فیبر نوری

فیبر نوری

مقدمه

امروزه با توجه به پیشرفت روزافزون علم در زمینه های مختلف ، به خصوص در عرصه فناوری اطلاعات و ارتباطات ، واژه های امنیت و سرعت  اهمیت بسیار زیادی پیدا کرده اند که روز به روز بر اهمیت آن افزوده شده و احساس نیاز افراد به آنها امری غیر قابل انکار میباشد از این رو متخصصان و پژوهشگران در قبال نیاز افراد به امنیت و سرعت ، مسیر های بسیاری را برای دستیابی ، پیشرفت و توسعه در آن پیموده اند .

با گذشت زمان در خصوص شبکه های زیرساختی و ارتباطی نیز این احساس نیاز بیشتر از سایر زمینه ها حس میشد و علل اصلی آن تشنگی بی حد و حصر برای افزایش پنهای باند و ایجاد امنیت بهتر در شبکه ها بود . یکی از راه کار های بسیار مهم و کاربردی برای پاسخ گویی و تحقق این نیاز ها فیبر های نوری بود که در ادامه به بررسی کلی آن پرداخته شده است .

فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری  (Optical Fiber)رشته باریک و بلندی از یک مادّه شفاف مثل شیشه یا پلاستیک است که از پالس های نور برای انتقال داده ها بهره میبرد . در این نوع انتقال به دلیل از دست رفتن مقدار جزئی سیگنال ها و همچنین پهنای باند بیشتر نسبت به سایر رسانه های ارتباطی مثل کابل های مسی ، از فیبر نوری برای انتقال داده ها در مسافت های بسیار طولانی استفاده میشود به طوری که بر خلاف کابل های مسی که در آن از واژه متر استفاده میشود ، در فیبر های نوری میتوان واژه کیلومتر را نیز به کار برد . قطر هر یک از رشته های به کار برده شده در کابل های فیبر نوری به نازکی یک تار موی انسان است اما میتواند داده های بسیاری را از خود عبور دهد .

در یک تعریف مختصر و کامل در خصوص فیبر نوری میتوان گفت :

فناوری و علم انتقال اطلاعات از طریق پالس های نور که از شیشه های بسیار ظریف و یا فیبر های پلاستیکی تعبیه شده و جا به جایی حجم زیادی از اطلاعات را در کوتاه ترین زمان، ممکن میسازد .

ساختار فیبر نوری

همانطور که در تصاویر فوق مشاهده میکنید یک کابل فیبر نوری از بخش های متفاوتی تشکیل شده که هر یک وظیفه ای را بر عهده دارند :

مرکز این کابل را هسته فیبر نوری (Core) که از جنس شیشه است تشکیل داده که کار آن عبور دادن سیگنال های نور میباشد .

پوشش دور هسته (Cladding) که مانند یک روکش است ، هسته شیشه ای را احاطه کرده و وظیفه آن بازتاب نور به هسته می باشد .

بافر رویه(Buffer Coating)  یک محافظ پلاستیکی است و موجب حفاظت فیبر در برابر عوامل آسیب پذیر مانند رطوبت و همچنین افزایش کشش و استحکام آن می شود .

انواع فیبر نوری

به طور کلی می توان فیبر های نوری را بر اساس اشعه گذرنده از آنها به دو دسته تقسیم کرد :

1 . فیبر های نوری تک حالته (Single-Mode)

2 . فیبر های نوری چند حالته (Multi-Mode)

فیبر های نوری تک حالته دارای هسته بسیار کوچکی است که فقط اجازه عبور یک نور را میدهد و پهنای باند کمتری نسبت به حالت دیگر دارد اما سرعت و مسافت بیشتری را فراهم میکند .

فیبر های نوری چند حالته به دلیل داشتن هسته ای بزرگتر نسبت به حالت دیگر چند مسیر انتشار برای انتقال اطلاعات داشته و اجازه عبور بیش از یک نور را میدهد بنابراین پهنای باند بیشتری را داراست اما سرعت و توان کمتری (تا دو کیلومتر) نسبت به حالت اول دارد .

کانکتور های فیبر نوری

فیبر های نوری دارای کانکتور های بسیار متعددی میباشند که در ادامه به چند مورد از پرکاربردترین آنها اشاره میکنیم .

کانکتور SC : این کانکتور که به کانکتور مربعی نیز معروف است ، از اولین کانکتور هایی بود که مورد استفاده قرار میگرفت . نامی که برای این کانکتور انتخاب شده ، Sticking Click میباشد زیرا موقع جا زدن آن صدایی همانند کلیک به وجود می آورد . کانکتور های SC در بسیاری از شبکه ها مورد استفاده قرار میگیرد و به راحتی میتوان آن را تعویض نمود.

کانکتور LC : کانکتور LC یا همان Little Connector ، دارای اندازه کوچکی بوده و یک طراحی ضد کشش را تامین می کند.  همچنین شامل یک مکانیزم قفل منحصر به فرد است که پایداری و دوام را در رک مونت سیستم تامین می کند .

کانکتور ST : این کانکتور در Single mode و Multimode در دسترس بوده، و از ویژگی های آن قابلیت اطمینان و بادوام بودن در زمینه نصب و راه اندازی است. این کانکتور ها پس از جا رفتن در محل خود و با چرخش پوشش بیرونی در جای خود قفل می شود.

کاربرد فیبر های نوری

همانطور که گفته شد یکی از کاربرد های کابل های فیبر نوری این است که میتواند حجم زیادی از داده ها را با سرعت بسیار بالا و در زمان بسیار کمی منتقل میکند. بنابراین این تکنولوژی به طور گسترده در کابل های اینترنت مورد استفاده قرار می گیرد و در مقایسه با سیم های مسی، فیبر های نوری کابلهای کوچکتر، سبکتر و انعطافپذیرتری هستند و توانایی حمل اطلاعات بیشتری را دارند.

کاربرد دیگر آن را میتوان در برقراری تماس های تلفنی در داخل و یا خارج از کشور مشاهده نمود. با استفاده از ارتباطات فیبر نوری، می توان بهتر و سریعتر ارتباط برقرار کرد و مکالمات صریح ، بدون هیچگونه تاخیر در هر دو طرف را داشت.

فیبر نوری به طور گسترده در زمینه های پزشکی و تحقیقاتی نیز مورد استفاده قرار می گیرند که از کاربرد های آن در این زمینه میتوان به تشخیص برخی از بیماری ها ،شناسایی غدد سرطانی، شناسایی نارسایی های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و آندوسکوپی اشاره نمود.

استفاده از فیبر نوری در زمینه روشنایی تزئینی نیز در طول سال ها افزایش یافته است. کابل فیبر نوری یک راه حل آسان، مقرون به صرفه و جذاب برای پروژه های روشنایی است .

با توجه به اهمیت بسیار بالا در برقراری امنیت در زمینه های نظامی ، جنگ افزاری و دفاعی یک کشور ، فیبر های نوری راه حلی تقریبا مناسب برای سیستم های تحقیقاتی و نظامی در برقراری امنیت میباشند که از کاربرد آنها در این صنایع میتوان به هدایت و کنترل موشک ها ، ارتباط با زیر دریایی ها و کنترل و برقراری ارتباط با رادار ها اشاره نمود .

از دیگر کاربرد های آن اندازه گیری کمیت های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس میباشد .

مزایا و معایب فیبر های نوری

زمانی که اطلاعات از طریق یک کابل الکتریکی منتقل می شود ، ابزار ها و وسایلی وجود دارند که میتوان به بیرون کابل متصل کرد و اطلاعات را بدون بریدن سیم مشاهده نمود و یا میتوان با برش کابل و اضافه کردن یک تکه سیم در بین مسیر سیگنال ها و به سبب طبیعت الکتریسیته که سیگنال ها را در تمامی مسیر های موجود منتشر میکند ، به اطلاعات دسترسی پیدا کرد که قطعا این موارد امنیت یک شبکه را به خطر می اندازد اما در کابل های فیبر نوری به دلیل اینکه اطلاعات و داده ها توسط نور منتقل می شوند و هیچ نوری به بیرون کابل نشت نمیکند دیگر خطرات احتمالی برای سرقت اطلاعات وجود نخواهد داشت که این امر امنیت بالاتر خود را در برابر کابل های مسی به خوبی نشان میدهد .

بعلاوه برقراری امنیت ، فیبر های نوری با داشتن ظرفیت بالا در ارسال و دریافت داده ها ، توانایی انتقال حجم بیشتری از اطلاعات را در کوتاه ترین زمان دارا میباشند . همچنین میزان افت سیگنال در فیبر های نوری بسیار کمتر از سایر رسانه های الکتریکی مانند کابل های مسی میباشد .

از مزایای دیگر آن میتوان به عدم اشتعال کابل ها به سبب نبود الکتریسیته در آن و همچنین وزن و ابعاد کوچکتر نسبت به کابل های مسی اشاره نمود .

شاید با توصیفات فوق سوالی مطرح شود که چرا با وجود این مزایا هنوز در بسیاری از شبکه ها از کابل های مسی استفاده میشود ؟

معرفی نقاط ضعف فیر های نوری پاسخ این سوال خواهد بود .

فیبر های نوری هزینه های بسیار بالایی را به سبب مواردی چون قیمت بالای خود کابل ، مراحل نصب و ملزومات و همچنین استخدام افراد متخصص برای نصب ، راه اندازی و نظارت بر  فیبر های نوری دارا میباشد .

مورد دیگر کم انعطاف بودن کابل های فیبر نوری نسبت به سایر کابل ها میباشد . به طور کلی سیم های مسی را میتوان به قدر زیادی پیچ و تاب داد بدون آنکه مشکلی برای کابل ها به وجود بیاید اما در فیبر های نوری به دلیل وجود پالس های نوری که قرار است از داخل کابل عبور کند ، کابل یا باید به طور کامل مستقیم باشد یا تا درجه معنی که برای کابل امکان پذیر است تاب داده شود .

برای نصب فیبرهای نوری دقت بسیار زیادی مورد نیاز است، حتی برای قطع کردن آن . در غیر اینصورت زاویه شکست نور تغییر می کند و روند انتقال داده ها دچار اختلال می شود. فیبر داخل کابل بسیار شکننده است.

همچنین اتصال دو فیبر نوری به یکدیگر بسیار مشکل و وقت گیر می باشد و نیاز به دانش فنی خاص خود دارد .

در گذشته بیشتر فیبر های نوری موجود از جنس شیشه بود که خم و راست شدن کابل میتوانست سبب شکستگی شیشه داخل آن شود اما فیبر های امروزی بیشتر از موارد پلاستیکی برای عبور نور استفاده میکنند در نتیجه مشکلات شکستگی فیبر با وجود پلاستیک به جای شیشه تا حدی کاهش یافت و کمی انعطاف پذیری در کابل های فیبر به وجود آمد اما این انعطاف پذیری قابل مقایسه با کابل های مسی نیست اما میتوان گفت که مزایای فیبر های نوری نقاط ضعف آن را تا حد زیادی پوشش میدهد .

در آخر باید دانست که اهمیت وجود فیبر نوری در عرصه های مختلفی هچون پزشکی ، صنعت ، الکترونیک ،کامپیوتر و … روز به روز بیشتر حس شده تا جایی که نبود آن سبب بروز مشکلات زیادی برای سازمان ها و عموم مردم خواهد شد.

تصاویری از پروژه های فیبر نوری سیمیا پردازشگر