فیبر نوری – فیبر نوری چیست؟ – فن آموزان

فیبر نوری یکی از روش هایی است که برای انتقال اطلاعات استفاده می شود. وقتی که با یک تلفن ثابت به مکالمه می پردازیم، یک کابل سیمی صدای ما را به یک سوکت در دیوار منتقل می کند و کابل دیگر هم صدا را به مرکز تلفن محلی انتقال می دهد.

تلفن های همراه به روش متفاوتی کار می کنند، بدین صورت که تلفن های همراه با استفاده از امواج رادیویی اطلاعات را ارسال و دریافت می کند و به این تکنولوژی وایرلس گفته می شود چون که کابلی در آن استفاده نمی شود.

فیبرهای نوری با روش دیگری کار می کنند؛ فیبر نوری اطلاعات را را از طریق تابش نور در یک لوله شیشه ای یا پلاستیکی ارسال می کند.

در ابتدا، در دهه 1950 میلادی برای اینکه پزشکان بتوانند داخل بدن انسان را بدون برش ببینند در اندوسکوپی ها از فیبر نوری استفاده شد. در دهه 1960 مهندسان با استفاده از همان فناوری روشی را پیدا کردند که می توانست تماس های تلفنی را با سرعت نور انتقال دهد ( به طور معمول 186000 مایل یا 300000 کیلوومتر در ثانیه در یک خلاء).

تکنولوژی نوری

کابل فیبر نوری از رشته های فوق العاده نازک شیشه ای یا پلاستیکی ساخته شده اند که به عنوان فیبر نوری شناخته می شود؛ یک کابل از دو یا صدها رشته ساخته شده است.

ضخامت هر رشته کم تر از یک دهم و به اندازه یک تار موی انسان است و می تواند چیزی حدود ۲۵۰۰۰ تماس تلفنی را حمل کند، بنابراین یک کابل فیبر نوری می تواند به راحتی چندین میلیون تماس تلفنی را حمل کند.

کابل های فیبر نوری اطلاعات بین دو مکان را با استفاده از فناوری کاملا نوری (مبتنی بر نور) ارائه می دهند. فرض کنید شما می خواهید با استفاده از کابل نوری اطلاعات را از کامپیوتر خود به خانه دوستتان ارسال کنید.

شما می توانید کامپیوتر خود را به یک لیزر وصل کنید، که اطلاعات الکتریکی را از کامپیوتر به مجموعه ای از پالس های نوری تبدیل می کند.

سپس شما می توانید لیزر را با کابل فیبر نوری بسوزانید. پس از عبور از کابل، پرتوهای نور در انتهای دیگر ظاهر می شود. دوست شما به یک سلول فوتوالکتریک (مولفه تشخیص نوری) نیاز دارد تا پالس نور را به اطلاعات الکتریکی تبدیل کند که کامپیوترش بتواند آن را درک کند.

فیبرهای نوری

نحوه کار فیبرنوری

نور از طریق دیواره ها بارها و بارها از فیبر نوری عبور می کند. هر فوتون کوچک (ذره ای از نور)، لوله را مانند یک بابسلد باز می کند و به پایین سرازیر می شود. حالا شما ممکن است انتظار یک پرتوی نور را داشته باشید، که در یک لوله شیشه ای شفاف حرکت می کند، به سادگی از لبه ها  به بیرون نشت پیدا می کند.

اما اگر نور با یک زاویه بسیار کم (کمتر از 42 درجه) به شیشه برخورد کند، آن را دوباره بازتاب می دهد، انگار که شیشه واقعا یک آینه است. این پدیده، بازتاب داخلی نامیده می شود و یکی از چیزهایی است که نور را درون لوله نگه می دارد. چیز دیگری که نور را در لوله نگه می دارد ساختار کابل است که از دو بخش مجزا تشکیل شده است.

بخش اصلی کابل که در مرکز است هسته نامیده می شود و کمی طول می کشد تا نور از آن عبور کند. در اطراف هسته، لایه دیگری از شیشه به نام روکش قرار دارد.

کار روکش این است که سیگنال های نور را درون هسته حفظ کند.  روکش می تواند این کار را انجام دهد چون از نوع متفاوتی از شیشه تشکیل شده است. ( از لحاظ فنی، روکش فلزی دارای ضریب شکست پایینی است.)

نحوه کار فیبر نوری

انواع کابل های فیبر نوری

فیبرهای نوری، سیگنال های نوری را که مد نامیده می شوند را با خود به پایین حمل می کنند. روش های مختلفی برای انتقال وجود دارد: یک مد مسیری است که یک پرتو نور از فیبر پایین می آید.

یک مد این است که مستقیما تا وسط فیبر پایین بیاید و مد دیگر بازتاب فیبر با یک زاویه کم عمق است. حالت های دیگر شامل زاوایای دیگر با شیب های کمتر یا بیشتر است.

ساده ترین نوع فیبر نوری، تک مده یا تک حالته نامیده می شود که دارای هسته های بسیار نازک با قطر 5 تا 10 میکرونی هستند.

در یک فیبر تک حالت، تمام سیگنال ها  (خط زرد در نمودار) به طور مستقیم در وسط حرکت می کنند و پایین نمی آیند. سیگنال های تلفن و اینترنت، کابل تلویزیون به طور کلی از فیبرهای تک حالته استفاده می کنند و چنین کابل هایی می توانند اطلاعات را تا بیش از 100 کیلومتر ارسال کنند.

نوع دیگر کابل فیبر نوری، چند حالته نامیده می شود. هر فیبر نوری در یک کابل چند حالته حدود 10 برابر بزرگتر از یک کابل تک حالته است و این بدان معناست که پرتوهای نور می توانند از طریق هسته مسیرهای مختلف را در حالت های مختلف طی کنند.

کابل های چند حالته می توانند اطلاعات را در فاصله های نسبتا کوتاهی ارسال کنند و برای اتصال شبکه های کامپیوتری به یکدیگر استفاده می شوند.

انواع فیبرهای نوری

حتی فیبرهای ضخیم تر در یک ابزار پزشکی به نام گاستروسکوپ (نوعی آندوسکوپ) استفاده می شوند، که پزشکان از آن برای کشف بیماری داخل معده استفاده می کنند.

گاستروسکوپ یک کابل فیبر نوری ضخیم است که شامل فیبرهای نوری زیادی است. در انتهای یک گاستروسکوپ، یک عدسی و لامپ وجود دارد.

 این لامپ نور را در یک قسمت از کابل به شکم بیمار می تاباند. هنگامی که نور به معده می رسد آن را از دیواره معده به یک لنز در پایین کابل هدایت می کند. بعد قسمت دیگری از کابل به عینک دکتر انتقال داده می شود.

کاربردهای فیبرنوری

همانطور که برق می تواند انواع ماشین آلات را قدرتمند سازد، پرتوهای نور نیز می توانند انواع مختلف اطلاعات را حمل کنند به طوری که در بسیاری از زمینه ها می توانند به ما کمک کنند. فن آوری هایی که از فیبر نوری استفاده می کنند شامل شبکه کامپیوتری، برودکست، اسکن پزشکی و تجهیزات نظامی و غیره می باشد.

فیبر نوری در شبکه های کامپیوتری

کابل های فیبرنوری ، راه اصلی انتقال اطلاعات در مسافت های دور هستند، زیرا دارای سه مزیت بسیار عالی نسبت به کابل های مسی قدیمی هستند:

ضعیف تر (از دست دادن سیگنال) : اطلاعات تقریبا 10 برابر بیشتر از قبل نیاز به تقویت دارد – که باعث می شود شبکه های فیبر ساده تر و ارزانتر اجرا و نگهداری شوند.

نبود تداخل : برخلاف کابل های مسی، هیچ “تداخل” (تداخل الکترومغناطیسی) بین فیبر نوری وجود ندارد، بنابراین اطلاعات با اطمینان بیشتر و کیفیت سیگنال بهتری انتقال می یابند.

پهنای باند بالاتر: همانطور که قبلا مشاهده کردیم، کابل های فیبر نوری می تواند اطلاعات بسیار بیشتری نسبت به کابل های مسی با قطر مشابه داشته باشد.

صدا و سیما

در اوایل قرن بیستم، رادیو و تلویزیون از یک ایده نسبتا ساده به وجود آمد: از لحاظ فنی بسیار آسان بود، امواج الکترومغناطیسی را از طریق یک فرستنده (در ایستگاه پخش) به هزاران آنتن در خانه های مردم فرستاده میشد. این روزها، در حالی که رادیو از طریق هوا پخش می شود، ما فقط از طریق کابل های فیبر نوری به تلویزیون دسترسی پیدا می کنیم.

فیبر نوری در رشته پزشکی

فیبرنوری را می توان در ابزارهای پزشکی استفاده کرد به طوری که بدون اینکه بدن بریده و یا از هم باز شود، پزشکان بتوانند داخل بدن را ببیند که اولین کاربرد مناسب فیبر نوری حدود نیم قرن قبل بود. امروزه گاستروپ ها نیز به همان اندازه مهم هستند، اما فیبرهای نوری به خلق شکل های جدید اسکن و تشخیص پزشکی ادامه می دهند.

فیبر نوری در زمینه های نظامی

دسترسی کاربران اینترنت به یکدیگر با شبکه های عظیم کابل های فیبر نوری آسان است . واضح است که نیروهای نظامی نیز با تکنولوژی پیشرفته در جهان به همان شکل متصل هستند.

کابل های فیبر نوری ارزان، نازک، سبک، ظرفیت بال، ضد حمله و بسیار امن هستند به طوری که روش مناسبی برای اتصال پایگاه های نظامی و دیگر تاسیسات مانند سایت های پرتاب موشک و ایستگاه های ردیابی رادار را فراهم می آورد.

فیبرنوری و نحوه کاربرد آن ها به طور کامل در کلاس های مجهز مجتمع آموزشی فن آموزان توسط اساتید با تجربه این مجموعه آموزش داده می شود.

فیبر نوری و کاربردهای آن

فیبر نوری یا تار نوری، به رسانه و فن آوری مرتبط با انتقال اطلاعات به عنوان پالس های نور در امتداد یک رشته شیشه ای یا پلاستیک یا فیبر اشاره دارد در این مقاله برای شما خواهیم گفت  فیبر نوری و کاربردهای آن را شرح می دهیم. کابل فیبر نوری می تواند تعداد زیادی از این فیبرهای شیشه ای را شامل شود – از چند تا چند صد. در اطراف هسته فیبر شیشه ای یک لایه شیشه ای دیگر به نام روکش است. لایه ای که به عنوان یک لوله بافر شناخته شده است، پوشش را محافظت می کند و یک لایه ژکت به عنوان لایه محافظ نهایی برای رشته فرد عمل می کند.

فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری یا تار نوری ریسمان بلند و باریکی است که مواد تشکیل دهنده ی آن سیلیکا، پلاستیک و شیشه می باشد. فیبر نوری داده ها را با سرعت بالا انتقال می دهد. پهنای باند در فیبر نوری خیلی بالاتر از شبکه های دیگر است. فیبر نوری که از یک طرف آن نور را وارد و از طرف دیگر خارج می کند. در حال حاضر مخابرات فیبر نوری از مهمترین شبکه ها برای منتقل کردن اطلاعات است و دلیل این موضوع وسعت باند در قیاس با کابلهای دیگر است.

فیبر نوری و کاربردهای آن

 

چگونه یک فیبر نوری کار می کند.

فیبر نوری اطلاعات را به شکل ذره های نور – یا فوتون – از طریق کابل فیبر نوری انتقال می دهد ، هسته فیبر شیشه ای و روکش آن هر کدام از شاخص های متفاوتی هستند که نور ورودی را در یک زاویه مشخص خم می کند. هنگامی که سیگنال های نور از طریق کابل فیبر نوری ارسال می شود، آنها از هسته و روکش در یک سری از پرش های zig zag دفاع می کنند و به فرایندی به نام بازتاب داخلی می پردازند. سیگنال های نور به علت لایه های چسبنده شیشه ای با سرعت نور حرکت نمی کنند ، در عوض حدود 30٪ کندتر از سرعت نور است. برای تجدید یا تقویت سیگنال در طول سفر آن، انتقال فیبر نوری گاهی به تکرار نیاز دارد در فواصل دور برای احیای سیگنال نوری با تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی، پردازش سیگنال الکتریکی و انتقال سیگنال نوری انجام می گردید. برای اطلاعات بیشتر می توانید دوره آموزش فیبر نوری را ببینید.

انواع فیبر نوری

فیبر چند منظوره و فیبر تک حالت دو نوع اصلی از فیبر نوری است.فیبر تک حالت برای مسافت های طولانی تر با توجه به قطر کوچکتر از هسته فیبر شیشه ای، نور را به یک پرتو منفرد متصل می کند، که مسیر مستقیمتری را ارائه می دهد و اجازه می دهد سیگنال را برای راه دور بیشتر سفر کند. فیبر تک حالت نیز پهنای باند قابل ملاحظه ای نسبت به فیبر چند منظوره دارد. منبع نور مورد استفاده برای فیبر تک حالت به طور معمول یک لیزر است . فیبر تک حالت معمولا گرانتر است زیرا نیاز به محاسبات دقیق برای تولید نور لیزر در یک بازه کوچکتر است.

فیبر چند منظوره برای فاصله های کوتاهتر استفاده می شود، زیرا باز کردن هسته بزرگتر به سیگنال های نوربرای بازتاب بیشتردر طول راه اجازه می دهد. قطر بزرگ اجازه می دهد تا پالس های نور چندگانه را از طریق کابل در یک زمان ارسال، که منجر به انتقال بیشتر داده ها می شود. این بدان معناست که با وجود این، امکان از دست رفتن سیگنال، کاهش یا تداخل وجود دارد. فیبر چند منظوره معمولا از LED برای ایجاد پالس نور استفاده می کنند.

در حالی که کابل های سیم مسی انتخاب های سنتی برای ارتباطات مخابراتی، شبکه و اتصالات کابل بوده است، فیبر نوری به یک جایگزین رایج تبدیل شده است. اکثر خطوط راه دور شرکت های تلفنی از فیبر نوری ساخته شده اند. فیبر نوری اطلاعات بیشتری نسبت به سیم مسی معمولی به علت پهنای باند بالاتر و سرعت های سریعتر آن را حمل می کند. از آنجا که شیشه الکتریسیته نیست، فیبر نوری به تداخل الکترومغناطیسی منجر نمی شود و تلفات سیگنال به حداقل می رسد.

فیبر نوری و کاربردهای آن

علاوه بر این، کابل های فیبر نوری را می توان در آب غوطه ور کرد و در محیط های خطر بیشتری مانند کابل زیر دریایی استفاده نمود. کابل فیبر نوری نیز قوی تر، نازک تر و سبک تر از کابل های سیم مسی است و اکثرا نیازی به نگهداری یا جایگزینی آن نیست. با این حال، سیم مسی اغلب ارزان تر از فیبر نوری است و در حال حاضر در بسیاری از مناطق که کابل فیبر نوری مستقر نشده است نصب شده است. فیبر شیشه ای همچنین نیاز به حفاظت بیشتر در داخل یک کابل بیرونی نسبت به مس دارد و نصب کابل کشی جدید کار سختی است.

کاربرهای فیبر نوری

1 – شبکه های کامپیوتری یک مورد فیبر نوری معمولی هستند که به علت توانایی انتقال فیبر نوری برای انتقال داده و ارائه پهنای باند بالا مورد استفاده قرار می گیرد. به طور مشابه، فیبر نوری اغلب در پخش و الکترونیک برای ارائه ارتباطات و عملکرد بهتر استفاده می شود.
2 – صنایع نظامی و فضایی همچنین از فیبر نوری به عنوان وسیله ارتباطی و انتقال سیگنال استفاده می کنند، علاوه بر توانایی آن برای اندازه گیری دما نیز می باشد. کابل های فیبر نوری به دلیل وزن سبک تر و اندازه های کوچکتر می توانند مفید باشند.
3 – فیبر نوری اغلب در انواع ابزار پزشکی برای ارائه روشنایی دقیق استفاده می شود. این نیز به طور فزاینده ای سنسورهای پزشکی را کمک می کند که به روش های پزشکی حداقل تهاجمی کمک می کند. از آنجا که فیبر نوری به تداخل الکترومغناطیسی وابسته نیست، برای آزمایش های مختلف مانند اسکن MRI ایده آل است . دیگر برنامه های پزشکی برای فیبر نوری شامل تصویربرداری اشعه ایکس، آندوسکوپی، نور درمانی و میکروسکوپ جراحی می باشد.