بزرگراه‌های اینترنتی

فیبرنوری یکی از محیط های انتقال هدایت شده است که در مخابرات مورد استفاده واقع می شود. محیط انتقال یعنی جایی بین فرستنده و گیرنده که ارتباط این دو از این طریق حاصل می شود، هنگامی که پیامی مانند اطلاعات، تصویر ، فیلم و صدا انتقال داده می شود، نیاز به بستری برای انتقال دارد که این بستر می تواند سیم، عایق ، فیبر و ... باشد.
امروزه با پیشرفت تکنولوژی اکثر مکالمات تلفنی- ارسال و دریافت فکس، ارسال اطلاعات از طریق پست الکترونیکی بین نقاط جغرافیایی مختلف توسط فیبر در حال انجام است. در این گونه از بسترهای ارتباطی نور به عنوان هادی جریان وارد عمل می شود در صورتی که در سیم برق، این بستر را جریان الکتریسته بر عهده دارد. در سیم های برق الکترون ها توسط اعمال میدان الکتریکی از یک سر سیم به سمت طرف دیگر آن در حرکتند. در فیبرنوری ، این فوتون ها هستند که چون در کابل محبوس شده و راه گریزی ندارند به اجبار، باید به سمت دیگر فیبر حرکت کنند.
اساس تمام فیبرهای نوری را سیم های استوانه ای از جنس شیشه تشکیل می دهد، این فیبرها از دو بخش هسته و روکش تشکیل یافته اند. به گونه ای که چگالی نوری هسته بیشتر از چگالی نوری روکش است. روکش هسته ای را در برگرفته و سیگنال های نوری به هسته وارد و طبق خاصیت بازتاب کلی از سطح جدایی هسته و روکش بازتابیده می شوند، با کمک این بازتابش کلی سیگنال ها می توانند فاصله ای در حدود ۴۰۰ کیلومتر را بدون نیاز به تقویت طی کنند که این فاصله در سیم های معمولی بسیار کمتر از این مقدار است.
● ساختار فیبر
فیبرهای نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالصند که ضخامتی در حد قطر مو دارند. آنها در بسته هایی به نام کابل های نوری کنار هم قرار داده می شوند و برای انتقال سیگنال های نوری در فواصل دور مورد استفاده قرار می گیرد. هر فیبر از اجزای زیر تشکیل شده است:
۱) هسته:
بخش مرکزی فیبر است که جنس آن از شیشه است (core)
۲ـ روکش:
بخش شفافی که هسته مرکزی را دربرگرفته و سبب انعکاس نور به داخل آن می شود (cladding )
۳ـ روکش محافظ:
روکش فوقانی کابل که آن را در برابر رطوبت و آسیب محافظت می کند(buffer coation)
● فیبر چگونه ساخته می شود
فیبرنوری از شیشه شفاف بسیار خالص ساخته می شود با نگاهی به شیشه هایی که در اطراف ما وجود دارد به این نکته پی خواهیم برد که شیشه به عنوان محیطی شفاف می تواند نور را از خود عبور دهد اما به دلیل وجود ناخالصی هایی در شیشه نور به طور کامل بدون تغییر نمی تواند عبور کند. شیشه هایی که در ساخت فیبر مورد استفاده قرار می گیرند به مراتب دارای ناخالصی های کمتری است.
این شیشه ها به اندازه ای شفاف هستند که اگر روی سطح اقیانوسی از شیشه به کار رفته در ساخت فیبر نوری قرار بگیرید می توانید عمق چندین کیلومتری آن را به وضوح و شفافیت کامل ببینید.
● انواع فیبر
فیبرهای نوری در دو گروه عمده زیر ارائه می شوند:
۱) تک حالته (Mode - (Single که به منظور ارسال یک سیگنال در هر فیبر استفاده می شود.
۲) چند حالته (Mode -Multi ( که به منظور ارسال چندین سیگنال در یک فیبر استفاده می شود مانند شبکه های رایانه ای. فیبرهای تک حالته دارای یک هسته کوچک می باشند که تنها قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز است اما فیبرهای چند حالته دارای هسته بزرگ تر بوده و قادر به ارسال سایر امواج نیز می باشند.
● مزایای فیبر نوری
۱) قطر این فیبرها کمتر از سیم های مسی است.
۲) هزینه کابل کشی این فیبرها نسبت به سیم های مسی کمتر است.
۳) پهنای باند فیبر نوری به منظور ارسال اطلاعات بیشتر از سیم مسی است.
۴) با توجه به وجود سیگنال دیجیتالی در فیبر نوری، این سیگنال ها به منظور انتقال اطلاعات دیجیتالی مناسب است.
۵) به دلیل عدم وجود الکتریسیته در فیبر نوری امکان بروز آتش سوزی در این کابل ها وجود ندارد.
۶) تضعیف سیگنال در فیبر نوری کمتر از سیم مسی است
۷) سیگنال های نوری در یک فیبر تأثیری بر فیبر دیگر نداشته و تداخل امواج پیش نخواهد آمد.
۸) به دلیل تضعیف کمتر در کابل های نوری مصرف برق پائین تر است. بنابراین می توان از فرستنده هایی با میزان برق مصرفی پائین نسبت به فرستنده های الکتریکی ولتاژ بالا استفاده کرد.
۹) با توجه به حالت انعطاف پذیری فیبر نوری می توان در مواردی مانند دوربین های دیجیتال، عکسبرداری پزشکی و... از آن استفاده کرد.
● تاریخچه فیبر نوری
پس از اختراع لیزر در سال ،۱۹۶۰ ایده اولیه به کارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولیه فیبر نوری در سال ۱۹۶۶ در کشورهای انگلیس و فرانسه منتشر شد اما با اقبال عمومی کاربران مواجه نشد. پس از یک سال تلاش های شبانه روزی سازندگان ضایعات فیبرنوری کاهش یافته و به تعدادی رسید که قابل مقایسه با سیم های کواکسیکال بود. در کشور ما نیز در اوایل دهه ۶۰ یک مجتمع تولیدی فیبرنوری در تهران آغاز به کار کرد و در سال ۱۳۷۳ تولید فیبرنوری در کشور آغاز شد.
● نسل سوم فیبرها
طراحان فیبرهای نسل سوم ، فیبرهایی را طراحی کردند که دارای حداقل تلفات و پاشندگی اطلاعات است، برای دستیابی به این نوع از فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۱‎/۵ میکرون و از حداقل پاشندگی در طول موج ۱‎/۳ میکرون استفاده کردند و موفق به ساخت فیبری شدند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده ای است. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مدار از نسل دوم که حداقل پاشندگی آن در حدود ۱‎/۳ میکرون بود به محدوده ۱‎/۵ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبرنوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فییبر DSF طراحی و ساخته شد.
● معایب فیبر نوری
در کنار مزایای بسیاری که برای فیبرنوری برشمرده شد معایبی نیز دارد که به شرح زیر است:
۱) از فیبر تنها می توان برای انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع های نوری استفاده کرد و نمی توان برای انتقال الکتریسیته از آن بهره گرفت.
۲) اتصال دو فیبر به یکدیگر بسیار مشکل و وقت گیر است و نیاز به دانش فنی خاص دارد.
۳) چند شعاع نوری را به صورت همزمان نمی توان انتقال داد.
● کاربردهای فیبرنوری
۱) عکسبرداری پزشکی:
با استفاده از فیبرنوری لوله ای نازک برای عکسبرداری از نایچه ها طراحی شده است.
۲) تصویربرداری ماشینی:
برای چک کردن جوش هایی که در لوله ها و موتورها به صورت ماشینی اجرا می شود.
۳) در لوله کشی:
برای بررسی مجاری فاضلاب ها و راه های ورودی آب.
● استانداردها
فیبرهای نوری باید پس از طراحی و ساخت دارای استانداردهایی باشند. این استانداردها به قرار زیر است:
۱) مقاومت کششی: فیبر باید بتواند نیروی کششی معادل ۱۰۰ هزار پوند بر اینچ مربع را تحمل کند.
۲) منحنی ضریب شکست: از لحاظ ابعاد هندسی از جمله کنترل یکنواختی قطر هسته و یکنواختی ضخامت لایه روکش
۳) میزان تضعیف امواج در فیبرنوری:
در این آزمایش مشخص می شود که سیگنال های نوری در طول موج های مختلف چه مقدار انرژی خود را حین عبور از دست می دهند.