فيبر نوري يکي از محيط هاي انتقال داده با سرعت بالا است . از فيبر نوري در موارد متفاوتي نظير: شبکه هاي تلفن شهري و بين شهري ، شبکه هاي کامپيوتري و اينترنت استفاده مي گردد. فيبرنوري رشته اي از تارهاي شيشه اي بوده که هر يک از تارها داراي ضخامتي معادل تار موي انسان را داشته و از آنان براي انتقال اطلاعات در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.

مباني فيبر نوري

فيبر نوري ، رشته اي از تارهاي بسيار نازک شيشه اي بوده که قطر هر يک از تارها نظير قطر يک تار موي انسان است . تارهاي فوق در کلاف هائي سازماندهي و کابل هاي نوري را بوجود مي آورند. از فيبر نوري بمنظور ارسال سيگنال هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.
يک فيبر نوري از سه بخش متفاوت تشکيل شده است :
• هسته (Core) . هسته نازک شيشه اي در مرکز فيبر که سيگنا ل هاي نوري در آن حرکت مي نمايند.
• روکش (Cladding) . بخش خارجي فيبر بوده که دورتادور هسته را احاطه کرده و باعث برگشت نورمنعکس شده به هسته مي گردد.
• بافر رويه (Buffer Coating) . روکش پلاستيکي که باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير ، است .
صدها و هزاران نمونه از رشته هاي نوري فوق در دسته هائي سازماندهي شده و کابل هاي نوري را بوجود مي آورند. هر يک از کلاف هاي فيبر نوري توسط يک روکش هائي با نام Jacket محافظت مي گردند.
فيبر هاي نوري در دو گروه عمده ارائه مي گردند:
• فيبرهاي تک حالته (Single-Mode) . بمنظور ارسال يک سيگنال در هر فيبر استفاده مي شود( نظير : تلفن )
• فيبرهاي چندحالته (Multi-Mode) . بمنظور ارسال چندين سيگنال در يک فيبر استفاده مي شود( نظير : شبکه هاي کامپيوتري)
فيبرهاي تک حالته داراي يک هسته کوچک ( تقريبا" 9 ميکرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور ليزري مادون قرمز ( طول موج از 1300 تا 1550 نانومتر) مي باشند. فيبرهاي چند حالته داراي هسته بزرگتر ( تقريبا" 5 / 62 ميکرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED مي باشند.

ارسال نور در فيبر نوري

فرض کنيد ، قصد داشته باشيم با استفاده از يک چراغ قوه يک راهروي بزرگ و مستقيم را روشن نمائيم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسير مسفقيم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد کرد. با توجه به عدم وجود خم و يا پيچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلي وجود نداشته و چراغ قوه مي تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن کرد. در صورتيکه راهروي فوق داراي خم و يا پيچ باشد ، با چه مشکلي برخورد خواهيم کرد؟ در اين حالت مي توان از يک آيينه در محل پيچ راهرو استفاده تا باعث انعکاس نور از زاويه مربوطه گردد.در صورتيکه راهروي فوق داراي پيچ هاي زيادي باشد ، چه کار بايست کرد؟ در چنين حالتي در تمام طول مسير ديوار راهروي مورد نظر ، مي بايست از آيينه استفاده کرد. بدين ترتيب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با يک زاويه خاص) از نقطه اي به نقطه اي ديگر حرکت کرده ( جهش کرده و طول مسير راهرو را طي خواهد کرد). عمليات فوق مشابه آنچيزي است که در فيبر نوري انجام مي گيرد.
نور، در کابل فيبر نوري از طريق هسته (نظير راهروي مثال ارائه شده ) و توسط جهش هاي پيوسته با توجه به سطح آبکاري شده ( Cladding) ( مشابه ديوارهاي شيشه اي مثال ارائه شده ) حرکت مي کند.( مجموع انعکاس داخلي ) . با توجه به اينکه سطح آبکاري شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمي باشد ، نور قادر به حرکت در مسافت هاي طولاني مي باشد. برخي از سيگنا ل هاي نوري بدليل عدم خلوص شيشه موجود ، ممکن است دچار نوعي تضعيف در طول هسته گردند. ميزان تضعيف سيگنال نوري به درجه خلوص شيشه و طول موج نور انتقالي دارد. ( مثلا" موج با طول 850 نانومتر بين 60 تا 75 درصد در هر کيلومتر ، موج با طول 1300 نانومتر بين 50 تا 60 درصد در هر کيلومتر ، موج با طول 1550 نانومتر بيش از 50 درصد در هر کيلومتر)

سيستم رله فيبر نوري

بمنظور آگاهي از نحوه استفاده فيبر نوري در سيستم هاي مخابراتي ، مثالي را دنبال خواهيم کرد که مربوط به يک فيلم سينمائي و يا مستند در رابطه با جنگ جهاني دوم است . در فيلم فوق دو ناوگان دريائي که بر روي سطح دريا در حال حرکت مي باشند ، نياز به برقراري ارتباط با يکديگر در يک وضعيت کاملا" بحراني و توفاني را دارند. يکي از ناوها قصد ارسال پيام براي ناو ديگر را دارد.کاپيتان ناو فوق پيامي براي يک ملوان که بر روي عرشه کشتي مستقر است ، ارسال مي دارد. ملوان فوق پيام دريافتي را به مجموعه اي از کدهاي مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه مي نمايد. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از يک نورافکن اقدام به ارسال پيام براي ناو ديگر مي نمايد. يک ملوان بر روي عرشه کشتي دوم ، کدهاي مورس ارسالي را مشاهده مي نمايد. در ادامه ملوان فوق کدهاي فوق را به يک زبان خاص ( مثلا" انگليسي ) تبديل و آنها را براي کاپيتان ناو ارسال مي دارد. فرض کنيد فاصله دو ناو فوق از يکديگر بسار زياد ( هزاران مايل ) بوده و بمنظور برقراي ارتباط بين آنها از يک سيتستم مخابراتي مبتني بر فيبر نوري استفاده گردد.
سيتستم رله فيبر نوري از عناصر زير تشکيل شده است :
• فرستنده . مسئول توليد و رمزنگاري سيگنال هاي نوري است .
• فيبر نوري مديريت سيکنال هاي نوري در يک مسافت را برعهده مي گيرد.
• بازياب نوري . بمنظور تقويت سيگنا ل هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي گردد.
• دريافت کننده نوري . سيگنا ل هاي نوري را دريافت و رمزگشائي مي نمايد.
در ادامه به بررسي هر يک از عناصر فوق خواهيم پرداخت .

فرستنده

وظيفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه کشتي ناو فرستنده پيام است . فرستنده سيگنال هاي نوري را دريافت و دستگاه نوري را بمنظور روشن و خاموش شدن در يک دنباله مناسب ( حرکت منسجم ) هدايت مي نمايد. فرستنده ، از لحاظ فيزيکي در مجاورت فيبر نوري قرار داشته و ممکن است داراي يک لنز بمنظور تمرکز نور در فيبر باشد. ليزرها داراي توان بمراتب بيشتري نسبت به LED مي باشند. قيمت آنها نيز در مقايسه با LED بمراتب بيشتر است . متداولترين طول موج سيگنا ل هاي نوري ، 850 نانومتر ، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر است .

بازياب ( تقويت کننده ) نوري

همانگونه که قبلا" اشاره گرديد ، برخي از سيگنال ها در موارديکه مسافت ارسال اطلاعات طولاني بوده ( بيش از يک کيلومتر ) و يا از مواد خالص براي تهيه فيبر نوري ( شيشه ) استفاده نشده باشد ، تضعيف و از بين خواهند رفت . در چنين مواردي و بمنظور تقويت ( بالا بردن ) سيگنا ل هاي نوري تضعيف شده از يک يا چندين " تقويت کننده نوري " استفاده مي گردد. تقويت کننده نوري از فيبرهاي نوري متععدد بهمراه يک روکش خاص (doping) تشکيل مي گردند. بخش دوپينگ با استفاده از يک ليزر پمپ مي گردد . زمانيکه سيگنال تضعيف شده به روکش دوپينگي مي رسد ، انرژي ماحصل از ليزر باعث مي گردد که مولکول هاي دوپينگ شده، به ليزر تبديل مي گردند. مولکول هاي دوپينگ شده در ادامه باعث انعکاس يک سيگنال نوري جديد و قويتر با همان خصايص سيگنال ورودي تضعيف شده ، خواهند بود.( تقويت کننده ليزري)

دريافت کننده نوري

وظيفه دريافت کننده ، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه کشتي ناو دريافت کننده پيام است. دستگاه فوق سيگنال هاي ديجيتالي نوري را اخذ و پس از رمزگشائي ، سيگنا ل هاي الکتريکي را براي ساير استفاده کنندگان ( کامپيوتر ، تلفن و ... ) ارسال مي نمايد. دريافت کننده بمنظور تشخيص نور از يک "فتوسل" و يا "فتوديود" استفاده مي کند.

مزاياي فيبر نوري

فيبر نوري در مقايسه با سيم هاي هاي مسي داراي مزاياي زير است :
• ارزانتر. هزينه چندين کيلومتر کابل نوري نسبت به سيم هاي مسي کمتر است .
• نازک تر. قطر فيبرهاي نوري بمراتب کمتر از سيم هاي مسي است .
• ظرفيت بالا . پهناي باند فيبر نوري بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بيشتر از سيم مسي است .
• تضعيف ناچيز. تضعيف سيگنال در فيبر نوري بمراتب کمتر از سيم مسي است .
• سيگنال هاي نوري . برخلاف سيگنال هاي الکتريکي در يک سيم مسي ، سيگنا ل ها ي نوري در يک فيبر تاثيري بر فيبر ديگر نخواهند داشت .
• مصرف برق پايين . با توجه به سيگنال ها در فيبر نوري کمتر ضعيف مي گردند ، بنابراين مي توان از فرستنده هائي با ميزان برق مصرفي پايين نسبت به فرستنده هاي الکتريکي که از ولتاژ بالائي استفاده مي نمايند ، استفاده کرد.
• سيگنال هاي ديجيتال . فيبر نور ي مناسب بمنظور انتقال اطلاعات ديجيتالي است .
• غير اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الکتريسيته ، امکان بروز آتش سوزي وجود نخواهد داشت .
• سبک وزن . وزن يک کابل فيبر نوري بمراتب کمتر از کابل مسي (قابل مقايسه) است.
• انعطاف پذير . با توجه به انعظاف پذيري فيبر نوري و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين هاي ديجيتال با موارد کاربردي خاص مانند : عکس برداري پزشکي ، لوله کشي و ...استفاده مي گردد.
با توجه به مزاياي فراوان فيبر نوري ، امروزه از اين نوع کابل ها در موارد متفاوتي استفاده مي شود. اکثر شبکه هاي کامپيوتري و يا مخابرات ازراه دور در مقياس وسيعي از فيبر نوري استفاده مي نمايند.