فیبر نوری چگونه کار می کند ؟ و چیست ؟

فیبر نوری چگونه کار می کند ؟ و چیست ؟

هرجا که صحبت از سیستم های جدید مخابراتی، سیستم های تلویزیون کابلی و اینترنت باشد، در مورد فیبر نوری هم چیزهایی می‌شنوید.

فیبرنوری چیست؟

فیبرهای نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالصند که ضخامتی در حدود قطر موی انسان دارند. آنها در بسته هایی بنام کابل‌های نوری کنار هم قرار داده می‌شوند و برای انتقال سیگنال‌های نوری در فواصل دور مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها همچنین برای عکسبرداری پزشکی و معاینه های فنی در مهندسی مکانیک استفاده می‌شود. 

اگر با دقت به یک رشته فیبر نوری نگاه کنید، می بینید که از قسمت‌های زیر ساخته شده :

• هسته _ هسته بخش مرکزی فیبر است که از شیشه ساخته شده و نور در این قسمت سیر می‌کند.     

• لایه روکش _ واسطه شفافی که هسته مرکزی فیبر نوری را احاطه می‌کند وباعث انعکاس نور به داخل هسته می‌شود.

• روکش محافظ _ روکشی پلاستیکی که فیبر نوری در برابر رطوبت و آسیب دیدن محافظت می‌کند.

صدها یا هزاران عدد از این رشته های فیبر نوری بصورت بسته ای در کنار هم قرار داده می‌شوند که به آن کابل نوری گویند. این دسته از رشته های فیبر نوری با یک پوشش خارجی موسوم به ژاکت یا غلاف محافظت می‌شوند.

 

 

کابل فیبر نوری با همه کابل‌هایی که تا به حال بررسی شد کاملا تفاوت دارد زیرا براساس سیگنال‌های الکتریکی که در هادی‌های مسی جریان می‌یابند نمی‌باشد.

در کابل فیبر نوری از پالس‌های نور (فوتون‌ها) برای ارسال سیگنال‌های باینری تولید شده توسط کامپیوتر‌ها استفاده می‌شود.

از آنجا که کابل فیبر نوری به جای الکتریسیته از نور استفاده می‌کند تقریبا هیچ‌یک از مشکلات ذاتی کابل مسی همچون تداخل الکترومغناطیسی، مکالمه متقاطع و نیاز به زمین کردن را ندارد. علاوه بر این، تقلیل آن بسیار کمتر است، و بنابراین کابل‌های فیبر نوری را می‌توان در فواصل بسیار دورتری نسبت به کابل مسی گستراند، گاهی تا ۱۲۰ کیلومتر.

کابل فیبر نوری برای استفاده در زیرساخت‌های شبکه و بخصوص برای اتصالات بین ساختمان‌‌ها ایده‌آل است، زیرا در مقابل رطوبت و سایر شرایط خارج ساختمان مقاوم است. فیبر نوری ذاتا ایمن‌تر از کابل مسی هم هست، زیرا مثل مس انرژی الکترومغناطیسی قابل تشخیص ساطع نمی‌کند، و برداشتن مخفیانه اطلاعات از آن تقریبا غیرممکن است.

نقایص فیبر نوری عمدتا در هزینه‌های نصب و نگهداری آن نهفته‌اند، که معمولا از هزینه‌های کابل مسی بسیار بیشترند.

اما در حال حاضر واقعا تفاوت خیلی زیادی بین هزینه‌های این دو وجود ندارد. خود رسانه فیبر نوری در حال حاضر فقط کمی ازGategory 5 UTP گرانتر است.

با وجود این، استفاده از فیبر مشکلاتی به همراه دارد، از جمله در هنگام نصب، کابل‌کشی اساسا همان‌طور است که در مورد کابل مسی بود، فقط برای وصل کردن اتصال‌دهنده‌ها به ابزار و روش‌های کاملا متفاوتی نیاز است، لذا شما می‌توانید هر آنچه را که درباره سیم‌کشی الکتریکی یاد گرفته‌اید از پنجره دور بریزید.

از کابل فیبر نوری مدتهاست که استفاده می‌شود، حتی استانداردهای اولیه اترنت Mbps10 و بعدها ۱۰BaseF هم استفاده از آن را پشتیبانی می‌کردند و آن را FOIRL می‌نامیدند.

اما سرانجام استفاده از فیبر نوری در فناوری LAN پرسرعت رواج یافت و در حال حاضر تقریبا همه پروتکل‌های لایه پیوند داده از جمله پروتکل‌های زیر، استفاده از آن را به شکلی پشتیبانی می‌کنند:

·         Fast Ethernet (100BaseFX)

·         Gigabit Ethernet (1000BaseFX

·         Token Ring

·         Fiber Distributed Data Interface (FDDI)

·         ۱۰۰VG-AnyLAN

·         Asynchronous Transfer Mode (ATM)

·         Fiber Channel

کابل فیبر نوری هم مثل کابل مسی معمولا با استفاده از همبندی ستاره یا حلقه نصب می‌شود، هرچند پروتکل FDDI دو حلقه را رواج داده است، که شامل دو حلقه تکراری است که بار آنها در خلاف جهت هم حرکت می‌کند و به منظور تحمل خرابی ابداع شده است.

کابل فیبر نوری شامل :

یک هسته است که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود، و یک روکش۱ که هسته را در برمی‌گیرد، و روی آن یک لایه حائل پلاستیکی یک لایه از فیبر Kevlar به منظور محافظت و یک پوشش بیرونی از تفلون یا PVC قرار دارد، همان‌طور که در شکل ۱۳-۴ نشان داده شده است.

رابطه بین هسته و روکش است که کابل فیبر نوری را قادر می‌سازد سیگنال‌ها را در چنان فواصل دوری منتقل کند. شفافیت هسته کمی بیش از روکش است، که باعث می‌شود سطح داخلی روکش حالت انعکاسی داشته باشد.

وقتی پالس‌های نور در هسته حرکت می‌کنند توسط روکش به عقب و جلو انعکاس داده می‌شوند. به دلیل این انعکاس است که می‌توان کابل را در گوشه‌ها خم کرد و سیگنال‌ها می‌توانند بدون اینکه مسدود شوند به حرکت خود ادامه دهند.

دو نوع مهم کابل فیبر نوری وجود دارد:

به نام‌های تک‌حالته۲ و چندحالته۳، که از جهات گوناگون با هم تفاوت دارند مهمترین تفاوت آنها در ضخامت هسته و روکش است. فیبر تک حالته معمولا ۱۲۵/۸٫۳ میکرون است و فیبر چندحالته ۱۲۵/۶۲٫۵ میکرون. این ارقام مربوط به ضخامت هسته و ضخامت کل روکش و هسته هستند.

نور در هسته‌ی نسبتا نازک فیبر تک‌حالته حرکت می‌کند بدون اینکه به اندازه‌ای که در هسته کلفت‌تر فیبر چندحالته اتفاق می‌افتد توسط روکش منعکس شود.

سیگنالی که در کابل تک‌حالته منتقل شود توسط یک لیزر تولید می‌شود و شامل فقط یک طول موج است، در حالی که سیگنال‌های چندحالته توسط یک دیود منتشر‌کننده نور۴ (LED) تولید می‌شوند و چند طول موج را منتقل می‌کنند.

همه‌ی این کیفیات، کابل تک‌حالته را قادر می‌سازند نسبت به کابل چندحالته در پهناهای باد بالاتری کار کند و در فواصل تا ۵۰ برابر بیشتر گسترده شود.

اما کابل تک‌حالته بسیار گرانتر است و در مقایسه با کابل چند حالته شعاع انحنای نسبتا بالایی دارد، که کار با آن را سخت‌تر می‌کند.

بیشتر LANهای فیبر نوری از کابل چندحالته استفاده می‌کنند، که علی‌رغم کارایی کمتر نسبت به کابل تک‌حالته باز هم از کابل مسی بسیار بهتر است. شرکت‌های تلفنی و تلویزیون کابلی نز به استفاده از فیبر تک‌حالته تمایل دارند زیرا باید داده‌های بیشتری را منتقل کنند و در فواصل دورتری گسترده شوند.

کابل‌های فیبر نوری در پیکربندی‌های مختلف وجود دارند، زیرا این کابل موارد استفاده فراوانی دارد.

در کابل‌های ساده۵ فقط یک رشته فیبر وجود دارد، در حالی که در کابل‌های دوتایی۶ دو رشته در کنار هم در یک حفاظ قرار دارند. در کابل‌های چندتایی۷ تا ۲۴ رشته فیبر در یک حفاظ قرار دارند، که می‌توان آنها را در هر سر برای موارد استفاده مختلف تقسیم کرد.

از آنجا که کابل فیبر نوری مشکلات کابل مسی همچون EMI و مکالمه متقاطع را ندارد می‌توان تعداد زیادی رشته فیبر را با هم دسته‌بندی کرد بدون اینکه مثل کابل UTP نیاز به هم تابیدن آنها باشد و یا در مورد تضعیف سیگنال نگرانی وجود داشته باشد.

اتصال‌دهنده‌‌ای که به طور سنتی برای کابل‌های فیبر نوری به کار می‌رود اتصال‌دهنده ST 8 نام دارد.

این اتصال‌دهنده، یک اتصال‌دهنده خمره مانند است که ساختار قفل نیزه‌ای دارد، همان‌طور که در شکل ۱۴-۴ نشان داده شده است. اما اتصال‌دهنده جدیدی تحت عنوان SC 9 نیز کم‌کم جای خود را باز کرده است. این اتصال‌دهنده بدنه‌ای مربع شکل دارد و با فشار دادن آن به داخل سوکت قفل شود.

* شکل ۱۴-۴: اتصال‌دهنده‌های SC (چپ) و ST (راست) فیبر نوری.

می‌‌توان اتصال‌دهنده‌های فیبر نوری را با استفاده از ابزار پرس یا جسب اپوکسی۱۰ به طرق مختلف به کابل وصل کرد.

برخلاف ابزارهایی که برای پرس کردن کابل‌های مسی به کار می‌روند و یک بسته کامل از آنها را می‌توان زیر ۱۰۰ دلار خرید، یک جعبه ابزار فیبر نوری با همان قابلیت‌ها قیمتی بیش از ۱۰۰۰ دلار دارد و برای استفاده از آن نیز به مهارت بسیار بیشتری نیاز است.

در حال حاضر استفاده از کابل فیبر نوری تقریبا به زیرساخت‌ها منحصر است و به دلیل هزینه‌ی بالایی که برای نصب و نگهداری آن صرف می‌شود در سیم‌کشی افقی استفاده نمی‌شود.

اما پتانسیل این فناوری در این زمینه بالاست. استفاده از کابل فیبر نوری آزادیی را به طراح شبکه می‌دهد که با رسانه مسی هرگز تصور آن هم ممکن نبود از آنجا که با فیبر نوری قطعه کابل‌هایی بسیار بزرگتر از UTP، یعنی طولانی‌تر از ۱۰۰ متر، می‌توان داشت، دیگر نیازی نیست که در جای‌جای یک ساختار بزرگ اتاق‌های ارتباط دور حاوی سوئیچ یا هاب قرار بگیرند.

در عوض کابل‌های افقی می‌توانند در کل مسیر از پلاک‌های دیواری به یک اتاق تجهیزات مرکزی که حاوی:

همه تابلوهای اتصال، هاب‌ها، سوئیچ‌ها، مسیر‌یاب‌ها، و سایر ادوات این چنینی شبکه است کشیده شوند. این ساختار زیرساخت فروریخته۱۱ نامیده می‌شود. به این ترتیب به جای سرکشی منظم به نواحی دوردست شبکه قسمت اعظم عملیات نگهداری را می‌توان در همین یک محل انجام داد.

فیبرهای نوری دو نوعند :

۱٫ فیبرهای نوری تک وجهی:

این نوع از فیبرها، هسته های کوچکی دارند ( قطری در حدود inch (4-) 10x 5/3  یا   ۹ میکرون ) و می‌توانند نور لیزر مادون قرمز ( با طول موج ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر ) را درون خود هدایت کنند.

۲٫ فیبرهای نوری چند وجهی:

این نوع از فیبرها هسته های بزرگتری دارند ( قطری در حدود inch (3-) 10x 5/2 یا  ۵/۶۲  میکرون ) و نور مادون قرمز گسیل شده از دیودهای نوری موسوم به LED ها را ( با طول موج ۸۵۰ تا ۱۳۰۰ نانومتر ) درون خود هدایت می‌کنند.

برخی از فیبرهای نوری از پلاستیک ساخته می‌شوند. این فیبرها هسته بزرگی ( با قطر ۴ صدم inch یا یک میلیمتر ) دارند و نور مرئی قرمزی را که از LED ها گسیل می‌شود ( و طول موجی برابر با ۶۵۰ نانومتر دارد ) هدایت می‌کنند.

بیایید ببینیم طرز کار فیبر نوری چیست؟