چکيده:
جديدا فعاليت هاي چمشگيري در تحقيقات و توسعه فيبرنوري در سطح جهان انجام پذيرفته و فناوري فيبرنوري در زمينه هاي مختلف كاربردهاي بي شماري پيدا كرده است. با توجه به اهميت اين موضوع،آشنايي با اين فناوري و شناخت آن ما را در نيل به دانشي نوين رهنمون مي سازد. در اين مقاله تعريفي از فيبر نوري ومعرفي انواع آن خواهيم داشت. در ادامه روند ساخت فيبر نوري و مراحل توليد آن ارايه مي گردد. و در پايان به بررسي مزايا و چالش هاي بکارگيري فيبر نوري پرداخته خواهد شد.
مقدمه:
در طي دو دهه اخير، فعاليت هاي چمشگيري در تحقيقات و توسعه فيبرنوري در سطح جهان انجام پذيرفته و فناوري فيبرنوري در زمينه هاي مختلف مانند مخابرات، سيستم هاي حسگر و ابزار دقيق و غيره كاربردهاي بي شماري پيدا كرده است.
بعد از اختراع ليزر در سال 1960 ميلادي ، ايده بکارگيري فيبر نوري براي انتقال اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولين فيبر نوري در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با تضعيفي برابر اعلام شد که عملا در انتقال اطلاعات مخابراتي قابل استفاده نبود، تا اينکه در سال 1976با کوشش فراوان محققين ، تلفات فيبر نوري توليدي شديدا کاهش داده شد و به مقداري رسيد که قابل ملاحظه با سيمهاي کواکسيکال مورد استفاده در شبکه مخابرات بود .
در ايران در اوايل دهه 60 ، فعاليتهاي تحقيقاتي در زمينه فيبر نوري در مرکز تحقيقات منجر به تأسيس مجتمع توليد فيبر نوري در پونک تهران گرديد و عملا در سال 1373 توليد فيبر نوري با ظرفيت 50.000 کيلومتر در سل در ايران آغاز شد. فعاليت استفاده از کابلهاي نوري در ديگر شهرهاي بزرگ ايران شروع شد تا در آينده نزديک از طريق يک شبکه ملي مخابرات نوري به هم متصل شوند. انتشار نور تحت تأثير عواملي ذاتي و اکتسابي ذچار تضعيف ميشود. اين عوامل عمدتا ناشي از جذب ماوراي بنفش ، جذب مادون قرمز ، پراکندگي رايلي ، خمش و فشارهاي مکانيکي بر آنها هستند .
فيبرنوري چيست؟
فيبر نوري يك محيط انتقال داده با سرعت بالا است كه معمولا براي اتصال بين شبكه هاي تلفن بين شهري و شهري و شبكه هاي كامپيوتري و غيره استفاده ميشود . در كابل فيبر نوري رشته اي از الياف شيشه اي سيگنالهاي داده را به صورت پالسهاي نور منظم در مسافتهاي طولاني حمل ميكنند . ضخامت هر كدام از اين رشته ها تقريبادر حد يك تار موي انسان است . اين راه يك روش نسبتا ايمن براي انتقال data است زيرا برعكس كابلهاي مسي كه data را به صورت سيگنالهاي الكترونيكي حمل مي كنند، فيبر نوري در مقابل سرقت اطلاعات آسيب پذير نيست. اين بدين معاست كه كابلهاي فيبر نوري را نمي توان قطع كرده و اطلاعات را به سرقت برد.
اجزاي تشكيل دهنده يك فيبر نوري:
1- core يا هسته: يك رشته نازك شيشه كه در مركز فيبر است و سيگنال در داخل آن حركت ميكند.
2- Cladding يا روكش: لايه شيشه اي ديگري بوده كه با هسته متحدالمركز است ولي ضريب شكست نور در آن متفاوت است و به عنوان روكش دور تا دور هسته را گرفته و باعث شكست نور ميشود.
3- Coating يا رويه: كه از جنس پلاستيك بوده و از فيبر در مقابل آسيب هاي احتمالي مانند رطوبت و تا حد كمي ضربه و احيانا شكستن هسته حفاظت ميكند.
فيبرهاي نوري در دو گروه دسته بندي مي شوند:
1 - Single mode يا تك حالته: در اين نوع فيبرها در هر لحظه يك سيگنال يا پالس نوري در آن عبور داده ميشود كه نور به صورت مستقيم از داخل آن رد ميشود.
2- Multi mode يا چند حالته: در اين نوع فيبرها در هر لحظه چندين پالس نوري با زواياي مختلف درون فيبر تابانده يا ارسال مي شود.
انعکاس نور در فيبر نوري
زماني كه نور درون هسته تابيده مي شود، پوشش روي هسته كه Cladding نام داشت باعث انعكاس نور در طول مسير به داخل هسته ميشود. (دو ديوار آينه كاري شده را در نظر بگيريد كه روي يكي از آنها نور يك ليزر تابيده شود. خواهيد ديد كه نور ليزر چگونه طول مسير را طي كرده و خارج مي شود.) در برخي از فيبرهاي ارزان قيمت بدليل وجود نا خالصي در شيشه ممكن است در طول مسير دچار تضعيف پالسهاي نور شويم. در اين حالت نوعي تقويت كننده براي فيبرهاي نوري در نظر گرفته شده كه مانند يك آمپلي فاير عمل كرده و سيگنالها را regenerate ميكند. با اين تفاوت كه به جاي سيگنالهاي الكتريكي پالسهاي نور را بازسازي و تقويت مي كند.
فناوري ساخت فيبرهاي نوري
براي توليد فيبر نوري ، ابتدا ساختار آن در يک ميله شيشه‌اي موسوم به پيش سازه از جنس سيليکا ايجاد مي‌گردد و سپس در يک فرآيند جداگانه اين ميله کشيده شده تبديل به فيبر مي‌گردد . از سال 1970 روشهاي متعددي براي ساخت انواع پيش سازه‌ها بکار رفته است که اغلب آنها بر مبناي رسوب دهي لايه‌هاي شيشه‌اي در اخل يک لوله به عنوان پايه قرار دارند .
روشهاي ساخت پيش سازه
روشهاي فرآيند فاز بخار براي ساخت پيش سازه فيبرنوري را مي‌توان به سه دسته تقسيم کرد :
• رسوب دهي داخلي در فاز بخار
• رسوب دهي بيروني در فاز بخار
• رسوب دهي محوري در فاز بخار
موادلازم در فرآيند ساخت پيش سازه
• تتراکلريد سيلسکون : اين ماده براي تأمين لايه‌هاي شيشه‌اي در فرآيند مورد نياز است .
• تتراکلريد ژرمانيوم : اين ماده براي افزايش ضريب شکست شيشه در ناحيه مغزي پيش سازه استفاده ميشود .
• اکسي کلريد فسفريل : براي کاهش دماي واکنش در حين ساخت پيش سازه ، اين مواد وارد واکنش ميشود .
• گاز فلوئور : براي کاهش ضريب شکست شيشه در ناحيه غلاف استفاده ميشود .
• گاز هليوم : براي نفوذ حرارتي و حباب زدايي در حين واکنش شيميايي در داخل لوله مورد استفاده قرار مي‌گيرد .
• گاز کلر : براي آب زدايي محيط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلي مورد نياز است .
مراحل ساخت
مراحل صيقل حرارتي : بعد از نصب لوله با عبور گازهاي کلر و اکسيژن ، در درجه حرارت بالاتر از 1800 درجه سلسيوس لوله صيقل داده ميشود تا بخار آب موجود در جدار داخلي لوله از آن خارج شود .
مرحله اچينگ : در اين مرحله با عبور گازهاي کلر ، اکسيژن و فرئون لايه سطحي جدار داخلي لوله پايه خورده ميشود تا ناهمواريها و ترکهاي سطحي بر روي جدار داخلي لوله از بين بروند .
لايه نشاني ناحيه غلاف : در مرحله لايه نشاني غلاف ، ماده تترا کلريد سيليسيوم و اکسي کلريد فسفريل به حالت بخار به همراه گازهاي هليوم و فرئون وارد لوله شيشه‌اي مي‌شوند ودر حالتي که مشعل اکسي هيدروژن با سرعت تقريبي 120 تا 200 ميليمتر در دقيقه در طول لوله حرکت مي‌کند و دمايي بالاتر از 1900 درجه سلسيوس ايجاد مي‌کند .
ذرات شيشه‌اي حاصل از واکنشهاي فوق به علت پديده ترموفرسيس کمي جلوتر از ناحيه داغ پرتاب شده و بر روي جداره داخلي رسوب مي‌کنند و با رسيدن مشعل به اين ذرات رسوبي حرارت کافي به آنها اعمال ميشود. بطوري که تمامي ذرات رسوبي شفاف مي‌گردند و به جدار داخلي لوله چسبيده و يکنواخت مي‌شوند. بدين ترتيب لايه‌هاي شيشه‌اي مطابق با طراحي با ترکيب در داخل لوله ايجاد مي‌گردد و در نهايت ناحيه غلاف را تشکيل مي‌دهد .
سيستم ارتباط بوسيله فيبرنوري
سيستم‌هاي ارتباط بوسيله فيبرنوري، شامل اين قسمت هاست:
فرستنده: مسئول توليد، رمز نگاري و ارسال سيگنالهاي نور است. در اين قسمت سيگنالهاي الكتريكي به پالسهاي نور تبديل مي شوند. در اين سيستم براي تاباندن نور به داخل فيبر از يك LED استفاده ميشود. در برخي از فرستنده هاي گران قيمت به منظور تمركز نور در داخل فيبر و توان بالاتر از يك لنز استفاده ميشود.
فيبر نوري: محيط انتقال داده ها است كه است كه داده هايي كه به صورت پالسهاي نوري در آمده اند تا مسافتهاي طولاني حمل مي كند.
تقويت کننده نوري : ممکن است براي تقويت سيگنالهاي نوري لازم باشد. (براي ارسال سيگنال به فواصل خيلي دور)
دريافت كننده: مسئول دريافت و رمز گشايي پالسهاي نوري است. اين دستگاه پس از دريافت و رمز گشايي پالسها آنها را به صورت سيگنالهاي الكتريكي تبديل ميكند تا براي كامپيوت قابل درك باشد. در اين دستگاه ه منظور تشخيص نور از يك فتوسل استفاده شده است.
مزاياي فيبر نوري:
در مسافتهاي بالا هزينه آن نسبت به سيمهاي مسي ارزانتر است.
پهناي باند فيبر نوري براي ارسال اطلاعات بسيار بيشتر از سيم هاي مسي است.
تضعيف سيگنال در فيبرهاي نوري نسبت به سيمهاي مسي بسيار نا چيز است.
سيگنالهاي موجود در يك فيبر بر فيبر ديگر تاثير نخواهد گذاشت. همچنين ميدانهاي الكتريكي هيچ تاثيري بر روي فيبر و روند انتقال داده ها در يك فيبر نوري ندارد.
ميزان برق مصرفي فرستنده هاي فيبر نوري نسبت به فرستنده هاي الكتريكي بسيار پايين تر است.
وزن آن نسبت به سيمهاي مسي بسيار كمتر است.
معايب فيبر نوري:
اين نوع رسانه براي شبكه هاي معمولي و كوچك بسيار پر هزينه است.
نصب فيبر هاي نوري كاري دشوار است.
براي نصب فيبرهاي نوري و تجهيزات آن به افراد متخصص نياز است. اما در نصب سيمهاي مسي تقرريبا اكثر افرادي كه آشنايي كمي در اين زمينه دارند ميتوانند آنها را نصب كنند.
تجهيزات مود نياز براي فيبرهاي نوري نسبت به سيمهاي مسي بسيار گران تر است.
براي نصب فيبر هاي نوري دقت بسيار زيادي مورد نياز است. حتي براي قطع كردن آن. زيرا در اين صورت زاويه شكست نور تغيير مي كند و روند انتقال داده ها دچار اختلال مي شود.
يكي از اصلي ترين اشكالات فيبر هاي نوري شكننده بودن فيبر داخل كابل است. در صورت خم كردن بيش از اندازه سيم، فيبر مورد نظر شكسته و ديگر آن كابل به در د نمي خورد. در صورتي كه سيمهاي مسي را هر چقدر كه دوست داريد ميتوانيد تا كنيد.
نتيجه گيري:
با توجه به اهميت فيبر نوري و مزايا و برتري هاي فراواني که در بسياري از موارد نسبت به سيم هاي مسي دارد، خوب است که هر چه بيشتر در جهت توسعه و بکارگيري اين فناوري نوين در ارتباطات اقدام گردد.
منابع:
1.www.tebyan.net
2.iran-eng.com ارسالي از طرف کاربر محترم : cooper