کابل فیبر نوری چیست؟

برای پاسخ به سوال کابل فیبر نوری چیست؟ ابتدا تعریف دقیقی از این محصول داشته باشیم.

فیبر نوری یا تار نوری ( Optical Fiber ) رشته باریک و بلندی از یک ماده شفاف مثل شیشه یا پلاستیک است که می‌تواند نوری را که از یک سرش به آن وارد شده، از سر دیگر خارج کند.

کابل فیبر نوری داری پهنای باند بسیار بالاتر از کابل‌های معمولی است، با کابل فیبر نوری می‌توان داده‌های تصویر، صوت و داده‌های دیگر را به راحتی با پهنای باند بالا تا 10 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر انتقال داد.

به بیان دیگر کابل فیبر نوری (fiber-optic cable و optical-fiber cable) نوعی کابل شبکه است که از رشته‌هایی از شیشه تشکیل شده که رشته‌ها درون یک محفظه عایق قرار گرفته‌اند.

این نوع کابل برای استفاده در مسافت زیاد و برای شبکه‌های داده با عملکرد بالا و ارتباطات از راه دور مورد ساخته شده است. در مقایسه با کابل‌های مسی، کابل فیبر نوری پهنای باند بیشتری داشته و داده‌ها را در مسافت‌های طولانی‌تری انتقال می‌دهد.

خرید سیم و کابل خراسان افشارنژاد

تاریخچه پیدایش کابل فیبر نوری

در ادامه پاسخ به سوال کابل فیبر نوری چیست؟ باید به تاریخچه کابل فیبر نوری بپردازیم.

اولین کسانی که در قرون اخیر به فکر استفاده از نور برای انتقال اطلاعات افتادند، انتشار نور را در جو زمین تجربه کردند.

اما وجود موانع مختلف نظیر گرد و خاک، دود، برف، باران، مه و… انتشار اطلاعات نوری در جو را با مشکل مواجه ساخت.

بعدها استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح شد. نور در داخل این کانال‌ها بوسیله آینه‌ها و عدسی‌ها هدایت می‌شد، اما از آنجا که تنظیم این آینه‌ها و عدسی‌ها کار بسیار مشکلی بود این کار نیز غیر عملی تشخیص داده شد و مردود ماند.

شاید اولین تلاش در سیر تکاملی سیستم ارتباط نوری به وسیله الکساندر گراهام بل صورت گرفت که در سال 1880، درست 4 سال پس از اختراع تلفن، اختراع تلفن نوری (فوتوفون) یا سیستمی که صدا را تا فواصل چندین صد متر منتقل می کرد، به ثبت رساند.

تلفن نوری بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده با به ارتعاش در آوردن آینه ای کار می کرد. گیرنده یک فتوسل بود. در این روش نور در هوا منتشر می شد و بنابراین امکان انتقال اطلاعات تا بیش از 200 متر میسر نبود. به همین دلیل، اگرچه دستگاه بل ظاهراً کار می کرد اما از موفقیت تجاری برخوردار نبود.

ایده استفاده از انکسار (شکست) برای هدایت نور (که اساس فیبرهای نوری امروزی است) برای اولین بار در سال 1840 توسط Daniel Colladon و Jacques Babinet در پاریس پیشنهاد شد.

کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح کردند. آن‌ها مبنای کار خود را بر این گذاشتند که به سرعتی حدود 100 مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه دست پیدا کنند.

این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود. این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از 20 دسی بل نباشد. اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکائی (کورنینگ گلس) به این هدف دست یافت.

در اوایل سال 1960 میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن گردید. در سال 1966 میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود. چرا که فیبرنوری بسیار سبکتر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد.

توسعه فناوری فیبرنوری از سال 1980 میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال 1985 میلادی در دنیا نزدیک به 2 میلیون کیلومتر کابل فیبر نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته ‌است.

کابل فیبر نوری در ایران از چه سالی وارد شد؟

در ادامه پاسخ به سوال کابل فیبر نوری چیست؟ باید کمی در مورد تاریخچه این محصول در ایران صحبت کرد.

در ایران در اوایل دهه 60، فعالیت‌های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران را درپی داشت و در سال 1367، کارخانه تولید فیبر نوری در یزد به بهره برداری رسید.

عملاً در سال 1373 تولید فیبر نوری با ظرفیت 50٫000 کیلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند. در همان سال 1367 نخستین خط مخابراتی تار نوری بین تهران و کرج به کار افتاد.

اولین پروژه فیبرنوری با اجرای 700 کیلومتر کابل با 13 هزار کانال بین چندین مسیر با هزینه‌ای بالغ بر 40 میلیارد ریال بین سالهای 69 تا 73 انجام شد. در برنامه دوم توسعه پروژه فیبرنوری با 11600 کیلومتر کابل با 620 هزار کانال بین شهری با هزینه 654 میلیارد ریال در سالهای 74 تا 78 به انجام رسید و نهایتاً در برنامه سوم توسعه 17850 کیلومتر تا 2 میلیون کانال با پروتکشن بین شهرهای کشور با هزینه‌ای بالغ بر 1035 میلیارد در سالهای 79 تا 83 اجرا شد.

ساختار کابل فیبر نوری چیست؟

در ادامه این مطلب و برای پاسخ بهتر به پرسش کابل فیبر نوری چیست؟ به توضیح ساختار این نوع از کابل خواهیم پرداخت.

فیبر نوری از یک هسته (Core) و یک لایه روکش (Cladding) تشکیل شده که به دلیل تفاوت در ضریب شکست بین این دو، برای انعکاس داخلی کامل انتخاب شده است.

در فیبرهای کاربردی، روکش معمولاً با لایه ای از پلیمر آکریلات یا پلی آمید پوشانده می شود. این پوشش از فیبر در برابر آسیب محافظت می کند اما به خواص موج نوری آن کمک نمی کند.

فیبرهای روکش دار تکی (یا فیبرهایی که به صورت نواری یا دسته‌ای تشکیل می‌شوند)، یک لایه حائل شده از رزین سخت یا تیوب (لوله) هسته‌ای شکل در اطراف خود دارند تا هسته کابل را تشکیل دهند.

چندین لایه غلاف محافظ، بسته به نوع کاربرد، برای تعیین فرم کابل اضافه می شود. در مونتاژ فیبر گاهی شیشه‌های جذب کننده نور (تیره) را بین فیبرها قرار می‌دهند تا از نوری که از یک فیبر به داخل فیبر دیگر نشت می‌کند، جلوگیری کنند. با قرار دادن این قطعه در فیبر باعث کاهش تداخل داده در فیبرها یا کاهش تداخل نوری در پروسه انتقال نور در فیبر دسته‌ای (چندتایی) می‌شود.

عملکرد کابل فیبر نوری چگونه است؟

برای درک بهتر از ماهیت کابل فیبر نوری و پاسخ به سوال کابل فیبر نوری چیست؟ بهتر است کمی در مورد نحوه کار این کابل‌ها بدانید.

کابل فیبر نوری سیگنال‌های ارتباطی را با استفاده از پالس‌های نوری تولید شده توسط لیزرهای کوچک یا ال‌ای‌دی‌ها انتقال می‌دهند.

این کابل‌ها شامل تعدادی رشته‌های شیشه است که هر کدام از آن‌ها فقط کمی از موی انسان باریک‌تر هستند.

مرکز هر رشته، هسته یا core نامیده می‌شود که مسیر نور برای حرکت را فراهم می‌کند. هسته یا core با یک لایه شیشه به نام cladding (روکش) که نور را انتقال می‌دهد احاطه شده تا از هدر رفت سیگنال جلوگیری شود و به نور اجازه دهد تا در طول کابل حرکت کند.

دو نوع اولیه کابل‌های فیبر نوری، کابل های فیبری single mode و multi-mode هستند. کابل های single mode از رشته‌های بسیار باریک شیشه و یک لیزر برای تولید نور استفاده می‌کنند در حالی که فیبرهای multi-mode از ال‌ای‌دی برای این کار استفاده می‌کنند.

شبکه‌های فیبری single mode معمولا از تکنیک های Wave Division Multiplexing (WDM) برای افزایش دادن میزان انتقال ترافیکی که می‌تواند در طول رشته حرکت کند، استفاده می‌کنند. WDM این اجازه را می‌دهد که نور با طول موج‌های مختلف ترکیب شود (multiplexing) وسپس جدا شود (de-multiplexing) و از این طریق ارتباطات متعددی از طریق یک پالس نور انجام می‌شود.

خرید سیم و کابل کسری

کاربرد کابل فیبر نوری

برای شناخت دقیق‌تر و بهتر کابل فیبر نوری و پاسخ به سوال کابل فیبر نوری چیست؟ بهتر است که کاربردهای این نوع کابل را نیز بشناسید.

کاربرد در مخابرات، یکی از مرسوم‌ترین کاربردهای کابل فیبر نوری انتقال اطلاعات توسط نور لیزر است.
کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه ‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌های اخیر شروع شده‌است. در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره‌‌گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه‌‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیر پذیر می‌شود.
کاربردهای نظامی: کابل فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها، ارتباط زیردریاییها (هیدروفون) را نام برد.
کاربردهای پزشکی: کابل فیبر نوری در تشخیص بیماری‌ها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان دُزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات و خون نام برد. همچنین تارهای نوری در دستگاه‌هایی به نام درون بین یا آندوسکوپ استفاده می‌شود تا به درون نای، مری، روده و مثانه فرستاده شود و درون بدن انسان به طور مستقیم قابل مشاهده باشد.
کاربرد فیبر نوری در روشنایی: از جمله کاربردهای کابل فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم به عنوان یک فناوری روشنایی متداول شده و در چند سال قرن اخیر توسعه و رشد فراوانی پیدا کرده‌است کاربرد آن در سیستم‌های روشنایی است. در این فناوری نور از منبع نوری که می‌تواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی) و یا نور طبیعی (نور خورشید) باشد وارد فیبر نوری شده و از این طریق به محل مصرف منتقل می‌شود. به این ترتیب نور به هر نقطه‌ای که در جهت تابش مستقیم آن نیست منتقل می‌شود. امتیاز این نور که موجبات رشد سریع به کارگیری و توجه زیاد به این فناوری شده‌است این است که فاقد الکتریسیته گرما و تشعشعات خطرناک ماورای بنفش بوده (نور خالص و بی خطر) و دیگر اینکه با این فناوری می‌شود نور روز (بدون گرما و اشعه‌های ماورائ بنفش) را هم به داخل ساختمان‌ها و نقاط غیر قابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.

مزایای فیبر مالتی مد در مقایسه با فیبر سینگل ‌مد

بزرگتر بودن قطر هسته
ساده تر بودن تزریق انرژی نور به داخل فیبر
امکانات بهتر برای اتصال فیبرها به یکدیگر
امکان استفاده از هر دو منبع نور LD و LED
معایب فیبر مالتی مد در مقایسه با فیبر سینگل ‌مد
فیبر چند‌مدی دارای اعوجاج بین مدی است.
پهنای باند فیبرهای چند مدی، کمتر از فیبر تک مدی است.
تلفات یا تضعیف در فیبرهای چند مدی بیشتر است.
امکان ساخت فیبرهای چند مدی طولانی(با طول بلند) کمتر است.