بخشی از مقاله
چكيده
فوتونيك علم ايجاد ، كنترل و آشكار كردن فوتونهايي كه كاربرد آن از زندگي روزمره گرفته تا علوم پيشرفته را شامل مي شود . از جمله نتايج خوبي كه اين علم به همراه داشته است اختراع فيبر نوري مي باشد .
فيبر نوري هبزار ساخته شده از شيشه يا پلاستيك است به قطر تار موي انسان نور را در طول خود جا به جا مي كند . نور در داخل فيبر نوري بوسيله بازتاب كلي نگه داشته مي شود . فيبر نوري شامل سه بخش هسته ، روكش Clading و بافر رويه است . از لحاظ كلي دو نوع فيبر داريم : تك حالتي و چند حالتي . فيبر نوري كاربردهاي فراواني دارد .
شايد يكي از عوامل رخ دادن انقلاب در فوتونيك استفاده از نوعي موج به نام ساليتون نوري در فيبرهاي نوري باشد . ساليتونها نسل ويژه اي از پالسهاي نوري هستند كه جوابهاي معادله غير خطي شرودينگر (NLSE) كه پالسهاي درون فيبر توسط آن توزيح داده ميشود ، مي باشد . ساليتون به موج منفردي مي گويند كه با شكل ، ارتفاع و سرعت ثابت به انتشار و پيشروي در محيط ادامه ميدهند .
ساليتونها در بسياري از زمينه ها مثل پلاسما ، زيست شناسي ، فيبرهاي غير خطي ، جو و ... وجود دارد .
ساليتونها در فيبر نوري با به موازنه در آوردن دو نيروي مخالف ، پاشندگي و مدولاسيون خود فاز ايجاد ميشود . به اين ترتيب كه مدولاسيون خود فاز منجر ميشود كه فركانسهاي پايين تر در سمت پيشرو و فركانسهاي بالاتر در سمت دنباله پالس باشد و اين سبب chirt شدن موج مي شود . در حاليكه در پاشندگي غير عادي فركانسهاي پايين تر آرام
تر از فركانسهاي بالاتر حركت مي كنند بنابراين موج كمپرس پالس مي شود . اين كمپرس chirt موج را از بين مي برد و پهناي ابتدايي پالس در تمام طول فيبر حفظ مي شود و ساليتون نوري تشكيل مي شود .
فيبر نوري و ساليتون
ظهور فيبرهاي نوري انقلاب وتحولي در سيستم هاي ارتباط از راه دوردر تمام دنيا به وجود آورده است. كه تبادل حجم زياد وبي سابقه اي از اطلاعات را با سرعت نور ممكن مي سازد البته اين انقلاب را مي توان به عرصه علم فوتونيك نسبت داد. همانم قصد دارد اين كار را در قرن 21انجام دهد.
فوتونيك
فوتونيك علم ايجاد، كنترل وآشكار كردن فوتون هاست. اگر بخواهيم تعريف ماكروسكوپيك ازفوتونيك ارائه دهيم بايد اين طور تعريف كردكه:فوتونيك علم تابش، ارسال، تقويت، آشكار سازي وتعديل نور است. اين شاخه از اپتيك نتايج بسيار خوبي راتا كنون در علم نور شناسي پديد آورده است، كه اختراع نيمه رساناهاي ساتع كننده نور در سال 1960 وفيبرنوري در سال 1970از جمله مهم ترين اين يافته هاست.
فوتونيك ارتباط تنگاتنگي با اپتيك دارد، اگر چه در كشفيات گذشته اپتيكي، كوانتومي بودن نور طي آزمايش اثر فوتوالكتريك توسط اينشتين در سال 1905توضيح داده شد ووسايل اپتيكي همچون لنز ها وآيينه هاي انكساري ووسايل مختلف ديگري تا قبل از سال 1900شناخته شدند اما كليد اصلي علم اپتيك كلاسيك يعني اصل هويگنس، معادلات ماكسول ومعادلات موج وابستگي به خصوصيات كوانتومي نو ندارد. مفهوم فوتونيك تقريبا با اپتيك كوانتومي، الكترونيك كوانتومي، الكترواپتيك واپتو الكتريك كه همگي جزء اپتيك مدرن مي باشند، يكي است.
اگرچه مصارف مختلف آنها در زمينه هاي مختلف اعم از علمي، دولتي ومراكز خريدمتفاوت است. از آن جاييكه اپتيك كوانتومي اغلب در جري
ان پروژه هاي تحقيقاتي بنيادي مورد استفاده قرار مي گيرد
فوتو نيك هم به مصرف تحقيقاتي وتو سعه ايي مي آيد. فوتونيك به طور ويژه به مباحث زير توجه دارد:
1. خواص ذرات نور
2. استفاده از فوتون ها در فناوري ساخت دستگاهاي پردازش سيگنال
3. استفاده از فناوري اپتيك كوانتومي كه ما در به ساخت دستگاهايي با هزينه كم است.
4. ايجاد تناست با الكترونيك
دامنه كاربرد فوتونيك تا حدي گسترده است كه از زندگي روزمره تاعلوم پيشرفته را شامل مي شود، در اين جا فقط به نام بردن برخي از اين كار بردها مي پردازيم:
1. آشكار سازي نور
2. ارتباطات از راه دور (فيبر هاي نوري مخابراتي، مبدل هاي نوري به ميكرو ويو. )
3. پردازش اطلا عات
4. روشنايي
5. اندازه گيري (اندازه گيدي فركانس وزمان و تخمين مسافت)
6. طيف نمايي
7. ايجاد تصاوير ليزري
8. پزشكي (تصحيح ودرمان عيب بينايي، جراحي با ليزر، جراحي با آندسكوپي وايجاد ورفع خالكوبي هاي موضعي)
9. نظامي( حسگرهاي مادون قرمز(IR)، كنتر ل وفرماندهي، ناوبري، عمليات تجسس ونجات، كشف وهدف گيري)
10. هنرهاي ديواري (نمايش هاي ليزري، تصوير سازي هاي سه بعدي، وسايل پرتوافكني)
11. ساخت روبات
12. كشاورزي
13. علوم زيستي
14. هوانوردي (ژيروسكوپ فوتو نيكي فاقد بخش متحرك)و. . . .
از جمله ابزارهاي كاربردي كه به لحاظ اقتصادي حائز اهميت هستند نيمه رساناي فوتوتنيكي با كارايي مثبت اطلاعات اپتيكي توسط فيبر هاي نوري براي ارتبا طات از راه دور، چاپ ليزري (بر مبناي عكسبرداري)اجراي نمايش ها، ليزر هاي توان بالا با پمپ نوري)
فيبر نوري
فيبر نوري يك ابزار نوري شناخته ش
ده از شيشه وپلاستيك است كه نور را در طول خودجابه جا مي كند. فيبر هاي نوري نتيجه ي همكاري علوم كاربردي و مخصوصي در طراحي و كار برد است.
امروزه استفاده از فيبرهاي نوري به دليل مزيت هاي فوق العاده، در انتقال اطلاعات در طي مسيرهاي طولاني باپهناي باند بسيار زياد، بر ديگر ابزارهاي ارتباطي گسترش يافته است.
بدليل از دست دادن اطلاعات در طي مسير در ساخت فيبرهاي نوري از فلزات استفاده نمي شود، در صورتيكه اين فيبرها كاملا از هر گونه تداخل هاي مغناطيسي مصون هستند. طراحي فيبرها به گونه اي انجام شده كه بتوان از آنها كاربردهاي متنوعي همچون استفاده در فيبرهاي ليزري وحسگرها را شاهد بود.
نور در داخل فيبرهاي نوري بوسيله باز تا
ب كلي نگاه داشته مي شود واين سبب مي شود كه فيبر مثل يك مو جر عمل كند.
توضيح: ساختار يك موجبربر پايه هدايت امواج (الكترو مغناطيسي، صوتي و. . . .) استوار است. بسته به نوع موج مورد استفاده ساختار موجبرها متفاوت است كه درزير به نمونه اي مرتبط با بحث از اين موجبرها اشاره مي كنيم:
موجبرهاي نوري:
موجبرهاي مورد استفاده در محدوده فركانسي امواج نوري از نوع موجبرهاي نارسانا هستند كه در آنها از مواد نارسانا با ثابت دي الكتريك زياد وبنابر اين با ضريب شكست بالا استفاده شده است
كه با موادي با ثابت دي الكتريك كم احاطه شده اند. ساختار منتقل كننده هاي نوري بر اساس
باز تاب كلي طراحي شده است . يك موج بر نوري، در حقيقت يك لوله نوري است كه ازبدنه داخلي كاملا صيقلي ومنعكس كننده نور تشكيل شده است كه گاهي از آنها به عنوان ني هاي نوري در كاربرد هاي روشنايي استفاده مي شود
سطح داخلي فيبرها ي نوري اغلب توسط فلزات خاصي جلا داده مي شود وگاهي ممكن است توسط پوشاندن چندين لايه در سطح داخلي آنها نور را بوسيله باز تاب براگ هديت كنند (اين يك مورد خاص از فيبرهاي كريستال فوتوني است)، روش ديگري كه براي انعكاس درو ني در لوله هاي موج بر وجود دارد اين است كه دربخش مياني لوله، از يك منشور استفاده شود بطوريكه در داخل لوله انعكاس داخلي رخ دهد؛البته در مورد منشور، نورازگوشه هاي منشور نشت مي كند كه ازآن مي توان به عنوان يكي از معايب منشور ياد كرد.)
فيبرهايي كه باريكه هاي نوري درمسيرهاي موازي ومتقا طع را از خود عبور ميدهند، فيبرهاي چند مددر (mmf)وفيبرهاي نوري كه تنها يك مد نوري را از خود عبور مي دهند فيبرهاي تك مد ((smf هستند.
فيبرهاي نوري چند مد از ضخامت زيادي بر خوردارند واگر چه معمولا در مسيرهاي كوتاه از آنها استفاده مي شود ولي براي كاربردهاي ا
رتباطي با توان بالا از آنها استفاده مي شود.
فيبرهاي تك مد در ارتباطات ازراه دور نقش عمده اي دارند وتا مسافت هاي بالاتر از 550 متر را تحت پوشش ارتباطي قرار مي دهند.
پيوند زدن فيبرهاي نوري بسيار پيچيده اتصال كابل ها يا سيم هاي الكتريكي است. اين فيبرهابايد با دقت بسيار بالايي به يكديگر بپيوندند ودر
اتصال آنها به هم لازم است كه از روش مكانيكي يا ذوب دوسر آنها با استفاده از جرقه الكتريكي استفاده كنيم. البته امروزه بست هاي ويژه اي ساخته شده است كه قابليت جدا شدن دارند.
تاريخچه فيبر نوري
دنيل كلادن نخستين فردي است كه در سال 1842 توانست فواره‌ي نوري يا فيبر نوري را اختراع كند. تصوير بالا يك تصوير منحصر به فرد از آخرين رونمايي اين اختراع توسط كلان است.
پس ازاختراع ليزر درسال 1960ميلادي ايده به كار گيري فيبرنوري براي انتقال اطلاعات شكل گرفت. خبر ساخت اولين فيبر نوري در سال 1966هم زمان در انگليس وفرانسه اعلام شد كه عملا در انتقال اطلاعات مخابراتي قابل استفاده نبود تااينكه در سال 1976با كوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فيبر نوري توليدي شديدا كاهش داده شد وبه مقداري رسيد كه قابل ملاحظه با سيم هاي هم محور به كار رفته در شبكه مخابرات بود.
فيبر نوري از پالس هاي نور براي انتقال داده هااز طريق تارهاي سيلكون بهره مي گيرد. يك كابل فيبر نوري كه كمتر ازيك اينچ قطر دارد مي تواند صدها هزار مكالمه صوتي راحمل كند. فيبرهاي نوري تجاري ظرفيت 25گيگا بايت در ثانيه تا 10گيگابايت درثانيه را فراهم مي سازند.
فيبر نوري ازچند ين لايه ساخته مي شود. دروني ترين لايه را هسته شامل يك تار كاملا بازتاب كننده ازشيشه خالص است. هسته در بعضي از كابل ها از پلاستيك كاملا بازتابنده ساخته مي شود،
كه هزينه ساخت را پايين مي آور
د. با اين حال، يك هسته پلاستيكي معمولا كيفيت شيشه را ندارد وبيشتر براي حمل داده ها در فواصل كوتاه به كار مي رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، كه از شيشه يا پلاستيك ساخته مي شودكه نور در هسته تابيده شود تااز سطحي به طرف مركز هسته باز تابيده شود كه در آن دوباره به هم مي رسند. اين عمل باز تاب نور به مركز هسته را بازتاب داخلي كلي مي نامند. قطر هسته وپوسته باهم حدود 125ميكرون است(هر ميكرون معادل يك ميليونيوم متر است)كه در حدود اندازه تار موي انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لايه محافظ، شامل يك پوشش قرار مي گيرد.
يك پوشش محافظ پلاستيكي سخت لايه بيروني را تشكيل مي دهد. اين لايه كل كابل را در خود نگه مي دارد، كه مي تواند صدها فيبر نوري مختلف را در بر بگيرد. قطر يك كابل نمونه كمتر از يك اينچ است.
از لحاظ كلي، دو نوع فيبر وجود دارد:تك حا لتي وچند حالتي.
فيبر تك حالتي يك سيگنال نوري را درهر زمان انتشار مي دهد، درحا ليكه فيبر چند حالتي مي تواند صدها حالت نور رابه طور هم زمان انتقال بدهد.
بنابر اين اگر به صورت خلاصه بخواهيم بيان كنيم يك فيبر نوري ازسه بخش متفاوت تشكيل شده است:
1. هسته(core):هسته نازك شيشه اي در مركز فيبر كه سيگنال هاي نوري در آن حركت مي نمايند.
2. روكش cladding:بخش خارجي فيبر بوده كه دور تا دور هسته را احاطه كرده است وباعث برگشت نور منعكس شده به هسته مي گردد.
3. با رويه (Buffer coating):روكش پلاستيكي كه باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت وساير موارد آسيب پذير است.
صدها وهزاران از رشته هاي نوري فوق در دسته هايي سازماندهي شده وكابل هاي نوري را بوجود مي آورند. هر يك از كلاف هاي فيبر نوري توسط روكش هايي با نام (jacket)محافظت مي شوند.
انواع كابل نوري:
1. كابل نوري ژله فيلد كانالي (ocfc)عموما درشبكه هاي درون شهري و بين مراكز مخابراتي استفاده مي شوند.
2. كابل نوري ژله فيلد خاكي (oBFc):معمولا در شبكه هاي زير ساخت وبين شهري در مساحت هاي طولاني استفاده مي شود.
3. كابل نوري مهار دار (ossc):در مناطق رو ستايي ومخابراتي مورد استفاده قرار مي گيرد وشكل كابل به صورت 8مي باشد.
كاربردهاي فيبر نوري
كاربرد در حسگرها:استفاده از حسگرها ي فيبر نوري براي اندازه گيري كميت هاي فيزيكي مانند جريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي، فشار، حرارت، جابه جايي، آلودگي آب هاي دريا، سطح مايعات تششعات پرتو هاي گاما وايكس در سال هاي اخير شروع شده است. در اين نوع حسگرها، از فيبر نوري به عنوان عنصر اصلي حسگر بهره گيري مي شودبدين ترتيب كه ويژگي هاي فيبر تحت ميدان كميت مورد اندازه گيري تغيير يافته وبا اندازه شدت كميت تاثير پذير مي شود.
كاربرد هاي نظامي:فيبر نوري كاربردهاي بي شماري در صنايع دفاع دارد كه از آن جمله مي توان برقراري ارتباط وكنترل باآنتن رادار، كنترل وهدايت موشك ها، ارتباط زير دريا ييها (هيد روفون) را نام برد.
كاربردهاي پزشكي: فيبر نوري در تشخيص بيماريها وآزمايش هاي گوناگون در پزشكي كاربردفراوان دارد كه از آن جمله مي توان چنده سنجي (دزيمتري)غدد سرطاني، شناسايي نارسايي هاي داخلي بدن، جراحي ليزري، استفاده در دندانپزشكي واندازه گيري مايعات وخون نام برد.
واز جمله كاربر دهاي فيبرنوري كه در اواخر قرن بيستم به عنوان يك فناوري روشنايي متداول شده ودر چند سال قرن اخير توسعه ورشد فراواني پيداكرده است كاربرد آن در سيستم هاي روشنايي است. در اين فناوري از منبع نوري كه ميتواند نور مصنوعي (نور لامپ هاي الكتريكي )ويا نور طبيعي (نور خورشيد)باشد وارد فيبر نوري شده و ازاين طريق به محل مصرف منتقل مي شود به اين ترتيب نور به هر نقطه اي كه در جهت تابش مستقيم آن نمي باشد منتقل مي شود.
امتياز اين نور كه موجبات رشد سريع به كار گيري وتوجه زياد به اين فناوري شده است اين است كه فاقد الكتريسيته گرما وتشعشات خطرناك ماوراء بنفش بوده (نور خالص وبي خطر )وديگر اينكه با اين فناوري مي شود نور روز (بدون گرما واشعه هاي ماوراء بنفش )را هم به دلخل ساختمان ها ونقاط غير قابل دسترس به نور خورشيد منتقل كرد.
يك فيريزبي (وسيله‌ي تفريحي) درخشان بوسيله‌ي فيبر نوري
فن آوري ساخت فيبرهاي نوري
براي توليدفيبر نوري، نخست ساختار آن در يم ميله شيشه اي موسوم به پيش سازه از جنس سيليكا ايجاد مي گردد وسپس در يك فرايند جدا گانه اين ميله كشيده شده تبديل به فيبر مي شود. از سال 1970روش هاي متعددي براي ساخت انواع پيش سازه ها به كار رفته است كه اغلب آنها بر مبناي رسوب دهي لايه هاي شيشه اي در داخل يك لوله به عنوان پايه قرار دارند.
روش هاي ساخت پيش سازه
روش هاي فرايند بخار براي ساخت پيش سازه فيبرنوري را مي توان به سه دسته تقسيم كرد:
1. رسوب دهي داخلي در فاز بخار
2. رسوب دهي بيروني در فاز بخار
3. رسوب دهي محوري در فاز بخار
مواد لازم در فرآيند ساخت پيش سازه
تتراكلريد سيليكون: اين ماده براي تامين لايه هاي شيشه اي در فرايند مورد نياز است.
تتراكلريد ژرمانيوم:اين ماده براي افزايش ضريب شكست شيشه در ناحيه مغزي پيش سازه استفاده مي شود.
اكسي كلريد فسفريل:براي كاهش دماي واكنش در حين ساخت پيش سازه، اين مواد وارد واكنش مي شود.
گاز هليم:براي نفوذ حرارتي وحباب زدايي در حين واكنش شيميايي در داخل لوله مورد استفاده قرار مي گيرد.
گاز كلر:براي آب زدايي محيط داخل لوله قبل از شروع واكنش اصلي مورد نياز است.
مراحل ساخت
مراحل صيقل گرمايشي:پس ازنصب
لوله با عبور گازهاي كلر واكسيژن، در دماي بالاتر از1800درجه سلسيوس لوله صيقل داده مي شود تا بخار آب موجود در جدار دروني لوله پايه خورده مي شود تا نا همواري ها وترك هان سطحي بر روي جدار داخله لوله ازبين بروند.
لايه نشاني ناحيه غلاف:در مرحله لايه نشاني غلاف، ماده تتراكلريد سيليسيوم واكسي كلريد فسفريل به حالت بخار به همراه گا
زهاي هليم وفرئون وارد لوله شيشه اي مي شوند ودر حالتي كه مشعل اكسي هيدروژن با سرعت تقريبي 120تا200ميلي متر در دقيقه در طول لوله حركت مي كند ودمايي بالاتر از 1900درجه سلسيوس ايجاد مي كند، واكنش هاي شيميايي زير به دست مي آيند.
ذرات شيشه اي حاصل از واكنش هاي فوق به علت پديده ترمو فرسيس كمي جلوتر ازناحيه داغ پرتاب شده وبر روي جداره داخلي رسوب مي كنند وبا رسيدن مشعل به اين ذرات رسوبي حرارت كافي به آنهااعمال مي شود به طوري كه تمامي ذرات رسوبي شفاف مي گردند وبه جدار باخلي لوله چسبيده ويكنواخت مي شوند. بدين ترتيب لايه هاي شيشه اي مطابق با طراحي باتركيب در داخل لوله ايجاد مي گردند ودر نهايت ناحيه غلاف را تشكيل مي دهند.
مفاهيم اصلي در فيبرهاي نوري
يك فيبر نوري از يك موجبر استوانه ايي عايق ساخته شده است كه نور درت طول محور آن در اثر باز تاب كلي داخلي پيش مي رود. آنچه در ساخت اين ابزار نوري مورد استفاده قرار مي گيرد، يك هسته مركزي است كه توسط غلاف پوشيده شده است.
براي محبوس كردن يك سيگنال در داخل هسته مي بايست ضريب شكست هسته از ضريب شكست غلاف آن بيشتر باشد با توجه به تفاوت بين ضريب شكست هسته وغلاف، انواع فيبر نوري به صورت زير تعريف مي شود:
1. فيبرهاي با ضريب شكست تدريجي
2. فيبرهاي با ضريب شكست پله ايي
ضريب شكست
ضريب شكست راهي براي اندازه گيري سرعت نور در محيط هاي مختلف است، همانطور كه مي دانيم سر عت نور در خلا بيشتر از ساير محيط ها است وبرابر 300ميليون متر در هر ثانيه است. ضريب شكست از تقسيم سرعت نور در خلا بر سرعت نور در هر محيط مورد نظر ديگر بدست مي آيد.
مقدار ضريب شكست در خلا 1تعريف مي شود، مقدار عددي ضريب شكست در غلاف فيبر نوري برابر 46/1است ومقدار آن براي هسته فيبر نوري برابر 48/1است، بيشترين ضريب شكست را محيطي دارد كه سدعت نور در آن از ساير محيط ها كمتر است
باز تاب داخلي كلي
هنگامي كه نور به مرز يك محيط چگاكلي مي شود. اين روش در ساختار فيبر هاي نوري براي محصور كردن نور در هسته بكار مي آيد.
نوردر طي يك فيبر نوري با توان بالا، حركت رلت وبر گشتي در بين دو مرز را ادامه مي دهد. نور تنها در صورتي مي تواند وارد فيبر نوري شود كه تحت زاويه خاصي به مرزهاي فيبر بتابد (بزرگتر از زاويه بحراني )كه اين زاويه، زاويه پذيرش فيبر نام دارد.
اندازه اين زاويه پذيرش با aمشخص مي
شود كه تابع تفاضل ضريب شكست هاي هسته وغلاف است. به بيان ساده تر، زاويه بيشينه ايي وجودداردكه در آن زاويه نور توان اين را دارد كه در طول هسته فيبر انتشار و گسترش پيدا كند، اين زاويه بيشينه گشودگي عددي (فيبر انتشار و گسترش پيدا كند، اين زاويه بيشينه گشودگي عددي(NA )ناميده مي شود.
فيبرهايي كه NA بزرگي دارند نياز به دقت زيادي در اتصال دو فيبر به هم ندارند، در صورتي كه فيبرهاي با بزرگي دارند نياز به دقت زيادي در اتصال دو فيبر به هم ندارند، در صورتي كه فيبرهاي با NA كوچكتر نيازمند دقت بيشتري هستند، فيبرهاي تك مد ازاين نوع فيبرها هستند.
فيبرهاي چند مدي
انتشار نور در طول يك فيبر نوري چند مد
شكل بالا انتشار يك ليزر كم توان را در يك ميله پلاستيكي نشان مي دهد، اين دقيقا نحوه عملكرد نور در يك فيبر نوري چند مد را نشان مي دهد.
فيبرهايي با ضخامت (قطر هسته)بيشتر از 10ميكرو متر توسط اپتيك هندسي مورد برر سي قرار مي گيرند، ازجمله اين فيبرها، فيبرهاي چند مد هستند.
در فيبرهاي چند مد با ضريب شكست پله اي، نور در طول هسته با بازتاب كلي داخلي پيش مي رود. هنگامي كه باريكه نور با زاويه اي بزرگتر از زاويه بحراني به مرز هسته غلاف بر خورد ميكند كاملا بازتاب رخ مي دهد. زاويه بحراني (كمينه زاويه مورد نياز براي باز تاب كلي)بوسيله تعيين اختلاف ضريب شكست هسته و غلاف قابل محاسبه است.
باريكه اي از نور كه با زاويه كمي به مرز برمورد مي كند ازهسته به داخل غلاف بازتاب نمي كند ونور در داخل فيبر هدايت نمي شود ودر نتيجه اطلاعلت هم انتقال نمي يابند زاويه بحراني در هر فيبر با زاويه پذيرش تعريف مي شود كه اغلب به اندازه گشودگي عددي گزارش مي شود.
گشودگي عددي زياد سبب مي شود كه نور در طول فيبر نوري كمتر در نزديكي محور انتشار پيدا كند ودر جهات وزاويه هاي مختلف انتشار يابد. همچنين گشودگي عددي زياد باعث افزايش پراكندگي هاي نور از زاويه هاي مختلف مي شود وهر باريكه در زمان هاي مختلف فيبر را مي پيمايند. بنا بر اين گشودگي عددي ك
متر مناسب تر است.
انواع فيبر نوري
در فيبرهاي چند مد باضريب شكست تدريجي، ضريب شكست هسته مدام بين محور وغلاف تغيير مي كند وعلت اين تغيير، خم شدن نور در هنگام نزديكي باريكه نور به غلاف است كه سريع تر از بازتاب ازمرز هسته غلاف صورت مي گيرد.
فيبر نوري تك مدي
ضخامت لايه هاي تشكيل دهنده آن نشان داده شده است. در اين فيبرهاي نوري كه ضخامت هسته، نها حدود ده برابر كمتر از طول موج انتشار نور است نمي توان مدل مورد استفاده در اپتيك هندسي را بكار برد.ستفاده از ساختار الكترو مغناطيسي مورد بررسي قرار داد وراه حل هايي با استفاده از حل معادلات موج ماكسول براي كاستن معادلات موج الكترو مغناطيسي ارائه داد.
همچنين بررسي هاي الكترو مغناطيسي، منجر به فهم برخي از واقعيت ها همچون نقطه نوراني ناشي از انتشار نور همدوس در فيبرهاي چند مد مي شود.
بررسي هاي انجام شده در موجبر ها نشان مي دهد كه انرژي نوراني كاملا در هسته محبوس نمي شود ودر عوض در فيبرهاي تك مد بخش مهمي از انرژي مانند موجي ناپايدار به ناحيه مرز غلاف مي رود.
اغلب فيبرهاي تك مد ضخامتي حدود 10-8ميكرو دارند وبراي محدوده مادون قرمز طراحي شده اند. طرز ساخت فيبرها بر اساس طول موج نوري است كه از آن عبور خواهد كرد، بنابر اين اين فيبر ها تعداد كمي از مدهاي اضافي در محدوده نور مرئي را پشتيباني مي كنند.
در مقايسه با فيبرهاي تك مد، فيبرهاي چند مد با ضخامت هسته ايي بين 100-50ميكرو متر توليد مي شوند. همچنين فركانس به هنجار شده براي اين فيبرها بايد ازتابع بسل كمتر باشد. (تقريبا 405/2)
فيبرهاي تك منظوره
فيبرهاي نوري تك منظوره هسته اي غير استوانه اي دارند واز يك لايه غلاف تشكيل شده اند ومعمولا شكل مقطع عرضي آنها بيضي شكل يا مستطيل شكل است.
در ساختار برخي ازسفيبرهاي نوري از خاصيت پراش، براي عبور نور از داخل هسته، بجاي باز تابش كلي استفاده مي شود؛از خاصيت اين فيبرها مي توان بطور گسترده ايي استفاده كرد.
پي آمدهاي سودمند
فيبر هاي كاربردي معمولا با يك محافظ از جنس زرين پوشانده مي شوند وسپس از روي آن يك غلاف پلاستيكي دور تا دور آن را مي پوشاند اين لايه هاي اضافي كه براي استحكام فيبرها از آنها استفاده مي شود، هيچ نقشي در عمل كرد فيبرها براي هدايت امواج ندارند. در مجموعه فيبرهاي صلب از شيشه اي استفاده مي شود كه باعث جذب نور شده واجازه نمي دهد كه نور از يك فيبر به فيبر ديگر عبور كند. كابل هاي فيبر ن
وري كه به تازگي ساخته شدهاند در پوشش ها وغلاف هاي متنوعي، براي كاربردهاي مختلفي طراحي شده اند كه ازآن جمله استفاده در :هدايت زير زميني اطلاعات، جدا سازي سيم هاي ولتاژبالا، استفاده دو گانه بعنوان خط قدرت، جدا سازي مجراي سيم ها، نگهداري تيرك هاي تلفن، نصب تاسيسات زير دريايي و تعبيه در آسرا در نظر داشتند كه داراي كمترين تلفات وپاشندگي در طول موج 1. 3ميكرون بهره جستند وفيبري را طراحي كردند كه داراي ساختار نسبتا پيچيده تري بود. در عمل با تغييراتي در پروفايل ضريب شكست فيبرهاي تك مد از نسل دوم، كه حداقل پا شندگي آن در محدوده 1. 3ميكرون قرار داشت به محدوده 55-1 ميكرون انتقال داده شد و بدين ترتيب فيبر نوري با ماهيت متفاوتي موسوم به فيبر دي . اس . اف .
اتصال و پيوند:
نحوه اتصال فيبرهاي نوري بوسيله رابط هاي فيبر نوري امكان پذير است، اين رابط ها معمولا از نوع استاندارد، fc، sc، st، يا mtrjهستند. فيبر هاي نوري بوسيله رابط ها وپيورند دهنده ها به يكديگر متصل مي شوند و از اتصال متوالي هر دو فيبر نوري به طريقي كه گفته شد موجبر هاي نوري پديد مي آيند يكي از روش هاي پذيرفته شده در اتصال فيبر هاي نوري به يكديگر، روش اتصالي همجوشن جرقه ايي است. در اين روش دو انتهاي فيبرهايي را كه نياز دارند به هم متصل شوند را بوسيله جرقه الكتريكي ذوب مي كنند وبه يكديگر متصل مي كنند. براي سريع تر شدن اين كار، ازماشين هاي خودكار در اين اتصالات استفاده مي كنند.
اتصال همجوشي بوسيله دستگاه ويژه اي انجام مي پذيرد كه در زير در مورد عملكرد، آن توضيح داده شده است:دو فيبر وكابلي را كه قرار است به يكديگر متصل شوند را از دو انتها در داخل هم قرار نمي دهند وروكش محافظ پليمري داخل آنها با دقت زيادي قطع كرده وبطور عمودي در داخل دستگاه اتصال دهنده قرار مي دهند. در تمام مدت اتصال، اين فرايند بوسيله صفحات نمايشگري تحت نظارت است وتمامي مراحل از ابتدا
تا انتها مورد بازر سي قرارنمي گيرد.
دستگاه اتصال دهنده فيبر هاي نوري از موتورهاي كوچكي كه دو به دو مقابل هم قرار گرفته اند تشكيل شده است، اين موتورها در فضاي خالي بين دو الكترود از خود جرقه هايي را ساتع مي كنند كه انرژي اين كار را ازمواد اوليه ايي چون
گوگردي ورطوبت بدست مي آورند.
