فیبر نوری چیست و چگونه کار می کند؟

در حالی که بسیاری از ما اصطلاح “فیبر نوری” را برای توصیف یک نوع کابل یا فناوری با استفاده از نور شنیده‌ایم، تعداد کمی از ما واقعاً متوجه می‌شویم که این فناوری چیست و چه کاری انجام می دهد. در اینجا اصول اولیه فناوری فیبر نوری، نحوه کار با آن، هدف، ویژگی ها، مزایا، و اینکه امروزه برای چه مواردی استفاده می شود را شرح می دهیم.

فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری یا فیبرهای نوری (optical fiber) رشته های بلند و نازکی از جنس شیشه هستند که به قطر موی انسان است. این رشته ها در بسته هایی به نام کابل های نوری مرتب شده اند. ما برای انتقال سیگنال های نور در فواصل طولانی به آنها متکی هستیم.

در منبع فرستنده، سیگنال های نور به عنوان داده ها کدگذاری می شوند. همان داده هایی که روی صفحه کامپیوتر می بینید. فیبر نوری “داده” را به وسیله نور به یک گیرنده منتقل می کند، جایی که سیگنال نور به عنوان داده رمزگشایی می شود. بنابراین، فیبر نوری در واقع یک رسانه انتقال است – یک “کانال” برای انتقال سیگنال ها در فواصل طولانی با سرعت های بسیار بالا.

فیبر نوری چگونه کار می کند؟

پرتو نور از هسته کابل عبور می کند. هسته در وسط کابل قرار دارد و ساختار آن شیشه ای است. روکش آن، لایه دیگری از جنس شیشه است که دور هسته پیچیده شده است. روکش برای نگه داشتن سیگنال های نور در داخل هسته وجود دارد.

هنگامی که سیگنال‌های نوری از طریق کابل فیبر نوری ارسال می‌شوند، به دنبال فرآیندی به نام انعکاس کلی داخلی، از هسته و روکش به شکل یکسری پرش زیگزاگ منعکس می‌شوند. سیگنال های نوری به دلیل لایه های شیشه ای متراکم تر با سرعت حدود 30 درصد کندتر از سرعت نور حرکت می کنند.

برای تجدید یا تقویت سیگنال در طول مسیر انتقال در فیبر نوری، گاهی اوقات به تکرار کننده هایی در فواصل دور نیاز است. این تکرارکننده‌ها سیگنال نوری را با تبدیل آن به سیگنال الکتریکی، پردازش آن سیگنال الکتریکی و ارسال مجدد سیگنال نوری، بازسازی می‌کنند. کابل های فیبر نوری در حال حاضر قادر به پشتیبانی از سیگنال تا 10 گیگابیت بر ثانیه هستند. به طور معمول یک کابل فیبر نوری، با افزایش ظرفیت پهنای باند آن، گران تر می شود.

انواع کابل فیبرنوری

فیبر نوری به دو دسته کلی تک حالته (Single mode) و چند حالته (multi mode) تقسیم می شود. کابل های فیبر سیگنال های نور را بر اساس حالت های مختلف حمل می کنند. منظور از حالت، مسیری است که پرتو نور هنگام حرکت در طول فیبر طی می کند.

فیبر تک حالته

فیبر تک حالته، ساده ترین ساختار است. این نوع فیبر، شامل یک هسته بسیار نازک است و همه سیگنال‌ها مستقیماً از مرکز حرکت می‌کنند بدون اینکه به سمت لبه ها بروند و یا شکستی داشته باشند. کابل‌های فیبر نوری تک حالته معمولاً برای برنامه‌های CATV، اینترنت و تلفن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فیبر چند حالته

فیبر چند حالته نوع دیگری از کابل فیبرنوری است. این کابل حدود 10 برابر بزرگتر از کابل تک حالته است. پرتوهای نور می توانند با دنبال کردن مسیرهای مختلف یا در حالت های مختلف از درون هسته حرکت کنند. این نوع کابل ها فقط می توانند داده ها را در فواصل کوتاه ارسال کنند.

چهار نوع کابل فیبرنوری چند حالته وجود دارد که با “OM” (چند حالت نوری) مشخص می شود. یک انجمن صنعتی آنها را به عنوان OM1، OM2، OM3 و OM4 تعیین کرد. آنها توسط ISO/IEC 11801 توصیف شده اند. استاندارد OM4 توسط TIA/EIA 492AAAD تایید شده است. هر OM دارای حداقل نیاز به پهنای باند معینی است.

فیبر نوری سیمپلکس و دوبلکس

ساختار کابل فیبر نوری سیمپلکس شامل یک رشته شیشه است. اغلب، فیبر سیمپلکس در جایی استفاده می‌شود که فقط یک خط انتقال و یا دریافت بین دستگاه‌ها وجود دارد. یا زمانی که از سیگنال داده چندگانه استفاده می‌شود؛ به این معنی که ارتباط دو جهته روی یک فیبر واحد، مورد نیاز است.

کابل فیبر دوبلکس از دو رشته شیشه یا پلاستیک تشکیل شده است. فیبر این کابل که معمولاً در قالب «زیپ‌کورد» یافت می‌شود، اغلب برای ارتباط دوطرفه بین دستگاه‌هایی استفاده می‌شود که در آن انتقال و دریافت جداگانه مورد نیاز است.

فیبرنوری در مقابل کابل های مسی

کابل های مسی برای سال ها به عنون یک انتخاب سنتی برای مخابرات، شبکه و اتصالات کابلی بودند. اما با گذشت زمان، فیبر نوری جایگزین رایجی شد. اکثر خطوط راه دور شرکت های تلفن در حال حاضر از کابل های فیبر نوری ساخته شده اند.

فیبر نوری به دلیل پهنای باند بالاتر و سرعت بیشتر، اطلاعات بیشتری نسبت به سیم مسی معمولی دارد. از آنجایی که شیشه الکتریسیته را هدایت نمی کند، فیبرنوری در معرض تداخل الکترومغناطیسی قرار نمی گیرد و تلفات سیگنال به حداقل می رسد.

مزایا و معایب فیبرنوری

کابل های فیبر نوری عمدتا به دلیل مزایایی که نسبت به کابل های مسی دارند، استفاده می شوند. مزایا شامل موارد زیر است:

• از ظرفیت های پهنای باند بالاتر پشتیبانی می کنند.
• نور می تواند بدون نیاز به افزایش سیگنال بیشتر حرکت کند.
• کمتر مستعد تداخل هستند، مانند تداخل الکترومغناطیسی.
• می توان در آب غوطه ور کرد.
• کابل های فیبرنوری قوی تر، نازک تر و سبک تر از کابل های مسی هستند.
• نیازی به نگهداری یا تعویض مکرر ندارند.

با این حال، توجه به این نکته مهم است که فیبر نوری دارای معایبی است که کاربران باید در مورد آن بدانند. این معایب شامل موارد زیر است:

• سیم مسی اغلب ارزان تر از فیبرنوری است.
• جنس فیبر، شیشه است و به محافظت بیشتری نسبت به کابل مسی، که جنس آن مس است، نیاز دارد.
• نصب کابل کشی جدید کار فشرده ای است.
• کابل های فیبرنوری اغلب شکننده تر هستند. به عنوان مثال، اگر کابل به شعاع چند سانتی متری خم یا منحنی شود، فیبرها می توانند شکسته شوند یا سیگنالی از بین برود.

فیبرهای نوری برای چه مواردی استفاده می شود؟

کابل های فیبر نوری در ابتدا در دهه 1950 برای آندوسکوپ ها ساخته شدند. هدف از این کار کمک به پزشکان بود. به طور خلاصه فیبرنوری برای انتقال سیگنال، ارتباط و دید (ویدئو) استفاده می شود.

شبکه های کامپیوتری به دلیل توانایی فیبر نوری در انتقال داده و ارائه پهنای باند بالا، یک مورد رایج استفاده از فیبر است. به طور مشابه، فیبرنوری اغلب در صدا و سیما و الکترونیک برای ارائه اتصالات و عملکرد بهتر استفاده می شود. از کاربردهای دیگر آن در زندگی روزمره ما می توان به موارد زیر اشاره کرد:

اینترنت و تلویزیون کابلی

اینترنت و تلویزیون کابلی دو مورد از رایج‌ترین کاربردهای فیبر نوری هستند. فیبر را می توان برای پشتیبانی از اتصالات از راه دور، بین شبکه های کامپیوتری در مکان های مختلف نصب کرد.

محیط های زیر دریا

فیبر نوری در محیط های پرخطر مانند کابل های زیر دریا استفاده می شود، زیرا می توان آنها را در آب غوطه ور کرد و نیازی به تعویض مکرر ندارند.

نظامی و فضایی

صنایع نظامی و فضایی از فیبر نوری علاوه بر توانایی آن در ارائه سنجش دما، به عنوان وسیله ای برای ارتباط و انتقال سیگنال استفاده می کنند. کابل های فیبر به دلیل وزن سبک تر و اندازه کوچکتر می توانند مفید باشند.

پزشکی

فیبرنوری اغلب در انواع ابزار پزشکی برای ارائه روشنایی دقیق استفاده می شود. از آنجایی که فیبر نوری در معرض تداخل الکترومغناطیسی نیست، برای آزمایش‌های مختلف مانند اسکن MRI ایده‌آل است. سایر کاربردهای پزشکی آن شامل تصویربرداری اشعه ایکس، آندوسکوپی، نور درمانی و میکروسکوپ جراحی است.

خدمات ما در مجموعه هیواشبکه شامل :

شرکت فنی و مهندسی هیوانوآوران داده گستر : مجری طراحی ، پیاده سازی ، پشتیبانی پروژه های شبکه و امنیت در استان گیلان – رشت و شهرها و استانهای همجوار
آموزشگاه تخصصی هیواشبکه : برگزار کننده دوره های تخصصی شبکه و امنیت ، پیکربندی سرور HP ، مجازی سازی ، MCSA 2016 ، نتورک و … به صورت حضوری با مجوز از سازمان فنی و حرفه ای و آموزش کارکنان دولت در رشت ، استان گیلان و به صورت مجازی در سراسر کشور
در خدمت شما عزیزان هستیم.