پنل‌های خورشیدی موج‌پیما
2016-05-28
ریل بادی
2016-05-30

آشنایی با تکنولوژی فیبر نوری

گردآورنده: آرمان محمدی
خرداد۹۵

مقدمه

   فیبر نوری چیست؟ فیبر نوری به رشته هایی بلند و نازک از شیشه با قطری در حدود یک تار موی انسان اطلاق می گردد و در دسته هایی به نام کابل نوری قرار گرفته و برای انتقال سیگنال های نوری در مسافت های طولانی مورد استفاده قرار می گیرد.

  اگر از نزدیک به یک فیبر نوری تکی نگاه کنیم، می بینیم که این فیبر شامل بخش های زیر است:

  • هسته: مرکز شیشه ای فیبر که نور از داخل آن گذر می کند.
  • روکش: ماده نوری بیرونی که هسته را احاطه کرده و نور را به داخل هسته بازتاب می دهد.
  • پوشش حایل: پوششی پلاستیکی که فیبر را از آسیب و رطوبت حفط می کند.

صدها هزار از این فیبرهای نوری در دسته هایی تحت عنوان کابل های نوری قرار داده می شوند. این دسته ها به وسیله پوشش خارجی کابل که به آن جکت (jacket) می گویند، محافظت می شوند.

فیبرهای نوری در دونوع موجود هستند:

  • فیبرهای تک حالته
  • فیبرهای چند حالته

fibr

شکل ۱- نمونه ای از فیبرهای نوری موجود در یک کابل

نحوه کار فیبر نوری

برای انتقال یک پرتو نوری از داخل یک محفظه مستقیم، با توجه به راستای حرکت مستقیم نور، مشکلی به وجود نخواهد آمد و پرتو نور به راحتی مسیر خود را می یابد. اما اگر این مسیر دارای خمش و انحنا باشد برای بازتاب نور باید در قسمت انحنایی، یک اینه قرار داده شود تا نور را مانند شکل زیر به ادامه مسیر منعکس کند.

ff

شکل ۲- چگونگی انعکاس داخلی نور در یک فیبر نوری

در فیبر نوری نور در طول هسته با جست و خیزی ثابت نسبت به پوشش فلزی داخلی (که نقش آینه را دارد) طبق قانونی به نام انعکاس داخلی مجموع، انتقال می یابد. به دلیل این که دیواره فلزی هیچ نوری را از هسته جذب نمی کند، موج نوری می تواند در مسیرهای طولانی انتقال یابد.

کاربرد فیبر نوری در انتقال اطلاعات

برای تشریح کاربرد گسترده این تکنولوژی در مخابرات، ابتدا یک مثال بیان می شود؛ فرض کنید دو کشتی در یک ناوگان در شرایطی که امکان استفاده از راه های ارتباطی مثل امواج رادیویی و.. وجود ندارد می خواهند باهم ارتباط یابند؛ در این صورت کاپیتان یکی از کشتی ها پیغام خود را به ملوان عرشه می دهد و او آن را به کد مورس (نقطه و خط) تبدیل کرده و سپس آن را از طریق یک سیگنال نوری ( نورافکنی که حایلی مثل لنز بر روی آن قرار دارد) به کشتی دیگر مخابره می کند. در کشتی دیگر نیز ملوان عرشه پیغام را دریافت کرده و آن را از حروف مورس به زبان عادی ترجمه می کند. حال اگر فاصله دو کشتی هزاران مایل باشد و دو کشتی تنها از طریق سیستم مخابراتی فیبر نوری با هم در تماس باشند، سیستم رله فیبر نوری کاربرد می یابد. این سیستم از قسمت های زیر تشکیل شده است:

  • ترانسمیتر: تولید کننده و تبدیل کننده سیگنال نوری به کد مورس
  • فیبر نوری: هدایت سیگنال نوری در طول مسیر
  • گیرنده نوری: دریافت کننده و بازگرداننده سیگنال نوری از کد مورس به زبان عادی

در کل می توان گفت در همه سیستم های فیبر نوری و در کلیه کاربردها، اجزای تشکیل دهنده و مکانیزم کاری به همین صورتی است که توضیح داده شد.

sf

شکل ۳- نمونه ای از فیبرهای نوری استفاده شده در مخابرات

مزایای فیبر نوری

   از جمله مزایای فیبر نوری نسبت به سیم های فلزی(مسی) قدیمی برای انتقال داده عبارتست از:

هزینه پایین: کابل های طولانی فیبر نوری در مسیرهای طویل، نسبت به طول سیم مسی مورد نیاز معادل دارای هزینه بسیار کمتری است. (هم از لحاظ هزینه مادی و هم از نظر تجهیزات استفاده شده).

باریک بودن: می توانند در قطرهایی کوچکتر از سیم مسی تولید شوند.

طرفیت انتقال بالا: به دلیل قطر کمتر فیبر نوری نسبت به سیم مسی، تعداد بییشتری از آن ها می توانند در دسته ها قرار گیرند و بنابراین می توانند اطلاعات بیشتری را منتقل کنند.

احتمال پایین از دست رفتن اطلاعات: در فیبر نوری احتمال از دست رفتن اطلاعات بسیار کمتر است.

استفاده از سیگنال نوری: سیگنال های نوری استفاده شده در فیبر نوری بر خلاف سیگنال های الکتریکی، تحت تاثیر سیگنال فیبرهای مجاور قرار نمی گیرند و بنابراین انتقال اطلاعات به صورت شفاف تر انجام می گیرد. ( مثلا مکالمه تلفنی یا سیگنال های تلویزیونی واضحتر خواهند بود).

توان مورد نیاز کمتر: به این دلیل که در فیبر نوری از دست رفتن اطلاعات پایین است، بنابراین به توان کمتری برای انتقال سیگنال نسبت به سیم های مسی احتیاج است.

استفاده از سیگنال دیجیتال: فیبر نوری برای انتقال سیگنال های دیجیتال- که در شبکه های کامپیوتری فوق العاده پرکاربرد است- کاملا مناسب است.

موارد دیگری مانند غیر قابل اشتعال بودن، وزن پایین و انعطاف پذیری بالا را نیز می توان در زمره مزایای فیبر نوری به حساب آورد.

frtg

شکل ۴- شاخه های باریک فیبر نوری

کاربردهای صنعتی فیبر نوری

در این بخش به برخی از کاربردهای فیبر نوری در صنایع مختلف می پردازیم:

  • در صنعت نفت و گاز: در صنعت تاسیسات نفت و گاز، فیبر نوری در دو زمینه کلی کاربرد دارد؛ یکی در بحث حسگری یا sensing و دیگری در بحث مخابرات. سنسورهای فیبر نوری در مقایسه با سنسورهای الکتریکی دارای مزایای چشمگیری هستند؛ مانند اندازه کوچک، توانایی کار کردن در دمای بالا، کاهش خطر آسیب در معرض آب یا مایعات رسانای دیگر و همچنین عدم نیاز به توان الکتریکی در سنسور. همچنین در بحث مخابرات و انتقال اطلاعات در این صنعت نیز از فیبر نوری استفاده می شود که می تواند ارتباط بین تشکیلات نفتی با تجهیزات موجود در دریاها، نفتکش ها و … را برقرار نماید که مزایای آن قبلا بحث شد.
  • در معادن: امروزه به منظور دستیابی به اهدافی مانند سودمندی بیشتر و امنیت بالاتر ، در صنعت استخراج معادن به منطور انتقال اطلاعات و پایش تجهیزات داخلی از فیبر نوری به عنوان سیستمی که از نظر هزینه مقرون به صرفه بوده و همچنین مزایای دیگری از جمله تنوع پذیری بالا در شبکه های مختلف و پهنای باند بالا در انتقال اطلاعات، اصوات و فیلم های بدون تاخیر (real-time) را داراست، استفاده می شود.
  • پزشکی: امروزه با پیشرفت تکنولوژی و به روزتر شدن تجهیزات پزشکی در موارد مختلفی فیبر نوری در پزشکی خود را نشان می دهد. به طور مثال با روی کارآمدن ربات های جراح و استفاده از بازوی جراح به جای دست پزشک در بدن بیمار، اطلاعات موجود در بدن بیمار از طریق فیبر نوری به مانیتوری که تحت پایش پزشک است منتقل شده و با استفاده از آن پزشک فرمان لازم را به بازوی جراح می دهد. همچنین در کاربرهای دیگری مانند سیستم اندوسکوپی و… از فیبرهای نوری استفاده می شود.

منابع:

  1. www.computer.howstuffworks.com
  2. www.aflglobal.com
  3. www.fibercore.com

یک دیدگاه