دانلود مقاله مبدل های نوری

word قابل ویرایش
20 صفحه
5700 تومان

مبدل های نوری

تقویت‌کنندهٔ نوری وسیله‌ای است که سیگنال نوری را – بدون نیاز به تبدیل آن به سیگنال الکتریکی – تقویت می‌کند. تقویت‌کنندهای نوری در مخابرات نوری و فیزیک لیزر کاربرد فراوانی دارند.

تقویت‌کنندهٔ نوری لیزری
به طور کلّی هر مادهٔ فعال که دارای ناحیهٔ بهره باشد و بتواند نور لیزری ایجاد کند را می‌توان به گونه‌ای پمپ کرد که یک سیگنال نوری در همان طول موج لیزر را تقویت کند. چنین تقویت کننده‌های نوری به طور گسترده‌ای برای ساخت سامانه‌های لیزری توان بالا استفاده می‌شوند.
تقویت‌کنندهٔ نوری نیمه‌رسانایی (SOA)

تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌رسانایی گونه‌ای از تقویت‌کننده‌های نوری هستند که برای تولید بهره از مواد نیمه رسانا استفاده می‌کنند. این تقویت‌کننده‌های نوری ساختاری شبیه به دیودهای لیزری فابری-پرو دارند با این تفاوت که در لبه‌های ناحیه بهره از طراحی ضد-بازتاب استفاده می‌شود تا ساختار به جای لیزر، تقویت کننده بشود. در طراحی‌های نوین با استفاده از پوشش‌های ضد بازتاب و موج‌بر کج می‌توان بازتابش نور از دو سطح انتهایی را به کمتر از ۰.۰۰۱% کاهش داد. این کار باعث هدر رفتن توان نور از درون حفره می‌شود، و از آن جا که اندازهٔ این تلفات بیشتر از میزان تقویت سیگنال درون حفره است، این طراحی مانع از ایجاد نوسان درون حفره و کار کرد این ساختار به صورت لیزر می‌شود.
تقویت‌کنندهٔ نوری رامان (Raman)

تقویت‌کنندهٔ نوری پارامتری (OPA)

مبدل¬های نوری جریان در سیستم¬های قدرت

چکیده: برای سنجش جریان تأسیسات فشار قوی و خطوط انتقال نیرو، می¬توان از مبدل¬های نوری جریان استفاده نمود. این مبدل¬ها بر اساس اصول و قوانین فیزیکی عمل می¬نمایند و به عنوان جایگزین CT های معمولی مطرح گردیده¬اند. در این مقاله اصول عملکردی مبدل¬هایی که بر اساس قانون فاراده عمل می¬کنند، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین برخی از انواع مختلف چنین مبدل¬هایی معرفی شده¬اند و ویژگی¬های عملکردی آنها در مقایسه با ترانسفورماتورهای جریان معمولی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
۱- مقدمه
در چند سال اخیر پیشرفت فن¬آوری نوری بسیار چشمگیر بوده است، به طوری که این فن¬آوری در رشته¬های مختلف علوم و مهندسی وارد گردیده است. مهندسی برق از این قاعده مستثنی نبوده و امروزه در سطح جهان به خوبی از دستاوردهای این فن¬آوری در صنعت برق استفاده می¬شود، به گونه¬ای که بسیاری از ادوات ساخته شده مراحل تحقیقاتی خود را پشت سر گذارده و به مرحله کاربرد صنعتی رسیده¬اند. در میان کاربردهای مختلف، می¬توان به استفاده از این فن¬آوری در اندازه¬گیری] ۱ و ۲[، تعیین منطقه بروز خطا در سیستم¬های برقی ]۳ – ۷ [و ایجاد ارتباطات و مخابرات در شبکه برق]۸ و ۹[ اشاره نمود. این مقاله به بررسی روش¬های مختلف اندازه¬گیری جریان به طریقۀ نوری در سیستم¬های فشار قوی و ذکر اصول عملکرد هر روش می¬پردازد.
فن¬آوری نوری برای اندازه¬گیری جریان سیستم¬های فشار قوی، برای اولین بار در اواخر دهۀ ۱۹۶۰ به کار گرفته شده] ۱۰ و ۱۱[ و از آن زمان تاکنون پس از سپری مراحل تحقیقاتی به کاربرد عملی رسیده است ]۱۰ [. ذکر این نکته الزامی است که تمامی روش¬های اندازه¬گیری جریان الزاماً بر مبنای تغییر سطح جریان با اصول ترانسفورماتوری نمی¬باشند و در برخی از

ادوات نوری اندازه¬گیری جریان یا OCT ها از روش¬های دیگری استفاده می¬شود. این ادوات نوری – الکتریکی تنوع فراوانی دارند. اشکال (الف و ب) قسمت¬های عمدۀ سیستم OCT را نشان می¬دهد. همانطور که ملاحظه می¬شود، تغییر در هر یک از اجزای سیستم منجر به ایجاد یک سیستم جدید می¬گردد. مثلاً حسگر می-تواند نوری یا الکترونیکی باشد، قسمت مرتبط با ولتاژ زیاد می تواند فعال یا غیر فعال باشد، مقره¬ها و عایق¬ها می¬توانند از جنس سرامیک یا پلیمر انتخاب شوند و نیز OCT می¬تواند بر روی مقره نصب یا از آن آویزان باشد، به هر صورت در بیشتر این حالات و شرایط، کمیت اندازه¬گیری شده با استفاده از فیبرهای نوری انتقال می¬یابد. تنوع در نحوۀ انتقال سیگنال¬ها و کدگذاری آنها نیز وجود دارد. سیگنال سنجیده شده می¬تواند به یک رله، ثبات یا … اعمال شود.

 

شکل ۱ : اجزای اصلی یک سیستم اندازه¬گیری نوری جریان، الف: سیستم سنجش در یک پست فشار قوی که بر روی مقره متصل است ]۱۰[؛ ب: شمای اجزای سیستم سنجش جریان ]۵ [

سیستم اندازه¬گیری نوری جریان مزایای زیادی دارد. از آن جمله می¬توان به وزن اندک OCT در مقایسه با CTهای معمولی اشاره نمود. این وزن اندک سبب صرفه¬جویی در عملیات و مصالح نصب تجهیزات می¬گردد. به عنوان مثال در شکل ۲ نمونه¬ای از یک OCT که بدون نیاز به مقره اختصاصی بر روی یک سکسیونر (ایزولاتور) نصب شده است مشاهده می¬گردد. مزیت دیگر OCTها پایداری در برابر اغتشاشات است. از سوی دیگر با جایگزین شدن رله¬های دیجیتالی به جای رله¬های الکتروستاتیک و قدیمی،‌ OCT ها را می¬توان به نحو مطلوبی در سیستم استفاده نمود.

 

۲- انواع مختلف مبدل¬های نوری جریان:
روش¬هایی که برای اندازه¬گیری نوری جریان در این مقاله مورد اشاره قرار می¬گیرند، بر اساس میزان شباهت با روش اندازه¬گیری جریان در CT های معمولی ذکر می¬شوند.

۲-۱ نوع ۱؛ CT معمولی با خروجی نوری:
در این روش، که در شکل ۳ نشان داده شده است، خروجی ترانس جریان به یک مبدل سیگنال الکتریکی به سیگنال نوری وصل می¬شود. بدین ترتیب از فن¬آوری نوری می¬توان در کنار روش¬های قدیمی سنجش جریان استفاده نمود. به علت آنکه در خروجی این CT ها نیاز به عایق¬سازی فشار قوی همانند CT های معمولی وجود ندارد، می-توان در حجم هادی و عایق صرفه¬جویی نمود. به علاوه به علت اتصال CT به یک مبدل الکترونیکی،‌ توان کم و ثابتی در خروجی آن مصرف می¬شود که این امر منجر به کاهش ابعاد هسته CT می¬گردد. به همین دلیل می¬توان محاسبات طراحی هسته CT را با آزادی بیشتری انجام داد و در این گونه موارد از هسته¬های با فاصله هوایی یا هسته¬های فریت استفاده نمود تا عملکرد پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور جریان نیز بهبود یابد.

شکل ۲ : نمونه¬ای از یک OCT بر روی سکسیونر متصل می¬شود ]۷[

شکل ۳ : CT معمولی با خروجی نوری ]۱۰[

۲-۲- نوع ۲؛‌ هسته مغناطیسی و سنجش نوری:
در این روش از یک هسته مغناطیسی دارای فاصلۀ هوایی که هادی را احاطه نموده است، استفاده می¬شود (شکل ۴). بدین ترتیب میدان مغناطیسی پیرامون هادی اندازه¬گیری شده و به کمیت معادل نوری تبدیل می¬شود و انتقال می¬یابد. نحوه تبدیل کمیت مغناطیسی به کمیت نوری بر مبنای اثر فاراده صورت می¬پذیرد که در بخش¬های بعدی توضیح داده خواهد شد.

شکل ۴ : مبدل نوری جریان با استفاده از هستۀ مغناطیسی ]۱۰[

۲-۳ – نوع ۳ : توده فعال نوری پیرامون هادی:
در این روش،‌ مطابق شکل ۵، ماده¬ای که قابلیت تبدیل میدان مغناطیسی به انرژی نوری را دارد، پیرامون هادی قرار داده می¬شود و در داخل آن، همانند سیم¬پیچی CT های معمولی، فیبرهای نوری پیچیده می¬شوند. در این روش یک مسیری نوری بسته،‌ هادی را احاطه می¬نماید.

شکل ۵ : مبدل نوری جریان با تودۀ فعال نوری ]۱۰[

۲- ۴ – نوع ۴؛ فیبر نوری پیرامون هادی:
در این روش نیز همانند روش پیشین یک مسیر نوری پیرامون هادی ایجاد می¬شود ولی تفاوت آن در نحوۀ پیچش فیبرهای نوری است (شکل ۶). در این روش فیبرهای نوری مستقیماً دور هادی پیچیده می¬شوند. تعداد این فیبرهای نوری بر اساس میزان حساسیت مورد انتظار از OCT تعیین می¬گردد.

شکل ۶ : مبدل نوری جریان با فیبر نوری ]۱۰[

۲-۵- حسگر شاهد :
در این روش،‌ به منظور اندازه¬گیری جریان از تمام فصای پیرامون هادی استفاده نمی¬شود. بدین منظور مطابق شکل ۷، یک حسگر میدان مغناطیسی در نقطه¬ای در نزدیکی هادی قرار می¬گیرد. از آنجا که در این روش از مسیری بسته استفاده نمی¬شود، این حسگر یک مبدل واقعی نمی¬باشد و تنها میدان را در یک نقطه می¬سنجد، ولی با فرض وجود میدان یکنواخت پیرامون هادی،‌ می¬توان حسگر را برای تعیین میزان جریان هادی کالیبره نمود.

شکل ۷ : حسگر شاهد که برای سنجش جریان استفاده می¬شود ]۱۰[

۳- اصول و مبانی سنجش نوری جریان:
سابقه سنجش جریان از طریق اندازه¬گیری میدان مغناطیسی پیرامون آن به حدود یک قرن پیش باز می¬گردد ]۱۰[ . بر این اساس، جریان با جمع شدت میدان بر روی یک مسیر بسته پیرامون هادی حامل جریان محاسبه می¬شود. توزیع فضایی میدان مغناطیسی به موقعیت هادی حامل جریان بستگی دارد. اما اگر عمل محاسبه مجموع میدان¬ها بر روی یک مسیر بسته انجام گیرد. مقدار جریان مستقل از شکل مسیر انتگرال¬گیری بدست می¬آید. مقدار جریان را می-توان طبق قانون آمپر محاسبه نمود ]۱۲[:
(۱)
که در رابطه بالا، I مقدار جریان، H شدت میدان مغناطیسی و d1 جزء مسیر انتگرال¬گیری می¬باشند. روش سنجش جریان مبدل نوع ۱، همانند ترانسفورماتورهای جریان معمولی، استفاده از قانون آمپر می¬باشد. در مبدل¬های انواع ۲ تا ۴ معمولاً از اثر فاراده یا اثر مغناطیسی – نوری استفاده می¬شود.
پلاریزاسیون نور با تعیین خصوصیات بردار میدان الکتریکی E تعیین می¬شود. نور با هر پلاریزاسیون را می-توان مجموعی از دو مؤلفه عمود بر هم در نظر گرفت ]۱۲[. چنانچه این دو مؤلفه هم اندازه هم فاز باشند، نور با پلاریزاسیون خطی یا صفحه¬ای خواهد بودو اگر مؤلفه¬های هم اندازه اختلاف فاز ۹۰ داشته باشند، پلاریزاسیون نور دایروی خواهد بود. مفهوم پلاریزاسیون نور و تجزیه آن به مؤلفه¬هایی با چرخش مثبت و منفی مشابه مفهوم مؤلفه¬های توالی مثبت و منفی در سیستم¬های قدرت می¬باشد.
در حالت کلی، ضریب شکست نوری ماده نسبت به جهت انتقال نور یا نوع پلاریزاسیون آن متغیر می¬باشد. چنین خاصیتی را خاصیت دو شکستی می¬نامند. این خاصیت در شیشه بر اثر فشارهای دائمی یا گذرا به همراه تغییر حرارت محیط به وجود می¬¬آید، در حالیکه منش‍أ آن در کریستال¬ها ساختار داخلی آنهاست.

بیشترین و کمترین ضریب شکست نوری متناظر با کمترین و بیشترین سرعت انتقال نور در ماده می¬باشند. این اختلاف سرعت سبب ایجاد اختلاف فازی در مؤلفه¬های نور پلاریزه می¬گردد. اگر نور پلاریزه¬ای از درون ماده¬ای عبور نماید که در این گذر، فاز آن ثابت بماند ولی میان مؤلفه¬های آن تبادل انرژی به وجود آید، پس از عبور صفحۀ پلاریزاسیون آن کمی چرخش می¬نماید. این خاصیت با نام فعالیت نوری خوانده می¬شود.
اثر فاراده یک فعالیت نوری مدوله شده است، به گونه¬ای که چرخش صفحه پلاریزاسیون نور در حضور یک میدان مغناطیسی و متناسب با آن صورت می¬گیرد. این اثر اولین بار در سال ۱۸۴۵ توسط مایکل فاراده مشاهده گردید ]۱۲[. مقدار چرخش صفحه پلاریزاسیون ،‌ در حضور میدان مغناطیسی H ، در طول مسیر dI از رابطه:
(۲)
محاسبه می¬شود که در آن V ثابت وردت می¬باشد. این ثابت مقدار بسیار کوچکی دارد. تابعیت ثابت وردت نسبت به طول موج و دما باید در ساخت OCT ها در نظر گرفته شود. نمونه ای از یک حسگر فاراده در شکل زیر :

شکل ۸ : نمونه¬ای از یک حسگر فاراده و اجزای داخلی آن ]۵[
در OCT ها نور ورودی ابتدا پلاریزه می¬شود. این کار با قرار دادن فیلتری در راه مسیر ورودی نور و انتخاب پلاریزاسیون مناسب صورت می¬گیرد. پس از عبور از میدان مغناطیسی میزان انحراف در زاویه صفحه پلاریزاسیون باید سنجیده شود. این میزان انحراف به طور مستقیم قابل اندازه¬گیری نمی¬باشد، زیرا فتودیودها نسبت به شدت نور حساس هستند، برای سنجش میزان این انحراف از روش¬های مختلفی استفاده می¬شود که در این مقاله به برخی از آنها اشاره می¬گردد.

۴- روش¬های سنجش میزان انحراف زاویه صفحه پلاریزاسیون:
۴-۱- روش AC/DC:
نور در قسمت خروجی OCT از یک فیلتر پلاریزاسیون دیگر عبور می¬کند تا اطلاعات مورد نیاز از آن قابل استخراج باشد. میزان شدت نور خروجی به زاویۀ چرخش دو فیلتر پلاریزه کننده نسبت به هم،  ، بستگی دارد. در این روش به دلایل عملی، این زاویه معمولاً برابر در نظر گرفته می¬شود. در نظر گرفته می¬شود. شدت توان خروجی، با فرض عدم وجود تلفات در داخل OCT، مطابق رابطه زیر به شدت توان ورودی مرتبط می¬شود:
(۳)
اشکال ۹ (الف و ب) می¬توانند در فهم بهتر مسئله مفید واقع شود. معمولاً به دلیل طولانی بودن فیبر نوری پلاریزاسیون نور خروجی ثابت نمی¬ماند . به ازای و بدون حضور میدان مغناطیسی، توان خروجی نصف توان ورودی خواهد بود. بدین ترتیب با وجود میدان مغناطیسی و بروز زاویۀ انحراف در صفحه پلاریزاسیون، طبق رابطه (۳) توان خروجی به صورت:
(۴)
درمی¬آید. می¬توان رابطه اخیر را به صورت مجموع دو جمله معرف AC و DC در نظر گرفت:
(۵)
(۶)
اطلاعات مربوط به جریان در جمله AC نهفته است، ولی به علت آنکه رابطه (۵) از منبع انرژی نوری مستقل گردد، مقدار جریان از رابطه:
(۷)
محاسبه می¬شود. رابطۀ اخیر با فرض زوایای انحراف کوچک نوشته شده است که در آن I(t) جریانی است که در پی اندازه¬گیری آن هستیم و A ثابتی است که بستگی به طراحی OCT دارد.

۴-۲- روش جمع و تفاضل:
در این روش در خروجی OCTاز دو فیلتر با زوایای استفاده می¬شود. اگر خروجی¬های این دو فیلتر PA1 و PA2 نامیده شوند:
(۸) (
(۹) (

شکل ۹ : نحوه تغییر زاویه پلاریزاسیون نور در حضور میدان مغناطیسی ] ۱۰و ۷[
بدین ترتیب با سنجش نسبت تفاضل و مجموع خروجی¬ها می¬توان میزان جریان را محاسبه نمود. در این روش میزان حساسیت خروجی مانند روش پیشین است. با وجود آنکه این روش به سخت¬افزار پیچیده¬تری نیاز دارد، پایداری آن نسبت به نویز حالت مشترک بیشتر است.

۵- الزامات عملکرد OCT¬ها:
۵-۱- استانداردها:
برای تعیین الزامات عملکرد ترانسفورماتورهای جریان معمولی CT ها معیارهای مشخصی تدوین گردیده و موجود می¬باشند. بسیاری از این الزامات در قالب استانداردهای معتبر مانند ۱۹۸۷:۱۸۵ IEC و ۱۳-۱۹۷۸ .ANSI/IEEE C57 مورد توجه قرار گرفته¬اند. این الزامات بیانگر تطبیق مشخصات CT با شرایط کاربر می¬باشند. متأسفانه نمی¬توان از استانداردهای CT برای OCT استفاده نمود. از جمله مشخصات اساسی عملکرد یک OCT می¬توان پاسخ فرکانسی، نسبت سیگنال به نویز،‌ اعوجاجات هارمونیکی،‌ پایدار و رنج دینامیکی را نام برد. البته فعالیت-هایی در جهت ایجاد استانداردهای مبدل¬های نوری جریان در کمیته¬های فنی IEEE آغاز شده است ]۱۰[. ولی تا پیش از تدوین استانداردهای مربوطه،‌ مشخصات OCT بر اساس نیازهای موجود و به صورت توافقی میان سازنده و کاربر تعیین می¬شوند.

۵-۲- مدارات واسطه:
در بیشتر کاربردها جریان خروجی CT معمولی یکی از مقادیر ۱ یا ۵ آمپر می¬باشد. مقدار این جریان حدود یک سده قبل و بر اساس ملاحظاتی همچون پایداری در برابر نویز و نیز داشتن انرژی کافی برای تحریک رله¬های الکترومغناطیسی انتخاب شده است ]۱۰[. از آنجا که در برخی از OCT ها از ادوات الکترونیکی فعال استفاده می-شود، وجود چنین جریان بزرگی سبب ازدیاد مصرف سیستم DC و باتری¬های پست خواهد بود. از سوی دیگر وجود چنین جریان بزرگی در خروجی OCT قابل توجیه نمی¬باشد،‌ چرا که این ادوات به علت داشتن ماهیت نوری در برابر نویز و اغتشاشات پایدار می¬باشند. همچنین برای تحریک وسایل جدید سنجش کمیات و رله¬های پیشرفته نیاز به انرژی زیاد نمی¬باشد. بنابراین مقدار جریان یا ولتاژ در خروجی OCT ها چند میلی¬آمپر یا میلی ولت خواهد بود. انتخاب OCT با خروجی جریانی یا ولتاژی به صورت استاندارد پذیرفته شده نیست و هر مصرف¬کننده¬ای می¬تواند OCT مورد نیاز خود را با مشخصات خروجی مطلوب تهیه نماید. به علاوه برای تبدیل خروجی OCT، که یک سیگنال نوری با توان نمونه¬ای چند میکرو ولت می¬باشد ]۱۰[،‌ به کمیت اصلی که معرف جریان فشار قوی باشد، نیاز به وجود مدارات واسطه¬ای است. این مدارات در هر مدل OCTبنا بر شرایط طراحی و ساخته می¬شوند.

۵-۳- کالیبراسیون :
بر اساس استاندارد IEC 185 : 1987،‌ در سختگیرانه¬ترین شرایط کلاس دقت یک CT برای حداکثر خطای نسبت تبدیل برابر %۱/۰ می¬باشد ]۱۰[. با فرض وجود شرایط مشابه برای OCT و نیز با فرض آنکه وسیله کالیبره کننده باید دست کم ۱۰ برابر بیش از وسیله کالیبره شونده دقت داشته باشد، برای انجام عمل کالیبراسیون نیاز به وسایلی با دقت %۱/۰ یا ppm 100 خواهد بود. با این شرایط می¬توان از وسایلی که برای کالیبراسیون CT استفاده می¬شوند،‌ برای کالیبره نمودن OCT نیز

استفاده نمود. در این شرایط باید با استفاده از یک تقویت¬کننده،‌ سیگنال خروجی OCT را به میزان جریان CT تقویت نمود. تا امکان کالیبراسیون وجود داشته باشد. روش¬های دیگری نیز برای کالیبراسیون OCT با جریان خروجی اندک (در حد میلی آمپر) وجود دارد ] ۱۳ و ۱۴[. هنگام کالیبراسیون OCT باید مشخصات آن مانند پاسخ فرکانسی،‌ رنج دینامیکی و پایداری نیز مورد نظر قرار گیرند.

یکی از ویژگی¬های OCT این است که این وسیله از قسمت¬های مختلفی ساخته می¬شود. بنابراین برعکس CT¬های معمولی با بروز خطا در OCT ها،‌ تنها قسمت معیوب تعویض می¬شوند و نیازی به جایگزین نمودن کل سیستم اندازه¬گیری نمی¬باشد. با در نظر گرفتن این شرایط، وجود روش¬های کالیبراسیون OCT که در محل تأسیسات فشار قوی قابل اجرا باشند، بسیار مفید خواهد بود.

۶- نتیجه¬گیری:
مبدل¬های نوری جریان وسایلی کوچک، کم¬حجم،‌ دارای قسمت¬های مجتمع و با صرفۀ اقتصادی هستند که به خوبی وسایل فشار قوی را به ادوات سنجش،‌ کنترل و حفاظت مرتبط می¬سازند و هماهنگی خوبی با وسایل کنترل و حفاظت پیشرفته دارند. گرچه عملکرد این وسایل بر اساس اصول فیزیکی و بسیار ساده است، ولی نیاز به دقت خاصی در مراحل طراحی و تولید دارند. این وسایل در قسمت¬های مختلف سیستم¬های قدرت دارای کاربرد موفقی بوده¬اند. با این وجود طراحی سیستم¬های بهتر در جهت افزایش دقت و پایداری،‌ زمینه تحقیقاتی مناسبی را به وجود آورده است. به علاوه تدوین استانداردهای لازم برای این وسایل اهمیت شایانی دارد. با به کارگیری این وسایل در کنار CT های معمولی می¬توان امکان ارزیابی عملکرد آنها را در سیستم موجود کشور فراهم آورد و با این کار زمینۀ گسترش کاربرد این وسایل را در جهت صرفه¬جویی اقتصادی و استفاده از فن¬آوری روز مهیا نمود.

فیبر نوری
فیبر نوری یکی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است . از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر: شبکه های تلفن شهری و بین شهری ، شبکه های کامپیوتری و اینترنت استفاده می گردد. فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای بوده که هر یک از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.

مبانی فیبر نوری
فیبر نوری ، رشته ای از تارهای بسیار نازک شیشه ای بوده که قطر هر یک از تارها نظیر قطر یک تار موی انسان است . تارهای فوق در کلاف هائی سازماندهی و کابل های نوری را بوجود می آورند. از فیبر نوری بمنظور ارسال سیگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.

یک فیبر نوری از سه بخش متفاوت تشکیل شده است :
• هسته (Core) . هسته نازک شیشه ای در مرکز فیبر که سیگنا ل های نوری در آن حرکت می نمایند.
• روکش (Cladding) . بخش خارجی فیبر بوده که دورتادور هسته را احاطه کرده و باعث برگشت نورمنعکس شده به هسته می گردد.
• بافر رویه (Buffer Coating) . روکش پلاستیکی که باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آسیب پذیر ، است .
صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و کابل های نوری را بوجود می آورند. هر یک از کلاف های فیبر نوری توسط یک روکش هائی با نام Jacket محافظت می گردند.
فیبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:
• فیبرهای تک حالته (Single-Mode) . بمنظور ارسال یک سیگنال در هر فیبر استفاده می شود( نظیر : تلفن )
• فیبرهای چندحالته (Multi-Mode) . بمنظور ارسال چندین سیگنال در یک فیبر استفاده می شود( نظیر : شبکه های کامپیوتری)
فیبرهای تک حالته دارای یک هسته کوچک ( تقریبا” ۹ میکرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز ( طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) می باشند. فیبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر ( تقریبا” ۵ / ۶۲ میکرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طریق LED می باشند.

ارسال نور در فیبر نوری
فرض کنید ، قصد داشته باشیم با استفاده از یک چراغ قوه یک راهروی بزرگ و مستقیم را روشن نمائیم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسیر مسفقیم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد کرد. با توجه به عدم وجود خم و یا پیچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن کرد. در صورتیکه راهروی فوق دارای خم و یا پیچ باشد ، با چه مشکلی برخورد خواهیم کرد؟ در این حالت می توان از یک آیینه در محل پیچ راهرو استفاده تا باعث انعکاس نور از زاویه مربوطه گردد.در صورتیکه راهروی فوق دارای پیچ های زیادی باشد ، چه کار بایست کرد؟ در چنین حالتی در تمام طول مسیر دیوار راهروی مورد نظر ، می بایست از آیینه استفاده کرد. بدین ترتیب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با یک زاویه خاص) از نقطه ای به نقطه ای دیگر حرکت کرده ( جهش کرده و طول مسیر راهرو را طی خواهد کرد). عملیات فوق مشابه آنچیزی است که در فیبر نوری انجام می گیرد.

نور، در کابل فیبر نوری از طریق هسته (نظیر راهروی مثال ارائه شده ) و توسط جهش های پیوسته با توجه به سطح آبکاری شده ( Cladding) ( مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده ) حرکت می کند.( مجموع انعکاس داخلی ) . با توجه به اینکه سطح آبکاری شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد ، نور قادر به حرکت در مسافت های طولانی می باشد. برخی از سیگنا ل های نوری بدلیل عدم خلوص شیشه موجود ، ممکن است دچار نوعی تضعیف در طول هسته گردند. میزان تضعیف سیگنال نوری به درجه خلوص شیشه و طول موج نور انتقالی دارد. ( مثلا” موج با طول ۸۵۰ نانومتر بین ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر کیلومتر ، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بین ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر کیلومتر ، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بیش از ۵۰ درصد در هر کیلومتر)
سیستم رله فیبر نوری

بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فیبر نوری در سیستم های مخابراتی ، مثالی را دنبال خواهیم کرد که مربوط به یک فیلم سینمائی و یا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است . در فیلم فوق دو ناوگان دریائی که بر روی سطح دریا در حال حرکت می باشند ، نیاز به برقراری ارتباط با یکدیگر در یک وضعیت کاملا” بحرانی و توفانی را دارند. یکی از ناوها قصد ارسال پیام برای ناو دیگر را دارد.کاپیتان ناو فوق پیامی برای یک ملوان که بر روی عرشه کشتی مستقر است ، ارسال می دارد. ملوان فوق پیام دریافتی را به مجموعه ای از کدهای مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه می نماید. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از یک نورافکن اقدام به ارسال پیام برای ناو دیگر می نماید. یک ملوان بر روی عرشه کشتی دوم ، کدهای مورس ارسالی را مشاهده می نماید. در ادامه ملوان فوق کدهای فوق را به یک زبان خاص ( مثلا” انگلیسی ) تبدیل و آنها را برای کاپیتان ناو ارسال می دارد. فرض کنید فاصله دو ناو فوق از یکدیگر بسار زیاد ( هزاران مایل ) بوده و بمنظور برقرای ارتباط بین آنها از یک سیتستم مخابراتی مبتنی بر فیبر نوری استفاده گردد.
سیتستم رله فیبر نوری از عناصر زیر تشکیل شده است :
• فرستنده . مسئول تولید و رمزنگاری سیگنال های نوری است .
• فیبر نوری مدیریت سیکنال های نوری در یک مسافت را برعهده می گیرد.
• بازیاب نوری . بمنظور تقویت سیگنا ل های نوری در مسافت های طولانی استفاده می گردد.
• دریافت کننده نوری . سیگنا ل های نوری را دریافت و رمزگشائی می نماید.
در ادامه به بررسی هر یک از عناصر فوق خواهیم پرداخت .
فرستنده
وظیفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو فرستنده پیام است . فرستنده سیگنال های نوری را دریافت و دستگاه نوری را بمنظور روشن و خاموش شدن در یک دنباله مناسب ( حرکت منسجم ) هدایت می نماید. فرستنده ، از لحاظ فیزیکی در مجاورت فیبر نوری قرار داشته و ممکن است دارای یک لنز بمنظور تمرکز نور در فیبر باشد. لیزرها دارای توان بمراتب بیشتری نسبت به LED می باشند. قیمت آنها نیز در مقایسه با LED بمراتب بیشتر است . متداولترین طول موج سیگنا ل های نوری ، ۸۵۰ نانومتر ، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است .
بازیاب ( تقویت کننده ) نوری
همانگونه که قبلا” اشاره گردید ، برخی از سیگنال ها در مواردیکه مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده ( بیش از یک کیلومتر ) و یا از مواد خالص برای تهیه فیبر نوری ( شیشه ) استفاده نشده باشد ، تضعیف و از بین خواهند رفت . در چنین مواردی و بمنظور تقویت ( بالا بردن ) سیگنا ل های نوری تضعیف شده از یک یا چندین ” تقویت کننده نوری ” استفاده می گردد. تقویت کننده نوری از فیبرهای نوری متععدد بهمراه یک روکش خاص (doping) تشکیل می گردند. بخش دوپینگ با استفاده از یک لیزر پمپ می گردد . زمانیکه سیگنال تضعیف شده به روکش دوپینگی می رسد ، انرژی ماحصل از لیزر باعث می گردد که مولکول های دوپینگ شده، به لیزر تبدیل می گردند. مولکول های دوپینگ شده در ادامه باعث انعکاس یک سیگنال نوری جدید و قویتر با همان خصایص سیگنال ورودی تضعیف شده ، خواهند بود.( تقویت کننده لیزری)

دریافت کننده نوری
وظیفه دریافت کننده ، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو دریافت کننده پیام است. دستگاه فوق سیگنال های دیجیتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی ، سیگنا ل های الکتریکی را برای سایر استفاده کنندگان ( کامپیوتر ، تلفن و … ) ارسال می نماید. دریافت کننده بمنظور تشخیص نور از یک “فتوسل” و یا “فتودیود” استفاده می کند.
مزایای فیبر نوری

فیبر نوری در مقایسه با سیم های های مسی دارای مزایای زیر است :
• ارزانتر. هزینه چندین کیلومتر کابل نوری نسبت به سیم های مسی کمتر است .
• نازک تر. قطر فیبرهای نوری بمراتب کمتر از سیم های مسی است .

• ظرفیت بالا . پهنای باند فیبر نوری بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بیشتر از سیم مسی است .
• تضعیف ناچیز. تضعیف سیگنال در فیبر نوری بمراتب کمتر از سیم مسی است .
• سیگنال های نوری . برخلاف سیگنال های الکتریکی در یک سیم مسی ، سیگنا ل ها ی نوری در یک فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهند داشت .
• مصرف برق پایین . با توجه به سیگنال ها در فیبر نوری کمتر ضعیف می گردند ، بنابراین می توان از فرستنده هائی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستنده های الکتریکی که از ولتاژ بالائی استفاده می نمایند ، استفاده کرد.
• سیگنال های دیجیتال . فیبر نور ی مناسب بمنظور انتقال اطلاعات دیجیتالی است .
• غیر اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الکتریسیته ، امکان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت .
• سبک وزن . وزن یک کابل فیبر نوری بمراتب کمتر از کابل مسی (قابل مقایسه) است.
• انعطاف پذیر . با توجه به انعظاف پذیری فیبر نوری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتال با موارد کاربردی خاص مانند : عکس برداری پزشکی ، لوله کشی و …استفاده می گردد.
با توجه به مزایای فراوان فیبر نوری ، امروزه از این نوع کابل ها در موارد متفاوتی استفاده می شود. اکثر شبکه های کامپیوتری و یا مخابرات ازراه دور در مقیاس وسیعی از فیبر نوری استفاده می نمایند.
تاریخچه ی ساخت فیبر نوری
اولین کسانی که در قرون اخیر به فکر استفاده از نور افتادند، انتشار نور را در جو زمین تجربه کردند. اما وجود موانع مختلف نظیر گرد و خاک، دود، برف، باران، مه و … انتشار اطلاعات نوری در جو را با مشکل مواجه ساخت . بعدها استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح گردید . نور در داخل این کانالها بوسیله آینه‌ها و عدسی‌ها هدایت می‌شد، اما از آنجا که تنظیم این آینه‌ها و عدسی‌ها کار بسیار مشکلی بود این کار نیز غیر عملی تشخیص داده شد و مطرود ماند.
شاید اولین تلاش در سیر تکاملی سیستم ارتباط نوری به وسیله الکساندر گراهام بل صورت گرفت که در سال ۱۸۸۰، درست ۴ سال پس از اختراع تلفن، اختراع تلفن نوری (فوتوفون) یا سیستمی که صدا را تا فواصل چندین صد متر منتقل می¬کرد، به ثبت رساند. تلفن نوری بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده با به ارتعاش در آوردن آینه¬ای کار می¬کرد. گیرنده یک فتوسل بود. در این روش نور در هوا منتشر می¬شد و بنابراین امکان اتقال اطلاعات تا بیش از ۲۰۰ متر میسر نبود. به همین دلیل، اگرچه دستگاه بل ظاهراً کار می¬کرد اما از موفقیت تجاری برخوردار نبود.
ایده استفاده از انکسار (شکست) برای هدایت نور (که اساس فیبرهای نوری امروزی است) برای اولین بار در سال ۱۸۴۰ توسطDaniel Colladon و Jacques Babinet در پاریس پیشنهاد شد. همچنین John Tyndall در سال ۱۸۷۰ در کتاب خود ویژگی بازتاب کلی را شرح داد: «وقتی نور از هوا وارد آب می¬شود به سمت خط عمود بر سطح خم می شود و وقتی از آب وارد هوا می¬شود از خط عمود دور می-شود. اگر زاویه¬ی پرتو نور با خط عمود در تابش از داخل آب بزرگتر از ۴۸ درجه شود هیچ نوری از آب خارج نمی¬شود در واقع نور به طور کامل از سطح آب منعکس می¬شود. زاویه¬ای که انعکاس کلی آغاز می-شود را زاویه بحرانی می¬نامیم».
کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح ساختند. آنان مبنای کار خود را بر آن گذاشتند که به سرعتی حدود ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه دست یابند. این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود .این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از ۲۰ سی بل نباشد . اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکائی ( کورنینگ گلس ) به این هدف دست یافت. در اوایل سال ۱۹۶۰ میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن گردید. در سال ۱۹۶۶ میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود . چرا که فیبرنوری بسیار سبکتر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دا

رد.
توسعه فناوری فیبرنوری از سال ۱۹۸۰ میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال ۱۹۸۵ میلادی در دنیا نزدیک به ۲ میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته‌است.
فیبر نوری از پالس‌های نور برای انتقال داده‌ها از طریق تارهای سیلکون بهره می‌گیرد. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد می‌تواند صدها هزار مکالمهٔ صوتی را حمل کند. فیبرهای نوری تجاری ظرفیت ۲٫۵ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌سازند. فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌نامند. هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص (معمولاً) است. هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کا ملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌آورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند که با عث می‌شود که نور در هسته تا بیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌رسند. این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) می‌نامند.

قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش قرار می‌گیرد.
یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد. این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است.

از لحاظ کلی دو نوع فیبر وجود دارد: تک حالتی و چند حالتی. فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌دهد، در حالی که فیبر چند حالتی می‌تواند صدها حالت نور را به طور هم‌زمان انتقال بدهد. (ویراستار : فواد مزرعه)
فیبر نوری در ایران

در ایران در اوایل دهه ۶۰، فعالیت‌های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران را درپی داشت و در سال ۱۳۶۷، کارخانه تولید فیبر نوری در یزد به بهره برداری رسید. عملاً در سال ۱۳۷۳ تولید فیبر نوری با ظرفیت ۵۰٫۰۰۰ 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 ۱۳۶۷ نخستین خط مخابراتی تار نوری بین تهران و کرج به کار افتاد.

اولین پروژه فیبرنوری با اجرای ۷۰۰ کیلومتر کابل با ۱۳ هزار کانال بین چندین مسیر با هزینه‌ای بالغ بر ۴۰ میلیارد ریال بین سالهای ۶۹ تا ۷۳ انجام شد. در برنامه دوم توسعه پروژه فیبرنوری با ۱۱۶۰۰ کیلومتر کابل با ۶۲۰ هزار کانال بین شهری با هزینه ۶۵۴ میلیارد ریال در سالهای ۷۴ تا ۷۸ به انجام رسید و نهایتا در برنامه سوم توسعه ۱۷۸۵۰ کیلومتر تا ۲ میلیون کانال با پروتکشن بین شهرهای کشور با هزینه‌ای بالغ بر ۱۰۳۵ میلیارد در سالهای ۷۹ تا ۸۳ اجرا شد.

پروژه تار نوری آسیا-اروپا که به TAE مشهور است داراری ۲۴۰۰۰ کیلومتر طول است و از چین، قرقیزستان، ازبکستان و ترکمنستان، ایران، ترکیه، اوکراین و آلمان می گذرد. ظرفیت قابل حمل این خط، ۷۵۶۰ کانال تلفنی است.

فیبرنوری یک موجبر استوانه‌ای از جنس شیشه یا پلاستیک است که دو ناحیه مغزی و غلاف با ضریب شکست متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده‌است. برپایه قانون اسنل برای انتشار نور در فیبر نوری شرط: می‌بایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکست‌های مغزی و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعیف می‌شود. این عوامل عمدتآ ناشی از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند.

 

فیبر نوری(لوله نوری) POF ,PCF , QOF در ایران
از سال ۱۳۸۷ تحقیقات وسیعی در مورد این نوع از فیبرها در مرکز فن آوری تخصصی صورت گرفت و در سال ۱۳۸۸ محققان ایرانی به نامهای ابوالفضل قربانی و ابراهیم هاشمی در شهر ممسنی موفق به ساخت و تولید نسل نوین فیبرهای نوری (POF , PCF ,QOF ) گردیدند و با دستیابی به تکنولوژی ساخت و تولیدآنها ایران در زمره معدود کشورهای دارنده تکنولوژی ساخت (POLYMER OPTICAL FIBER , PLASTIC CLAD FIBER ) قرار گرفت.فیبرهای نوری POF برای انتقال نور مرئی و بسیاری از کاربری‌های دیگر قابل استفاده هستند و در بحث انتقال دیتا سرعتی حدود ۴۰ گیگا بیت در ثانیه دارند که در مقایسه با فیبرهای نوری شیشه‌ای حدود ۴۰۰ برابر بیشتر می‌باشد.فیبرهای PCF , QOF جهت مصارف خاص صنایع مختلف از قبیل سنسورها و انتقال دیتا بسیار کار آمد است.در کل موارد استفاده از این فیبرهاموجب دستیابی به ابزارآلات هایتکی است که در انحصار بعضی از دولتها قرار داشته‌است.
در POFها شار نوری .
سیستم‌های مخابرات فیبر نوری
گسترش ارتباطات راه دور و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم‌های انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت‌ ترین موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی‌های مخابرات فیبر نوری می‌باشد. یکی از پر اهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال در فرستادن سیگنال‌های حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی در حوزه زمانی را دارا می‌باشد. این به این معنی است که مخابرات دیجیتال تامین کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکیج های کوچک انتقال در حوزه زمانی است. برای مثال عملکرد مخابرات فیبر نوری با توانایی ۲۰ مگا هرتز با داشتن پهنای باند ۲۰ کیلو هرتز دارای گنجایش اطلاعاتی ۰٫۱٪ می‌باشد. امروزه انتقال سیگنالها به وسیله امواج نوری به همراه تکنیک های وابسته به انتقال شهرت و آوازه سیستم‌های انتقال ماهوارهای را به شدت مورد تهدید قرار داده‌است. دیر زمانی ست که این مطلب که نور می‌تواند برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد به اثبات رسیده‌است و بشر امروزه توانسته‌است که از سرعت فوق العاده آن به بهترین وجه استفاده کند. در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید. در ۱۵ سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبرهای نوری فاکتورهای جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده‌است. مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قرار دادی تلقی می‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می‌شد. با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اما سیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی مانده‌است. از دلایل این امر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱)تکنیکهای مخابرات در سیستم‌های جدید مورد استفاده قرار می‌گرفت . ۲)سیستم‌های جدید با بالاترین تکنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود. ۳)انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیک های دیجیتال را فراهم می‌ساخت. این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات رابه صورت بیت به بیت پاسخگو بود .
• توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع: از آنجایی که مخابرات فیبر نوری دارای کارایی بالاتری نسبت به سیم های مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته‌است .

• آزادی از نویزهای الکتریکی : بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شییشه به دلیل رسانندگی انتخاب می‌شود. در نتیجه یک حامل موج نوری می‌تواند از پتانسیل موثر میدان های الکتریکی در امان باشد. از قابلیت‌های مهم این نوع مخابرات می‌توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان یک میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنالهای نام برده بدون آلودگی از پارازیت‌های الکتریکی و یا سیگنالهای مداخله گر به حد اکثر کارایی خود خواهند رسید .
فیبرهای نوری نسل سوم

طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۱۵۵۰ نانومتر و از حداقل پاشندگی در طول موج ۱۳۱۰ نانومتر بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده ۱٫۳ میکرون قرار داشت، به محدوده ۱٫۵۵ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف (D.S.F. Fiberِ) ساخته شد.
کاربردهای فیبر نوری

۱٫ کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌های اخیر شروع شده‌است. در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره‌گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیرپذیر می‌شود.
۲٫ 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 (هیدروفون) را نام برد.

۳٫ کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماری‌ها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان دُزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات و خون نام برد. همچنین تارهای نوری در دستگاه هایی به نام درون بین یا آندوسکوپ استفاده می شود تا به درون نای، مری، روده و مثانه فرستاده شود و درون بدن انسان به طور مستقیم قابل مشاهده باشد.
۴٫ کاربرد فیبرنوری در روشنابی : از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم به عنوان یک فناوری روشنایی متداول شده و در چند سال قرن اخیر توسعه و رشد فراوانی پیدا کرده‌ است کاربرد آن در سیستم‌های روشنایی است. در این فناوری نور از منبع نوری که می‌تواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی) و یا نور طبیعی (نور خورشید) باشد وارد فیبر نوری شده و از این طریق به محل مصرف منتقل می‌شود. به این ترتیب نور به هر نقطه‌ای که در جهت تابش مستقیم آن نمی‌باشد منتقل می‌شود. امتیاز این نور که موجبات رشد سریع به کارگیری و توجه زیاد به این فناوری شده‌است این است که فاقد الکتریسیته گرما و تشعشعات خطرناک ماورای بنفش بوده (نور خالص و بی خطر) و دیگر اینکه بااین فناوری می‌شود نور روز (بدون گرما واشعه‌های ماورائ بنفش) را هم به داخل ساختمانها و نقاط غیر قابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.
فن آوری ساخت فیبرهای نوری
برای تولید فیبر نوری، نخست ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش‌سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌شود. از سال ۱۹۷۰ روش‌های متعددی برای ساخت انواع پیش‌سازه‌ها به کار رفته‌است که اغلب آنها بر مبنای رسوب‌دهی لایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.
روشهای ساخت پیش‌سازه
روش‌های فرآیند فاز بخار برای ساخت پیش‌سازه فیبر نوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:
• رسوب‌دهی داخلی در فاز بخار
• رسوب‌دهی بیرونی در فاز بخار
• رسوب‌دهی محوری در فاز بخار
موادلازم در فرایند ساخت پیش سازه

• تتراکلرید سیلیکون: این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرآیند مورد نیاز است.
• تتراکلرید ژرمانیوم: این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش‌سازه استفاده می‌شود.
• اکسی کلرید فسفریل: برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش‌سازه، این مواد وارد واکنش می‌شود.
• گاز فلوئور: برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می‌شود.
• گاز هلیم: برای نفوذ حرارتی و حباب‌زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• گاز کلر: برای آب‌زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است.
مراحل ساخت

۱٫ مراحل صیقل گرمایشی: پس از نصب لوله با عبور گازهای کلر و اکسیژن، در دمای بالاتر از ۱۸۰۰ درجه سلسیوس لوله صیقل داده می‌شود تا بخار آب موجود در جدار درونی لوله از آن خارج شود.
۲٫ مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می‌شود تا ناهمواری‌ها و ترک‌های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند.
۳٫ لایه‌نشانی ناحیه غلاف: در مرحله لایه‌نشانی غلاف، ماده تتراکلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیم وارد لوله شیشه‌ای می‌شوند و در حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی ۱۲۰ تا ۲۰۰ میلی‌متر در دقیقه در طول لوله حرکت می‌کند و دمایی بالاتر از ۱۹۰۰ درجه سلسیوس ایجاد می‌کند، واکنش‌های شیمیایی زیر به دست می‌آیند.

ذرات شیشه‌ای حاصل از واکنش‌های فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب می‌کنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال می‌شود به طوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می‌گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت می‌شوند. بدین ترتیب لایه‌های شیشه‌ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می‌گردند و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می‌دهند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 5700 تومان در 20 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد