فیبر نوری

چکیده:
 

جدیدا فعاليت هاي چمشگيري در تحقيقات و توسعه فيبرنوري در سطح جهان انجام پذيرفته و فناوري فيبرنوري در زمينه هاي مختلف كاربردهاي بي شماري پيدا كرده است. با توجه به اهمیت این موضوع،آشنایی با این فناوری و شناخت آن ما را در نیل به دانشی نوین رهنمون می سازد. در این مقاله تعریفی از فیبر نوری ومعرفی انواع آن خواهیم داشت. در ادامه روند ساخت فیبر نوری و مراحل تولید آن ارایه می گردد. و در پایان به بررسی مزایا و چالش های بکارگیری فیبر نوری پرداخته خواهد شد.

مقدمه:
 

در طي دو دهه اخير، فعاليت هاي چمشگيري در تحقيقات و توسعه فيبرنوري در سطح جهان انجام پذيرفته و فناوري فيبرنوري در زمينه هاي مختلف مانند مخابرات، سيستم هاي حسگر و ابزار دقيق و غيره كاربردهاي بي شماري پيدا كرده است.
بعد از اختراع لیزر در سال 1960 میلادی ، ایده بکارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال 1966 همزمان در انگلیس و فرانسه با تضعیفی برابر اعلام شد که عملا در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود، تا اینکه در سال 1976با کوشش فراوان محققین ، تلفات فیبر نوری تولیدی شدیدا کاهش داده شد و به مقداری رسید که قابل ملاحظه با سیمهای کواکسیکال مورد استفاده در شبکه مخابرات بود .
در ایران در اوایل دهه 60 ، فعالیتهای تحقیقاتی در زمینه فیبر نوری در مرکز تحقیقات منجر به تأسیس مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران گردید و عملا در سال 1373 تولید فیبر نوری با ظرفیت 50.000 کیلومتر در سل در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابلهای نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران شروع شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم متصل شوند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی ذچار تضعیف می‌شود. این عوامل عمدتا ناشی از جذب ماورای بنفش ، جذب مادون قرمز ، پراکندگی رایلی ، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند .

فیبرنوری چیست؟
 

فيبر نوري يك محيط انتقال داده با سرعت بالا است كه معمولا براي اتصال بين شبكه هاي تلفن بين شهري و شهري و شبكه هاي كامپيوتري و غيره استفاده ميشود . در كابل فيبر نوري رشته اي از الياف شيشه اي سيگنالهاي داده را به صورت پالسهاي نور منظم در مسافتهاي طولاني حمل ميكنند . ضخامت هر كدام از اين رشته ها تقريبادر حد يك تار موي انسان است . اين راه يك روش نسبتا ايمن براي انتقال data است زيرا برعكس كابلهاي مسي كه data را به صورت سيگنالهاي الكترونيكي حمل مي كنند، فيبر نوري در مقابل سرقت اطلاعات آسيب پذير نيست. اين بدين معاست كه كابلهاي فيبر نوري را نمي توان قطع كرده و اطلاعات را به سرقت برد.

اجزاي تشكيل دهنده يك فيبر نوري:
 

1- core يا هسته: يك رشته نازك شيشه كه در مركز فيبر است و سيگنال در داخل آن حركت ميكند.
2- Cladding يا روكش: لايه شيشه اي ديگري بوده كه با هسته متحدالمركز است ولي ضريب شكست نور در آن متفاوت است و به عنوان روكش دور تا دور هسته را گرفته و باعث شكست نور ميشود.
3- Coating يا رويه: كه از جنس پلاستيك بوده و از فيبر در مقابل آسيب هاي احتمالي مانند رطوبت و تا حد كمي ضربه و احيانا شكستن هسته حفاظت ميكند.
فيبرهاي نوري در دو گروه دسته بندي مي شوند:
1 - Single mode يا تك حالته: در اين نوع فيبرها در هر لحظه يك سيگنال يا پالس نوري در آن عبور داده ميشود كه نور به صورت مستقيم از داخل آن رد ميشود.
2- Multi mode يا چند حالته: در اين نوع فيبرها در هر لحظه چندين پالس نوري با زواياي مختلف درون فيبر تابانده يا ارسال مي شود.

انعکاس نور در فیبر نوری
 

زماني كه نور درون هسته تابيده مي شود، پوشش روي هسته كه Cladding نام داشت باعث انعكاس نور در طول مسير به داخل هسته ميشود. (دو ديوار آينه كاري شده را در نظر بگيريد كه روي يكي از آنها نور يك ليزر تابيده شود. خواهيد ديد كه نور ليزر چگونه طول مسير را طي كرده و خارج مي شود.) در برخي از فيبرهاي ارزان قيمت بدليل وجود نا خالصي در شيشه ممكن است در طول مسير دچار تضعيف پالسهاي نور شويم. در اين حالت نوعي تقويت كننده براي فيبرهاي نوري در نظر گرفته شده كه مانند يك آمپلي فاير عمل كرده و سيگنالها را regenerate ميكند. با اين تفاوت كه به جاي سيگنالهاي الكتريكي پالسهاي نور را بازسازي و تقويت مي كند.

فناوری ساخت فیبرهای نوری
 

برای تولید فیبر نوری ، ابتدا ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرآیند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌گردد . از سال 1970 روشهای متعددی برای ساخت انواع پیش سازه‌ها بکار رفته است که اغلب آنها بر مبنای رسوب دهی لایه‌های شیشه‌ای در اخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند .

روشهای ساخت پیش سازه
 

روشهای فرآیند فاز بخار برای ساخت پیش سازه فیبرنوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد :
• رسوب دهی داخلی در فاز بخار
• رسوب دهی بیرونی در فاز بخار
• رسوب دهی محوری در فاز بخار

موادلازم در فرآیند ساخت پیش سازه
 

• تتراکلرید سیلسکون : این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرآیند مورد نیاز است .
• تتراکلرید ژرمانیوم : این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش سازه استفاده می‌شود .
• اکسی کلرید فسفریل : برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش سازه ، این مواد وارد واکنش می‌شود .
• گاز فلوئور : برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می‌شود .
• گاز هلیوم : برای نفوذ حرارتی و حباب زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد .
• گاز کلر : برای آب زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است .

مراحل ساخت
 

مراحل صیقل حرارتی : بعد از نصب لوله با عبور گازهای کلر و اکسیژن ، در درجه حرارت بالاتر از 1800 درجه سلسیوس لوله صیقل داده می‌شود تا بخار آب موجود در جدار داخلی لوله از آن خارج شود .
مرحله اچینگ : در این مرحله با عبور گازهای کلر ، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می‌شود تا ناهمواریها و ترکهای سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند .
لایه نشانی ناحیه غلاف : در مرحله لایه نشانی غلاف ، ماده تترا کلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیوم و فرئون وارد لوله شیشه‌ای می‌شوند ودر حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی 120 تا 200 میلیمتر در دقیقه در طول لوله حرکت می‌کند و دمایی بالاتر از 1900 درجه سلسیوس ایجاد می‌کند .
ذرات شیشه‌ای حاصل از واکنشهای فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب می‌کنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال می‌شود. بطوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می‌گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت می‌شوند. بدین ترتیب لایه‌های شیشه‌ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می‌گردد و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می‌دهد .

سیستم ارتباط بوسیله فیبرنوری
 

سیستم‌های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل این قسمت هاست:
فرستنده: مسئول توليد، رمز نگاري و ارسال سيگنالهاي نور است. در اين قسمت سيگنالهاي الكتريكي به پالسهاي نور تبديل مي شوند. در اين سيستم براي تاباندن نور به داخل فيبر از يك LED استفاده ميشود. در برخي از فرستنده هاي گران قيمت به منظور تمركز نور در داخل فيبر و توان بالاتر از يك لنز استفاده ميشود.
فيبر نوري: محيط انتقال داده ها است كه است كه داده هايي كه به صورت پالسهاي نوري در آمده اند تا مسافتهاي طولاني حمل مي كند.
تقویت کننده نوری : ممکن است برای تقویت سیگنال‌های نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)
دريافت كننده: مسئول دريافت و رمز گشايي پالسهاي نوري است. اين دستگاه پس از دريافت و رمز گشايي پالسها آنها را به صورت سيگنالهاي الكتريكي تبديل ميكند تا براي كامپيوت قابل درك باشد. در اين دستگاه ه منظور تشخيص نور از يك فتوسل استفاده شده است.

مزاياي فيبر نوري:
 

در مسافتهاي بالا هزينه آن نسبت به سيمهاي مسي ارزانتر است.
پهناي باند فيبر نوري براي ارسال اطلاعات بسيار بيشتر از سيم هاي مسي است.
تضعيف سيگنال در فيبرهاي نوري نسبت به سيمهاي مسي بسيار نا چيز است.
سيگنالهاي موجود در يك فيبر بر فيبر ديگر تاثير نخواهد گذاشت. همچنين ميدانهاي الكتريكي هيچ تاثيري بر روي فيبر و روند انتقال داده ها در يك فيبر نوري ندارد.
ميزان برق مصرفي فرستنده هاي فيبر نوري نسبت به فرستنده هاي الكتريكي بسيار پايين تر است.
وزن آن نسبت به سيمهاي مسي بسيار كمتر است.

معايب فيبر نوري:
 

اين نوع رسانه براي شبكه هاي معمولي و كوچك بسيار پر هزينه است.
نصب فيبر هاي نوري كاري دشوار است.
براي نصب فيبرهاي نوري و تجهيزات آن به افراد متخصص نياز است. اما در نصب سيمهاي مسي تقرريبا اكثر افرادي كه آشنايي كمي در اين زمينه دارند ميتوانند آنها را نصب كنند.
تجهيزات مود نياز براي فيبرهاي نوري نسبت به سيمهاي مسي بسيار گران تر است.
براي نصب فيبر هاي نوري دقت بسيار زيادي مورد نياز است. حتي براي قطع كردن آن. زيرا در اين صورت زاويه شكست نور تغيير مي كند و روند انتقال داده ها دچار اختلال مي شود.
يكي از اصلي ترين اشكالات فيبر هاي نوري شكننده بودن فيبر داخل كابل است. در صورت خم كردن بيش از اندازه سيم، فيبر مورد نظر شكسته و ديگر آن كابل به در د نمي خورد. در صورتي كه سيمهاي مسي را هر چقدر كه دوست داريد ميتوانيد تا كنيد.

نتیجه گیری:
 

با توجه به اهمیت فیبر نوری و مزایا و برتری های فراوانی که در بسیاری از موارد نسبت به سیم های مسی دارد، خوب است که هر چه بیشتر در جهت توسعه و بکارگیری این فناوری نوین در ارتباطات اقدام گردد.
منابع:
1.www.tebyan.net
2.iran-eng.com
ارسالي از طرف کاربر محترم : cooper