بررسی موضوع فیبر نوری
دسته بندي :
فنی و مهندسی »
برق، الکترونیک، مخابرات
فصل 1
فهرست مندرجات:
• فیبر نوری
• فیبر نوری در ایران
• فیبرهای نوری نسل سوم
• کاربردهای فیبر نوری
• فن¬آوری ساخت فیبرهای نوری
• روشهای ساخت پیش سازه
• مواد لازم در فرآیند ساخت پیش ساز
• مراحل ساخت
1-1 فيبر نوري
پس از اختراع ليزر در سال 1960 ميلادي ، ايده بكارگيري فيبر نوري براي انتقال اطلاعات شكل گرفت . خبرساخت اولين فيبر نوري در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با تضعيفي برابر با ؟ اعلام شد كه عملاً در انتقال اطلاعات مخابراتي قابل استفاده نبود تا اينكه در سال 1976 با كوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فيبر نوري توليدي شديداً كاهش داده شد و به مقداري رسيد كه قابل ملاحظه با سيمهاي هم محور بكار رفته در شبكه مخابرات بود .
فيبر نوري از پالس‌هاي نور براي انتقال داده‌ها از طريق تارهاي سيلكون بهره مي‌گيرد . يك كابل فيبرنوري كه كمتر از يك اينچ قطر دارد مي‌تواند صدها هزار مكالمه صوتي را حمل كند . فيبرهاي نوري تجاري ظرفيت 5/2 گيگابايت در ثانيه تا 10 گيگابايت در ثانيه را فراهم مي‌سازند . فيبر نوري از چندين لايه ساخته مي‌شود . دروني‌ترين لايه را هسته مي‌نامند . هسته شامل يك تار كاملاً بازتاب‌كننده از شيشه خالص (معمولاً) است . هسته در بعضي از كابل‌ها از پلاستيك كاملاً بازتابنده ساخته مي‌شود ، كه هزينه ساخت را پايين مي‌آورد . با اين حال ، يك هسته پلاستيكي معمولاً كيفيت شيشه را ندارد و بيشتر براي حمل داده‌ها در فواصل كوتاه به كار مي‌رود . حول هسته بخش پوسته قرار دارد ، كه از شيشه يا پلاستيك ساخته مي‌شود . هسته و پوسته به همراه هم يك رابط بازتابنده را تشكيل مي‌دهند كه باعث مي‌شود كه نور در هسته تابيده شود تا از سطحي به طرف مركز هسته باز تابيده شود كه در آن دو ماده به هم مي‌رسند . اين عمل بازتاب نور به مركز هسته را (بازتاب داخلي كلي) مي‌نامند . قطر هسته و پوسته با هم حدود 125 ميكرون است (هر ميكرون معادل يك ميليونيم متر است ) ، كه در حدود اندازه يك تار موي انسان است . بسته به سازنده، حول پوسته چند لايه محافظ ، شامل يك پوشش قرار مي‌گيرد .
يك پوشش محافظ پلاستيكي سخت لايه بيروني را تشكيل مي‌دهد . اين لايه كل كابل را در خود نگه مي‌دارد ، كه مي‌تواند صدها فيبر نوري مختلف را در بر بگيرد . قطر يك كابل نمونه كمتر از يك‌اينچ است .
از لحاظ كلي ، دو نوع فيبر وجود دارد : تك حالتي و چند حالتي . فيبر تك حالتي يك سيگنال نوري را در هر زمان انتشار مي‌دهد ، در حالي كه فيبر چند حالتي مي‌تواند صدها حالت نور را به طور همزمان انتقال بدهد .
2-1 فيبر نوري در ايران
در ايران در اوايل دهه 60 ، فعاليت پژوهشي در زمينه فيبر نوري در پژوهشگاه ، بر پائي مجتمع توليد فيبر نوري در پونك را در پي داشت و عملاً در سال 1373 توليد فيبر نوري با ظرفيت 50000كيلومتر در سال در ايران آغاز شد. فعاليت استفاده از كابل‌هاي نوري در ديگر شهرهاي بزرگ ايران آغاز شد تا در آينده نزديك از طريق يك شبكه ملي مخابرات نوري به هم بپيوندند.
فيبر نوري يك موجبر استوانه‌اي از جنس شيشه يا پلاستيك است كه دو ناحيه مغزي و غلاف با ضريب شكست متفاوت و دو لايه پوششي اوليه و ثانويه پلاستيكي تشكيل شده است. برپايه قانون اسنل براي انتشار نور در فيبر نوري شرط : مي‌بايست برقرار باشد كه به ترتيب ضريب شكست‌هاي مغزي و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثير عواملي ذاتي و اكتسابي دچار تضعيف مي‌شود. اين عوامل عمدتاً ناشي از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراكندگي رايلي، خمش و فشارهاي مكانيكي بر آنها هستند. منحني تغييرات تضعيف بر حسب طول موج در شكل زير نشان داده شده است. سيستم‌هاي مخابرات فيبر نوري گسترش ارتباطات و راحتي انتقال اطلاعات از طريق سيستم‌هاي انتقال و مخابرات فيبر نوري يكي از پر اهميت‌ترين موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهيل از مهم‌ترين ويژگي‌هاي مخابرات فيبر نوري مي‌باشد. يكي از پر اهميت‌ترين موارد استفاده از مخابرات فيبر نوري آساني انتقال در فرستادن سيگنالهاي حامل اطلاعات ديجيتالي است كه قابليت تقسيم‌بندي در حوزه زماني را دارا مي‌باشد. اين به اين معني است كه مخابرات ديجيتال تامين‌كننده پتانسيل كافي براي استفاده از امكانات مخابره اطلاعات در پكيجهاي كوچك انتقال در حوزه زماني است. براي مثال عملكرد مخابرات فيبر نوري با توانايي 20 مگاهرتز با داشتن پهناي باد 20 كيلوهرتز داراي گنجايش اطلاعاتي 1,0% مي‌باشد. امروزه انتقال سيگنالها به وسيله امواج نوري به همراه تكنيكهاي وابسته به انتقال شهرت و آوازه سيستم‌هاي انتقال ماهوارهاي را به شدت مورد تهديد قرار داده است. دير زماني است كه اين مطلب كه نور مي‌تواند براي انتقال اطلاعات مورد استفاده قـرار گيرد به اثبات رسيده است و بشـر امـروزه توانسته است كه از سرعت فوق‌العـاده آن به بهترين وجه استفاده كند. در سال 1880 ميلادي الكساندر گراهام بل 4 سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتياز نامه خود در زمينه مخابرات امواج نوري براي دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گرديد، در 15 سال اخير با پيشرفت ليزر به عنوان يك منبع نور بسيار قدرتمند و خطوط انتقال فيبرهاي نوري فاكتورهاي جديدي از تكنولوژي و تجارت بهتر را براي انسان به ارمغان آورده است. مخابرات فيبر نوري ابتدا به عنوان يك مخابرات از راه دور قراردادي تلقي مي‌شد كه در آن امواج نوري به عنوان حامل يك يا چند واسطه انتقال استفاده مي‌شد. با وجود آنكه امواج نوري حامل سيگنالهاي آنالوگ بودند اما سيگنالهاي نوري همچنان به عنوان سيستم مخابرات ديجيتال بدون تغيير باقي مانده است. از دلايل اين امر مي‌توان به موارد زير اشاره كرد : 1) تكنيكهاي مخابرات در سيستم‌هاي جديد مورد استفاده قرار مي‌گرفت. 2) سيستم‌هاي جديد با بالاترين تكنولوژي براي داشتن بيشترين گنجايش كارآمدي سرعت و دقت طراحي شده بود. 3) انتقال به كمك خطوط نوري امكان استفاده از تكنيكهاي ديجيتال را فراهم مي‌ساخت. اين مطلب نياز انسان را به دسترسي به مخابره اطلاعات را به صورت بيت به بيت پاسخگو بود.
• توانايي پردازش اطلاعات در حجم وسيع : از آنجايي كه مخابرات فيبر نوري داراي كارايي بالاتري نسبت به سيمهاي مسي سنتي هستند بشر امروزي تمايل چنداني براي پيروي از سنت ديرينه خود ندارد و توانايي پردازش حجم وسيعي از اطلاعات در مخابره فيبر نوري او را مجذوب و شيفته خود ساخته است.
• آزادي از نويزهاي الكتريكي : بافت يك فيبر نوري از جنس پلاستيك يا شيشه به دليل رسانندگـي انتخاب مي‌شود. در نتيجه يك حامـل موج نـوري مـي‌تواند از پتـانسيل مـوثـر
ميدانهاي الكتريكي در امان باشد. از قابليت‌هاي مهم اين نوع مخابرات مي‌توان به امكان عبور كابل حامل موج نوري از ميان ميدان الكترومغناطيسي قوي اشاره كرد كه سيگنالهاي نام برده بدون آلودگي از پارازيت‌هاي الكتريكي و يا سيگنالهاي مداخله‌گر به حداكثر كارايي خود خواهند رسيد.
3-1 فيبرهاي نوري نسل سوم
طراحان فيبرهاي نسل سوم، فيبرهايي را مد نظر داشتند كه داراي كمترين تلفات و پاشندگي باشند. براي دستيابي به اين نوع فيبرها، محققين از حداقل تلفات در طول موج 55/1 ميكرون و از حداقل پاشندگي در طول موج 3/1 ميكرون بهره جستند و فيبري را طراحي كردند كه داراي ساختار نسبتاً پيچيده‌تري بود. در عمل با تغييراتي در پروفايل ضريب شكست فيبرهاي تك مد از نسل دوم، كه حداقل پاشندگي آن در محدوده 3/1 ميكرون قرار داشت، به محدوده 55/1 ميكرون انتقال داده شد و بدين ترتيب فيبر نوري با ماهيت متفاوتي موسوم به فيبر دي.اس.اف ساخته شد.
4-1 كاربردهاي فيبر نوري
1. كاربرد در حسگرها : استفاده از حسگرهاي فيبر نوري براي اندازه‌گيري كميت‌هاي فيزيكي مانند جريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي، فشار، حرارت، جابجايي، آلودگي آب‌هاي دريا، سطح مايعات، تشعشعات پرتوهاي گاما و ايكس در سال‌هاي اخير شروع شده است. در اين نوع حسگرها، از فيبر نوري به عنوان عنصر اصلي حسگر بهره‌گيري مي‌شود بدين ترتيب كه ويژگي‌هاي فيبر تحت ميدان كميت مورد اندازه‌گيري تغيير يافته و با اندازه شدت كميت تأثيرپذير مي‌شود.
2. كاربردهاي نظامي : فيبر نوري كاربردهاي بي‌شماري در صنايع دفاع دارد كه از آن جمله مي‌توان برقراري ارتباط و كنترل با آنتن رادار، كنترل و هدايت موشك‌ها، ارتباط زيردرياييها ( هيدروفون ) را نام برد.
3. كابردهاي پزشكي : فيبر نوري در تشخيص بيماري‌ها و آزمايشهاي گوناگون در پزشكي كاربرد فراوان دارد كه از آن جمله مي‌توان چنده‌سنجي ( دزيمتري ) غدد سرطاني، شناسايي نارسايي‌هاي داخلي بدن، جراحي ليزري، استفاده در دندانپزشكي و اندازه‌گيري مايعات و خون نام برد.