فيبر نوري و سيستم مخابرات فيبر نوري

فيبر نوري چيست؟
فيبر نوري، رشته‌اي از تارهاي بسيار نازك شيشه‌اي بوده‌ كه قطر هر يك از تارها نزديك به قطر يك تار موي انسان است. تارهاي فوق در كلاف‌هايي قرار مي‌گيرند و كابل‌هاي نوري را به‌وجود مي آورند.
كابل فيبر نوري به‌عنوان يك هدايت‌كننده نور عمل مي‌كند كه نور را از يك سر‌به‌سر ديگر منتقل‌ مي‌كند. يك دريافت‌كننده كه به نور حساس است در مقصد وجود داردكه پالس‌هاي دريافتي منبع را تبديل به سيگنال‌هاي ديجيتالي مي‌كند.
از فيبر نوري به‌منظور ارسال سيگنال‌هاي نوري در مسافت‌هاي طولاني استفاده مي‌شودو مهمترين هدف در استفاده از فيبر نوري داشتن نرخ انتقال بيتي بالا است.

اجزاي تشكيل‌دهنده فيبر نوري
يك فيبر نوري از سه بخش اصلي تشكيل شده است:
1- هسته(Core) هسته نازك شيشه‌اي در مركز فيبر كه سيگنال‌هاي نوري در آن حركت مي‌نمايند. در داخل هسته از ديودها و يا ليزرهاي انعكاسي استفاده مي‌شود تا مانع از خروج پرتوهاي نور از كابل شود.
2- روكش(Cladding) بخش خارجي فيبر بوده كه دورتا دور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نور منعكس‌شده به هسته مي‌گردد. پوشش هسته به منحرف نشدن پرتوها كمك مي‌كند. ضريب انعكاس روكش از هسته كمتر بوده و موجب شكست كامل نور تابيده شده به ديواره هسته مي‌شود.
3- بافر رويه(Buffer Coatiny) روكش پلاستيكي كه باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب‌پذير است .
بيشتر لايه‌ها در فيبر نوري به منظور محافظت از هسته در نظر گرفته مي‌شوند. كابلها از نظر لايه‌هاي محافظ به دو دسته : الف) كابل‌هاي لوله شل ب) كابل هاي با ضربه‌گير محكم، تقسيم مي‌شوند. از كابل‌هاي شل در فضاهاي باز استفاده مي‌شود و از نوع دوم بيشتر در برقراري اتصالات تجهيزات پايانه‌اي و همچنين در ارتباطات بين وسايل گوناگون در شبكه هاي بزرگ و همچنين در كابل‌كشي داخل ساختمان استفاده مي‌شود.

مزاياي فيبر نوري چيست؟
فيبر نوري در مقايسه با سيم‌هاي مسي داراي مزاياي زير است:
1- قيمت ارزانتر: هزينه فيبر نوري نسبت به سيمهاي مسي در مقياس‌هاي بالا كمتر است.
2- اندازه نازك‌تر: قطر فيبرهاي نوري به مراتب كمتر از سيم‌هاي مسي است.
3- ظرفيت بالا: پهناي باند فيبر نوري به منظور ارسال اطلاعات به مراتب بيشتر از سيم مسي است. لذا فيبر نوري توانايي انتقال داده‌هاي بيشتري را دارد.
4- تضعيف ناچيز: تضعيف سيگنال در فيبر نوري به مراتب كمتر از سيم مسي است.
5- عدم تداخل: برخلاف سيگنال‌هاي الكتريكي در يك سيم مسي، عبور سيگنال‌هاي نوري در يك فيبر تأثيري بر فيبر ديگر نخواهد داشت و تداخل الكترو مغناطيسي نخواهيم داشت.
6- مصرف برق پايين: با توجه به اين كه سيگنال‌ها در فيبر نوري كمتر تضعيف مي‌گردند، بنابراين مي‌توان از فرستنده‌هايي با ميزان برق مصرفي پائين نسبت به فرستنده‌هاي الكتريكي(كه از ولتاژ بالايي استفاده مي‌نمايند)، استفاده كرد.
7- اشتغال‌زا نبودن: با توجه به عدم وجود الكتريسته در فيبر نوري، امكان بروز آتش‌سوزي در اين خصوص وجود نخواهد داشت.
8- وزن سبك: وزن يك كابل فيبر نوري به مراتب كمتر از كابل مسي هم‌رده‌آن است و اين عامل در كاركردن، نصب و نگهداري فيبر بسيار مهم است.
9- انعطاف‌پذير بودن: با توجه به انعطاف‌پذيري فيبر نوري و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين‌هاي ديجيتال با موارد كاربردي خاص مانند عكس‌برداري پزشكي و لوله‌كشي و… استفاده مي‌گردد.
10- فاصله: از فيبر نوري مي‌توان در ارتباط شبكه‌هايي كه فاصله زيادي از هم دارند استفاده كرد(اتصال شبكه‌هاي محلي(LAN) به يكديگر). شايان ذكر است كه قبل از استفاده از كابل‌هاي فيبر نوري ارتباط بين LAN ها از طريق تلفن يا امواج راديويي برقرار مي‌شد و كابل‌هاي فلزي توانايي برقراري اين ارتباط را نداشتند.
11- پايداري: در كابل‌هاي فيبر نوري امكان نفوذ و ايجاد اختلال در انتقال داده‌ها كمتر است و از تأثيرگذاري انواع نويزهاي الكترومغناطيسي شامل نويزهاي راديويي و يا نويزهاي حاصل از نزديكي كابل‌ها بر روي داده‌هاي در حال انتقال جلوگيري مي‌كند.
بطوركلي تارهاي نوري از تداخل و ترويج با ساير كانالهاي ارتباطي، خواه نوري و خواه الكتريكي، به خوبي محافظت شده‌ مي‌باشد. يعني نسبت به تداخل فركانسهاي راديويي(RFI) و تداخل الكترومغناطيسي(EMI) عدم پذيرش عالي دارند.
12- سرعت: فيبر نوري توانايي در انتقال اطلاعات به مقدار زياد چه به شكل ديجيتالي‌و‌چه به شكل آنالوگ دارند.
13- ترويج نوري نياز به زمين مشترك بين فرستنده تاري وگيرنده را منتفي مي كند.
14-امكان تعمير فيبر (تار) نوري در حاليكه سيستم روشن است ،بدون آنكه احتمال اتصال كوتاه شدن مدارهاي الكتريكي در فرستنده ويا در گيرنده باشد، وجود دارد.
15- فيبرهاي نوري درجه‌اي از امنيت وپنهاني بودن را عرضه مي كند. چون تار ها انرژي تشعشع نمي‌كنند. براي
يك مزاحم، آشكار سازي سيگنال ارسالي مشكل است.

نحوه دسته‌بندي كابل‌هاي فيبر نوري چگونه است؟
كابل‌ها براساس پارامترهاي زير دسته‌بندي مي‌شوند؟
1- براساسNEC ،UL ،Flame Retardancy
2- براساس نوع كابل
3-براساس‌نوع فيبر(1- تك‌حالته( Single Mode)، 2- چند حالته(Multi Mode )، 3- مختلط(Hybrid)
4- براساس تركيب سيم و فيبر(Composite Cable)
5- براساس استفاده داخلي (Indoor) يا خارجي(Outdoor)

چگونگي عملكرد سيستم مخابرات فيبر نوري
فيبر نوري يكي از محيط‌هاي انتقال داده با سرعت بالا است. امروزه از فيبر نوري در موارد متفاوتي نظير شبكه‌هاي تلفن شهري و بين‌شهري، شبكه‌هاي رايانه‌اي و اينترنت و براي انتقال اطلاعات در مسافت‌هاي طولاني استفاده مي‌شود.
نور، در كابل فيبر نوري از طريق هسته و توسط جهش‌هاي پيوسته با توجه به روكش حركت مي‌كند. با توجه به اينكه روكش، هيچ نوري از هسته جذب نمي‌كند نور مي‌تواند مسافت زيادي را طي كند. به هر حال مقداري از موج‌هاي نور به علت وجود ناخالصي موجود در فيبر ضعيف مي‌شوند. ميزان تضعيف نور به ميزان خلوص شيشه و طول موج نور ارسالي بستگي دارد.

مجموعه رله فيبر نوري از عناصر زير تشكيل شده ‌است:
1- فرستنده(Transmiter): مسئول توليد و رمزنگاري پيام‌هاي نوري است. فرستنده پيام‌هاي نوري را دريافت و دستگاه نوري را به منظور روشن و خاموش‌شدن در يك دنباله مناسب هدايت مي‌نمايد. فرستنده، از لحاظ فيزيكي در مجاورت فيبر نوري قرار داشته و ممكن است داراي يك لنز به منظور تمركز نور در فيبر باشد. ليزرها داراي توان به مراتب بيشتري نسبت به ديودهاي نوراني مي‌باشند. متداولترين طول موج پيام‌هاي نوري، 850 نانومتر، 1300نانومترو 1550 نانومتر است.
2- فيبر نوري(Optical Fiber): پيام‌هاي نور را در طول مسير هدايت مي‌كند.
3- تقويت‌كننده نوري( Optical Regenerator): پيام‌هاي نوري را در مسافت‌هاي طولاني تقويت مي‌كند. برخي از پيام‌ها در مواردي كه مسافت ارسال اطلاعات طولاني بوده و يا به هر دليلي، خلوص شيشه كم باشد، ضعيف شده و حتي از بين خواهند رفت. در چنين مواردي به منظور تقويت پيام‌هاي نوري ضعيف شده از يك يا چندين تقويت‌كننده نوري استفاده مي‌گردد. تقويت‌كننده نوري از فيبرهاي نوري متعدد به همراه يك روكش خاص( Doping) تشكيل مي‌گردد. بخش دوپينگ با استفاده از يك ليزر پمپ( تلمبه) مي‌گردد. زماني كه پيام تضعيف شده به روكش دوپينگي مي‌رسد، انرژي ماحصل از ليزر باعث مي‌گردد كه ملكول‌هاي دوپينگ‌ شده، به ليزر تبديل گردند. ملكول‌هاي دوپينگ‌ شده در ادامه باعث انعكاس يك پيام نوري جديد و قويتر با همان خصوصيات پيام ورودي تضعيف شده، خواهند بود.
4- دريافت‌كننده نوري(Optical Receiver): پيام‌هاي نوري را دريافت و رمزگشايي مي‌نمايد و سپس پيام‌هاي الكتريكي را براي ساير استفاده‌كنندگان(رايانه، تلفن و …) ارسال مي‌نمايد.
دريافت‌كننده به منظور تشخيص نور از يك فتوسل(Photocell ) يا فتوديود(Photodiode) استفاده مي‌كند.

منابع:
1- مناجاتي، محسن.(1383). « فيبر نوري بستر اصلي شبكه‌هاي پر سرعت» : ماهنامه شبكه- اسفند ماه – ص 120و 121.
2- قاضي تبريزي، سيد مجتبي(1383). « فيبر نوري چيست» : ماهنامه دانشمند- مردادماه – از صفحه 32 تا صفحه 35.
3-س. پالي، جوزف(1374). « مخابرات فيبر نوري » ترجمه مولوي، محمد و محدث، مجتبي. آستان قدس دانشگاه امام رضا.
4- عبدي، جواد و فاميل خليلي، اعظم (1383). « بررسي ساختار و قابليت‌هاي فيبر نوري» . ماهنامه استاندارد. دي ماه. از صفحه 25 تا صفحه 31.