فيبر نوري چيست و چگونه کار مي‌کند؟

قسمت اول
هرجا که صحبت از سيستم هاي جديد مخابراتي، سيستم هاي تلويزيون کابلي و اينترنت باشد، در مورد فيبر نوري هم چيزهايي مي‌شنويد.
فيبرنوري چيست؟
فيبرهاي نوري رشته هاي بلند و نازکي از شيشه بسيار خالصند که ضخامتي در حدود قطر موي انسان دارند. آنها در بسته هايي بنام کابل‌هاي نوري کنار هم قرار داده مي‌شوند و براي انتقال سيگنال‌هاي نوري در فواصل دور مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از آنها همچنين براي عکسبرداري پزشکي و معاينه هاي فني در مهندسي مکانيک استفاده مي‌شود. اگر با دقت به يک رشته فيبر نوري نگاه کنيد، مي بينيد که از قسمت‌هاي زير ساخته شده :
• هسته _ هسته بخش مرکزي فيبر است که از شيشه ساخته شده و نور در اين قسمت سير مي‌کند.
• لايه روکش _ واسطه شفافي که هسته مرکزي فيبر نوري را احاطه مي‌کند وباعث انعکاس نور به داخل هسته مي‌شود.
• روکش محافظ _ روکشي پلاستيکي که فيبر نوري در برابر رطوبت و آسيب ديدن محافظت مي‌کند.
صدها يا هزاران عدد از اين رشته هاي فيبر نوري بصورت بسته اي در کنار هم قرار داده مي‌شوند که به آن کابل نوري گويند. اين دسته از رشته هاي فيبر نوري با يک پوشش خارجي موسوم به ژاکت يا غلاف محافظت مي‌شوند.

فيبرهاي نوري دو نوعند :
1. فيبرهاي نوري تک وجهي: اين نوع از فيبرها، هسته هاي کوچکي دارند ( قطري در حدود inch (4-) 10x 5/3 يا 9 ميکرون ) و مي‌توانند نور ليزر مادون قرمز ( با طول موج 1300 تا 1550 نانومتر ) را درون خود هدايت کنند.
2. فيبرهاي نوري چند وجهي: اين نوع از فيبرها هسته هاي بزرگتري دارند ( قطري در حدود inch (3-) 10x 5/2 يا 5/62 ميکرون ) و نور مادون قرمز گسيل شده از ديودهاي نوري موسوم به LED ها را ( با طول موج 850 تا 1300 نانومتر ) درون خود هدايت مي‌کنند.
برخي از فيبرهاي نوري از پلاستيک ساخته مي‌شوند. اين فيبرها هسته بزرگي ( با قطر 4 صدم inch يا يک ميليمتر ) دارند و نور مرئي قرمزي را که از LED ها گسيل مي‌شود ( و طول موجي برابر با 650 نانومتر دارد ) هدايت مي‌کنند.
بياييد ببينيم طرز کار فيبر نوري چيست.

يک فيبر نوري چگونه نور را هدايت مي‌کند؟
فرض کنيد مي‌خواهيد يک باريکه نور را بطور مستقيم و در امتداد يک کريدور بتابانيد. نور براحتي در خطوط راست سير مي‌کند و مشکلي ازين جهت نيست. حال اگر کريدور مستقيم نباشد و در طول خود خميدگي داشته باشد چگونه نور را به انتهاي آن مي‌رسانيد؟
براي اين منظور مي‌توانيد از يک آينه استفاده کنيد که در محل خميدگي راهرو قرار مي‌گيرد و نور را در جهت مناسب منحرف مي‌کند. اگر راهرو خيلي پيچ در پيچ باشد و خمهاي زيادي داشته باشد چه؟ مي‌توانيد ديوارها را با آينه بپوشانيد و نور را به دام بيندازيد بطوريکه در طول راهرو از يک گوشه به گوشه ديگر بپرد. اين دقيقا همان چيزي است که در يک فيبرنوري اتفاق مي افتد.
نور در يک کابل فيبرنوري، بر اساس قاعده اي موسوم به بازتابش داخلي، مرتبا بوسيله ديواره آينه پوش لايه اي که هسته را فراگرفته، به اين سو و آن سو پرش مي‌کند و در طول هسته پيش مي‌رود.
از آنجا که لايه آينه پوش اطراف هسته هيچ نوري را جذب نمي‌کند، موج نور مي‌تواند فواصل طولاني را طي کند. به هر حال، برخي از سيگنال‌هاي نوري در حين حرکت در طول فيبر، ضعيف مي‌شوند که علت عمده آن وجود برخي ناخالصي‌ها داخل شيشه است. ميزان ضعيف شدن سيگنال به درجه خلوص شيشه بکار رفته در داخل فيبر و نيز طول موج نوري که درون فيبر سير مي‌کند بستگي دارد.

سيستم ارتباط بوسيله فيبرنوري
براي پي بردن به اينکه فيبرهاي نوري چگونه در سيستم هاي ارتباطي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، اجازه دهيد نگاهي بياندازيم به فيلم يا سندي که مربوط به جنگ جهاني دوم است. دو کشتي نيروي دريايي را درنظر بگيريد که از کنار يکديگر عبور مي‌کنند و لازم است باهم ارتباط برقرار کنند درحالي که امکان استفاده از راديو وجود ندارد و يا دريا طوفاني است. کاپيتان يکي از کشتي ها پيامي را براي يک ملوان که روي عرشه است مي‌فرستد. ملوان آن پيام را به کد مورس ترجمه مي‌کند و از نورافکني ويژه که يک پنجره کرکره جلو آن است براي ارسال پيام به کشتي مقابل استفاده مي‌‌نمايد. ملواني که در کشتي مقابل است اين پيام مورس را مي‌گيرد، ترجمه مي‌کند و به کاپيتان مي‌دهد. (ملوان کشتي دوم عکس عملي را انجام مي‌دهد که ملوان کشتي اول انجام داد.)
حالا فرض کنيد اين دو کشتي هر يک در گوشه اي از اقيانوسند و هزاران مايل فاصله دارند و در فاصله بين آنها يک سيستم ارتباطي فيبرنوري وجود دارد.
سيستم‌هاي ارتباط بوسيله فيبرنوري، شامل اين قسمت هاست:
• فرستنده: سيگنال‌هاي نور را توليد مي‌کند و به رمز در مي‌آورد.
• فيبرنوري: سيگنال‌هاي نور را تا فواصل دور هدايت مي‌کند.
• تقويت کننده نوري: ممکن است براي تقويت سيگنال‌هاي نوري لازم باشد. (براي ارسال سيگنال به فواصل خيلي دور)
• گيرنده نوري: سيگنال‌هاي نور را دريافت و رمزگشائي مي‌نمايد.
فرستنده
نقش فرستنده شبيه ملواني است که روي عرشه کشتي فرستنده پيام ايستاده و پيام را ارسال مي‌کند. فرستنده ابزار توليد نور را در فواصل زماني مناسب خاموش يا روشن مي‌کند.
فرستنده درعمل به فيبر نوري متصل مي‌شود و حتي ممکن است داراي لنزي براي متمرکز کردن نور به داخل فيبر هم باشد. قدرت اشعه ليزر بيش از LED‌ هاست اما با کم و زياد شدن دما شدت نورشان تغيير مي‌کند و گرانتر هم هستند. متداول‌ترين طول موج‌هايي که استفاده مي‌شود عبارتند از: 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر. (مادون قرمز و طول موج‌هاي نامرئي طيف).

تقويت کننده نوري
همانطور که قبلا هم به آن اشاره شد، نور حين عبور از فيبر ضعيف مي‌شود. (مخصوصا در فواصل طولاني بيش از نيم مايل يا حدود يک کيلومتر مثلا در کابل‌هاي زير دريا) بنابرين يک يا بيش از يک تقويت کننده نوري در طول کابل بسته مي‌شوند تا نور ضعيف شده را تقويت کنند.
يک تقويت کننده نوري داراي فيبرهاي نوري با پوشش ويژه اي است. نور ضعيف شده پس از ورود به اين تقويت کننده تحت تاثير اين پوشش خاص و نيز نور ليزري که به اين پوشش تابيده مي‌شود تقويت مي‌شود. ملکول‌هاي موجود در اين پوشش ويژه با تابش ليزر به آنها، سيگنال نوري جديد و قوي توليد مي‌کنند که مشخصات آن مشابه نور ورودي به تقويت کننده است. درواقع تقويت کننده نوري يک آمپلي فاير ليزري براي نور ورودي به آن است.

گيرنده نوري
گيرنده نوري مشابه ملواني که روي عرشه کشتي گيرنده پيام بود عمل مي‌کند. اين گيرنده سيگنال‌هاي نوري ورودي را مي‌گيرد، رمزگشائي مي‌کند و سيگنال‌هاي الکتريکي مناسب را براي ارسال به کامپيوتر، تلويزيون يا تلفن کاربر توليد و به آنها ارسال مي نمايد. اين گيرنده براي دريافت و آشکارسازي نور ورودي از فتوسل يا فتوديود استفاده مي‌کند.

منبع: persianit.ir