تکنولوژی فیبر نوری

فیبر نوری

کابل فیبر نوری یک شکل از رسانه انتقال در شبکه است که متفاوت از کابل های مسی، تمام کاستی های کابل مسی را جبران کردند. و با این حال خود نیز دارای نقاط ضعفی هم می باشد. در کابل های فیبر نوری به جای انتقال ولتاژ الکتریکی در کابل های مسی ، پالس های نور از طریق یک رشته پلاستیکی یا شیشه ای منتقل می شود.

درواقع تکنولوژی انتقال اطلاعات در فیبر نوری استفاده از تکنولوژی نوری است. فیبر نوری شیشه ای به علت شفافیت دارای سرعت بیشتری است و درعین حال فیبر نوری پلاستیکی دارای انعطاف بیشتری است البته هر دو فیبر دارای انعطاف خاصی هستند به طوری که بیشتر از حد مشخص خم شوند شکست نور در داخل کابل اتفقا می افتد و اطلاعات به درستی منتقل نمی شود.

اجزای تشکیل دهنده فیبرنوری:

فیبر نوری از یک میله استوانه ای شکل توخالی نازک شیشه ای یا پلاستیکی که به آن هسته (core) گفته می شود که سیگنال های نوری در آن انتشار می یابد، تشکیل شده است.

سپس روی آن استوانه دیگری به نام غلاف(cladding) که ضریب شکست آن از هسته بیشتر است و باعث منعکس شدن نور به درون هسته می شود که به آن غلاف گفته می شود. و درنهایت روی چندین رشته فیبر نوری از روکش پلاستیکی (Buffer coating) قرار گرفته است که به آن هم کابل نوری می گویند که محافظ آن در مقابل نور و رطوبت و سایر مواد آسیب زا می باشد.ُ

درکابل های فیبرنوری برخلاف ولتاژهای الکتریکی در کابل مسی، پالس های نور بطور کامل تحت تاثیر قرار نمی گیرند و این بدان معنی است که می توانند کابل فیبر نوری را در نزدیکی وسایل نوری و الکتریکی و ماشین آلات سنگین و در محیط هایی که قادر به نصب کابل مسی نبودند، کابل فیبر نوری را نصب کرد.

مزایای رسانه انتقال فیبر نوری:

1-  ارزان است، چون مواد تشکیل دهنده فیبر نوری از سیلیکن است و خود سیلیکن از شن و ماسه است بنابرین هزینه فیبر نوری نسبت به کابل مسی برای فواصل دور پایین است.

2- اندازه نازک، قطر فیبر نوری به مراتب کمتر از سیم های مسی است.

3- ظرفیت بالا، پهنای باند فیبر نوری به منظور ارسال اطلاعات بیشتر از کابل های مسی است، در نتیجه توانایی انتقال داده های بیشتری را دارد.

4-  تضعبف ناچیز، تضعیف نسب به کابل مسی کم بوده و درمسافت های طولانی معمولا بین 30 تا 100 کیلومتر نیاز به تکرارگر ندارد.

5-  عدم تداخل، برخلاف سیگنال های الکتریکی در یک سیم مسی عبور سیگنال در یک فیبر نوری بر فیبر دیگر تاثیری ندارد، در واقع تداخل الکترو مغناطیسی نخواهد بود.

6- مصرف برق پایین، که می توان از فرستنده هایی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستنده های الکتریکی ، استفاده کرد.

7- اشتعال زانبودن، با توجه به عدم وجود الکتریسته در فیبر نوری، امکان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت.

8- وزن سبک، وزن فیبر نوری به مراتب کمتر ازکابل مسی است، بنابرین در کارکردن ، نصب و نگهداری فیبر بسیار مهم است.

9- انعطاف پذیر بودن، با توجه به انعطاف پذیری بیشتر فیبر نوری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتالی با موارد کاربردی خاص مانند عکس برداری پزشکی و…… استفاده می گردد.

10- فاصله زیاد، از فیبر نوری در فاصله های زیاد استفاده می شود.

11- پایداری، در کابل فیبر نوری امکان نفوذ و ایجاد اختلال در انتقال داده ها کمتر است و از تاثیر گذاری انواع نویزهای الکترومغناطیسی شامل نویز های رادیویی و یا نویزهای حاصل از نزدیکی کابل ها بر روی داده های در حال انتقال جلوگیری می شود.

12- سرعت، فیبرنوری در انتقال اطلاعات به مقدار زیاد چه به شکل دیجیتالی و چه به شکل آنالوگ سرعت بیشتری دارد.

13- امنیت ، فیبرهای نوری درجه ای از امنیت و پنهانی بودن را عرضه می کند. چون تارها انرژی تشعشع نمی کنند بنایرین مشکل استراق سمع ندارند.

به این ترتیب فیبر نوری به عنوان جایگزین کابل مسی ، برای دهه ها در دسترس است حتی استادار اترنت 10 مگا بایتی اولیه هم شامل مشخصات فیبر نوری بوده است.

اما فیبر نوری یک راه حل نهایی است زیرا برقراری ارتباط بین دوبخش فیبر نوری یا منبع نور و فیبر نوری کار دشواری است. و نیاز به تجهیزات و وسایل جانبی گرانی است و نسبت به کابل مسی ، نیاز به مهارت بیشتری است.

و در هنگام خم کردن یا پیچش انعطاف بیشتری ندارد و تقویت سیگنال های نوری مشکل است.

انواع فیبر نوری:

فیبر نوری تک حالته (single- mode)

در فیبر نوری تک حالته تنها یک سیگنال ارسال می شود و قطر کانکتر آن به صورت  می باشدو منبع نور آن لیزر است و چون قطر هسته بسیار نازک است و نور به صورت مستقیم انتشار می یابد و تضعیف کمتری دارد بنابرین برای فواصل دور مناسب است.

فیبر نوری چند حالته(multi-mode)

فیبر نوری چند حالته به منظور ارسال چندین سیگنال در فیبر استفاده می شود و دارای قطر  و قادر به ارسال نور از طریق دیود LED است و چون دارای قطر بزرگتری است نور به صورت پخشی منتشر می یابد.

و تمام تکنولوژی های فیبر نوری در لایه فیزیکی شبکه انجام می گیرد.

فیبر چند حالته  چون دارای شعاع خم کوچک است پس می توان خم کرد و بطور معمول از منبع led با طول موج 1300 یا 850 نانئمتر استفاده می شود.

در فیبر تک حالته از منبع نور لیزر با طول موج 1550 یا 1310 نانومتر استفاده می شود و درشبکه های محلی کاربرد دارد.

سیستم‌های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل قسمت های زیر می باشد:

فرستنده: با استفاده از سیگنال های آنالوگ یا دیجیتال، سیگنال‌های نور را تولید می‌کند و به رمز در می‌آورد.

فرستنده درعمل به فیبر نوری متصل می‌شود و حتی ممکن است دارای لنزی برای متمرکز کردن نور به داخل فیبر هم باشد. قدرت اشعه لیزر بیش از LED‌ هاست اما با کم و زیاد شدن دما شدت نورشان تغییر می‌کند و گرانتر هم هستند.

فیبرنوری: سیگنال‌های نور را تا فواصل دور هدایت می‌کند.

تقویت کننده نوری: ممکن است برای تقویت سیگنال‌های نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)

نور حین عبور از فیبر ضعیف می‌شود. (مخصوصا در فواصل طولانی بیش از نیم مایل یا حدود یک کیلومتر مثلا در کابل‌های زیر دریا) بنابرین یک یا بیش از یک تقویت کننده نوری در طول کابل بسته می‌شوند تا نور ضعیف شده را تقویت کنند.

یک تقویت کننده نوری دارای فیبرهای نوری با پوشش ویژه ای است. نور ضعیف شده پس از ورود به این تقویت کننده تحت تاثیر این پوشش خاص و نیز نور لیزری که به این پوشش تابیده می‌شود تقویت می‌شود. ملکول‌های موجود در این پوشش ویژه با تابش لیزر به آنها، سیگنال نوری جدید و قوی تولید می‌کنند که مشخصات آن مشابه نور ورودی به تقویت کننده است. درواقع تقویت کننده نوری یک آمپلی فایر لیزری برای نور ورودی به آن است.

گیرنده نوری: سیگنال‌های نور را دریافت و رمزگشائی می‌نماید و به سیگنال های دیجیتال یا آنالوگ تبدیل می کند.

گیرنده سیگنال‌های نوری ورودی را می‌گیرد، رمزگشائی می‌کند و سیگنال‌های الکتریکی مناسب را برای ارسال به کامپیوتر، تلویزیون یا تلفن کاربر تولید و به آنها ارسال می نماید. این گیرنده برای دریافت و آشکارسازی نور ورودی از فتوسل یا فتودیود استفاده می‌کند.

کاربرد های فیبر نوری

کاربرد در مخابرات: یکی از مرسوم ترین کاربردهای 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 بهره‌ گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه ‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیر پذیر می‌شود.

کاربردهای نظامی: 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: فیبرنوری 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 اندازه ‌گیری 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 فیبرنوری در روشنایی: از جمله کاربردهای فیبر نوری که در چند سال اخیر توسعه و رشد فراوانی پیدا کرده‌است کاربرد آن در سیستم‌های روشنایی است. در این فناوری نور از منبع نوری که می‌تواند نور مصنوعی 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 نمی‌باشد 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.

تذکر: استاندارد  FDDI توسط کمیته ی استاندارد  ANSI  X3T9.5 در سال 1980 وضع شد و سپس به ISO  ارائه گردید. مؤسسه ی  ISO نگارش جدیدی از استاندارد FDDI تعریف کرد که با استاندارد کنونی  ANSI سازگار است. FDDI یک شبکه ی محلی با سرعت بالا است که از توپولوژی حلقوی با سرعت  Mbps100  برای مبادله ی اطلاعات استفاده می کندFDDI  از دو حلقه استفاده می کند ، بنابراین توپولوژی حلقوی دوگانه(Dual Ring)  نامیده می شود. این روشFDDI  مشابه با استاندارد IEEE 802.5 درTOKen Ring  می باشد.

یکی از مهمترین خصوصیاتFDDI  استفاده از رسانه ی انتقال فیبر نوری برای مبادله ی داده ها می باشد.

کانکتور فیبر نوری:

کانکتور ST

از یک اتصال نیزه ای پیچ و قفلی، همراه با بست ۲٫۵ میلی متری استفاده می کند. این کانکتور در Single mode و Multimode در دسترس بوده، و ویژگی های آن قابلیت اطمینان و بادوام بودن در زمینه نصب و راه اندازی است. طراحی FIS کانکتورST ، نصب کننده ها را قادر می سازد تا پشت بدنه را مستقیما به داخل جلد کابل و Kevlar بپیچانند.

کانکتور FC

کانکتور فیبر نوری اف سیرتباطات از راه دور طراحی شده اند و عملکرد قطع یا عدم اتصال غیر نوری را تامین می کنند. این کانکتور برای ارتباطات با دوام تر، با یک اتصال رشته ای طراحی شده است. فرول یا بست این کانکتور به یک پیش شعاع، در PC خاتمه می یابد، چیزی که low back reflection را تضمین می کند.FIS  کانکتور ST با بست های آلیاژ ضدرنگ یا زیرکونیوم در دسترس است.

کانکتور LC

کانکتور LC تحت لیسانس تکنولوژی های Lucent است، دارای اندازه کوچکی بوده و یک طراحی ضد کشش را تامین می کند (یه قفل یکطرفه دارد که با کشیده شدن بیرون نیاد)، این کانکتور برای برنامه های کاربردی با تراکم بالا عالی است. در هر دو نسخه های simplex و duplex در دسترس است. کانکتور LC با یک بست زیرکونیومی ۱٫۲۵ میلی متری در دسترس می باشد. LC همچنین شامل یک مکانیزم قفل منحصر به فرد است که پایداری و دوام را در رک مونت سیستم تامین می کند. این کانکتور محبوبترین کانکتور موجود در بازار ایران است که امروزه بیشتزین استفاده در شبکه های فیبر نوری داخلی (LAN) و ارتباطات Storage Networking را دارد.

کانکتور SC

SC یک کانکتور قطع یا عدم اتصال غیر نوری با یک بست زیرکونیومی پیش شعاعی ۲٫۵ میلی متری است. در سبک های simplex و duplex در دسترس است، ویژگی های این کانکتور، طراحی یک اتصال کشش- فشار است که برای پچ کردن سریع کابل ها داخل رک یا مونت های دیوار مناسب می باشد. برای ایجاد ارتباطات duplex کلیپ نگهداری duplexی را به کار می برد که قابل استفاده مجدد است (یعنی میتوانید آن را خارج کنید و دوباره در یک کانکتور دیگه استفاده کنید).این کانکتور بعد از کانکتور LC بیشترین استفاده را در ایران دارد، مخصوصا شرکت های دولتی که سابقه استفاده طولانی از شبکه های فیبر نوری دارند مثل شرکت نفت و وزارتخانه های دیگر در تهران بیشترین استفاده رو از این مدل کانکتور مخصوصا در دستگاه های قدیمی دارند.

کانکتور MTP

CONEC® MTP®   امریکایی، یک کانکتور سازگار MPO است که اتصالات سریع و قابل اطمینانی را برای حداکثر ۱۲ فیبر تامین می کند. این کانکتور در singlemode، با یک کاهش سیگنال ۰٫۲۵db و در multimode با کاهش ۰٫۲db در دسترس است. کانکتور های چهار و هشت فیبری MTP موجود می باشند. بست های singlemode طوری طراحی شده اند که به زاویه ۸ درجه پولیش شده باشند. این کانکتور بیشتر در اتصالات مخابراتی کاربرد دارد و خیلی در LAN از آن استفاده نمیکنند.

کانکتور MU

کانکتور MU برای اتصالات و ارتباطات با تراکم بالا طراحی شده است. این کانکتور تک فیبری کوچک، دارای عملکرد سطح بالایی است، و دو برابر بیشتر از تراکم بسته بندی یا پکیجینگ کانکتور SC را تامین می کند. این کانکتور یکی دیگر از کانکتورهای پر استفاده در ایران میباشد.

کانکتور D4

کانکتور قطع یا عدم اتصال غیر نوری D4، دارای بخش های رشته ای شده است که پیچیدگی و زمان سرهم کردن را کاهش می دهد.

کانکتور FDDI

برای نیازمندی های کانکتور FDDI multimode خود، از میان کانکتور AMP یا Molex یکی را انتخاب کنید. کانکتورهای AMP FDDI، افت سیگنال یا افت پایین، جفت گیری قفل یا لچ کناری مثبت، دو قطبی بودن، کلیدزنی و کاهش فشار فیبر را یکی کرده است. تمام کانکتورها دارای فرول یا بست های زیرکونیومی هستند.