مقاله جامع فیبرنوری

مقدمه

سیستم های مخابرات نوری با استفاده از فیبر های نوری به عنوان محیظ انتقال ، در سال های اخیر برای شبکه های انتقال بیش از پیش مورد توجه طراحان و مهندسان شبکه قرار گرفته اند.

به دلیل تلفات کم و پهنای باند زیاد مشخصه انتقال ، فیبرهای نوری برای حمل سیگنال های صوتی ، تصویری و داده ها در سسیتم های پر ظرفیت یک محیط آرمانی است.

دسته بندی

فیبرهایی که در مخابرات نوری به کار می روند موجبر هایی هستند که از ماده دی الکتریک و پلاستیکی شفاف ساخته می شوند که قادرند نور مرئی و فروسرخ را در یک مسیر طولانی انتقال دهند.

ساختمان فیبر نوری از دولایه استوانه ای شیشه ای یا پلاستیکی درونی وبیرونی هم محور تشکیل شده که لایه درونی را مغزی و لایه بیرونی را غلاف می نامند. لایه بیرونی دارای ضریب شکست کمتری نسبت به درونی است.

 

از نظر نمایه ضریب شکست ، فیبر نوری را میتوان به دو دسته تک مد و چند مد تقسیم بندی کرد. اگر مغزی فیبر ، که ترکیبات ساختمانی آن شیشه ، سیلیکا و یا شیشه چند عنصری است دارای ضریب شکست یکنواخت باشد فیبر را ضریب پله ای می نامند و اگر ضریب شکست از محور مرکزی تا سطح مشترک مغزی و غلاف به تدریج کاهش یابد این نوع فیبر را ضریب تدریجی می نامند.

 

به طور کلی ، فیبرهای تک مد در مخابراتی به کار گرفته میشوند که محیط انتقال دارای پهنای باند خیلی بالا باشد.

برای مثال ، میتوان کاربرد فیبر تک مد در سیستم کابل های زیر دریایی را نام برد.

برای پهنای باند از 200 مگاهرتز تا 2 گیگاهرتز که معمولا برای ارتباط مرکز های تلفن های درون شهری است ، از فیبر چند مد استفاده میشود و برای کاربردهایی مانند ارتباط داده ها که نیازمند پهنای باند کمی است فیبر های چند مد با ضریب پله ای به کار گرفته میشود.

تاریخچه

نور به عنوان حامل سیگنال از دیرباز مورد توجه طراحان سیستم های مخابراتی بوده است.

در سال 1880 میلادی ، الکساندر گراهام بل دستگاه فوتوفون را اختراع کرد. او توانست امکان ارسال مکالمه توسط پرتو نور را به نمایش بگذارد. در این دستگاه باریکه نور خورشید روی یک آینه نازک  متمرکز شد.

وقتی موج های صوتی مکالمه باعث ارتعاش آینه شوند ، مقدار انرژی منتقل شده به آشکار ساز نور هم  متعاقبا تغییر میکند.

نور رسیده به آشکار ساز سلنیوم باعث تغییر مقاومت آشکار ساز و سپس شدت جریان در گیرنده تلفن میشود بدین ترتیب موج های مکالمه در گیرنده ظاهر میشوند.بل توانست

با استفاده از این دستگاه فوتوفون خود سیگنال صوتی را در حدود 200 متر انتقال دهد.

فیبر نوری در دهه 1960 میلادی معرفی شد و به عنوان یک فناوری نوین ارتباطات در دیگر قالب‌های انتقال اطلاعات مانند مس و کابل‌های مسی جایگزین شد که‌ از نور به عنوان منبع اصلی برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کند.

انواع فیبر نوری

انواع اصلی آن شامل فیبرهای فشرده تک حالته (SMF) و چند حالته (MMF) تقسیم بندی می‌شود.

همچنین، بسته به نحوه اتصال و کاربرد می‌توان انواع دیگری از فیبر نوری را مانند فیبرهای کانالی، زمینی، هوایی و دریایی را مورد استفاده قرار داد.

فیبر های تک حالته (SMF) و چند حالته (MMF)

فیبرهای تک حالته دارای یک تار نوری به قطر تقریبا 10میکرون هستند و در طول موج 1310یا 1550 نانومتر کار می کنند

که قطر آن در فیبرهای چند حالته حدود 10 برابر فیبر تک حالته است و طول موج آن 850 یا 1300 نانومتر میباشد.

کابل های کانالی

کابل نوری کانالی یا OCUC در ارتباط مرکز های تلفن های درون شهری بین مراکز مخابراتی و ارتباط بین مراکز مخابراتی تا پست های FTTH از طریق داکت ، ساب داکت ها و حوضچه های مخابراتی در سطح شهر استفاده می شود.

در این کابل ها برای مقابله با نفوذ رطوبت از جذب کننده  رطوبت (جنس جذب کننده رطوبت نخ هست) وبدون ژل استفاده شده است. این کابل ها معمولا ۱۲،۲۴،۴۸،۷۲ کور تولید و متناسب با شرایط پروژه استفاده می گردند. روکش این     کابل ها از جنس HDPE  و مناسب برای محیط های بیرونی ساختمان می باشند.

کابل های خاکی

این نوع کابل ها خود به دو دسته تقسیم میشوند که در زیر به آنها میپردازیم:

کابل های OBUC

این نوع کابل برای انتقال داده‌ها و ارتباطات از طریق چنین تار نوری برای محیط های خارجی استفاده می‌شود. که هرکدام از آنها دارای یک لاییه محافظ به نام لوزتیوب میباشند.

OBUC مخفف (Outdoor Buried Universal Cable) که به معنای کابل جهانی دفنی در فضای باز است. بنابراین  محیط‌ هایی که دارای مانند دمای خیلی بالا یا پایین، تنش‌های فیزیکی و شرایط آب‌وهوایی بد هستند، از این کابل ها استفاده میشود. در این کابل همانند کابل نوری کانالی از جاذب رطوبت استفاده میگردد و برای جلوگیری از ورود رطوبت به داخل کابل ، از یک سیستم برج خشک کننده استفاده می‌شود که هوای مرطوب داخل کابل را خشک کرده و مانع از ورود آب و رطوبت میشود. این کابل به دلیل داشتن سیستم خشک‌کننده ،  مناسب استفاده در مناطقی تست که آب و هوا  تغییرات شدید دارد . OBUC بیشتر در پروژه‌های مخابراتی، شبکه‌های انتقال اطلاعات و شبکه‌های تلفن همراه استفاده می‌شود.

کابل هایOBFC

کابل OBFC که مخفف (Optical Fiber Cable Jelly Filled Field) است عملکردی شبیه به کابل OBFC دارد با این تفاوت که لایه درونی آن ژله‌ است. وجود این ماده  علاوه بر این‌که باعث ضد آب شدن کابل می‌شود در برابر عوامل خارجی مانند حرارت، رطوبت، خوردگی، تغییرات جوی و فشار محیطی تغییر شکل و خم شدن نیز مقاوم است. از این کابل برای انتقال داده‌ بین دو نقطه به عنوان مثال ساختمان‌ها، شهرها و شبکه‌های ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین به‌ علت دارا بودن لایه ژل درونی، این نوع کابل برای محیط‌ های خاکی ، اطراف رودخانه‌ها ، دریاچه‌ها و… که شرایط نامساعدی دارند مناسب است.

تفاوت این دو نوع کابل که در بالا ذکر کردیم در این است که OBUC  رطوبت را با استفاده از نخ جاذب و خشک کننده تعبیه شده در کابل جذب میکند ولی کابل OBFC  از طریق ژلی که داخل آن است این کار را انجام میدهد.

به طور کلی OBUC  در مناطق بارانی و مرطوب و OBFC در مناطق مرطوب و بارانی مورد استفاده قرار میگیرند.

کابل های هوایی

کابل‌های هوایی یا Aerial برای نصب روی دکل‌ها و تیرهای چراغ برق استفاده می‌شود که نصبت به کابل های خاکی نصب آسان تر و هزینه کمتری دارد. این نوع کابل ها در بالاترین ردیف دکل و تیرهای چراغ برق قرار میگیرند و بیشتر در محیط های مسطح نصب میشوند

انواع کابل های هوایی

کابل‌های فیبرنوری هوایی در سه نوع مختلف دسته‌بندی می‌شوند که عبارتند از:

OSSC  که مخفف (Optical Self Support Cable) میباشد دارای مهار کننده فولای است که مقاومت بالایی در شرایط  نامناسب را دارا است.

ADSS مخفف (All Dielectric Self Support) میباشد که بر خلاف مدل OSSC، دارای مهار کننده فولادی نیست و از طریق نخ های داخلی در برابر شرایط محیطی محافظت میشود

OPGW مخفف (Optical Ground Wire) این کابل توسط رشته سیم‌های فولادی در اطراف محصور شده است که جهت زمین کردن خطوط انتقال از آنها استفاده می‌شود. اگر در خطوط  فشار قوی سیم اتصال به زمین نداشته باشیم و از فیبر نوری نیز استفاده کنیم  کابل OPGWبهترین گزینه است که هر دو عملکرد را همزمان نشان دهد.

کاربردها

فیبر نوری در بسیاری از زمینه‌ها کاربرد دارد. برخی از کاربردهای رایج آن عبارتند از:

شبکه‌های ارتباطی: در شبکه‌های ارتباطی، فیبر نوری برای انتقال داده‌ها با سرعت بالا مانند شبکه‌های اینترنت، شبکه‌های تلفن همراه، شبکه‌های تلویزیونی و… به کار می‌رود.

انتقال اطلاعات در سیستم‌های کامپیوتری و سرورها: استفاده از فیبر نوری در انتقال داده‌ها بین سرورها، مراکز داده و سیستم‌های ذخیره‌سازی از جمله راهکارهای مناسب است.

سیستم‌های طبی پزشکی: فیبر نوری در ابزارها و دستگاه‌های پزشکی، مانند اندوسکوپ‌ها و لیزرهای پزشکی، برای بهبود تشخیص و درمان استفاده می‌شود.

سامانه‌های نظارتی و امنیتی: فیبر نوری در نصب سیستم‌های نظارتی و امنیتی، مانند دوربین‌های مداربسته، برای ارسال تصویر و داده‌ها در فواصل طولانی به‌کار می‌رود.

نتیجه گیری

همانظور گه گفتیم فیبر نوری در دهه 1960 میلادی معرفی شد و به عنوان یک فناوری نوین ارتباطات در دیگر قالب‌های انتقال اطلاعات مانند مس و کابل‌های مسی جایگزین شد که‌ از نور به عنوان منبع اصلی برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کند. سیستم های مخابرات نوری با استفاده از فیبر های نوری به عنوان محیظ انتقال ، در سال های اخیر برای شبکه های انتقال بیش از پیش مورد توجه طراحان و مهندسان شبکه قرار گرفته اند. به دلیل تلفات کم و پهنای باند زیاد مشخصه انتقال ، فیبرهای نوری برای حمل سیگنال های صوتی ، تصویری و داده ها در سسیتم های پر ظرفیت یک محیط آرمانی است.