فیبر نوری، فیبر نوری یا تار نوری رشته‌ای نازک و بلند از یک ماده شفاف مانند شیشه یا پلاستیک است و یکی از مهمترین تجهیزات شبکه محسوب می شود که می‌تواند نور ورودی به آن را از یک سر به سر دیگر منتقل کند. فیبر نوری پهنای باند بسیار بالاتری نسبت به کابل های معمولی دارد، با فیبر نوری می توانید به راحتی داده های تصویر، صدا و سایر داده ها را با پهنای باند بالا تا 10 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر منتقل کنید. امروزه ارتباطات فیبر نوری به دلیل پهنای باند بیشتر نسبت به کابل های مسی و تاخیر کمتر در مقایسه با ارتباطات ماهواره ای، یکی از مهم ترین وسایل انتقال اطلاعات است.
ساختار فیبر نوری و انواع آن
فیبر نوری، فیبر نوری نوعی کابل شبکه است که معمولاً از دی اکسید سیلیکون ساخته شده است برای انتقال داده ها از طریق نور لیزر استفاده می شود. یک کابل فیبر نوری با قطر کمتر از یک اینچ از مجموعه ای از این فیبرها تشکیل شده است و می تواند صدها هزار تماس صوتی را حمل کند. فیبرهای نوری تجاری ظرفیت های 2.5 گیگابیت بر ثانیه تا 10 گیگابیت بر ثانیه را ارائه می دهند. فیبر نوری از چندین لایه ساخته شده است. درونی ترین لایه هسته نام دارد. هسته معمولاً از یک رشته شیشه خالص بسیار بازتابنده تشکیل شده است. هسته در برخی از کابل ها از پلاستیک بسیار بازتابنده ساخته شده است که هزینه های ساخت را کاهش می دهد.
با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای انتقال داده ها در فواصل کوتاه استفاده می شود. در اطراف هسته، قسمت پوسته قرار دارد که از شیشه یا پلاستیک ساخته شده است. هسته و پوسته با هم یک رابط انعکاسی را تشکیل می دهند که باعث می شود نور در هسته خم شود تا از سطحی به مرکز هسته باز بتابد، جایی که این دو ماده به هم می رسند. این فرآیند بازتاب نور به سمت مرکز هسته را بازتاب داخلی کل می نامند. در فیبر نوری معمولی قطر هسته و پوسته با هم حدود 125 میکرون (هر میکرون یک میلیونیم متر) است که به اندازه یک موی انسان است.
بسته به سازنده، چندین لایه محافظ، از جمله پوششی که معمولاً از پلاستیک ساخته شده است، احاطه شده است. یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می دهد. این لایه کل کابل را نگه می دارد که می تواند شامل صدها فیبر نوری مختلف باشد. قطر کابل معمولی کمتر از یک اینچ است. برای ساخت فیبر نوری ابتدا ساختار آن در یک میله شیشه ای به نام پیش ساختار سیلیس ایجاد می شود و سپس در فرآیندی جداگانه این میله کشیده به فیبر تبدیل می شود. از سال 1970 روش های مختلفی برای ساخت انواع پیش سازه ها استفاده شده است که بیشتر آنها بر اساس رسوب لایه های شیشه ای در داخل یک لوله به عنوان پایه است.
فیبرهای نوری به دو دسته تقسیم می شوند: تک حالته یا سینگل مود، چند حالته یا مالتی مود. فیبر تک حالته یک سیگنال نوری را در یک زمان ارسال می کند. (مثل گوشی)، فیبر چند حالته می تواند صدها حالت نور را به طور همزمان منتقل کند. (مانند شبکه های کامپیوتری). فیبرهای تک حالته هسته کوچکی دارند (حدود 9 میکرون قطر) و قادر به انتشار نور لیزر مادون قرمز (طول موج 1300 تا 1550 نانومتر) هستند.
فیبرهای چند حالته هسته بزرگتری دارند (قطر حدود 62.5 میکرون) و قادر به انتقال نور مادون قرمز از طریق LED هستند. فیبر نوری تک حالته در پهنای باند وسیع و فواصل طولانی و چند حالته در فواصل کوتاه استفاده می شود، بنابراین به طور کلی می توان گفت که برای مسافت های ۲ کیلومتری از چند حالته و برای مسافت های بیشتر از ۲ کیلومتر از تک حالت استفاده می شود.
یک سیستم فیبر نوری از این اجزا تشکیل شده است: فرستنده: سیگنال های نوری تولید می کند و آنها را به گونه ای رمزگذاری می کند که برای انتقال مناسب باشند. فیبر نوری: وسیله ای برای انتقال سیگنال به صورت پالس های نوری. گیرنده نوری: پالس نور ارسالی (سیگنال) را دریافت کرده و آن را برای استفاده مناسب رمزگشایی می کند. تقویت کننده نوری: انتقال اطلاعات در فواصل طولانی ضروری است. امروزه مخابرات و شبکه های کامپیوتری به یکی از مهم ترین حوزه های زیرساختی برای همه کشورها تبدیل شده است و در این زمینه سرعت شبکه ها بیش از گذشته اهمیت پیدا کرده است. با اختراع فیبر نوری، پیشرفت عمده ای در افزایش سرعت انتقال اطلاعات تلفن تحت شبکه ایجاد شد.
کاربرد فیبر نوری
فیبر نوری، فیبر نوری توسط شرکت های مخابراتی برای انتقال سیگنال های تلفن، ارتباطات اینترنتی و سیگنال های تلویزیون کابلی استفاده می شود. همچنین در صنایع دیگری مانند پزشکی، دفاعی، دولتی، صنعتی و تجاری نیز کاربرد دارد. علاوه بر اهداف مخابراتی، استفاده از فیبر نوری در سایر صنایع نیز غیرقابل انکار است. به عنوان مثال، از آن به عنوان راهنمای نور، ابزار تصویربرداری، لیزر، هیدروفون برای امواج لرزه ای، ردیاب آوایی و به عنوان سنسور برای اندازه گیری فشار و دما استفاده می شود. کاربرد در مخابرات: یکی از رایج ترین کاربردهای فیبر نوری، انتقال اطلاعات توسط نور لیزر است.
کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه گیری کمیت های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، گرما، جابجایی، آلودگی آب دریا، سطح مایع، تابش گاما و اشعه ایکس در سال های اخیر آغاز شده است. در این نوع سنسورها از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر استفاده می شود به گونه ای که خواص فیبر تحت میزان میدان اندازه گیری شده تغییر می کند و تحت تاثیر میزان شدت قرار می گیرد. کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی شماری در صنایع دفاعی دارد که از آن جمله می توان به ارتباطات و کنترل با آنتن های رادار، کنترل و هدایت موشک ها، ارتباطات زیردریایی (هیدروفون) اشاره کرد.
کاربردهای پزشکی: فیبر نوری به طور گسترده در تشخیص بیماری ها و آزمایشات مختلف در پزشکی از جمله دزیمتری غدد سرطانی، شناسایی عیوب داخلی بدن، جراحی لیزر، استفاده در دندانپزشکی و اندازه گیری مایعات و خون استفاده می شود. فیبرهای نوری نیز در دستگاه هایی به نام آندوسکوپ استفاده می شوند تا به نای، مری، روده ها و مثانه فرستاده شوند و داخل بدن انسان به طور مستقیم قابل مشاهده است. کاربرد فیبر نوری در نورپردازی: از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم به عنوان یک فناوری نورپردازی رایج شد و در چند سال اخیر قرن پیشرفت و رشد زیادی داشت، کاربرد آن در سیستم های روشنایی است.
در این فناوری نور از منبع نوری که می تواند نور مصنوعی (لامپ الکتریکی) یا نور طبیعی (نور خورشید) باشد وارد فیبر نوری شده و به نقطه مصرف منتقل می شود. به این ترتیب نور به هر نقطه ای که در جهت تابش مستقیم آن نباشد، منتقل می شود. مزیت این نور که باعث رشد سریع کاربرد و توجه زیاد به این فناوری شده است، نداشتن برق، گرما و تشعشعات خطرناک فرابنفش (نور خالص و ایمن) است و نکته دیگر اینکه با این فناوری تبدیل به نور روز (بدون گرما و اشعه ماوراء بنفش) می شود. همچنین می توان در داخل ساختمان ها و مکان های غیرقابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.
نحوه ی کار، معایب و مزایای فیبر نوری
فیبر نوری، فیبر نوری داده ها را به شکل ذرات حمل می کند. نام هر ذره ای که در فیبر نوری حرکت می کند فوتون است. فوتون ها از طریق کابل نوری حرکت می کنند و از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل می شوند. هنگامی که سیگنال های نوری در داخل کابل فیبر نوری حرکت می کنند، در واقع از سطح هسته و غلاف منعکس می شوند و به صورت زیگزاگ در طول کابل فیبر نوری حرکت می کنند. بهتر است بدانید که سیگنال های نوری 30 درصد کندتر از نور در فیبر نوری حرکت می کنند. زیرا لایه های شیشه دارای چگالی هستند که اجازه نمی دهد سیگنال ها سریعتر حرکت کنند. اما در هر شرایطی سرعت سیگنال های فیبر نوری چندین برابر سیگنال های الکتریکی در کابل های مسی است.
به طور کلی، یک سیستم ارتباطی فیبر نوری از سه بخش تشکیل شده است: فرستنده نوری، کابل فیبر نوری و گیرنده نوری. فرستنده، سیگنال الکتریکی دریافتی را به سیگنال نوری تبدیل می کند. فیبر نوری که در انواع مختلف و برای عملکردهای مختلف وجود دارد وظیفه انتقال سیگنال نوری و رساندن آن به گیرنده را بر عهده دارد. گیرنده نوری نیز سیگنال را دریافت کرده و آن را به سیگنال الکتریکی برای خواندن تبدیل می کند. رایج ترین فرستنده های نوری مورد استفاده در این سیستم انتقال، دستگاه های نیمه هادی مانند LED و دیودهای لیزری هستند. در رابطه با گیرنده ها باید گفت که فتودیکتور به عنوان قسمت اصلی و کلیدی آن شناخته می شود. با کمک این قسمت سیگنال نوری تقویت شده و به الکتریسیته تبدیل می شود.
مزایای فیبر نوری: فیبرهای نوری نازک و غیر قابل اشتعال هستند و در مقایسه با کابل های برق، کابل های نوری بسیار سبک وزن و انعطاف پذیری بیشتری دارند. این نوع کابل ها ظرفیت انتقال بالایی دارند و می توانند صدها هزار کانال تلفن را با استفاده از بخش کوچکی از ظرفیت تئوری حمل کنند. علاوه بر این، با تلفات کمتر، در مصرف برق صرفه جویی می کند و امکان انتقال اطلاعات تا ده ها کیلومتر را بدون تقویت سیگنال فراهم می کند. با توجه به نرخ های انتقال بزرگی که می توان به دست آورد، هزینه هر بیت ارسالی می تواند بسیار کم باشد. در نتیجه استفاده از این کابل ها مقرون به صرفه است. کابل های نوری بسیار بهتر از کابل های مسی کواکسیال هستند و به همین دلیل است که کابل های نوری برای رسانه های انتقال معمولی ترجیح داده می شوند.
در کنار مزایای ذکر شده برای کابل فیبر نوری، ذکر معایب فیبر نوری نسبت به کابل های مسی مفید خواهد بود و به شناخت کاملتر این نوع کابل کمک شایانی می کند. برخی از معایب و مشکلات اصلی فیبر نوری: منابع ساطع کننده نور به توان کم محدود می شوند. در واقع، اگرچه برای بهبود منبع تغذیه، امکان دسترسی به ساطع کننده های پرقدرت وجود دارد، اما این نیاز به پول بیشتری دارد که ضروری نیست. باید فاصله کمی بین فرستنده و گیرنده وجود داشته باشد، کابل های فیبر نوری در گذشته به عنوان شکننده تر و آسیب پذیرتر از کابل های مسی معمولی معرفی شده اند. توصیه می شود هنگام کار با فیبر نوری مراقب باشید. خم شدن یا پیچاندن کابل فیبر نوری به آن آسیب جدی وارد می کند. در مقایسه با کابل مسی، هزینه کلی کابل فیبر نوری بالاتر است.
سخن پایانی در رابطه با فیبر نوری
فیبر نوری، فیبر نوری وسیله ای برای انتقال نور است که ساختار خاصی دارد و اجزای آن شامل سه قسمت کلی هسته، روکش و بافت رویه است. فیبر نوری جایگزین کابل های مسی شد. یعنی کاری که توسط کابل های مسی انجام می شد و انتقال اطلاعات این بار توسط فیبر نوری انجام می شد. فیبر نوری که از الیاف شیشه ای بسیار نازک ساخته شده است که قطر هر یک از این الیاف نزدیک به قطر موی انسان است. این سیم ها در کلاف ها قرار می گیرند و کابل های نوری ایجاد می کنند. که این کابل های نوری به عنوان راهنمای نور عمل می کنند که وظیفه آن انتقال نور از یک سر به سر دیگر است.
فیبر نوری توسط شرکت های مخابراتی برای انتقال سیگنال های تلفن، ارتباطات اینترنتی و سیگنال های تلویزیون کابلی استفاده می شود. همچنین در صنایع دیگری مانند پزشکی، دفاعی، دولتی، صنعتی و تجاری نیز کاربرد دارد. علاوه بر اهداف مخابراتی، استفاده از فیبر نوری در سایر صنایع نیز غیرقابل انکار است. به دلیل تضعیف و تداخل کمتر، فیبر نوری نسبت به سیم مسی در کاربردهای طولانی و پهنای باند بالا مزایایی دارد. با این حال، توسعه زیرساخت ها در داخل شهرها نسبتاً دشوار و زمان بر است و نصب سیستم های فیبر نوری می تواند پیچیده و پرهزینه باشد.
برای اطمینان از کیفیت انتقال فیبر نوری، به طور کلی تجهیزات خاصی مورد نیاز است. به عنوان مثال، تجهیزاتی مانند OTDR، پروب های نوری و متر برق که تجهیزات گران قیمت و تخصصی شناخته می شوند، برای نصب و راه اندازی کابل فیبر نوری در اکثر نقاط پایانی فیبر مورد نیاز هستند. برای انتخاب مناسب کابل فیبر نوری باید به صلاحیت سازنده، حالت فیبر، نوع پوشش، ساختار و … توجه کنید. امروزه استفاده از کابل فیبر نوری در شبکه های ارتباطی شتاب زیادی پیدا کرده است. مجموعه ایمن ارتباط از شما عزیزان می خواهد برای مشاهده و خرید تلفن تحت شبکه و کابل فیبر نوری به آدرس اینترنتی این شرکت مراجعه نمایید.
سوالات متداول
چرا کابل های فیبر نوری نسبت به کابل های کواکسیال و زوج به هم تابیده گرانتر هستند؟
کابل های فیبر نوری به دلیل سرعت بالا در انتقال داده ها، پشتیبانی از فواصل طولانی تر، حفظ امنیت بالای اطلاعات، قابلیت اطمینان بیشتر، طراحی نازک و سبک تر، گران تر از سایر کابل ها هستند.
مزیت استفاده از کابل فیبر نوری چیست؟
کابل‌های فیبر نوری سریع‌ترین نوع کابل شبکه موجود هستند که می‌توانند داده‌ها را تا سرعت ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه انتقال دهند. آنها همچنین در برابر تداخل الکترومغناطیسی مقاوم هستند و برای استفاده در محیط های با نویز بالا ایده آل هستند.
آیا می توان کابل فیبر نوری را جایگزین کابل زوج بهم تابیده کرد؟
کابل فیبر نوری سرعت بسیار بالایی در انتقال داده دارد و به همین دلیل از قیمت بالاتری نسبت به سایر کابل های شبکه برخوردار است و برای استفاده در کاربردهای مخابراتی، نظامی و پزشکی طراحی شده است. در مواردی که یک کابل شبکه ساده پاسخگوی نیاز شبکه باشد، نیازی به استفاده از کابل فیبر نوری نیست.
فناوری FTTH چیست؟
FTTH یکی از مدل های ارتباطی فیبر نوری را ایجاد می کند که در آن از فیبر نوری برای ارائه خدمات محلی به کاربران نهایی که در خانه ها و شرکت ها هستند استفاده می شود. لازم به ذکر است که فناوری FTTH در حوزه مدیریت کسب و کار آزادی بیشتری را در اختیار کاربران خود قرار داده است به گونه ای که از طریق این فناوری دیگر فاصله به عنوان محدودیت و مانع تلقی نمی شود.