آنچه باید درباره کابل فیبر نوری بدانید
کابل فیبر نوری ؛ آینده فناوری شبکه
دنیای ارتباطات از راه دور به سرعت از شبکه‌های سیم مسی به کابل فیبر نوری در حال حرکت است. فیبر نوری یک رشته بسیار نازک از شیشه خالص است که به عنوان یک هدایت‌کننده برای نور در فواصل طولانی عمل نموده و از یک اصل به نام بازتاب داخلی کل استفاده می‌کند.
کابل فیبر نوری در واقع از دو لایه شیشه تشکیل شده است: هسته که سیگنال نور واقعی را حمل می‌کند و روکش که لایه‌ای از شیشه است که هسته را احاطه می‌کند. روکش فلزی دارای ضریب شکست کمتری نسبت به هسته می‌باشد. این باعث بازتاب داخلی کامل در هسته می‌شود. در ادامه با ما همراه باشید تا هر آنچه نیاز دارید در مورد کابل فیبر نوری بدانید را بازگو کنیم.
عناصر اساسی تشکیل دهنده کابل فیبر نوری
سه عنصر اصلی یک کابل فیبر نوری عبارتند از: هسته، روکش و پوشش.
- هسته: این ناحیه انتقال نور فیبر می‌باشد که از شیشه یا پلاستیک تشکیل شده است. هرچه هسته بزرگ‌تر باشد، نور بیشتری به فیبر منتقل می‌شود.
- روکش فلزی: عملکرد روکش این است که ضریب شکست کمتری را در سطح مشترک هسته به منظور ایجاد انعکاس در هسته به طوری که امواج نور از طریق فیبر منتقل شود، ارائه دهد.
- پوشش: پوشش‌ها معمولاً چند لایه پلاستیک هستند که برای حفظ استحکام الیاف، جذب ضربه و محافظت بیشتر از الیاف اعمال می‌شوند.
اندازه فیبر در کابل‌های فیبر نوری
اندازه فیبر نوری معمولاً با قطر خارجی هسته، روکش و پوشش آن مشخص می‌شود. مثال: ۵۰/۱۲۵/۲۵۰ فیبر با هسته ۵۰ میکرون، روکش ۱۲۵ میکرون و پوشش ۲۵۰ میکرون را نشان می‌دهد. هنگام اتصال الیاف، پوشش همیشه حذف می‌شود. میکرون (µm) برابر با یک میلیونم متر است. ۲۵ میکرون برابر با ۰.۰۰۲۵ سانتی‌متر می‌باشد (ضخامت یک ورق کاغذ تقریباً ۲۵ میکرون است).
انتقال در کابل فیبر نوری چگونه انجام می‌شود؟
۳ مرحله اساسی برای انتقال اطلاعات از طریق فیبر وجود دارد.
- یک سیگنال نوری با استفاده از فرستنده ایجاد می‌شود.
- سیگنال از طریق فیبر رله شده و اطمینان حاصل می‌شود که سیگنال تحریف یا کاهش نمی‌یابد.
- سیگنال دریافت شده و به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود.
انواع کابل‌های فیبر نوری کدامند؟
معمولا سه نوع کابل فیبر نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد. آن‌ها عبارتند از فیبر نوری تک حالته، چند حالته و پلاستیکی یا فیبر فوتونیک. الیاف شیشه یا پلاستیک شفاف اجازه می‌دهد تا نور از یک سر به سر دیگر با حداقل تلفات هدایت شود.
تک حالته (Single Mode)
در فیبر تک حالته، قطر هسته به چند طول موج نور ورودی کاهش می‌یابد. برای پرتوی با طول موج ۰.۵۵ میکرومتر، قطر هسته باید در حد ۴.۵ میکرومتر باشد.
در این شرایط، هسته آنقدر کوچک است که فقط حالت اولیه می‌تواند در داخل فیبر حرکت کند. با توجه به پخش موج نور در داخل حفره، هیچ راه دیگری برای نور وجود ندارد که مسیرهای نوری طولانی‌تری را طی کند.
چند حالته (Multimode)
در این فیبر، قطر هسته بسیار بیشتر از طول موج نور عبوری است. انتقال تعدادی از حالت‌ها به طور همزمان اتفاق می‌افتد. راه‌های ممکن که طبق آن‌ها نور در داخل فیبر حرکت می‌کند، مرتبط به حالت‌های فیبر است. حالت اولیه به موازات محور فیبر حرکت می‌کند، بنابراین برای رسیدن به انتهای فیبر حداقل زمان لازم است.
فیبر فوتونیک (Photonic Fibers)
در فیبر فوتونیک، تعداد حفره‌های اطراف هسته انتقال نور را هدایت می‌کند. هسته ممکن است در یک شیشه یا حتی یک حفره هوا وجود داشته باشد! این‌ها کابل‌های فیبر نوری جدید موجود در بازار هستند. در حال حاضر، عملکرد آن‌ها هنوز برای کاربردهای نجومی تحت رصد است.
کانکتورهای کابل فیبر نوری
کانکتورهای کابل فیبر نوری اتصالات انعطاف‌پذیر را امکان‌پذیر می‌کنند. کانکتورها معمولاً در جاهایی استفاده می‌شوند که انعطاف‌پذیری لازم باشد. استفاده از کانکتورهای کابل فیبر نوری در نقاط پایانی هنگام عبور سیگنال نوری نیز ضروری است.
کانکتورهای پولیش و اپوکسی
کانکتورهای سبک پولیش و اپوکسی در ابتدا برای خاتمه استفاده می‌شدند. نصب این کانکتورها هنوز دارای محبوبیت نسبتاً بالایی است. این کانکتورها طیف گسترده‌ای از گزینه‌ها از جمله SC، ST، LC، FC، SMA، D4، MT-RJ و MU را در اختیار کاربر قرار می‌دهند. برخی از مزایای آن‌ها را در ادامه آورده‌ایم:
- استحکام: مهارت تحمل سطوح بالاتر فشار محیطی و مکانیکی
- اندازه کابل: قابلیت استفاده با کابل‌هایی با قطرهای مختلف، از بزرگ تا کوچک
- اتصالات چندگانه: می‌تواند کابل‌های تک و چندگانه (حداکثر ۲۴) را در یک کانکتور انجام دهد
کانکتورهای اپوکسی پولیش و بدون اپوکسی یا پری‌لود
مزیت اصلی این کانکتورها نصب آسان آن‌ها می‌باشد. این یعنی رسیدگی به آن‌ها، به سطوح پایین‌تری از مهارت نیاز دارد. این کانکتورها می‌توانند به موارد زیر تقسیم شوند:
- اتصالات بدون اپوکسی
- اتصالات با اپوکسی پری‌لود
فیبر با مکانیزم داخلی تثبیت می‌شود و این کانکتورها در سبک‌های SC، ST و FC موجود هستند.
کانکتورهای بدون پولیش و بدون اپوکسی
از ویژگی‌های این کانکتورها می‌توان به طراحی ساده و هزینه کم اشاره کرد که آموزش و نصب آسان آن‌ها، منجر به کاهش هزینه بیشتر می‌شود. علاوه بر این، امکان ترمیم سریع را نیز فراهم می‌کنند. آن‌ها در سبک‌های ST، LC، FC و MT-RJ موجود هستند.
کانکتورهای متعددی (چه استاندارد و چه اختصاصی) در زمینه تجهیزات مخابراتی، خطوط داده، تلویزیون، کابل و سایر زمینه‌های صنعتی در حال استفاده هستند. کانکتورهایی که در این متن معرفی شده‌اند، مواردی هستند که در گذشته مورد استفاده گسترده قرار گرفته‌اند. بسیاری از آن‌ها هنوز هم مورد استفاده قرار می‌گیرند.
چرا باید از کابل فیبر نوری استفاده کنیم؟
- عملا اطلاعات نامحدودی دارند
- ظرفیت حمل بالایی دارند (پهنای باند بسیار وسیع، THz یا Tbits/s)
- تلفات انتقال بسیار کمی دارند
- گرما را دفع نمی‌کنند
- در برابر مکالمه متقابل و تداخل الکترومغناطیسی مصون هستند
کاربرد کابل‌های فیبر نوری در صنایع مختلف
کابل‌های فیبر نوری در شرایط مختلف در صنایع متفاوت کاربردهای زیادی دارند. برخی از این کاربردها را در ادامه آورده‌ایم:
صنعت پزشکی
فیبرهای نوری برای مصارف پزشکی مناسب هستند. آن‌ها را می توان در رشته‌های انعطاف‌پذیر، بسیار نازک برای قرار دادن در ریه‌ها، رگ‌های خونی و بسیاری از قسمت‌های توخالی بدن ساخت. این فیبرهای نوری در ابزارهای متعددی استفاده می‌شوند که به پزشک اجازه می‌دهند تا بدون انجام هیچ عمل جراحی، قسمت‌های داخلی بدن را مشاهده کند.
صنعت مخابرات
کابل فیبر نوری برای اهداف دریافت و ارسال نصب و استفاده می‌شود. برای تلفن از کابل‌های فیبر نوری استفاده می‌شود که انرژی را به صورت پالس‌های نوری منتقل می‌کنند. فناوری آن با کابل‌های کواکسیال قابل مقایسه است، جدا از این که فیبرهای نوری قادر به انجام هزاران مکالمه به طور همزمان هستند.
شبکه‌سازی
فیبرهای نوری برای اتصال سرورها و کاربران در انواع تنظیمات شبکه استفاده می‌شوند و همچنین به افزایش دقت و سرعت انتقال داده‌ها کمک می‌کنند.
کاربردهای صنعتی/تجاری
فیبر نوری برای تصویربرداری در مناطق قابل دسترسی، مانند دستگاه‌های حسی برای ایجاد دما، سیم‌کشی که در آن EMI یک مشکل است، فشار، سیم‌کشی در تنظیمات صنعتی و خودروها استفاده می‌شود. شرکت‌های تولیدکننده کابل‌های پخش/CATV از کابل‌های فیبر نوری برای سیم‌کشی HDTV، CATV، اینترنت و بسیاری از برنامه‌های کاربردی دیگر استفاده می‌کنند.
دفاع و دولت
از کابل فیبر نوری به عنوان هیدروفون برای استفاده‌های SONAR و لرزه‌ای مانند سیم‌کشی در زیردریایی‌ها، هواپیماها و سایر وسایل نقلیه استفاده می‌شود.
ذخیره‌سازی داده‌ها
کابل‌های فیبر نوری برای ذخیره‌سازی داده‌ها و همچنین انتقال آن‌ها استفاده می‌شوند. کابل‌های فیبر نوری همچنین برای تصویربرداری و روشنایی و به عنوان حسگر برای نظارت و اندازه‌گیری طیف گسترده‌ای از متغیرها کاربرد دارند. علاوه بر این، این کابل‌ها در توسعه، تحقیق و آزمایش در تمام برنامه‌های فوق‌الذکر استفاده می‌شوند.
فیبر نوری چگونه ارتباطات را تغییر داده است؟
از زمان تأسیس اولین WAN فیبر در اسکس در بریتانیا در سال ۱۹۷۸، فیبر به آرامی توسعه یافته، رشد کرده و در برخی موارد به طور کامل جایگزین خدمات مخابراتی سنتی مبتنی بر مس شده است. به سادگی می‌توان گفت فیبر وسیله کارآمدتری برای انتقال سیگنال‌های مخابراتی (داده و صدا) می‌باشد. سیگنال‌ها بر خلاف سیم مسی از طریق نور بر روی فیبرهای شیشه‌ای ارسال می‌شوند.
تفاوت فیبر، مس و کابل
فناوری فیبر را می‌توان برای صدا (تلفن) و داده (اینترنت و تلویزیون) استفاده کرد. این فناوری مزایای زیر را نسبت به ارتباطات مبتنی بر سیم یا کابل مسی ارائه می‌دهد.
- تضعیف کمتر: از دست دادن شدت هر نوع خاصیت فیزیکی از طریق یک رسانه (به عنوان مثال، قدرت سیگنال بر روی فیبر نوری).
- تداخل کمتر: تداخل الکترومغناطیسی بر مدار الکتریکی تأثیر می‌گذارد. این ممکن است باعث وقفه، منع، کاهش یا محدود کردن عملکرد مدار شود. این اثرات ممکن است از محدودیت داده تا از دست دادن کل داده‌ها متغیر باشند.
معایب اینترنت فیبر نوری در مقایسه با مس و کابل
پیش از این، زیرساخت فیبر نوری به راحتی در کشورهای توسعه‌یافته در دسترس نبود. نصب فیبر نیز پرهزینه و زمان‌بر بود. به همین دلیل، فیبر تنها به طور گسترده در ارتباطات تلفنی از راه دور استفاده می‌شد. تا سال ۲۰۰۲، یک شبکه جهانی با بیش از ۲۵۰ هزار کیلومتر فیبر توسط صنعت ارتباطات راه دور با ظرفیت ۲.۵۶ ترابایت بر ثانیه ساخته شد.
سخن پایانی
در سال‌های اخیر، کابل فیبر نوری به طور پیوسته جایگزین سیم‌های مسی شده است. این کابل‌ها وسیله‌ای بهتر و مناسب برای انتقال سیگنال‌های ارتباطی هستند. امروزه، کابل فیبر نوری در فواصل طولانی بین سیستم‌های تلفن محلی پخش می‌شود.
کابل‌های فیبر نوری از پالس‌های نور برای انتقال داده‌ها با استفاده از رویداد انعکاس داخلی کل استفاده می‌کنند. این کابل‌ها قابل اطمینان‌ترین و سریع‌ترین کابل‌های انتقال داده روی کره زمین هستند.
