها بسیار ناچیز است و استفاده در کاربردهاي نظامی که مسئله تداخل با دیگر امواج الکترو مغناطیس اهمیت دارد. طبیعت عایق فیبر نوري امکان هر نوع تداخل را از بین می برد و در فیبر نوري نگرانی از اتصال به زمین براي موج بر وجود ندارد.

 

6.      امنیت سیگنال: نوري که از فیبرهاي نوري عبور می کند فاقد پدیده تشعشع بوده و بنابراین اطلاعات ارسالی از طریق سیستم ارتباطات فیبر نوري در مسیر انتقال قابل بهره برداري و استفاده هاي استراق سمع نمی باشد و براي مقاصد نظامی ایده آل می باشد.

محدودیت ها و نقاط ضعف فیبر نوری

1.        ضرورت دقت کامل در هنگام کابلکشی

2.       امکان شکستن در صورت گذشتن زاویه فیبر از یک حد معین

3.      محدود بودن میزان کشش برای فیبرهای با ظرفیت مختلف

4.      محافظت کامل در برابر ضربه، برای فیبرهایی که از درون حوضچه می گذرند.

فیبرهای نوری به دو دسته تقسیم می شوند


تک حالتی single-mode
چند حالتی multi-mode
فیبر سینگل مود یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌دهد. (نظیر تلفن)
فیبر مالتی مود می‌تواند صدها حالت نور را به طور هم‌ زمان انتقال بدهد. (نظیر شبکه‌های کامپیوتری)
فیبرهای تک حالته دارای یک هسته کوچک (تقریباً 9 میکرون قطر) بوده و قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز (طول موج از 1300 تا 1550 نانو متر) می باشند.
فیبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر (تقریباً 62.5 میکرون قطر) و قادر به ارسال نور مادون قرمز از طریق LED می باشند.

کاربردهای فیبر نوری

1.        کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه ‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت و ... در سال‌های اخیر شروع شده‌است.

2.       کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها، ارتباط زیردریاییها را نام برد.

3.      کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماری‌ها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان در دستگاه‌هایی به نام درون بین یا آندوسکوپ استفاده می‌شود تا به درون نای، مری، روده و مثانه فرستاده شود و درون بدن انسان به طور مستقیم قابل مشاهده باشد.

فیبر نوری در ایران

در ایران در اوایل دهه 60، فعالیت‌های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران را درپی داشت و در سال 1367، کارخانه تولید فیبر نوری در یزد به بهره برداری رسید. عملاً در سال 1373 تولید فیبر نوری با ظرفیت 50٫000 کیلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند. در همان سال 1367 نخستین خط مخابراتی تار نوری بین تهران و کرج به کار افتاد.

اولین پروژه فیبرنوری با اجرای 700 کیلومتر کابل با 13 هزار کانال بین چندین مسیر با هزینه‌ای بالغ بر 40 میلیارد ریال بین سالهای 69 تا 73 انجام شد. در برنامه دوم توسعه پروژه فیبرنوری با 11600 کیلومتر کابل با 620 هزار کانال بین شهری با هزینه 654 میلیارد ریال در سالهای 74 تا 78 به انجام رسید و نهایتاً در برنامه سوم توسعه 17850 کیلومتر تا 2 میلیون کانال با پروتکشن بین شهرهای کشور با هزینه‌ای بالغ بر 1035 میلیارد در سالهای 79 تا 83 اجرا شد.

//