فيبرهاي نوري از شيشه شفاف و خالص ساخته ميشوند و با ضخامتي به نازكي يك تار موي انسان، ميتوانند اطلاعات ديجيتال را در فواصل دور انتقال دهند. از آنها همچنين براي عكسبرداري پزشكي و معاينه هاي فني در مهندسي مكانيك استفاده ميشود.

كاركرد فيبر نوري چگونه است؟

هرجا كه صحبت از سيستم هاي جديد مخابراتي، سيستم هاي تلويزيون كابلي و اينترنت باشد، در مورد فيبر نوري هم چيزهايي ميشنويد.

فيبرهاي نوري از شيشه شفاف و خالص ساخته ميشوند و با ضخامتي به نازكي يك تار موي انسان، ميتوانند اطلاعات ديجيتال را در فواصل دور انتقال دهند. از آنها همچنين براي عكسبرداري پزشكي و معاينه هاي فني در مهندسي مكانيك استفاده ميشود. 

فيبرنوري چيست؟

فيبرهاي نوري رشته هاي بلند و نازكي از شيشه بسيار خالصند كه ضخامتي در حدود قطر موي انسان دارند. آنها در بسته هايي بنام كابلهاي نوري كنار هم قرار داده ميشوند و براي انتقال سيگنالهاي نوري در فواصل دور مورد استفاده قرار ميگيرند.

اگر با دقت به يك رشته فيبر نوري نگاه كنيد، مي بينيد كه از قسمتهاي زير ساخته شده :

قسمتهاي مختلف يك رشته فيبر نوري  

• هسته _ هسته بخش مركزي فيبر است كه از شيشه ساخته شده و نور در اين قسمت سير ميكند.       

• لايه روكش _ واسطه شفافي كه هسته مركزي فيبر نوري را احاطه ميكند وباعث انعكاس نور به داخل هسته ميشود.
• روكش محافظ _ روكشي پلاستيكي كه فيبر نوري در برابر رطوبت و آسيب ديدن محافظت ميكند.

صدها يا هزاران عدد از اين رشته هاي فيبر نوري بصورت بسته اي در كنار هم قرار داده ميشوند كه به آن كابل نوري گويند. اين دسته از رشته هاي فيبر نوري با يك پوشش خارجي موسوم به ژاكت يا غلاف محافظت ميشوند.

فيبرهاي نوري دو نوعند :

• فيبرهاي نوري تك وجهي _ اين نوع از فيبرها هسته هاي كوچكي دارند ( قطري در حدود inch (4-) 10x 5/3  يا   9 ميكرون ) و ميتوانند نور ليزر مادون قرمز ( با طول موج 1300 تا 1550 نانومتر ) را درون خود هدايت كنند.
• فيبرهاي نوري چند وجهي _ اين نوع از فيبرها هسته هاي بزرگتري دارند ( قطري در حدود inch (3-) 10x 5/2 يا  5/62  ميكرون ) و نور مادون قرمز گسيل شده از ديودهاي نوري موسوم به LEDها را ( با طول موج 850 تا 1300 نانومتر ) درون خود هدايت ميكنند.

برخي از فيبرهاي نوري از پلاستيك ساخته ميشوند. اين فيبرها هسته بزرگي ( با قطر 4 صدم inch يا يك ميليمتر ) دارند و نور مرئي قرمزي را كه از LEDها گسيل ميشود ( و طول موجي برابر با 650 نانومتر دارد ) هدايت ميكنند.

يك فيبر نوري چگونه نور را هدايت ميكند؟

فرض كنيد ميخواهيد يك باريكه نور را بطور مستقيم و در امتداد يك كريدور بتابانيد. نور براحتي در خطوط راست سير ميكند و مشكلي ازين جهت نيست. حال اگر كريدور مستقيم نباشد و در طول خود خميدگي داشته باشد چگونه نور را به انتهاي آن ميرسانيد؟ 
براي اين منظور ميتوانيد از يك آينه استفاده كنيد كه در محل خميدگي راهرو قرار ميگيرد و نور را در جهت مناسب منحرف ميكند. اگر راهرو خيلي پيچ در پيچ باشد و خمهاي زيادي داشته باشد چه؟ ميتوانيد ديوارها را با آينه بپوشانيد و نور را به دام بيندازيد بطوريكه در طول راهرو از يك گوشه به گوشه ديگر بپرد. اين دقيقا همان چيزي است كه در يك فيبرنوري اتفاق مي افتد.
نور در يك كابل فيبرنوري، بر اساس قاعده اي موسوم به بازتابش داخلي، مرتبا بوسيله ديواره آينه پوش لايه اي كه هسته را فراگرفته، به اين سو و آن سو پرش ميكند و در طول هسته پيش ميرود.

از آنجا كه لايه آينه پوش اطراف هسته هيچ نوري را جذب نميكند، موج نور ميتواند فواصل طولاني را طي كند. به هر حال، برخي از سيگنالهاي نوري در حين حركت در طول فيبر، ضعيف ميشوند كه علت عمده آن وجود برخي ناخالصيها داخل شيشه است. ميزان ضعيف شدن سيگنال به درجه خلوص شيشه بكار رفته در داخل فيبر و نيز طول موج نوري كه درون فيبر سير ميكند بستگي دارد (بعنوان مثال
850 نانومتر = 60 تا 75 درصد در هر يك كيلومتر 
1300 نانومتر = 50 تا 60 درصد در هر يك كيلومتر
1550 نانومتر = بيش از 50 درصد در هر يك كيلومتر ).
برخي از فيبرهاي نوري هم هستند كه سيگنال در داخل آنها خيلي كم تضعيف ميشود. (كمتر از 10 درصد در هر يك كيلومتر براي 1550 نانومتر ).

سيستم ارتباط بوسيله فيبرنوري

براي پي بردن به اينكه فيبرهاي نوري چگونه در سيستم هاي ارتباطي مورد استفاده قرار ميگيرند، اجازه دهيد نگاهي بياندازيم به فيلم يا سندي كه مربوط به جنگ جهاني دوم است. دو كشتي نيروي دريايي را درنظر بگيريد كه از كنار يكديگر عبور ميكنند و لازم است باهم ارتباط برق و الكتريكرار كنند درحالي كه امكان استفاده از راديو وجود ندارد و يا دريا طوفاني است. كاپيتان يكي از كشتي ها پيامي را براي يك ملوان كه روي عرشه است ميفرستد. ملوان آن پيام را به كد مورس ترجمه ميكند و از نورافكني ويژه كه يك پنجره كركره جلو آن است براي ارسال پيام به كشتي مقابل استفاده ميكند. ملواني كه در كشتي مقابل است اين پيام مورس را ميگيرد، ترجمه ميكند و به كاپيتان ميدهد. (ملوان كشتي دوم عكس عملي را انجام ميدهد كه ملوان كشتي اول انجام داد.)

حالا فرض كنيد اين دو كشتي هر يك در گوشه اي از اقيانوسند و هزاران مايل فاصله دارند و در فاصله بين آنها يك سيستم ارتباطي فيبرنوري وجود دارد.

سيستم هاي ارتباط بوسيله فيبرنوري، شامل اين قسمت هاست:

• فرستنده _ سيگنالهاي نور را توليد ميكند و به رمز در مياورد. 
• فيبرنوري _ سيگنالهاي نور را تا فواصل دور هدايت ميكند.
• تقويت كننده نوري _ ممكن است براي تقويت سيگنالهاي نوري لازم باشد. (براي ارسال سيگنال به فواصل خيلي دور)
• گيرنده نوري _ سيگنالهاي نور را دريافت و رمزگشائي ميكند.

فرستنده

نقش فرستنده شبيه ملواني است كه روي عرشه كشتي فرستنده پيام ايستاده و پيام را ارسال ميكند. فرستنده ابزار توليد نور را در فواصل زماني مناسب خاموش يا روشن ميكند.

فرستنده درعمل به فيبر نوري متصل ميشود و حتي ممكن است داراي لنزي براي متمركز كردن نور به داخل فيبر هم باشد. قدرت اشعه ليزر بيش از LEDهاست اما با كم و زياد شدن دما شدت نورشان تغيير ميكند و گرانتر هم هستند. متداول ترين طول موجهايي كه استفاده ميشود عبارتند از: 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر. (مادون قرمز و طول موجهاي نامرئي طيف )

تقويت كننده نوري

همانطور كه قبلا هم به آن اشاره شد، نور حين عبور از فيبر ضعيف ميشود. (مخصوصا در فواصل طولاني بيش از نيم مايل يا حدود يك كيلومتر مثلا در كابلهاي زير دريا) بنابرين يك يا بيش از يك تقويت كننده نوري در طول كابل بسته ميشوند تا نور ضعيف شده را تقويت كنند. 
يك تقويت كننده نوري داراي فيبرهاي نوري با پوشش ويژه اي است. نور ضعيف شده پس از ورود به اين تقويت كننده تحت تاثير اين پوشش خاص و نيز نور ليزري كه به اين پوشش تابيده ميشود تقويت ميشود. ملكولهاي موجود در اين پوشش ويژه با تابش ليزر به آنها، سيگنال نوري جديد و قوي توليد ميكنند كه مشخصات آن مشابه نور ورودي به تقويت كننده است. درواقع تقويت كننده نوري يك آمپلي فاير ليزري براي نور ورودي به آن است. گيرنده نوري مشابه ملواني كه روي عرشه كشتي گيرنده پيام بود عمل ميكند. اين گيرنده سيگنالهاي نوري ورودي را ميگيرد، رمزگشائي ميكند و سيگنالهاي الكتريكي مناسب را براي ارسال به كامپيوتر، تلويزيون يا تلفن كاربر توليد و به آنها ارسال ميكند. اين گيرنده براي دريافت و آشكارسازي نور ورودي از فتوسل يا فتوديود استفاده ميكند./

گيرنده نوري

گيرنده نوري مشابه ملواني كه روي عرشه كشتي گيرنده پيام بود عمل ميكند. اين گيرنده سيگنالهاي نوري ورودي را ميگيرد، رمزگشائي ميكند و سيگنالهاي الكتريكي مناسب را براي ارسال به كامپيوتر، تلويزيون يا تلفن كاربر توليد و به آنها ارسال ميكند. اين گيرنده براي دريافت و آشكارسازي نور ورودي از فتوسل يا فتوديود استفاده ميكند

 اين متن به سفارش وبسايت پارسيان الكتريك لاله زار بخش مقالات برق و الكتريك و الكتريك گردآوري شده است.شمارگان316

گردآوري و تدوين: فاطمه فروغي