ویژه همکاران
ویژه همکارانآشنایی با کابل فیبر نوری
کابل فیبر نوری به طور عامیانه به Optical Fiber معروف است کابل فیبر نوری یک رشته باریک و بلند است که از موادی مانند شیشه یا پلاستیک ساخته شده است. این کابل قادر است نور را از یک سر دریافت کرده و از سر دیگر آن را منتشر کند. کابل فیبر نوری دارای پهنای باند بسیار بیشتری نسبت به کابلهای معمولی است. با استفاده از کابل فیبر نوری میتوان دادههای تصویری، صوتی و سایر اطلاعات را با پهنای باند بالا تا 10 گیگابیت بر ثانیه و بیشتر منتقل کرد.
به عبارت دیگر، کابل فیبر نوری نوعی کابل شبکه است که از شیشه تشکیل شده و به صورت رشتههایی نازک درون یک محفظه عایق قرار دارد. این نوع کابل فیبر نوری برای ارتباطات از راه دور و شبکههای داده با عملکرد بالا و در مسافتهای طولانی استفاده میشود. در مقایسه با کابلهای مسی، کابلهای نوری دارای پهنای باند بیشتری هستند و قادرند دادهها را در مسافتهای طولانیتری منتقل کنند.
ساختار کابل فیبر نوری
فیبر نوری معمولاً از شیشه یا پلاستیک ساخته میشود و برای انتقال اطلاعات از منبع نوری مانند لیزر یا LED استفاده میکند. فیبر نوری به طور کلی از سه بخش اصلی تشکیل شده است که به تفکیک هر یک از آنها در زیر توضیح داده شده است:
هسته: هسته بخش اصلی فیبر نوری است و بهتر است هسته از جنس شیشه باشد، اما در فواصل کوتاه نیز ممکن است از جنس پلاستیک در ساخت هسته استفاده شود همچنین هسته مسئول انتقال نور است و باید خصوصیات نوری مطلوب را داشته باشد.
پوسته: پوسته فیبر نوری پوششی است که هسته درون آن قرار میگیرد و معمولاً از جنس شیشه یا پلاستیک ساخته میشود. پوسته باعث بازتاب نور درون هسته میشود و به انتقال نور درست و کاهش اتلاف نور کمک میکند.
روکش خارجی: روکش خارجی فیبر نوری در انواع و مدلهای مختلفی در بازار عرضه میشود و بسته به نوع و کاربرد فیبر نوری استفاده میشود. این روکش خارجی معمولاً جهت حفاظت فیبر نوری در برابر خراشیدگی، خمیدگی و خطرات محیطی دیگر استفاده میشود.
عملکرد کابل فیبر نوری چگونه است؟
کابل فیبر نوری، سیگنالهای ارتباطی را با استفاده از پالسهای نوری، که توسط لیزرهای کوچک یا الایدیها تولید میشوند، منتقل میکند. این کابلها شامل تعدادی رشته شیشهای هستند که هر کدام از آنها فقط کمی ضخامتتر از موی انسان هستند. مرکز هر رشته، هسته یا core نامیده میشود که مسیر نور برای حرکت را تشکیل میدهد. هسته با یک لایه شیشه به نام cladding (روکش) که نور را هدایت میکند، احاطه شده است تا از از دست رفتن سیگنال جلوگیری کند و به نور اجازه دهد در طول کابل حرکت کند.
دو نوع اصلی کابل فیبر نوری، کابلهای single mode و multi-mode هستند. کابلهای single mode از رشتههای بسیار باریک شیشه و یک لیزر برای تولید نور استفاده میکنند، در حالی که فیبرهای multi-mode از الایدی برای این کار استفاده میکنند.
شبکههای فیبری single mode معمولا از تکنیکهای Wave Division Multiplexing (WDM) برای افزایش ظرفیت انتقال ترافیکی در طول رشته استفاده میکنند. WDM به نور با طول موجهای مختلف اجازه میدهد تا ترکیب شده (multiplexing) و سپس جدا شود (de-multiplexing) و از این طریق میتوان ارتباطات متعددی را از طریق یک پالس نور انجام داد.
کاربرد کابل فیبر نوری
کاربردهای کابل فیبر نوری بسیار گسترده هستند یکی از کاربردهای اصلی آن در صنعت مخابرات است. با استفاده از کابل فیبر نوری، امکان انتقال اطلاعات با سرعت بالا و ظرفیت بزرگ فراهم میشود. این کابلها در شبکههای تلفن، اینترنت، تلویزیون و سایر سیستمهای ارتباطی استفاده میشوند. کاربردهای دیگر کابل فیبر نوری در حوزه حسگرها و سیستمهای اندازهگیری است. حسگرهای فیبر نوری برای اندازهگیری مختلفی مانند جریان الکتریکی، فشار، حرارت و میدان مغناطیسی استفاده میشوند. این حسگرها دقیق، حساس و مقاوم در برابر تداخل الکترومغناطیسی هستند و در بسیاری از حوزهها از پزشکی تا صنایع نظامی استفاده میشوند.
صنایع دفاع نیز از کابل فیبر نوری بهره میبرند. این کابلها در ارتباطات نظامی، کنترل و هدایت موشکها، ارتباط زیردریایی و سایر کاربردهای نظامی استفاده میشوند. در حوزه پزشکی، کابل فیبر نوری در تشخیص بیماریها، جراحی لیزری، اندازهگیری مایعات و خون، و استفاده در دستگاههای درون بینی استفاده میشود. این کابلها به عنوان یک راه حل بی خطر و دقیق برای تشخیص و درمان بیماریها مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین، کابل فیبر نوری در سیستمهای روشنایی نیز کاربرد دارد. با استفاده از این فناوری، نور را میتوان به مناطق غیر قابل دسترس به نور طبیعی هدایت کرد و محیطهای روشنایی متنوعی را فراهم کرد.
کابلهای فیبر نوری در صنعت مخابرات بسیار استفاده میشوند زیرا قابلیت انتقال اطلاعات با سرعت بالا و پهنای باند بزرگ را دارند. این کابلها در شبکههای اینترنت، تلفنهای همراه، شبکههای تلویزیون کابلی و سایر شبکههای ارتباطی استفاده میشوند. با استفاده از کابلهای فیبر نوری، میلیونها بیت اطلاعات در ثانیه به سراسر جهان منتقل میشوند. علاوه بر این، کابلهای فیبر نوری در صنایع دیگری نیز استفاده میشوند. به عنوان مثال، در حوزه پزشکی، برای انتقال تصاویر پزشکی و دادههای حساس از جراحات لاپاراسکوپی و دستگاههای تصویربرداری استفاده میشود همچنین در صنایع نظامی، کابلهای فیبر نوری در ارتباطات نظامی و سیستمهای ارتباطی پیچیده استفاده میشوند.
انواع کابل فیبر نوری
فیبرهای تک حالته یا سینگل مود برای ارسال یک سیگنال در هر فیبر استفاده میشوند مشابه تلفن. این فیبرها دارای یک هسته کوچک با قطر تقریباً ۹ میکرون هستند و قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز با طول موج بین ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر میباشند.
فیبرهای چندحالته یا مالتی مود برای ارسال چندین سیگنال در یک فیبر استفاده میشوند مشابه شبکههای کامپیوتری. این فیبرها هستههایی با قطر بزرگتر (تقریباً ۳۰۰ تا ۶۲۵ میکرون) دارند و نور مادون قرمز گسیل شده از دیودهای نوری معروف به LED ها (با طول موج بین ۸۵۰ تا ۱۳۰۰ نانومتر) را درون خود هدایت میکنند. بعضی از فیبرهای نوری از پلاستیک ساخته میشوند این فیبرها هستههایی با قطر بزرگتر (حدود ۴ صدم اینچ یا یک میلیمتر) دارند و نور مرئی قرمزی که از LED ها گسیل میشود (با طول موج ۶۵۰ نانومتر) را هدایت میکنند.
مزایای کابل فیبر نوری
فیبرهای نوری نسبت به سیمهای مسی دارای مزایای زیر هستند:
ارزانتر: هزینه برای نصب چندین کیلومتر کابل نوری نسبت به سیمهای مسی کمتر است.
نازکتر: قطر فیبرهای نوری بسیار کمتر از سیمهای مسی است.
ظرفیت بالا: پهنای باند فیبرهای نوری برای ارسال اطلاعات بسیار بیشتر از سیمهای مسی است.
تضعیف ناچیز: تضعیف سیگنال در فیبرهای نوری بسیار کمتر از سیمهای مسی است.
سیگنالهای نوری: برخلاف سیگنالهای الکتریکی در یک سیم مسی، سیگنالهای نوری در یک فیبر تأثیری بر فیبر دیگر نخواهند داشت.
مصرف برق پایین: با توجه به کاهش تضعیف سیگنال در فیبرهای نوری، میتوان از فرستندههای با مصرف برق پایین استفاده کرد که نسبت به فرستندههای الکتریکی با ولتاژ بالا مصرف برق کمتری دارند.
سیگنالهای دیجیتال: فیبرهای نوری مناسب برای انتقال اطلاعات دیجیتالی هستند.
غیر اشتعال: با توجه به عدم وجود الکتریسیته در فیبرهای نوری، امکان بروز آتشسوزی وجود نخواهد داشت.
سبک وزن: وزن یک کابل فیبر نوری به مراتب کمتر از یک کابل مسی قابل مقایسه است.
انعطاف پذیر: به دلیل انعطافپذیری فیبرهای نوری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آنها، در مواردی مانند عکاسی پزشکی و لولهکشی به عنوان یک راهحل مناسب استفاده میشود.
