فیبرهای نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالصند که ضخامتی در حدود قطر موی انسان دارند. آنها در بسته هایی به نام کابلهای نوری کنار هم قرار داده می شوند و برای انتقال سیگنالهای نوری در فواصل دور مورد استفاده قرار می گیرند.

هرجا که صحبت از سیستم های جدید مخابراتی، سیستم های تلویزیون کابلی و اینترنت باشد، در مورد فیبر نوری هم چیزهایی می شنوید. فیبرهای نوری از شیشه شفاف و خالص ساخته می شوند و با ضخامتی به نازکی یک تار موی انسان، می توانند اطلاعات دیجیتال را در فواصل دور انتقال دهند. از آنها همچنین برای عکسبرداری پزشکی و معاینه های فنی در مهندسی مکانیک استفاده می شود. یک رشته فیبر نوری در این مطلب به مطالعه این که این فیبرهای نوری چگونه نور را منتقل می کنند و نیز درمورد روش های عجیب ساخت آنها بحث می کنیم!

● فیبرنوری چیست؟
فیبرهای نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالصند که ضخامتی در حدود قطر موی انسان دارند. آنها در بسته هایی به نام کابلهای نوری کنار هم قرار داده می شوند و برای انتقال سیگنالهای نوری در فواصل دور مورد استفاده قرار می گیرند. اگر با دقت به یک رشته فیبر نوری نگاه کنید، می بینید که از قسمتهای زیر ساخته شده: هسته : هسته بخش مرکزی فیبر است که از شیشه ساخته شده و نور در این قسمت سیر می کند.

● قسمتهای مختلف یک رشته فیبر نوری

▪ لایه روکش :
واسطه شفافی که هسته مرکزی فیبر نوری را احاطه می کند وباعث انعکاس نور به داخل هسته می شود.

▪ روکش محافظ :
روکشی پلاستیکی که فیبر نوری در برابر رطوبت و آسیب دیدن محافظت می کند.صدها یا هزاران عدد از این رشته های فیبر نوری به صورت بسته ای در کنار هم قرار داده می شوند که به آن کابل نوری گویند.
این دسته از رشته های فیبر نوری با یک پوشش خارجی موسوم به ژاکت یا غلاف محافظت می شوند.
فیبرهای نوری دو نوعند:

۱) فیبرهای نوری تک وجهی:
این نوع از فیبرها هسته های کوچکی دارند (قطری در حدود۵‎/۳ ،x۱۰ (۴-) inch یا ۹ میکرون) و می توانند نور لیزر مادون قرمز (با طول موج ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) را درون خود هدایت کنند.

۲) فیبرهای نوری چند وجهی :
این نوع از فیبرها هسته های بزرگتری دارند (قطری در حدود inch (۳-) ۱۰x ۵‎/۲ یا ۶۲‎/۵ میکرون) و نور مادون قرمز گسیل شده از دیودهای نوری موسوم به LEDها را (با طول موج ۸۵۰ تا ۱۳۰۰ نانومتر) درون خود هدایت می کنند. برخی از فیبرهای نوری از پلاستیک ساخته می شوند. این فیبرها هسته بزرگی (با قطر ۴ صدم inch یا یک میلیمتر) دارند و نور مریی قرمزی را که از LEDها گسیل می شود (و طول موجی برابر با ۶۵۰ نانومتر دارد) هدایت می کنند. بیایید ببینیم طرز کار فیبر نوری چیست.

یک فیبر نوری چگونه نور را هدایت می کند؟
فرض کنید می خواهید یک باریکه نور را به طور مستقیم و در امتداد یک کریدور بتابانید. نور به راحتی در خطوط راست سیر می کند و مشکلی ازین جهت نیست. حال اگر کریدور مستقیم نباشد و در طول خود خمیدگی داشته باشد چگونه نور را به انتهای آن می رسانید؟ برای این منظور می توانید از یک آینه استفاده کنید که در محل خمیدگی راهرو قرار می گیرد و نور را در جهت مناسب منحرف می کند. اگر راهرو خیلی پیچ در پیچ باشد و خمهای زیادی داشته باشد چه؟ می توانید دیوارها را با آینه بپوشانید و نور را به دام بیندازید به طوریکه در طول راهرو از یک گوشه به گوشه دیگر بپرد. این دقیقاً همان چیزی است که در یک فیبرنوری اتفاق می افتد. نور در یک کابل فیبرنوری، بر اساس قاعده ای موسوم به بازتابش داخلی، مرتباً به وسیله دیواره آینه پوش لایه ای که هسته را فراگرفته، به این سو و آن سو پرش می کند و در طول هسته پیش می رود.

● تصویری از بازتابش کلی نور در یک فیبر نوری
از آنجا که لایه آینه پوش اطراف هسته هیچ نوری را جذب نمی کند، موج نور می تواند فواصل طولانی را طی کند. به هر حال، برخی از سیگنالهای نوری در حین حرکت در طول فیبر، ضعیف می شوند که علت عمده آن وجود برخی ناخالصی ها داخل شیشه است. میزان ضعیف شدن سیگنال به درجه خلوص شیشه به کار رفته در داخل فیبر و نیز طول موج نوری که درون فیبر سیر می کند بستگی دارد (به عنوان مثال
۸۵۰ نانومتر = ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر یک کیلومتر
۱۳۰۰ نانومتر = ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر یک کیلومتر
۱۵۵۰ نانومتر = بیش از ۵۰ درصد در هر یک کیلومتر).
برخی از فیبرهای نوری هم هستند که سیگنال در داخل آنها خیلی کم تضعیف می شود. (کمتر از ۱۰ درصد در هر یک کیلومتر برای ۱۵۵۰ نانومتر). سیستم ارتباط به وسیله فیبرنوری برای پی بردن به اینکه فیبرهای نوری چگونه در سیستم های ارتباطی مورد استفاده قرار می گیرند، اجازه دهید نگاهی بیاندازیم به فیلم یا سندی که مربوط به جنگ جهانی دوم است. دو کشتی نیروی دریایی را درنظر بگیرید که از کنار یکدیگر عبور می کنند و لازم است باهم ارتباط برقرار کنند درحالی که امکان استفاده از رادیو وجود ندارد و یا دریا طوفانی است. کاپیتان یکی از کشتی ها پیامی را برای یک ملوان که روی عرشه است می فرستد. ملوان آن پیام را به کد مورس ترجمه می کند و از نورافکنی ویژه که یک پنجره کرکره جلو آن است برای ارسال پیام به کشتی مقابل استفاده می کند. ملوانی که در کشتی مقابل است این پیام مورس را می گیرد، ترجمه می کند و به کاپیتان می دهد. (ملوان کشتی دوم عکس عملی را انجام می دهد که ملوان کشتی اول انجام داد.)حالا فرض کنید این دو کشتی هر یک در گوشه ای از اقیانوسند و هزاران مایل فاصله دارند و در فاصله بین آنها یک سیستم ارتباطی فیبرنوری وجود دارد

 

 

 

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. کاربرد فیبرنوری در روشنائی

از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم بعنوان یک فناوری روشنایی متداول شده ودر چند سال قرن اخیر توسعه ورشد فراوانی پیدا کرده است کاربرد آن درسیستم های روشنایی است. دراین فناوری نور از منبع نوری که میتواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی)ویا نور طبیعی (نور خورشید)باشد وارد فیبر نوری شده وازاین طریق به محل مصرف منتقل میشود.به این ترتیب نوربه هرنقطه ای که درجهت تابش مستقیم آن نمی باشد منتقل میشود .امتیاز این نور که موجبات رشد سریع بکارگیری وتوجه زیاد به این فناوری شده است این است که فاقد الکتریسیته گرما وتشعشعات خطرناک ماورائ بنفش بوده(نور خالص وبی خطر)و دیگر اینکه بااین فناوری میشود نور روز(بدون گرما واشعه های ماورائ بنفش)راهم به داخل ساختمانهاو نقاط غیر قابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.

تعريف فيبرنوري :  فيبرنوري به عنوان محيط انتقال امواج نوري مورد استفاده قرار مي‌گيرد و از تارشيشه اي  (SIO2 ) ساخته مي‌شود  كه سطح مقطع آن شامل دو ناحيه هسته و غلاف با ضريب شكست متفاوت مي‌باشد.

تفاوت فيبرنوري و كابل مسي : از جمله مزاياي استفاده از فيبرنوري در قبال كابل مسي مي توان به موارد زير اشاره كرد: فيبرنوري سبكتر و ارزانتر از كابل مسي است و حجم كمتري را اشغال مي‌كند. علاوه بر آن ظرفيت انتقال فيبرنوري چندين هزار برابر كابل مسي و فاقد اثرات نويز محيطي است ، ضمن آنكه طول عمر بيشتر و تلفات كمتري دارد.

طبق آمار موجود در حال حاضر در كشورهاي پيشرفته مثل ژاپن از يك تار فيبرنوري حدود 9500خط تلفن و در ايران نيز با استفاده از يك تار فيبرنوري 4000 خط تلفن عبور داده مي‌شود .

مرحله اول اجراي پروژه فيبرنوري شهري در تهران بزرگ در سال 1370 با بكارگيري 5200 كيلومتر فيبرنوري براي تأمين توسعه ارتباطات 42 مركز تلفن آغاز و با 176 سيستم 140 مگابيت برثانيه بكار گرفته شد و در شهرستانها اجراي پروژه فيبرنوري در هفت شهر بابل ، اصفهان ، تبريز ، مشهد ، اهواز ، شيراز و همدان آغاز و به 30 شهر ديگر تعميم داده شد. در اين راستا 850 كيلومتر فيبر براي توسعه كمي و كيفي ارتباطات بين مراكز در شهرهاي مذكور مورد استفاده قرار گرفته است.

اولين فيبرنوري بين شهري به طول 54 كيلومتر بين تهران و كرج اجرا گرديد و در ادامه آن طرح فيبرنوري چهار مسير با طول 516 كيلومتر در چهار مسير تهران ساوه ، تهران گرمسار، تهران قزوين و ارتباط بين ساختمان ميدان امام خميني و مجتمع مخابراتي انقلاب اسلامي به اجرا گذاشته است.

بخشي از شبكه اصلي فيبرنوري بالغ بر 2200 كيلومتر مربوط به پروژه فيبرنوري بين‌المللي TAE است كه با نصب و راه‌اندازي اين پروژه آسيا و اروپا از طريق كابل نوري به يكديگر مرتبط شده و ايران در اين مسير يكي از مراكز مهم ترانزيت مخابراتي است.

همچنين مي توان به نصب و راه‌اندازي پروژه فيبرنوري TAE داخل كشور از مرز باجگيران تا مرز بازرگان و نصب و راه‌اندازي پروژه راديويي فيبرنوري TAE و سيستم پشتيباني فيبرنوري در تركمنستان اشاره كرد. با تكميل و اجراي پروژه‌هاي فيبرنوري بين شهري تا سال 2000 حدود 900 هزار مدار از اين طريق داير خواهد شد.

در سال 1997 ارتباط بين مراكز شهري به طول 2100 كيلومتر توسط فيبرنوري تأمين گرديده و در نظر است براي شهرهايي با بيش از 3 مركز تلفن ارتباط بين مراكز توسط فيبرنوري و تجهيزات مربوط تأمين گردد . طول اين شبكه تا سال 2000 به 10 هزار كيلومتر خواهد رسيد.

فناوري مورد استفاده براي سيستم هاي انتقال SDH مي‌باشد كه ظرفيت آن براي تجهيزات راديويي 155 مگابيت در ثانيه و براي تجهيزات فيبرنوري 4/2 گيگابيت در ثانيه است و با به خدمت گرفتن اين فناوري انتقال 30000 كانال صوتي روي هر زوج تار فيبرنوري امكان‌پذير خواهدبود.

شايان ذكر است شركت توليد فيبرنوري و برق خورشيدي در سال 68 در راستاي نيل به خودكفايي صنعتي و تأمين نياز روز افزون شبكه‌هاي مخابراتي كشور تأسيس شد . ظرفيت اسمي اين شركت سالانه 50 ميليون متر رشته فيبر است كه بالغ بر 2 ميليون دلار صرفه جويي ارزي را در بر دارد و ضمن آنكه در اين شركت سلول وپنل خورشيدي نيز به‌منظور تأمين برق ايستگاههاي مخابراتي دور افتاده، ارتفاعات و روستاهاي فاقد برق شبكه توليد مي‌شود . ضمناً ميزان اجراي كابلكشي فيبرنوري بين مراكز شهري ( از سال 72 لغايت 79) به ميزان 3856 كيلومتر مي‌باشد .در راستاي ، پي‌گيري جدي شبكه فيبرنوري به عنوان زير ساخت اصلي شبكه انتقال كشور قدمهاي مؤثري برداشته شده است به طوريكه عملكرد شركت مخابرات ايران در زمينه توسعه شبكه فيبرنوري در سال 80 به ميزان 2759 كيلومتر بوده است و اجراي كابلكشي فيبرنوري بين شهري لغايت پايان 80 به ميزان 8842 كيلومتر كه شامل 3450 كيلومتر پروژه TAE و 5392 كيلومتر لوپ PC  و SC ها مي‌باشد .