مقاله در مورد فیبر نوری

بخشی از مقاله

فيبر نوري

بعد از اختراع ليزر در سال 1960 ميلادي، ايده بكارگيري فيبر نوري براي انتقال اطلاعات شكل گرفت .خبر ساخت اولين فيبر نوري در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با تضعيفي برابر با اعلام شد كه عملا درانتقال اطلاعات مخابراتي قابل استفاده نبود تا اينكه در سال 1976 با كوشش فراوان محققين تلفات فيبر نوري توليدي شديدا كاهش داده شد و به مقدار رسيد كه قابل ملاحظه با سيم هاي كوكسيكال مورد استفاده در شبكه مخابرات بود.

در ايران در اوايل دهه 60 ، فعاليت هاي تحقيقاتي در زمينه فيبر نوري در مركز تحقيقات منجر به تاسيس مجتمع توليد فيبر نوري در پونك تهران گرديدو عملا در سال 1373 توليد فيبرنوري با ظرفيت 50.000 كيلومتر در سل در ايران آغاز شد.فعاليت استفاده از كابل هاي نوري در ديگر شهرهاي بزرگ ايران شروع شد تا در آينده نزديك از طريق يك شبكه ملي مخابرات نوري به هم متصل شوند

.
فيبرنوري يك موجبر استوانه اي از جنس شيشه (يا پلاستيك) كه دو ناحيه مغزي وغلاف با ضريب شكست متفاوت ودولايه پوششي اوليه وثانويه پلاستيكي تشكيل شده است . بر اساس قانون اسنل براي انتشار نور در فيبر نوري شرط : مي بايست برقرار باشد كه به ترتيب ضريب شكست

هاي مغزي و غلاف هستند . انتشار نور تحت تاثير عواملي ذاتي و اكتسابي ذچار تضعيف مي شود. اين عوامل عمدتا ناشي از جذب ماوراي بنفش ، جذب مادون قرمز ،پراكندگي رايلي، خمش و فشارهاي مكانيكي بر آنها هستند . منحني تغييرات تضعيف برحسب طول موج در شكل زير نشا ن داده شده است.
فيبرهاي نوري نسل سوم

طراحان فيبرهاي نسل سوم ، فيبرهايي را مد نظر داشتند كه داراي حداقل تلفات و پاشندگي باشند. براي دستيابي به اين نوع فيبرها، محققين از حداقل تلفات در طول موج 55/1 ميكرون و از حداقل پاشندگي در طول موج 3/1 ميكرون بهره جستند و فيبري 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 پاشندگي ان در محدوده 3/1 ميكرون قرار داشت ، به محدوده 55/1 ميكرون انتقال داده شد و بدين ترتيب فيبر نوري با ماهيت متفاوتي موسوم به فيبر دي.اس.اف ساخته شد.

كاربردهاي فيبر نوري
الف)كاربرد در احساسگرها

استفاده از احساسگرهاي فيبر نوري براي اندازه گيري كميت هاي فيزيكي مانندجريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي فشار،حرارت ،جابجايي،آلودگي آبهاي دريا سطح مايعات ،تشعشعات پرتوهاي گاماوايكس در سال هاي اخير شروع شده است . در اين نوع احساسگرها ، از فيبر نوري به عنوان عنصر اصلي احساسگر بهره گيري مي شود بدين ترتيب كه خصوصيات فيبر تحت ميدان كميت مورد اندازه گيري تغيير يافته و با اندازه شدت كميت تاثير پذير مي شود.
ب)كاربردهاي نظامي

فيبرنوري كاربردهاي بي شماري در صنايع دفاع دارد كه از آن جمله مي توان برقراري ارتباط و كنترل با آنتن رادار، كنترل و هدايت موشك ها ، ارتباط زير دريايي ها (هيدروفون) را نام برد .

ج)كاربردهاي پزشكي

فيبرنوري در تشخيص بيماري ها و آزمايش هاي گوناگون در پزشكي كاربرد فراوان دارد كه از آن جمله مي توان دزيمتري غدد سرطاني ، شناسايي نارسايي هاي داخلي بدن،جراحي ليزري فاستفاده در دندانپزشكي و اندازه گيري مايعات و خون نام برد .
فن آوري ساخت فيبرهاي نوري
براي توليد فيبر نوري ، ابتدا ساختار آن در يك ميله شيشه اي موسوم به پيش سازه از جنس سيليكا ايجادمي گردد و سپس در يك فرايند جداگانه اين ميله كشيده شده تبديل به فيبرمي گردد . از سال 1970 روش هاي متعددي براي ساخت انواع پيش سازه ها به كار رفته است كه اغلب آنها بر مبناي رسوب دهي لايه هاي شيشه اي در اخل يك لوله به عنوان پايه قرار دارند .

روشهاي ساخت پيش سازه

روش هاي فرايند فاز 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

مباني فيبرنوري

فيبر نوري يكي از محيط هاي انتقال داده با رعت 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 بمنظور ارسال سيگنال هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.

يك فيبر نوري از سه بخش متفاوت تشكيل شده است :

• هسته (Core) . هسته نازك شيشه اي در مركز فيبر كه سيگنا ل هاي نوري در آن حركت مي نمايند.

• روكش (Cladding) . بخش خارجي فيبر بوده كه دورتادور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نورمنعكس شده به هسته مي گردد.

• بافر رويه (Buffer Coating) . روكش پلاستيكي كه باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير ، است .

صدها و هزاران نمونه از رشته هاي نوري فوق در دسته هائي سازماندهي شده و كابل هاي نوري را بوجود مي آورند. هر يك از كلاف ه

اي فيبر نوري توسط يك روكش هائي با نام Jacket محافظت مي گردند. فيبر هاي نوري در دو گروه عمده ارائه مي گردند:

• فيبرهاي تك حالته (Single-Mode) . بمنظور ارسال يك سيگنال در هر فيبر استفاده مي شود( نظير : تلفن )

• فيبرهاي چندحالته (Mu

lti-Mode) . بمنظور ارسال چندين سيگنال در يك فيبر استفاده مي شود( نظير : شبكه هاي كامپيوتري)

فيبرهاي تك حالته داراي يك هسته كوچك ( تقريبا" 9 ميكرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور ليزري مادون قرمز ( طول موج از 1300 تا 1550 نانومتر) مي باشند. فيبرهاي چند حالته داراي هسته بزرگتر ( تقريبا" 5 / 62 ميكرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED مي باشند.

سيستم رله فيبر نوري
سيتستم رله فيبر نوري از عناصر زير تشكيل شده است :
• فرستنده . مسئول توليد و رمزنگاري سيگنال هاي نوري است .
• فيبر نوري مديريت سيكنال هاي نوري در يك مسافت را برعهده مي گيرد.
• بازياب نوري . بمنظور تقويت سيگنا ل هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي گردد.
• دريافت كننده نوري . سيگنا ل هاي نوري را دريافت و رمزگشائي مي نمايد.
در ادامه به بررسي هر يك از عناصر فوق خواهيم پرداخت .
فرستنده

وظيفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه كشتي ناو فرستنده پيام است . فرستنده سيگنال هاي نوري را دريافت و دستگاه نوري را بمنظور 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 بمنظور تمركز نور در فيبر باشد. ليزرها داراي توان بمراتب بيشتري نسبت به LED مي باشند. قيمت آنها نيز در مقايسه با LED بمراتب بيشتر است . متداولترين طول موج سيگنا ل هاي نوري ، 850 نانومتر ، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر است .

بازياب ( تقويت كننده ) نوري

همانگونه كه قبلا" اشاره گرديد ، برخي از سيگنال ها در موارديكه 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 بمنظور تقويت ( بالا بردن ) سيگنا ل هاي نوري تضعيف شده از يك ي

ا چندين " تقويت كننده نوري " استفاده مي گردد. تقويت كننده نوري از فيبرهاي نوري متععدد بهمراه يك روكش خاص (doping) تشكيل مي گردند. بخش دوپينگ با استفاده از يك ليزر پمپ مي گردد . زمانيكه 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 قويتر با همان خصايص سيگنال ورودي تضعيف شده ، خواهند بود.( تقوي

ت 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 رمزگشائي ، سيگنا ل 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.

مزاياي فيبر نوري
فيبر نوري در مقايسه با سيم هاي هاي مسي داراي مزاياي زير است :
• ارزانتر. هزينه چندين كيلومتر كابل نوري نسبت به سيم هاي مسي كمتر است .
• نازك تر. قطر فيبرهاي نوري بمراتب كمتر از سيم هاي مسي است .
• ظرفيت بالا. پهناي باند فيبر نوري بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بيشتر از سيم مسي است .
• تضعيف ناچيز. تضعيف سيگنال در فيبر نوري بمراتب 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
خواهند داشت .
• مصرف برق پايين . با توجه به سيگنال ها در فيبر نوري كمتر ضعيف مي گردند ، بنابراين مي توان از فرستنده هائي با ميزان برق مصرفي پايين نسبت به فرستنده هاي الكتريكي كه از ولتاژ بالائي استفاده مي نمايند ، استفاده كرد.
• سيگنال هاي ديجيتال . فيبر نور ي مناسب بمنظور 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 بمراتب 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 مزايايكامپيوتري و يا مخابرات ازراه دور در مقياس وسيعي از فيبر نوري استفاده مي نمايند.
معايب فيبر نوري:
• اين نوع رسانه براي شبكه هاي معمولي و كوچك بسيار پر هزينه است.
• نصب فيبر هاي نوري كاري دشوار است.
• براي نصب فيبرهاي نوري و تجهيزات آن به افراد متخصص نياز است. اما در نصب سيمهاي مسي تقرريبا اكثر افرادي كه آشنايي كمي در اين زمينه دارند ميتوانند آنها را نصب كنند.
• تجهيزات مود نياز براي فيبرهاي نوري نسبت به سيمهاي مسي بسيار گران تر است.
• براي نصب فيبر هاي نوري دقت بسيار زيادي مورد نياز است. حتي براي قطع كردن آن. زيرا در اين صورت زاويه شكست نور تغيير مي كند و روند انتقال داده ها دچار اختلال مي شود.
• يكي از اصلي ترين اشكالات فيبر هاي نوري شكننده بودن فيبر داخل كابل است. در صورت خم كردن بيش از اندازه سيم، فيبر مورد نظر شكسته و ديگر آن كابل به در د نمي خورد. در صورتي كه سيمهاي مسي را هر چقدر كه دوست داريد ميتوانيد تا كنيد.

فيبر نوري چيست؟
ساختار فني آن چگونه است و از چه موادي ساخته مي‌شود؟
فيبر نوري يکي از محيط‌هاي انتقال هدايت شده است که در مخابرات مورد استفاده قرار مي‌گيرد. محيط انتقال، جايي بين فرستنده و گيرنده است. وقتي پيامي مانند ديتا، تصوير، صدا و يا فيلم قرار است انتقال داده شود نياز به محيط انتقالي مثل فضاي آزاد که ارتباط «وايرلس»بي‌سيم را شامل

مي‌شود، خط دوسيمه تلفني، کابل کواکسيال و يا فيبرنوري است. در حقيقت مي‌توان گفت از نظر ساختاري فيبر نوري يک موج‌ بر استوانه‌اي از جنس شيشه يا پلاستيک است که از دو ناحيه مغزي و غلات يا هسته و پوسته با ضريب شکست متفاوت و دولايه پوششي

اوليه و ثانويه پلاستيکي تشکيل شده است فيبرنوري از امواج نور براي انتقال داده‌ها از طريق تارهاي شيشه يا پلاستيک بهره مي‌گيرد. هرچند استفاده از هسته پلاستيکي هزينه ساخت را پايين مي‌آورد، اما کيفيت شيشه را ندارد و بيشتر براي حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار مي‌رود. مغز و غلاف يا هسته و پوسته با هم يک رابط بازتابنده را تشکيل مي‌دهند.