فیبر نوری چیست

فیبر نوری

فیبر نوری چیست : در این مطلب درباره مزایای استفاده و ظرفیت فیبر نوری و همچنین پهنای باند و ظرفیت انتقال فیبر و خصوصیات این نوع از کابل شبکه صحبت میکنیم و همچنین درباره جایگاه کابل های فیبر در خدمات شبکه مطالبی را بیان خواهیم کرد.

فیبر نوری چیست؟

فیبر یا فایبر نوری چیست : فيبر نوري يا تار نوري  (Optical Fiber) رشته باريک  و بلندي از يک مادّه شفاف مثل شيشه (سیلیکا) يا پلاستيک است. مي‌تواند نوري را که از يک سر به آن وارد شده، از سر ديگر خارج کند. فيبر نوري داراي پهناي باند بسيار بالاتر از کابل‌هاي معمولي مي‌باشد. با فيبر نوري مي‌توانيم تلويزيون، تلفن، ويديو کنفرانس و داده‌های ديگر را به راحتي با پهناي باند بالا تا ۱۰ گيگابيت انتقال داد.

کاربردهای فیبر نوری

• کاربرد در مخابرات: یکی از مرسوم ترین کاربردهای فیبر نوری انتقال اطلاعات توسط نور لیزر است.
• کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌ گیری 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 اندازه‌ گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیر پذیر می‌شود.

فيبر نوري

• کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در صنایع جنگ‌ افزاری دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشکها، ارتباط زیردریاییها (هیدروفون) را نام برد.
  از کاربردهای دیگر نظامی استفاده در مرز ها می باشد که فیبرهای نوری در عمق خاصی از خاک در مرز ها دفن می شوند و در صورتیکه کسی بخواهد از مرز خارج شود و روی فیبر پا بگذارد ، فیبر اطلاعات آن نقطه را به پایگاه مرکزی مرز می دهد و اقدام به دستگیری افراد انجام می شود.
• کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماریها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان دزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات و خون نام برد. همچنین تارهای نوری در دستگاه‌هایی به نام درون بین یا آندوسکوپ استفاده می‌شود تا به درون نای، مری، روده ومثانه فرستاده شود و درون بدن انسان به طور مستقیم قابل مشاهده باشد.
• کاربرد فیبرنوری در روشنابی: از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم به عنوان یک فناوری روشنایی متداول شده و در چند سال قرن اخیر توسعه و رشد فراوانی پیدا کرده‌است کاربرد آن در سیستم‌های روشنایی است. در این فناوری نور از منبع نوری که می‌تواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی) و یا نور طبیعی (نور خورشید) باشد وارد فیبر نوری شده و از این طریق به محل مصرف منتقل می‌شود. به این ترتیب نور به هر نقطه‌ای که در جهت تابش مستقیم آن نمی‌باشد منتقل می‌شود.

انواع کابل فیبر نوری

کابل‌ فیبر نوری به 2 دسته تک‌حالته Single mode و چندحالته Multi mode تقسیم می‌شود.

کابل فیبر نوری سینگل مود

کابل فیبر نوری سینگل مود دسته نور را بصورت مستقیم و بدون شکست عبور می‌دهد. منبع نوری این دسته از کابل‌ها لیزر می‌باشد . شدت نور بالایی دارند. قطر هسته این کابل‌ها بسیار کم و برابر 9 میکرومتر (µm) است.

کابل فیبر نوری مالتی مود

کابل‌های فیبر نوری Multi mode در مقایسه با کابل‌های فیبر نوری تک حالته قطری بسیار بزرگتر و برابر با 50 یا 62.5 (الي ١٠٠) میکرو متر دارند. منبع نوری این کابل‌ها LED است. نور را در پرتوهای متعدد با طول موج‌های مختلفی منتشر می‌کنند. این پرتوها بسته به نوع کابل، شکل انتشارهای مختلفی را در طول کابل دارند.

فیبرهای مالتی مود میتواند در سرعت 100 مگابیت با 2 کیلومتر مسافت را پاسخگو باشد.فیبرهای سینگل مود تا سرعت 100 مگابیت را تا مسافت 100 کیلومتر می تواند پشتیبانی کند البته این محدودیت به دلیل عدم توانایی تجهیزات اکتیو می باشد.

در شکل زیر نحوه شکستن نور در کابل‌های Multi mode و Single mode و قطر هسته آن‌‌ها را مشاهده می‌کنید: 

کابل‌هایSingle mode به 2 دسته OS1 و OS2 تقسیم می‌شوند. که تفاوت آن‌ها در طول موج و نحوه انتشار نور در هسته می‌باشد.

کابل‌هایMulti mode به 5 دسته OM1، OM2، OM3، OM4 ، OM5 تقسیم می‌شوند. در کابل‌های نوع OM1,OM2 نور با برخورد به دیواره clad شکسته می‌شود. طول کابل را طی می‌کند که به تکنولوژی ساخت هسته این کابل‌ها step-index گفته می‌شود.

تفاوت کابل های OM4 و OM3 در چیست؟

اما، در کابل‌های نوع OM3,OM4،OM5 هسته کابل با تکنولوژی Graded-index تولید می‌شود . باعث می‌گردد نور پس از چندین بار شکست، هنگامی که به پوشش clad کابل برخورد کرد، با ضریب شکست و انحراف بسیار کمی در طی طول کابل منتشر شود. به این تکنولوژی که کابل‌هایOM3,OM4،OM5 با آن ساخته می‌شوند، تکنولوژی فیبرهای متحد المرکز نیز گفته می‌شود.

انواع پوشش‌ کابل فیبر نوری و خصوصیات آن

مکانیزم بافرینگ: کابل‌های فيبر نوری از لحاظ نحوه قرار گرفتن تارها، خصوصیات کابل و پوشش آنها ، در3 دسته عمده تقسيم بندی می‌شوند:

• (Indoor (Tight Buffer
• (Outdoor( Loose tube
• Indoor & Outdoor

کابل های (Indoor (Tight Buffer:

این دسته کابل‌هایی هستند که جهت کاربردهای داخل ساختمان (Indoor) مورد استفاده قرار می‌گیرند. پوشش درون این کابل‌ها ،Tight Buffer است که رشته نخ‌هایی هستند که به دور کابل پیچیده شده‌اند. قطر این روکش 900 میکرومتر است . به طور مستقیم روی فیبر قرار می‌گیرد و از ضربه‌های کوچک به فیبر جلوگیری می‌کند. این پوشش موجب منعطف‌تر شدن کابل می‌شود و استفاده آن را برای کاربردهای متنوع آسان‌تر می‌کند.

بعضی کاربردهای فیبرنوری با مکانیزم Tight Buffer عبارتند از:

• بک بن داخل ساختمان (اصطلاحاً کابل‌کشی ستون فقرات یا عمودی است)
• کابل‌کشی افقی
• پچ کوردها و کابل‌های تجهیزات

کاربرد فیبر نوری

فیبرنوری با مکانیزم Tight Buffer

سه نوع کابل Tight-Buffer وجود دارد که عبارتند از:

– Breakout: در این کابل ها، برای هر فیبرنوری با مکانیزم بافرینگ سخت، یک پوشش جداگانه وجود دارد.

– Mini-Breakout: در این کابل ها، یک پوشش واحد کل فیبرنوری را حفاظت می‌کند.

– Zip Cord: که برای ساختن پچ کورد از آن استفاده می‌شود.

جنس فیبر نوری

فایبر نوری معمولاً از جنس سیلیسیم دی‌اکسید برای انتقال داده‌ها توسط نور لیزر استفاده می‌شود. یک کابل فیبر که کمتر از یک اینچ قطر دارد. از مجموعه‌ای از این فیبرها تشکیل شده . می‌تواند صدها هزار مکالمهٔ صوتی را منتقل کند. فیبرهای تجاری ظرفیت ۲٫۵ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را برای ما فراهم می‌کنند. فیبر از چندین لایه ساخته می‌شود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌گویند. هسته شامل یک تار بوده که معمولا از جنس شیشه خالص است. هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کاملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌آورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد. از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند. باعث می‌شود نور در هسته تابیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته بازتابیده گردد که در آن دو ماده به هم می‌رسند. این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) می‌نامند.

جنس فیبر نوری

ساختار فیبر نوری

در نوع مرسوم فیبر نوری قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش معمولاً از جنس پلاستیک قرار می‌گیرد.

یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد. این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر مختلف را در بر بگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است.

مزایای فیبر نوری

• ظرفیت بالای انتقال : پهنای باند فیبر نوری به منظور ارسال اطلاعات به مراتب بیشتر از سیم مسی است .
• تضعیف ناچیز : تضعیف سیگنال در فیبر به مراتب کمتر از سیم مسی است .
• سیگنال های نوری : برخلاف سیگنال های الکتریکی در یک سیم مسی، سیگنال های نوری در یک فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهند داشت.
• مصرف برق پایین : با توجه به اینکه سیگنال ها در فایبر کمتر ضعیف می گردند. بنابراین میتوان از فرستنده هایی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستنده های الکتریکی که از ولتاژ بالایی استفاده میکنند، استفاده کرد.
• ارزانتر : هزینه چندین کیلومتر کابل نوری نسبت به سیم های مسی کمتر است .
• نازک تر : قطر فیبرها به مراتب کمتر از سیم های مسی است .
• غیر اشتعال زا : با توجه به عدم وجود الکتریسیته ، امکان بروز آتش سوزی هرگز وجود نخواهد داشت .
• انعطاف پذیری بیشتر : با توجه به انعظاف پذیری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتال با موارد کاربردی خاص مانند : عکس برداری پزشکی ، لوله کشی و …استفاده می گردد.
• وزن سبک : وزن یک کابل فیبر به مراتب کمتر از کابل مسی است.
• سیگنال های دیجیتال : مناسب به منظور انتقال اطلاعات دیجیتالی است .

مزایای استفاده از  فیبرهای نوری

با توجه به مزایای فراوان، امروزه از فیبر در موارد متفاوتی استفاده می شود. اکثر شبکه های کامپیوتری و یا مخابرات از راه دور در مقیاس وسیعی از آن استفاده می کنند.

پهنای باند فیبر نوری

فیبر دارای پهنای باند بسیار بالاتر از کابل‌ شبکه معمولی می‌باشد. با آن می‌توان داده‌های تصویر، صوت و داده‌های دیگر را به آسانی با پهنای باند بالا تا ۱۰ گیگابیت بر ثانیه و بالاتر از آن را انتقال داد. امروزه مخابرات از فیبر، به دلیل پهنای باند وسیعتر در مقایسه با کابل های مسی، و تأخیر کمتر در مقایسه با مخابرات ماهواره‌ای از مهم‌ترین ابزار انتقال اطلاعات محسوب می‌شودو یکی از تجهیزات پسیو شبکه می باشد.

ظرفیت فیبر نوری

ظرفیت انتقال فیبر بیشتر مفهوم انتزاعی دارد و توسط تکنولوژی حال حاضر قابل تعیین نیست. پیشرفت در زمینه ی ظرفیت انتقال فیبر نوری بسیار بیشتر و فراتر از پیشرفت هایی در سرعت ریز تراشه (microchip) و گنجایش ذخیره داده صورت گرفته است. جالب است بدانید که فیبرها قدرت انتقال داده بیشتری نسبت به کامپیوتر های جاری در ارسال، دریافت و ذخیره ی اطلاعات دارند.

در سال ۲۰۱۴، طی یک انتقال آزمایشی با استفاده از یک رشته فیبر در طول مسافت ۲۴۰ کیلومتری، نرخ انتقال فیبر نوری ۱۷۱ گیگابیت بر ثانیه اندازه گیری شد. با استفاده از تقسیم طول موج چندگانه که امکان برقراری چندین کانال بر روی طول موج های متفاوت را ایجاد می کند. ۴۳۲ کانال برای انتقال داده و اطلاعات برقرار شد که جمعا ظرفیت انتقال ۶۹.۱ ترابیت بر ثانیه حاصل شد. در این آزمایش که توسط شرکت نیپون، و نیز تلگراف از کشور ژاپن صورت گرفت. تنها از بخشی از طول موج های قابل دسترس استفاده شده بود. بنابراین ، این نرخ با استفاده از تمامی طول موج های موجود، بسیار بالاتر می تواند باشد.

چگونه خطوط فیبر بعنوان حسگرهای زلزله شناخته می شوند؟

اگر بخواهید در آینده زمین‌لرزه را پیش‌بینی کنید، به شبکه‌ای از سنسورها و داوطلبان بسیاری زیادی نیاز خواهید داشت. خطوط فیبر می‌‌‌توانند به‌عنوان حسگرهای زلزله ایفای نقش کنند. پژوهشگران تکنیکی ارائه داده‌اند که با ایجاد لرزش در خطوط فیبر نوری، فعالیت‌‌های لرزه‌ای زمین را  زودتر از سایر زمانها تشخیص میدهند. حسگرهای لیزری هرگونه اختلال در فیبر نوری را شناسایی و بزرگی و جهت لرزش‌‌ها را به سرور مرکزی ارسال می‌کنند. این سیستم نه تنها می‌‌‌تواند انواع مختلف امواج زمین لرزه(و در نتیجه میزان جدی بودن خطر) را تشخیص دهد. بلکه می‌‌‌تواند لرزه‌‌هایی بسیار کوچک یا محلی را که ممکن است احساس نشوند را مشخص کند. تشخیص‌‌های مبتنی بر فیبر نوری جدید نیستند. پیش از این از آن‌‌ها به‌عنوان حسگرهای صوتی استفاده شده است. در این مورد، آن‌‌ها باید درون سیمان پیچیده می‌‌‌شدند یا به سطحی می‌‌‌چسبیدند یا اطمینان حاصل می‌‌‌شد که به زمین چسبیده‌اند. بدین روش تشخیص ناخالصی‌‌ها در سیگنال آسان‌تر می‌‌‌شد. در روش جدید، نیازی به ساکن کردن فیبرهای نوری نیست و خطوط فیبر که درون لوله‌‌های پلاستیکی قرار دارند، کافی است. به این ترتیب استفاده و نصب این حسگرها بسیار آسان‌تر و ارزان‌تر خواهد بود.

اندازه مناسب فیبر نوری

در مورد اندازه‌ی فیبرها محدودیت‌‌هایی وجود دارد؛ بنابراین ممکن است مناطق روستایی یا کم‌جمعیت‌تر که فیبر ندارند، مشمول این طرح نشوند. تاکنون تنها جایی که این طرح استفاده شده و کاربردی بودن آن ثابت شده است، حلقه‌ای سه مایلی در اطراف دانشگاه استنفورد لندن است. اجرای شبکه‌ای از حسگرها در سطح یک شهر بسیار چالش برانگیز خواهد بود. با این وجود این طرح، ارزان‌تر از توسعه‌ی سنسورهای اختصاصی خواهد بود. علاوه براین، چون هر قسمت از فیبر در این فناوری، در حال جمع‌ آوری دیتا هستند، این روش دقت عمل بسیاری بالایی خواهد داشت و مجموعه‌ای از اطلاعات زمین‌لرزه‌ای در اختیار ما قرار خواهد گذاشت  که پیش از این چنین سابقه نداشته است.

فیبر نوری و پهنای باند آن

انواع کابل های فیبر نوری

انواع کابل های فیبر نوری از لحاظ ساختاری طبق استاندارد مخابرات  در ایران

کابل خاکی فیبر نوری  ‎(Optical Buried Unfilled Cable) OBUC‏

کابل کانالی فیبر نوری  ‎(Optical Conduit Unfilled Cable) OCUC‏

کابل هوایی فیبر نوری  ‎(Optical Self Support Cable) OSSC‏

کابل های فیبر هوایی سلف ساپورت که به خاطر ظاهر کابل به فیگور 8 معروف هستند. بسته به مقاومت مورد نیاز برای کابل دولایه روکش و یک لایه آرمور یا یک لایه روکش دارند .با توجه به طراحی و ساختار خود مناسب جهت استفاده درپروژه های فیبر به شکل هوایی می باشند. ساختار این کابل شبیه عدد هشت 8 انگلیسی می باشد که در یک طرف آن کابل مستحکم و یکپارچه فولادی قرار داشته و در طرف دیگر کابل فیبر نوری متصل به کابل فولادی جهت کابل کشی هوایی قرار گرفته است.

خرید تجهیزات شبکه