موضوعات اصلي
فيبر نوري يكي از محيط هاي انتقال داده با سرعت بالا است. امروزه از فيبر نوري در موارد متفاوتي نظير: شبكه هاي تلفن شهري و بين شهري، شبكه هاي كامپيوتري و اينترنت استفاده بعمل مي آيد. فيبرنوري رشته اي از تارهاي شيشه اي بوده كه هر يك از تارها داراي ضخامتي معادل تار موي انسان را داشته و از آنان براي انتقال اطلاعات در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.
مباني فيبر نوري
فيبر نوري، رشته اي از تارهاي بسيار نازك شيشه اي بوده كه قطر هر يك از تارها نظير قطر يك تار موي انسان است. تارهاي فوق در كلاف هائي سازماندهي و كابل هاي نوري را بوجود مي آورند. از فيبر نوري به منظور ارسال سيگنال هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.
مزاياي فيبر نوري
فيبر نوري در مقايسه با سيم هاي هاي مسي داراي مزاياي زير است: - ارزان تر است هزينه چندين كيلومتر كابل نوري نسبت به سيم هاي مسي كمتر است.
بخش هاي مختلف فيبر نوري
يك فيبر نوري از سه بخش متفاوت تشكيل شده است: هسته(Core): هسته نازك شيشه اي در مركز فيبر كه سيگنال هاي نوري در آن حركت مي نمايند.
- نازك تر است قطر فيبرهاي نوري به مراتب كمتر از سيم هاي مسي است.
- ظرفيت بالا: پهناي باند فيبر نوري به منظور ارسال اطلاعات به مراتب بيشتر از سيم مسي است.
- تضعيف ناچيز: تضعيف سيگنال در فيبر نوري به مراتب كمتر از سيم مسي است.
- سيگنال هاي نوري: برخلاف سيگنال هاي الكتريكي در يك سيم مسي، سيگنا ل ها ي نوري در يك فيبر تاثيري بر فيبر ديگر نخواهند داشت.
- مصرف برق پايين: با توجه به سيگنال ها در فيبر نوري كمتر ضعيف مي گردند، بنابراين مي توان از فرستنده هايي با ميزان برق مصرفي پايين نسبت به فرستنده هاي الكتريكي كه از ولتاژ بالائي استفاده مي نمايند، استفاده كرد.
- سيگنال هاي ديجيتال: فيبر نوري مناسب به منظور انتقال اطلاعات ديجيتالي است.
- غير اشتعال زا: با توجه به عدم وجود الكتريسيته، امكان بروز آتش سوزي وجود نخواهد داشت.
- سبك وزن: وزن يك كابل فيبر نوري به مراتب كمتر از كابل مسي(قابل مقايسه) است.
- انعطاف پذير: با توجه به انعظاف پذيري فيبر نوري و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين هاي ديجيتال با موارد كاربردي خاص مانند: عكس برداري پزشكي، لوله كشي و ...استفاده مي گردد. با توجه به مزاياي فراوان فيبر نوري، امروزه از اين نوع كابل ها در موارد متفاوتي استفاده مي شود. اكثر شبكه هاي كامپيوتري و يا مخابرات از راه دور در مقياس وسيعي از فيبر نوري استفاده مي نمايند. 
روكش Cladding: بخش خارجي فيبر بوده كه دورتادور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نور منعكس شده به هسته مي گردد.
بافر رويه Buffer Coating: روكش پلاستيكي كه باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير، است.
انواع فيبر نوري
صدها و هزاران نمونه از رشته هاي نوري فوق در دسته هايي سازماندهي شده و كابل هاي نوري را بوجود مي آورند. هر يك از كلاف هاي فيبر نوري توسط يك روكش هائي با نام Jacket محافظت مي گردند. فيبرهاي نوري در دو گروه عمده ارائه مي گردند:
فيبرهاي تك حالته(Single-Mode) به منظور ارسال يك سيگنال در هر فيبر استفاده مي شود نظير: تلفن.
فيبرهاي چندحالته Multi-Mode به منظور ارسال چندين سيگنال در يك فيبر استفاده مي شود(نظير: شبكه هاي كامپيوتري).
فيبرهاي تك حالته داراي يك هسته كوچك(تقريبا ۹ ميكرون قطر) بوده و قادر به ارسال نور ليزري مادون قرمز(طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) مي باشند. فيبرهاي چند حالته داراي هسته بزرگ تر(تقريبا ۵ / ۶۲ ميكرون قطر) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED مي باشند.
ارسال نور در فيبر نوري
فرض كنيد، قصد داشته باشيم با استفاده از يك چراغ قوه يك راهروي بزرگ و مستقيم را روشن نماييم. هم زمان با روشن نمودن چراغ قوه، نور مربوطه در طول مسير مستقيم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد كرد. با توجه به عدم وجود خم و يا پيچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشكلي وجود نداشته و چراغ قوه مي تواند(با توجه به نوع آن) محدوده مورد نظر را روشن كرد. در صورتي كه راهروي فوق داراي خم و يا پيچ باشد، با چه مشكلي برخورد خواهيم كرد؟ در اين حالت مي توان از يك آيينه در محل پيچ راهرو استفاده تا باعث انعكاس نور از زاويه مربوطه گردد. در صورتي كه راهروي فوق داراي پيچ هاي زيادي باشد، چه كار بايست كرد؟ در چنين حالتي در تمام طول مسير ديوار راهروي مورد نظر، مي بايست از آيينه استفاده كرد. بدين ترتيب نور تابانده شده توسط چراغ قوه(با يك زاويه خاص) از نقطه اي به نقطه اي ديگر حركت كرده(جهش كرده و طول مسير راهرو را طي خواهد كرد). عمليات فوق مشابه آن چيزي است كه در فيبر نوري انجام مي گيرد.
تكنولوژي(فناوري) فيبر نوري
نور، در كابل فيبر نوري از طريق هسته(نظير راهروي مثال ارائه شده) و توسط جهش هاي پيوسته با توجه به سطح آبكاري شده(Cladding) (مشابه ديوارهاي شيشه اي مثال ارائه شده) حركت مي كند(مجموع انعكاس داخلي). با توجه به اين كه سطح آبكاري شده، قادر به جذب نور موجود در هسته نمي باشد، نور قادر به حركت در مسافت هاي طولاني مي باشد. برخي از سيگنال هاي نوري بدليل عدم خلوص شيشه موجود، ممكن است دچار نوعي تضعيف در طول هسته گردند. ميزان تضعيف سيگنال نوري به درجه خلوص شيشه و طول موج نور انتقالي دارد.(مثلا موج با طول ۸۵۰ نانومتر بين ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر كيلومتر، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بين ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر كيلومتر، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بيش از ۵۰ درصد در هر كيلومتر).
سيستم رله فيبر نوري
سيستم رله فيبر نوري از عناصر زير تشكيل شده است:
فرستنده: مسئول توليد و رمزنگاري سيگنال هاي نوري است. فيبر نوري مديريت سيگنال هاي نوري در يك مسافت را برعهده مي گيرد.
بازياب نوري: به منظور تقويت سيگنال هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي گردد.
دريافت كننده نوري: سيگنال هاي نوري را دريافت و رمزگشايي مي نمايد.
فرستنده
وظيفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه كشتي ناو فرستنده پيام است. فرستنده سيگنال هاي نوري را دريافت و دستگاه نوري را به منظور روشن و خاموش شدن در يك دنباله مناسب(حركت منسجم) هدايت مي نمايد. فرستنده، از لحاظ فيزيكي در مجاورت فيبر نوري قرار داشته و ممكن است داراي يك لنز به منظور تمركز نور در فيبر باشد. ليزرها داراي توان به مراتب بيشتري نسبت به LED مي باشند. قيمت آن ها نيز در مقايسه با LED به مراتب بيشتر است. متداول ترين طول موج سيگنال هاي نوري، ۸۵۰ نانومتر، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است.
بازياب(تقويت كننده) نوري
همان گونه كه قبلا اشاره گرديد، برخي از سيگنال ها در مواردي كه مسافت ارسال اطلاعات طولاني بوده(بيش از يك كيلومتر) و يا از مواد خالص براي تهيه فيبر نوري( شيشه) استفاده نشده باشد، تضعيف و از بين خواهند رفت. در چنين مواردي و به منظور تقويت(بالا بردن) سيگنال هاي نوري تضعيف شده از يك يا چندين"تقويت كننده نوري" استفاده مي گردد. تقويت كننده نوري از فيبرهاي نوري متعدد به مراه يك روكش خاص(doping) تشكيل مي گردند. بخش دوپينگ با استفاده از يك ليزر پمپ مي گردد. زماني كه سيگنال تضعيف شده به روكش دوپينگي مي رسد، انرژي ماحصل از ليزر باعث مي گردد كه مولكول هاي دوپينگ شده، به ليزر تبديل مي گردند. مولكول هاي دوپينگ شده در ادامه باعث انعكاس يك سيگنال نوري جديد و قوي تر با همان خصايص سيگنال ورودي تضعيف شده، خواهند بود.(تقويت كننده ليزري)
دريافت كننده نوري
وظيفه دريافت كننده، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه كشتي ناو دريافت كننده پيام است. دستگاه فوق سيگنال هاي ديجيتالي نوري را اخذ و پس از رمزگشايي، سيگنال هاي الكتريكي را براي ساير استفاده كنندگان(كامپيوتر، تلفن و ... ) ارسال مي نمايد. دريافت كننده بمنظور تشخيص نور از يك"فتوسل" و يا"فتوديود" استفاده مي كند.
منبع: بانك مقالات فيزيك
