فیبر نوری چیست؟
این روزها فیبر نوری سر و صدای زیادی کرده و جایگاه خود را در صنعت باز کرده است. تا جایی که در اکثر بخش‌ها ردپای آن را می‌بینیم . در این مقاله که توسط بانک فیبر نوری نوشته و تدوین شده است به این موضوع که فیبر نوری چیست و چگونه کار می‌کند و دسته بندی انواع فیبرنوری خواهیم پرداخت. حتما تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید…
لیزر قبل از اختراع فیبر نوری
قبل از اینکه توضیحات خود را به سمت فیبر نوری ببریم لازم است تاریخچه‌ای از لیزر ارائه دهیم.
لیزر در سال 1960، قبل از اختراع فیبر نوری، اختراع شد و مورد استفاده قرار گرفت. به دلیل اینکه در لیزر از نور مرئی استفاده می‌شد، شرایط جوی و اتمسفر باعث از بین رفتن اطلاعات و تضعیف سیگنال‌ها می‌شد؛ به همین دلیل استفاده از آن برای مسافت و زمان طولانی پاسخگو نبود. بنابراین اقدام به طراحی محیطی برای انتقال امواج نوری گردید که آن را فیبر نوری نامیدند و استفاده از آن بسیار رواج یافت. برای مطالعه در زمینه تاریخچه فیبرها به مقاله تاریخجه فیبر نوری مراجعه فرمایید.
فیبر نوری چیست؟
فیبر نوری،که به انگلیسی آن را Fiber optic یا Optical Fiber می‌نامند یکی از محیط‌های انتقال داده است که اخیرا بسیار مورد استقبال قرار گرفته‌اند. فیبرهای نوری، تارهای بلند و نازکی از جنس شیشه شفاف و خالص یا حتی پلاستیک هستند که ضخامت آنها به نازکی یک تار موی انسان است.
تارهای نوری در بسته‌‌بندی‌هایی به نام کابل‌های فیبر نوری در کنار هم قرار داده می‌شوند و برای جابجایی و انتقال سیگنال در فواصل دور، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
روش ارسال و دریافت در این سیستم به این صورت است که نور از یک سر فیبرنوری وارد تار می‌شود و در سراسر تار نوری انتقال می‌یابد؛ و در نهایت یک دریافت کننده حساس به نور در مقصد و انتهای فیبرنوری وجود دارد که پالس‌های دریافتی منبع را تبدیل به سیگنال‌های دیجیتالی می‌کند. کابل‌های فیبرنوری از فناوری بسیار پیشرفته‌ای بهره می‌برند زیرا که فرایند انتقال داده در آنها از طریق نور و پالس‌های نوری صورت می‌پذیرد و همچنین سرعت و ظرفیت انتقال اطلاعات در آنها بسیار بیشتر از روش‌های دیگر است.
توانایی انتقال اطلاعات در کابل‌های فیبر نوری مختلف، متفاوت بوده و انتخاب صحیح کابل مناسب با پروژه، نیازمند دانش فنی از عملکرد کابل فیبرنوری و نیازهای پروژه است. دسته بندی کابل‌های فیبرنوری بیشتر براساس نوع مصرف، شرایط محیطی و همچنین سرعت و نرخ انتقال اطلاعات میباشد.
تفاوت فیبر نوری با کابل مسی
همانطور که از نامشان پیداست، جنس این دو محیط انتقال باهم متفاوت است. فیبر نوری از جنس شیشه و کابل مسی از جنس مس است. در فیبرهای نوری اطلاعات توسط نور درون شیشه منتقل می‌شوند، اما در کابل‌های مسی انتقال اطلاعات توسط الکترون‌ها در محیط مسی انجام می‌شود. وظیفه الکترون‌ها در کابل‌های مسی، انتقال اعداد صفر و یک است که این کار در کابل‌های فیبر نوری توسط پالس‌های نوری صورت می‌پذیرد.
همچنین از آنجایی که فیبر نوری از جنس شیشه است که خاصیت عایق الکترونیکی دارد، بر خلاف کابل‌های شبکه مسی، امواج و میدان‌های الکترومغناطیسی تاثیری بر روی انتقال اطلاعات در شبکه‌های نوری نمی‌گذارند.
پالس در فیبرهای نوری
درکابل‌های مسی 0 و 1 با هرقطع و وصل برق تعریف می شود، اما در فیبرنوری با هر قطع و وصلی نور 0 و 1 یا پالس را تعریف می‌کنیم.
استراق سمع در فیبرنوری
گاهی در سایت‌های مختلف، ما شاهد این موضوع هستیم که می‌گویند فیبر نوری دارای نشتی نیست و شنود اطلاعات فیبرنوری به راحتی و سادگی شنود اطلاعات کابل مسی نمی‌باشد؛ این موضوع تا حدی صحیح است. از آنجا که شیوه انتقال نور در فیبر نوری بر مبنای اصل بازتاب کامل است، اطلاعاتی که به شکل نور از طریق فیبر نوری منتقل می شوند به بیرون نشت پیدا نمی‌کنند. همچنین از آنجایی که حرکت نور مانند حرکت الکترون‌ها در اطراف مسیر انتقال موج الکترومغناطیسی تولید نمی‌کند، لذا امکان شنود اطلاعات انتقالی فیبر نوری بسیار پایین است. البته در نهایت داده‌های ما باید از طریق روترها عبور کنند تا به دست کاربر برسند، و در این بخش همچنان امکان شنود اطلاعات دقیقا همانند کابل‌های مسی وجود دارد.
قلم فیبر نوری چیست؟
قلم فیبرنوری یا Visual Fault Locator، یکی از ساده‌ترین روش‌های سنجیدن لینک‌های فیبرنوری است، به کمک قلم فیبر نوری می‌توان از سالم بودن و صحت کارکرد کانکتورها، پیگتیل‌ها، پچکوردها و جوش‌های فیبرنوری به صورت بصری اطمینان حاصل نمود.
قلم فیبرنوری یا Visual Fault Locator از ضروری‌ترین تجهیزاتی است که برای سنجش و صحت عملکرد و اندازه‌گیری لینک و کابل‌های فیبرنوری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
قلم فیبرنوری محل دقیق آسیب دیدگی فیبرنوری را با انتشار غیر معمول نور در قسمت‌هایی از مسیر لینک، بسیار ساده و سریع آشکار می‌سازد. پس از نصب و فیوژن فیبرهای نوری، ابتدا باید از صحت عملکرد ارتباطات برقرار شده، اطمینان حاصل نمود.
فرآیند سنجش و عیب‌یابی هر لینک به طورجداگانه با اندازه‌گیری افت رفت و برگشت و درصورت لزوم رفع عیوب لینک و در نهایت تحویل پروژه، صورت می‌پذیرد.
بسیاری بر این باورند که بهترین روش اندازه‌گیری و سنجش لینک‌های فیبر نوری توسط دستگاه‌های OTDR و پاورمترهای فیبرنوری صورت می‌گیرد. از لحاظ کلی این باور کاملا صحیح است ولی از نقطه نظر فنی وجود قلم نوری در ابتدایی‌ترین مرحله سنجش لینک‌های نوری، معیارهای قابل توجهی را در اختیار تیم‌های متخصص در نصب و سربندی و همچنین مجموعه‌هایی که لینک‌های نوری در آن با مشکل مواجه شده، قرار می‌دهد.
فناوری ساخت فیبرهای نوری
برای تولید فیبرنوری، دو روش عمده‌ی تک مرحله ای و دو مرحله ای وجود دارد که به تفصیل در مقاله‌ی روش‌های ساخت فیبرنوری به آن اشاره شده است. در روش تک مرحله‌ای تار فیبر نوری مستقیما تولید می‌شود ولی در روش دو مرحله ای ابتدا یک شیشه‌ای موسوم به پیش‌سازه از جنس سیلیکای خالص ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرایند جداگانه، این میله کشیده می‌شود و به فیبر با ضخامت معمول تبدیل می‌شود. از سال ۱۹۷۰ روش‌های متعددی برای ساخت انواع پیش‌سازه‌ها به کار رفته‌است که اغلب آنها بر مبنای رسوب‌دهی لایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله هستند.
تجزیه و تحلیل ساختار فیبر نوری
اگر فیبر نوری را به صورت تجزیه شده مورد تحلیل قرار دهیم، دارای قسمت‌های زیر میباشد:
هسته (core)
هسته یا core، بخش مرکزی فیبرنوری است که از شیشه یا پلاستیک ساخته شده است و نور در این قسمت حرکت می‌کند. شمایل ظاهری این هسته به صورت یک استوانه توپر از جنس شیشه یا پلاستیک است که در طول فیبرنوری امتداد دارد. هسته معمولاً براساس قطر هسته (core) (۹، ۵۰ یا ۶۲.۵ میکرون)، سطح مقطع ضریب شکست آن (ضریب شکست پله‌ای/تدریجی)، و نوع ارسال اطلاعات ان (تک مد/ چند مد) طبقه‌بندی می‌شود که در قسمت انواع فیبرها به توضیح آن می‌پردازیم.
پوشش هسته (Cladding)
هسته فیبر نوری (core)،با ماده‌ای به نام پوشش یا Cladding احاطه شده است. جنس پوشش نیز همان شیشه یا پلاستیک استفاده شده در هسته است که مقدار کمی ناخالصی به آن اضافه شده است تا ضریب شکست پوشش از ضریب شکست هسته کمتر شود.
پوشـش هسته به منحرف نشدن پرتوها کمک می‌کند؛ به سبب اینکه ضریب شکست پوشش cladding از هسته کمتر بوده و همین موضوع موجب شکست کامل نور تابیده شـده بـه هسـته (core) می‌گردد.
نوری که به تار نوری تابانده می‌شود در داخل هسته حرکت می‌کند و در مرز مشترکی که بین هسته (core) و پوشش هسته (cladding) قرار دارد، دچار بازتاب کلی شده و تمام نور به داخل هسته برمی‌گردد، این بدین معنی ست که در طول فیبر نوری هیچ نوری از هسته خارج نمی‌شود.
این رویه تا زمانی که زاویه بین پرتوی نور و مرز مشترک بین core و cladding (هسته و پوشش هسته) کمتر از زاویه بحرانی باشد، ادامه پیدا می‌کند؛ به این ترتیب پرتوهای نوری که با زاویه مناسبی وارد فیبرنوری می‌شوند در طول آن منتشر خواهند شد که این زاویه مناسب را با نام زاویه پذیرش میشناسیم. گاهی اگر نور با زاویه ای بیشتر از زاویه ی پذیرش وارد هسته شود تمام پرتوها بازتاب نشده و برخی از آنها در امتداد مرز هسته و پوشش حرکت می کنند، که به پرتوهای هدایت شده معروف هستند.
روکش (Coating)
اگر فیبرنوری فقط با cladding پوشش داده شود، سطح بیرونی پوشش در معرض هوا، رطوبت، سایر مواد شیمیایی و همچنین ضربه خواهد بود که ممکن است در عملکرد فیبر اختلال ایجاد کند. این مسئله در بلند مدت باعث کاهش راندمان فیبر نوری خواهد شد، لذا استفاده از روکشی جهت حفاظت از هسته و پوشش فیبر نوری لازم است. به این جهت بخشی به نام روکش یا coating از جنس پلیمر روی cladding قرار می‌گیرد که عموما از دو بخش اولیه و ثانویه تشکیل می‌شود. این دو بخش به اصلاح به بخش‌های Primary layerو Secondary layer معروف اند.
Primary layer: این لایه بعد از Cladding قرار می‌گیرد و تمام فیبرهای نوری باید primary layer داشته باشند. لایه اولیه که نرم‌تر است را به نام soft acrylate نیز می‌شناسند. زیرا که از پلیمر نرم‌تری ساخته می‌شود. وجود لایه نرم در تمام فیبر ها ضروری است ولی استفاده از لایه سخت اختیاری ست. لایه نرم برای این است که فشاری به تار وارد نشود.
Secondary layer: در اغلب فیبرهای نوری از روکش ثانویه نیز برای محافظت بیشتر استفاده می شود. روکش ثانویه از جنس hard acrylate است و برای محافظت فیزیکی کابل استفاده می‌شود. قطر تار فیبرنوری پس از این مرحله ۲۵۰ میکرون است. در شکل زیر بخش‌های مختلف روکش نشان داده شده‌اند.
فیبرهای نوری تولید شده در دسته‌های یک یا چندتایی به شکل کابل در می‌آیند تا به هنگام نصب و راه‌اندازی دچار کشش، تنش و ضربه نشوند و همچنین مدت زمان بیشتری را در شرایط مختلف آب و هوایی دوام آورند. برای آشنایی با حالت‌های مختلف کابل کردن فیبر اینجا کلیک کنید.
انواع فیبر نوری
در بخش بالا به لایه‌های مختلف تار فیبرنوری پرداختیم و گفتیم هریک چه نقشی دارند. اما لازم است بدانید که core فیبر نوری می‌تواند در قطرهای مختلفی تولید شود که این مسئله نحوه عملکرد فیبر و در واقع نحوه انتقال نور در داخل هسته را تعیین می‌کند. اگر بخواهیم به دسته‌بندی فیبرهای نوری بپردازیم؛ در حالت کلی کابل‌های فیبرنوری به دو دسته فیبرهای مالتی مود multimode و فیبرهای سینگل مود single mode تقسیم می‌شوند.
درباره هرکدام از انواع فیبرهای مالتی مود و فیبرهای سینگل مود،در مقاله‌ای جدا بحث کردیم. امروزه در بازار، فیبرها به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند:
- فیبرهای سینگل مود Singlemode fiber optic cable :فیبرهای نوری سینگل مود Single mode fiber Optic یا به اختصار (SMF) یا فیبرهای نوری تک مود یا تک حالته
- فیبرهای مالتی مود Multi mode fiber optic cable: فیبرهای نوری مالتی مود Multi mode fiber Optic یا به اختصار (MMF) یا فیبرهای نوری چند مود
- فیبر های NZ یا فیبر های سینگل مود NZ: فیبرهای نوری NZ که در دسته فیبرهای نوری single mode قرار دارند، اما به علت پرکارببرد بودن آنها را به عنوان دسته‌ای جداگانه می‌شناسند.
برای بررسی هرکدام از دسته‌بندی‌های بالا، مقاله‌ای به تفصیل درباره خصوصیات و تاریخچه و انواع دسته‌بندی با نام‌های فیبرهای نوری single mode و فیبرهای نوری NZ و فیبرهای نوری multimode در بانک فیبرنوری نوشته و تدوین شده است.
شما همراهان عزیز بانک فیبرنوری می‌توانید با کلیک بر هرکدام، به صفحه مقاله مورد نظر هدایت شوید.
با عرض سلام. برای منزل مسکونی می خواهیم کابل فیبر نوری استفاده کنیم. کدام یک از کابل های SM و MM مناسبتر است؟؟
با عرض سلام خدمت شما همراه عزیز بانک فیبر نوری و شبکه
انتخاب کابل و سایر تجهیزات را باید متناسب با back bone اصلی انتخاب کرد که عموما در اتصالات مخابراتی sm میباشد. در این باره با مخابرات منطقه تماس بگیرین که آیا core فیبر نوری آزاد در نزدیکی محل سکونت شما وجود دارد. در صورت موجودی باید امکان سنجی این مساله که از FAT تا ساختمان مربوطه چقدر مسیر وجود دارد که برای این کار عموما بسته به مسیر به صورت هوایی یا به صورت خاکی تا درب ساختمان مربوطه کابل کشی انجام می شود. و در ساختمان مربوطه نیز از دراپ کیبل ها و تجهیزات FTTH استفاده می شود. برای راهنمایی دقیق و بهتر پس از بررسی شرایط ساختمان با متخصصین فنی بانک فیبر نوری و شبکه تماس بگیرید.