فیبر نوری FIBER چیست ؟

کابل fiber-optic  که به عنوان کابل optical-fiber  نیز شناخته می‌شود، مجموعه ای شبیه به کابل برق است اما حاوی یک یا چند فیبر نوری است که برای انتقال نور استفاده می‌شود. عناصر فیبر نوری معمولاً به صورت جداگانه با لایه های پلاستیکی پوشانده می‌شوند و در یک لوله محافظ مناسب برای محیطی که کابل در آن استفاده می‌شود قرار می‌گیرند. انواع مختلفی از کابل برای ارتباطات فیبر نوری در کاربردهای مختلف، به عنوان مثال ارتباطات راه دور یا ارائه یک اتصال داده با سرعت بالا بین بخش‌های مختلف ساختمان استفاده می‌شود.

به عبارت دیگر تار نوری یا فیبر نوری  رشتهٔ باریک و بلندی از یک مادّهٔ شفاف مثل شیشه (سیلیکا) و پلاستیک است که می‌تواند نوری  را که از یک سر به آن وارد شده، از سر دیگر خارج کند.فیبر نوری دارای پهنای باند بسیار بلندتر از کابل‌های معمولی است و با آن می‌توان داده‌های تصویر، صوت و دیگر داده‌ها را به‌راحتی و با پهنای باند بالا تا 100 گیگابایت بر ثانیه و بالاتر انتقال داد. امروزه مخابرات نوری، به دلیل پهنای باند وسیع‌تر در مقایسه با کابلهای مسی، و همچنین تأخیر کمتر در مقایسه با مخابرات ماهواره ای، از مهم‌ترین ابزار انتقال اطلاعات محسوب می‌شود. فیبر نوری از نظر نوع تارها، خصوصیات کابل و پوشش آنها، در سه دسته عمده تقسیم‌بندی می‌شود :

• (Indoor (Tight Buffer
• (Outdoor(Loose tube
• Indoor & Outdoor

ایده ساخت کابل فیبر نوری !

اولین کسانی که در قرون اخیر به فکر استفاده از نور برای انتقال اطلاعات افتادند، انتشار نور را در جو زمین تجربه کردند. اما وجود موانع مختلف نظیر گرد و خاک، دود، برف، باران، مه و… انتشار اطلاعات نوری در جو را با مشکل مواجه ساخت. بعدها استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح شد. نور در داخل این کانالها به وسیلهٔ آینه‌ها و عدس ها هدایت می‌شد، اما از آنجا که تنظیم این آینه‌ها و عدسی‌ها کار بسیار مشکلی بود این کار نیز غیر عملی تشخیص داده شد و مردود ماند.

ایده استفاده از انکسار (شکست) برای هدایت نور (که اساس فیبرهای نوری امروزی است) برای اولین بار در سال 1840 توسط Daniel Colladon و Jacques Babinet در پاریس پیشنهاد شد. شاید اولین تلاش در سیر تکاملی سیستم ارتباط نوری به وسیله الکساندر گراهام بل صورت گرفت که در سال 1880، درست 4 سال پس از اختراع تلفن، اختراع تلفن نوری (فوتوفون) یا سیستمی که صدا را تا فواصل چند صد متر منتقل می‌کرد، به ثبت رساند. تلفن نوری بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده با به ارتعاش درآوردن آینه‌ای کار می‌کرد. گیرنده یک فتوسل بود. در این روش نور در هوا منتشر می‌شد و بنابراین امکان انتقال اطلاعات تا بیش از 200 متر میسر نبود. به همین دلیل، اگرچه دستگاه بل ظاهراً کار می‌کرد اما از موفقیت تجاری برخوردار نبود. همچنین John Tyndall در سال1870 در کتاب خود ویژگی بازتاب یکلی را شرح داد: «وقتی نور از هوا وارد آب می‌شود به سمت خط عمود بر سطح خم می‌شود و وقتی از آب وارد هوا می‌شود از خط عمود دور می‌شود. اگر زاویهٔ پرتو نور با خط عمود  در تابش از داخل آب بزرگتر از ۴۸ درجه شود هیچ نوری از آب خارج نمی‌شود در واقع نور به‌طور کامل از سطح آب منعکس می‌شود. زاویه‌ای که انعکاس کلی آغاز می‌شود را زاویه بحرانی می‌نامیم».

کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را به عنوان محیط انتشار مطرح ساختند. آنان مبنای کار خود را بر آن گذاشتند که به سرعتی حدود 100 مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه دست یابند. این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی  همراه بود. این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از 20 دسی بل نباشد. اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکایی (کورنینگ گلس) به این هدف دست یافت. در اوایل سال 1960 میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن شد. در سال ۱۹۶۶ میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود. چرا که فیبرنوری بسیار سبک‌تر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد.

توسعه فناوری فیبرنوری از سال 1980 میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری به عنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال 1985 میلادی در دنیا نزدیک به 2 میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌است.

از فیبر نوری (معمولاً از جنس سیلیسیم دی اکسید)  برای انتقال داده‌ها توسط نور لیزر استفاده می‌شود. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد از مجموعه‌ای از این فیبرها تشکیل شده و می‌تواند صدها هزار مکالمهٔ صوتی را حمل کند. فیبرهای نوری تجاری ظرفیت 2.5 گیگابایت در ثانیه تا 10 گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌سازند. فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌نامند. هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب‌کننده از شیشه خالص (معمولاً) است. هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کا ملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌آورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند که باعث می‌شود که نور در هسته تابیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته بازتابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌رسند. این عمل بازتاب  نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی ) می‌نامند.

در نوع مرسوم فیبر نوری قطر هسته و پوسته با هم حدود 125 میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش معمولاً از جنس پلاستیک قرار می‌گیرد.

یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد. این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است. از لحاظ کلی دو نوع فیبر وجود دارد : تک حالتی و چند حالتی. فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان  انتشار می‌دهد، در حالی که فیبر چند حالتی می‌تواند صدها حالت نور را به‌طور هم‌زمان انتقال بدهد.

طراحی کابل فیبر نوری!

فیبر نوری از یک هسته و یک لایه روکش تشکیل شده است که به دلیل تفاوت در ضریب شکست بین این دو برای بازتاب کلی داخلی انتخاب شده است. در الیاف عملی، روکش معمولاً با لایه ای از پلیمر آکریلات یا پلی آمید پوشانده می‌شود. این پوشش از فیبر در برابر آسیب محافظت می‌کند اما به ویژگی های موجبر نوری آن کمکی نمی‌کند. الیاف پوشش‌داده‌شده منفرد (یا الیافی که به صورت نوارها یا بسته‌ها شکل می‌گیرند) سپس یک لایه بافر رزین سخت یا لوله (های) هسته‌ای در اطراف آنها اکسترود می‌کنند تا هسته کابل را تشکیل دهند.

چندین لایه روکش محافظ، بسته به کاربرد، برای تشکیل کابل اضافه می‌شود. مجموعه های الیاف سفت و سخت گاهی اوقات شیشه های جاذب نور ("تیره") را بین الیاف قرار می‌دهند تا از ورود نوری که از یک فیبر به بیرون نشت می‌کند به فیبر دیگر جلوگیری کند. این امر تداخل بین فیبرها را کاهش می‌دهد، یا شعله ور شدن را در برنامه های تصویربرداری بسته فیبر کاهش می‌دهد.

برای کاربردهای داخلی، فیبر روکش دار به طور کلی همراه با بسته‌ای از اعضای پلیمری انعطاف‌پذیر پلیمری مانند آرامید (مانند Twaron یا Kevlar)، در یک پوشش پلاستیکی سبک قرار می‌گیرد تا یک کابل ساده را تشکیل دهد. هر انتهای کابل ممکن است با یک کانکتور فیبر نوری تخصصی خاتمه یابد تا به آسانی از تجهیزات انتقال و دریافت جدا شود.

برای استفاده در محیط های سخت تر، ساخت کابل بسیار قوی تری مورد نیاز است. در ساخت لوله شل، فیبر به صورت مارپیچ در لوله های نیمه سفت قرار می‌گیرد و به کابل اجازه می‌دهد بدون کشش خود فیبر کشیده شود. این امر فیبر را از کشش در طول تخمگذار و به دلیل تغییرات دما محافظت می‌کند.

فیبر شل لوله ممکن است "بلوک خشک" یا پر از ژل باشد. بلوک خشک از الیاف محافظت کمتری نسبت به ژل پر می‌کند، اما هزینه بسیار کمتری دارد. به جای یک لوله شل، فیبر ممکن است در یک ژاکت پلیمری سنگین قرار گیرد که معمولاً به آن ساختار "بافر محکم" می‌گویند. کابل‌های بافر محکم برای کاربردهای مختلف ارائه می‌شوند، اما دو مورد از رایج‌ترین آنها عبارتند از Breakout و Distribution. کابل های بریک اوت معمولاً شامل یک ریپ کورد، دو عضو تقویت کننده دی الکتریک غیر رسانا (معمولا یک میله شیشه ای اپوکسی)، یک نخ آرامید و یک لوله بافر 3 میلی متری با یک لایه کولار اضافی در اطراف هر فیبر است. ریپکورد یک طناب موازی از نخ قوی است که در زیر ژاکت(های) کابل برای برداشتن ژاکت قرار دارد. کابل های توزیع دارای یک پوشش کلی کولار، یک ریپ کورد و یک پوشش بافر 900 میکرومتری در اطراف هر فیبر هستند. این واحدهای الیافی معمولاً با اعضای استحکام فولادی اضافی همراه می‌شوند، که مجدداً دارای پیچش مارپیچ هستند تا امکان کشش را فراهم کنند.

یک نگرانی مهم در کابل کشی در فضای باز، محافظت از فیبر در برابر آسیب آب است. این امر با استفاده از موانع جامد مانند لوله های مسی، و ژله دافع آب یا پودر جاذب آب در اطراف فیبر انجام می‌شود. در نهایت، کابل ممکن است برای محافظت از آن در برابر خطرات محیطی، مانند کارهای ساختمانی یا جویدن حیوانات، زره پوش شود. کابل‌های زیردریایی در بخش‌های نزدیک ساحل خود به شدت زره‌دار هستند تا از لنگرهای قایق، وسایل ماهیگیری و حتی کوسه‌ها محافظت کنند، که ممکن است به نیروی الکتریکی که به تقویت کننده‌ها یا تکرارکننده‌های کابل منتقل می‌شود جذب شود.

کابل‌های مدرن در طیف گسترده‌ای از روکش‌ها و زره‌ها عرضه می‌شوند که برای کاربردهایی مانند دفن مستقیم در سنگرها، استفاده دوگانه به عنوان خطوط برق، نصب در مجرا، اتصال به تیرهای تلفن هوایی، نصب زیردریایی و قرار دادن در خیابان‌های آسفالت‌شده طراحی شده‌اند.

ظرفیت و بازار کابل های فیبر نوری

در سپتامبر 2012، NTT ژاپن یک کابل فیبر تکی را نشان داد که قادر بود 1 پتابیت در ثانیه (1015 بیت بر ثانیه) را در مسافت 50 کیلومتری انتقال دهد. اگرچه کابل های بزرگتر در دسترس هستند، کابل فیبر تک حالته با بیشترین تعداد رشته که معمولاً تولید می‌شود. تعداد 864 عدد است که شامل 36 روبان است که هر کدام حاوی 24 رشته فیبر است. کابل‌های شمارش فیبر در مراکز داده و به عنوان کابل‌های توزیع در شبکه‌های HFC و PON استفاده می‌شوند. در برخی موارد، تنها بخش کوچکی از فیبرهای کابل ممکن است در واقع استفاده شود. شرکت ها می‌توانند فیبر استفاده نشده را به سایر ارائه دهندگانی که به دنبال خدمات در یک منطقه یا از طریق آن هستند اجاره دهند یا بفروشند. بسته به مقررات محلی خاص، شرکت‌ها ممکن است شبکه‌های خود را با هدف خاص داشتن شبکه بزرگی از فیبر تیره برای فروش بیش از حد بسازند و نیاز کلی به ترانشه‌برداری و مجوز شهرداری را کاهش دهند. رقبای آنها از سرمایه گذاری خود سود می‌برند.

کاربردهای فیبر نوری fiber-optic

• کاربرد در مخابرات: یکی از مرسوم‌ترین کاربردهای فیبر نوری انتقال اطلاعات توسط لیزر است.

برای این کار از ابزاری به نام SFP  کمک گرفته می‌شود که به‌طور کلی یک ماژول تبدیل سیگنال دیجیتال به سیگنال های نوری بوده که کاربردهای متعددی دارد

• کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری 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 بهره‌گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیرپذیر می‌شود.

• کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری درصنایع جنگ افزاری  دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک ها، ارتباط زیر دریایی ها (هیدروفون) را نام برد.

• کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماری ها و آزمایش های گوناگون در پزشکی  کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان دُزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری 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  به‌طور مستقیم قابل مشاهده باشد.
• کاربرد فیبرنوری در روشنائی: از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم به عنوان یک فناوری روشنایی متداول شده و در چند سال قرن اخیر توسعه و رشد فراوانی پیدا کرده‌است کاربرد آن در سیستم‌های روشنایی است. در این فناوری نور از منبع نوری که می‌تواند نور مصنوعی (نور لامپهای الکتریکی) 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 ناست منتقل می‌شود. امتیاز این نور که موجبات رشد سریع به‌کارگیری و توجه زیاد به این فناوری شده‌است این است که فاقد الکتریسیته گرما و تشعشعات خطرناک ماورای بنفش  بوده (نور خالص و بی‌خطر) و دیگر اینکه با این فناوری می‌شود نور روز (بدون گرما و اشعه‌های ماورای بنفش) را هم به داخل ساختمان‌ها و نقاط غیرقابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.

سیستم‌های مخابرات فیبر نوری  fiber-optic

گسترش ارتباطات راه دور و راحتی انتقال اطلاعات با سیستم‌های انتقال و مخابرات نوری یکی از پراهمیت‌ترین موارد در جهان امروز است. سرعت، دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی‌های مخابرات نوری است. یکی از پراهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات نوری آسانی انتقال سیگنال های  اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم‌بندی در حوزه زمانی را دارا است. به این معنی که مخابرات دیجیتال دارای پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در بسته‌های کوچک اطلاعات در حوزه زمان است. برای مثال عملکرد مخابرات نوری با توانایی 20 مگاهرتز با داشتن پهنای باند 20 کیلوهرتز دارای گنجایش اطلاعاتی0.1% است.

در سال 1880  میلادی الکساندر گراهام بل چهار سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیازنامه خود در زمینه مخابرات نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن شد. در سال‌های اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور قدرتمند و خطوط انتقال نوری فاکتورهای جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده‌است. مخابرات نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور تلقی می‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می‌شد. با آنکه امواج نوری حامل سیگنال‌های آنالوگ بودند اما سیگنال‌های نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی‌مانده‌است. از دلایل این امر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. تکنیکهای مخابرات در سیستم‌های جدید مورد استفاده قرار می‌گرفت.
2. سیستم‌های جدید با بالاترین تکنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی، سرعت و  دقت طراحی شده بود.
3. انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیک‌های اخت. این مطلب نیاز به دسترسی به مخابره اطلاعات به‌صورت بیت به بیت را پاسخگو بود.

• توانایی پردازش  اطلاعات در حجم وسیع: از آنجاکه مخابرات نوری دارای کارایی بالاتری نسبت به سیم‌های مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته‌است.
• رهایی از نویزهای الکتریکی: فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شیشه ساخته‌می‌شود، در نتیجه می‌تواند از میدان‌های الکتریکی در امان باشد. از قابلیت‌های مهم این نوع مخابرات می‌توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنال‌ها بدون آلودگی با پارازیت‌های الکتریکی یا سیگنال‌های تداخل‌گر به حداکثر کارایی خود خواهند رسید.

روش‌های ساخت پیش‌سازه در کابل فیبرنوری fiber-optic

روش‌های فرایند فاز بخار برای ساخت پیش‌سازه فیبر نوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

• رسوب‌دهی داخلی در فاز بخار
• رسوب‌دهی بیرونی در فاز بخار
• رسوب‌دهی محوری در فاز بخار

مواد لازم در فرایند ساخت پیش سازه کابل فیبرنوری fiber-optic

• تتراکلرید سیلیکون : این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرایند مورد نیاز است.
• تترا کلرید ژرمانیوم: این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش‌سازه استفاده می‌شود.
• اکسی کلرید فسفریل: برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش‌سازه، این مواد وارد واکنش می‌شود…
• گاز فلوئور: برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاب استفاده می‌شود.
• گاز هلیم: برای نفوذ حرارتی و حباب‌زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• گاز کلر: برای آب‌زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است.

مراحل ساخت کابل فیبرنوری fiber-optic

1. مراحل صیقل گرمایشی : پس از نصب لوله با عبور گازهای کلر  و اکسیژن، در دمای بالاتر از 1800 درجه سلسیوس لوله صیقل داده می‌شود تا بخارآب موجود در جدار درونی لوله از آن خارج شود.
2. مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن و فرئون  لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می‌شود تا ناهمواری‌ها و ترک‌های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند.
3. لایه‌نشانی ناحیه غلاف: در مرحله لایه‌نشانی غلاف، ماده تتراکلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیم  وارد لوله شیشه‌ای می‌شوند و در حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی120 تا 200 میلی متر در دقیقه در طول لوله حرکت می‌کند و دمایی بالاتر از 1900 درجه سلسیوس ایجاد می‌کند، واکنش‌های شیمیایی زیر به دست می‌آیند.

ذرات شیشه‌ای حاصل از واکنش‌های فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب می‌کنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آن‌ها اعمال می‌شود به‌طوری‌که تمامی ذرات رسوبی شفاف می‌گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت می‌شوند. بدین ترتیب لایه‌های شیشه‌ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می‌گردند و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می‌دهند.

کابل فیبر نوری fiber-optic  در ایران

در ایران  در اوایل دههٔ 60، فعالیت‌های پژوهشی در زمینهٔ فیبر نوری، برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران  را در پی داشت و در سال 1367، کارخانهٔ تولید فیبر نوری در یزد به بهره‌برداری رسید. عملاً در سال 1373 تولید فیبر نوری با ظرفیت 50/000 کیلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکهٔ ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند. در همان سال 1367 نخستین خط مخابراتی تار نوری میان تهران و کرج به کار افتاد.

نخستین پروژهٔ فیبر نوری با اجرای 700 کیلومتر کابل با 13 هزار کانال میان چندین مسیر با هزینه‌ای بالغ بر 40 میلیارد ریال بین سال‌های 69 تا 73 انجام شد. در برنامهٔ دوم توسعه پروژهٔ فیبر نوری با 11/600 کیلومتر کابل با 620 هزار کانال بین شهری با هزینهٔ 654 میلیارد ریال در سال‌های 74 تا 78 به انجام رسید و نهایتاً در برنامهٔ سوم توسعه17/850  کیلومتر تا 2 میلیون کانال با پروتکشن بین شهرهای کشور با هزینه‌ای بالغ بر 1/035 میلیارد در سال‌های 79 تا 83 اجرا شد. و در دولت سیزدهم پوشش فیبرنوری از 900 هزار خانوار به 8 میلیون رسیده است و تعداد مشترکین مبتنی بر فیبرنوری نیز از 280 هزار در ابتدای دولت به نزدیک به 590 هزار تاکنون رسیده است. پروژهٔ تار نوری آسیا-اروپا که به TAE مشهور است دارای 24/000 کیلومتر طول است واز چین، قرقیزستان، ازبکستان و ترکمنستان، ایران، ترکیه، اوکراین و آلمان می‌گذرد. ظرفیت قابل حمل این خط، 7/560 کانال تلفنی است.

فیبر نوری یک موج بر استوانه ایاز جنس شیشه یا پلاستیک  است که دو ناحیهٔ مغزی و غلاف با ضریب شکست  متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویهٔ پلاستیکی تشکیل شده‌است. برپایهٔ قانون اسنل برای انتشار نور  در فیبر نوری شرط: می‌بایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکست‌های مغزی و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعیف می‌شود. این عوامل عمدتاً ناشی از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی بر آن‌ها هستند.

فایبرهای نوری نسل سوم چگونه هستند؟

طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، پژوهشگران از حداقل تلفات در طول موج 1550 نانومتر و از حداقل پاشندگی در طول موج 1310 نانومتر بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود.در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدودهٔ 1.3 میکرون قرار داشت، به محدوده 1.55 میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس. اف (D.S.F. Fiberِ) ساخته شد. فیبر نوری بهترین نوع انتقال اطلاعات در عصر امروزی است.

سرعت انتشار و تاخیر در کابل فیبر نوری fiber-optic

کابل های نوری داده ها را با سرعت نور در شیشه انتقال می‌دهند. این سرعت نور در خلاء تقسیم بر ضریب شکست شیشه مورد استفاده است که معمولاً حدود 180000 تا 200000 کیلومتر بر ثانیه است که منجر به تاخیر 5.0 تا 5.5 میکروثانیه در هر کیلومتر می‌شود. بنابراین زمان تاخیر رفت و برگشت برای 1000 کیلومتر حدود 11 میلی ثانیه است.

ضرر و زیان در کابل فیبر نوری fiber-optic

از دست دادن سیگنال در فیبر نوری بر حسب دسی بل (dB) اندازه گیری می‌شود. از دست دادن 3 دسی بل در سراسر یک پیوند به این معنی است که نور در انتهای آن تنها نیمی از شدت نوری است که به فیبر فرستاده شده است. کاهش 6 دسی بل به این معنی است که تنها یک چهارم نور از فیبر عبور کرده است. هنگامی که نور زیادی از بین رفت، سیگنال برای بازیابی ضعیف تر از آن است و پیوند غیرقابل اعتماد می‌شود و در نهایت به طور کامل از کار می‌افتد. نقطه دقیقی که این اتفاق می‌افتد به قدرت فرستنده و حساسیت گیرنده بستگی دارد. فیبرهای شاخص درجه بندی شده چند حالته مدرن معمولی 3 دسی بل در هر کیلومتر تضعیف (از دست دادن سیگنال) در طول موج 850 نانومتر و 1 دسی بل در کیلومتر در 1300 نانومتر دارند. Singlemode 0.35 دسی بل در کیلومتر در 1310 نانومتر و 0.25 دسی بل در کیلومتر در 1550 نانومتر کاهش می‌یابد. فیبر تک حالته با کیفیت بسیار بالا که برای کاربردهای مسافت طولانی در نظر گرفته شده است، با تلفات 0.19 دسی بل بر کیلومتر در 1550 نانومتر مشخص شده است. فیبر نوری پلاستیکی (POF) بسیار بیشتر از دست می‌دهد: 1 دسی بل در متر در 650 نانومتر. POF یک فیبر هسته بزرگ (حدود 1 میلی متر) است که فقط برای شبکه های کوتاه و کم سرعت مانند صدای نوری TOSLINK یا برای استفاده در خودروها مناسب است. هر اتصال بین کابل ها حدود 0.6 دسی بل به طور متوسط ​​تلفات اضافه می‌کند، و هر اتصال (اسپلیس) حدود 0.1 دسی بل اضافه می‌کند.[20] بسیاری از اتصالات کابل فیبر نوری دارای "بودجه ضرر" هستند که حداکثر میزان تلفات مجاز است. نور مادون قرمز نامرئی (750 نانومتر و بزرگتر) در ارتباطات تجاری فیبر شیشه ای استفاده می‌شود زیرا در چنین موادی نسبت به نور مرئی تضعیف کمتری دارد. با این حال، الیاف شیشه نور مرئی را تا حدودی منتقل می‌کنند، که برای آزمایش ساده الیاف بدون نیاز به تجهیزات گران قیمت راحت است. اتصالات را می‌توان به صورت بصری بررسی کرد و برای حداقل نشت نور در محل اتصال تنظیم کرد، که انتقال نور را بین انتهای الیافی که به هم متصل می‌شوند به حداکثر می‌رساند. نمودارهای درک طول موج در فیبر نوری و کاهش توان نوری (تضعیف) در فیبر رابطه نور مرئی را با فرکانس‌های مادون قرمز مورد استفاده نشان می‌دهد و نوارهای آب جذبی را بین 850، 1300 و 1550 نانومتر نشان می‌دهد.

ایمنی و امنیت کابل فیبر نوری fiber-optic

نور مادون قرمز مورد استفاده در ارتباطات راه دور قابل رویت نیست، بنابراین یک خطر بالقوه ایمنی لیزر برای تکنسین ها وجود دارد. دفاع طبیعی چشم در برابر قرار گرفتن ناگهانی در معرض نور روشن، رفلکس پلک زدن است که توسط منابع مادون قرمز تحریک نمی‌شود. در برخی موارد، سطوح قدرت به اندازه‌ای زیاد است که به چشم آسیب می‌زند، به‌ویژه زمانی که از لنزها یا میکروسکوپ‌ها برای بازرسی الیافی استفاده می‌شود که نور مادون قرمز نامرئی ساطع می‌کنند. میکروسکوپ های بازرسی با فیلترهای ایمنی نوری برای محافظت در برابر این در دسترس هستند. اخیراً از کمک های دید غیرمستقیم استفاده می‌شود که می‌تواند شامل یک دوربین نصب شده در یک دستگاه دستی باشد که دارای دهانه ای برای فیبر متصل شده و یک خروجی USB برای اتصال به یک دستگاه نمایشگر مانند لپ تاپ است. این امر فعالیت جستجوی آسیب یا کثیفی روی کانکتور را بسیار ایمن تر می‌کند. تکه‌های شیشه‌ای کوچک در صورت قرار گرفتن زیر پوست فرد نیز می‌توانند مشکل ساز شوند، بنابراین باید مراقب باشید که قطعات تولید شده هنگام جدا کردن الیاف به درستی جمع‌آوری و دفع شوند.

​​​​​

کابل های هیبریدی فیبر نوری fiber-optic

کابل های نوری و الکتریکی هیبریدی وجود دارد که در برنامه های کاربردی بی سیم فیبر به آنتن (FTTA) در فضای باز استفاده می‌شود. در این کابل ها فیبرهای نوری اطلاعات را حمل می‌کنند و از هادی های الکتریکی برای انتقال نیرو استفاده می‌شود. این کابل ها را می‌توان در چندین محیط قرار داد تا به آنتن های نصب شده روی قطب ها، برج ها و سایر سازه ها سرویس دهد. با توجه به Telcordia GR-3173، الزامات عمومی برای کابل های نوری و الکتریکی هیبریدی برای استفاده در برنامه های فیبر خارجی بی سیم به آنتن (FTTA)، این کابل های هیبریدی دارای فیبرهای نوری، عناصر جفت/چهار تابیده، کابل های کواکسیال کواکسیال یا رساناهای الکتریکی هستند. زیر یک ژاکت بیرونی مشترک هادی های برق مورد استفاده در این کابل های هیبریدی برای تغذیه مستقیم یک آنتن یا برای تامین انرژی الکترونیک نصب شده بر روی برج است که منحصراً به آنتن خدمت می‌کند. آنها دارای ولتاژ نامی معمولاً کمتر از 60 VDC یا 108/120 VAC هستند. بسته به کاربرد و کد ملی برق (NEC) ولتاژهای دیگری ممکن است وجود داشته باشد. این نوع کابل‌های ترکیبی ممکن است در محیط‌های دیگری مانند سیستم آنتن توزیع‌شده (DAS) نیز مفید باشند، جایی که آنتن‌ها را در مکان‌های داخلی، بیرونی و بالای پشت بام ارائه می‌کنند. ملاحظاتی مانند مقاومت در برابر آتش، لیست های آزمایشگاه تست ملی به رسمیت شناخته شده (NRTL)، قرارگیری در شفت های عمودی و سایر مسائل مربوط به عملکرد باید به طور کامل برای این محیط ها مورد توجه قرار گیرد. از آنجایی که سطوح ولتاژ و سطوح توان مورد استفاده در این کابل های هیبریدی متفاوت است، کدهای ایمنی الکتریکی کابل هیبریدی را به عنوان کابل برق در نظر می‌گیرند که باید با قوانین مربوط به ترخیص، جداسازی و غیره مطابقت داشته باشد.

اجزای داخلی  فیبر نوری fiber-optic

کانال‌های داخلی در سیستم‌های مجرای زیرزمینی موجود نصب می‌شوند تا مسیرهای تمیز، پیوسته و کم اصطکاک را برای قرار دادن کابل‌های نوری که محدودیت‌های کششی نسبتاً پایینی دارند، فراهم کنند. آنها وسیله ای را برای تقسیم مجرای معمولی که در ابتدا برای کابل های هادی فلزی با قطر بزرگ طراحی شده بود به چندین کانال برای کابل های نوری کوچکتر ارائه می‌دهند.

انواع اجزای داخلی  فیبر نوری fiber-optic

اجزای داخلی معمولاً ساقه های با قطر کوچک و نیمه انعطاف پذیر هستند. با توجه به Telcordia GR-356، سه نوع اصلی مجرای داخلی وجود دارد: صاف، موجدار، و آجدار. این طرح های مختلف بر اساس مشخصات قطر داخلی و خارجی مجرای داخلی است. نیاز به یک مشخصه خاص یا ترکیبی از ویژگی ها، مانند قدرت کشش، انعطاف پذیری، یا کمترین ضریب اصطکاک، نوع مجرای درونی مورد نیاز را دیکته می‌کند.

فراتر از پروفیل ها یا خطوط اصلی (دیواره صاف، موج دار یا آجدار)، مجرای داخلی نیز در تنوع فزاینده ای از طرح های چند مجرای موجود است. چند مجرای ممکن است یک واحد مرکب متشکل از حداکثر چهار یا شش مجرای داخلی جداگانه باشد که توسط برخی ابزارهای مکانیکی در کنار هم نگه داشته می‌شوند، یا یک محصول اکسترود شده منفرد که دارای کانال‌های متعددی است که از طریق آن چندین کابل کشیده می‌شود. در هر صورت، چند مجرای سیم پیچی است و می‌توان آن را به روشی مشابه مجرای داخلی معمولی به داخل مجرای موجود کشید.

نخوه قرار گیری  اجزای داخلی  فیبر نوری fiber-optic

کانال‌های داخلی عمدتاً در سیستم‌های مجرای زیرزمینی نصب می‌شوند که مسیرهای اتصال بین مکان‌های منهول را فراهم می‌کنند. علاوه بر قرار گرفتن در مجرا، مجرای داخلی را می‌توان مستقیماً دفن کرد، یا با اتصال مجرای داخلی به یک رشته تعلیق فولادی، به صورت هوایی نصب کرد.

همانطور که در GR-356 بیان شد، کابل معمولاً به یکی از سه روش در مجرای داخلی قرار می‌گیرد. ممکن است باشد :

• از پیش نصب شده توسط سازنده مجرای داخلی در طول فرآیند اکستروژن،
• با استفاده از یک خط کشش با کمک مکانیکی به داخل مجرای داخلی کشیده می‌شود، یا
• با استفاده از دستگاه دمنده کابل با حجم هوای بالا به مجرای داخلی دمیده می‌شود.

تفاوت کابل فیبر نوری با کابل مسی در چیست ؟

همان طور که گفتیم در FTTC از کابل‌های مسی نیز استفاده می‌شود. اما تفاوت کابل مسی با کابل فیبر نوری در چیست؟ یکی از تفاوت‌های آن‌ها در پهنای باندشان است. پهنای باند کابل‌های فیبر نوری بیشتر از کابل مسی است، با توجه به این نکته فیبر نوری داده‌ها را در مسیرهای طولانی انتقال می‌دهند.

در مصارفی مانند تلویزیون‌های کابلی و سیستم‌های تلفنی و همچنین اینترنت از کابل فیبر نوری بیشتر استفاده می‌شود. شاید شما هم فکر کنید کابل فیبر نوری گران‌تر از مسی است اما اینطور نیست. کابل فیبر نوری از کابل مسی ارزان‌تر است، در نتیجه باعث کاهش هزینه‌ پروژه‌ها می‌شود. ضخامت کابل‌های فیبر نوری کم‌تر است. همچنین ظرفیت انتقال آن‌ها بالاتر از کابل مسی است. به طور مثال با کمک کابل شبکه فیبر نوری می‌توان تعداد بیشتری از خطوط تلفن را عبور داد. یا عبور تعداد بیشتری کانال تلویزیونی را فراهم می‌کند.

تضعیف سیگنال‌های عبوری در کابل‌های فیبر نوری کم‌تر است و تداخل در آن‌ها نیز کاهش می‌یابد.

اما مهم‌ترین کاربرد کابل‌های فیبر نوری را می‌توان انتقال داده‌های دیجیتال نام برد، که در شبکه‌های کامپیوتری بسیار مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

کابل‌های شبکه فیبر نوری کم مصرف هستند و در صرفه‌جویی هزینه‌ها کمک می‌کنند. از دیگر ویژگی‌های کابل‌های فیبر نوری می‌توان به اشتعال ناپذیر بودن، سبک بودن و اشغال فضای کم‌تر و همچنین انعطاف‌پذیر بودن نسبت به کابل مسی اشاره کرد.

تفاوت بین کابل های کواکسیال و فیبر نوری در چیست؟

برای اینکه تصمیم گیری برای انتخاب یکی از دو کابل فیبر نوری و کواکسیال آسان باشد، باید قبل از هر چیزی با تفاوت های این دو کابل آشنا شوید. در ادامه قصد داریم تا تفاوت های هر دو کابل را با هم مقایسه کنیم:

1. فیبر نوری برای انتقال سیگنال از نور استفاده می‌کند. در حالی که انتقال سیگنال در کابل کواکسیال به شکل الکتریکی است.

2. فیبر نوری از جنس پلاستیک و شیشه بوده ولی کواکسیال از پلاستیک، سیم مسی و PVC ساخته شده است.

3. فیبر نوری در مقایسه با کابل کواکسیال کاربردهای گسترده تری دارد.

4. هزینه فیبر نوری در مقایسه با کواکسیال بیشتر است.

5. کابل نوری وزن بسیار کمتری در مقایسه با کابل کواکسیال دارد.

6. نصب و اجرای فیبر نوری نسبت به کابل کواکسیال دشوارتر است.

7. کیفیت تصویر یا سیگنال حاصل از فیبر نوری بسیار بالاتر است. زیرا نویز الکتریکی بر روی آن بی تأثیر است.

8. کابل کواکسیال به دلیل وجود میدان مغناطیسی خارجی تحت تأثیر میدان مغناطیسی ناشی از عوامل خارجی قرار نمی‌گیرند.

9. احتمال ایجاد قطع سیگنال در فیبر نوری به دلیل خم شدن یا عوامل خارجی ایجاد شده در اطراف آن وجود دارد. در حالی که این اتفاق در کابل های کواکسیال فقط به دلیل قطع شدن هدایت انرژی ایجاد می‌شود.

فیبر نوری بهتر است یا کواکسیال؟

اگر بخواهیم در یک کلمه مشخص کنیم که کدام کابل بهتر است اشتباه کرده ایم. چرا که با توجه به حوزه ی کاربردی و شرایط و انتطاراتی که دارید این انتخاب می‌تواند متفاوت باشد. اما در حالت کلی از نظر سهولت نصب، هزینه نصب، طول عمر و قیمت کابل کواکسیال پیشنهاد داده می‌شود.

اما از نظر پهنای باند و سرعت انتقال داده ها فیبر نوری می‌تواند انتخاب بهتری باشد. باز هم فراموش نکنید که این معیارها با توجه به شرایط و انتظارات تغییر خواهند کرد.

• نقطه ضعف کابل کواکسیال

کابل کواکسیال در کنار مزیت ها و نکات مثبت زیادی که دارد دارای یک سری نقطه ضعف نیز است که باعث می‌شود در برخی موارد مانع استفاده کاربران شود. از جمله این نقطه ضعف ها عبارتند از:

1. هزینه ی نصب بالا
2. دشواری در نصب کابل
3. ایجاد محدودیت در زمینه نصب فواصل طولانی
4. احتیاج به تجهیزات جانبی در انشعابات

• نقطه ضعف فیبر نوری

1. درست است که نقطه ضعف های فیبر نوری در مقایسه با مزایای آن بسیار کم است ولی باز هم برخی ویژگی ها وجود دارند که استفاده از آن را با مشکل روبرو می‌کنند. از جمله این موارد عبارتند از:
2. نصب فیبر نوری حتما به یک متخصص و فرد حرفه ای احتیاج دارد.
3. از آن جایی که نصب آن کمی مشکل است و به فرد متخصص نیاز دارد، لذا هزینه های نصب آن کمی بیشتر از سایر گزینه ها خواهد بود.
4. • مراقبت از کابل فیبر نوری به حساسیت بیشتری احتیاج دارد. در غیر این صورت می‌تواند به راحتی خراب شود.

انواع کابل فیبر نوری fiber-optic

کابل شبکه فیبر نوری به دو نوع، تک حالتی Single Mode و چند حالتی Multi Mode تفسیم می‌شود که توضیح هر کدام به شرح زیر است:

کابل فیبرنوری Single Mode چیست؟

از فیبر نوری تک حالتی برای ارسال یک سیگنال در هر فیبر مثل تلفن استفاده می‌شود. این فیبر قطر ۹ میکرومتری دارد و ارسال و دریافت داده را به کمک تکنولوژی لیزر انجام می‌دهد. این فیبر نوری فقط یک سیگنال یا اشعه نور را در فاصله 1310nm و 1550nm منتقل می‌کند. سیگنال تا چند مایل قابل جابه‌جایی است که این قابلیت برای تامین‌ کنندگان تلفن و تلویزیون کابلی کاربرد دارد. در این فیبر به دلیل کوچک بودن قطر هسته، هنگام جابه‌جایی نور در هسته یک انعکاس کمی ایجاد می‌شود. این موضوع باعث کاهش ضریب استهلاک فیبر می‌شود و سیگنال جلوتر می‌رود. فیبر single mode در فاصله‌های طولانی و برنامه‌های کاربردی که پهنای باند بیشتری دارند به کار برده می‌شود.

کابل فیبرنوری Multi Mode

فیبرهای multi mode همان طور که از نام‌شان هم پیداست می‌توانند چند حالت را به طور همزمان جهت دهند و برای ارسال چند سیگنال در یک فیبر استفاده می‌شوند، مانند شبکه‌های کامپیوتری. هسته این فیبرها بزرگ‌تر است.‌ به کمک هسته فیبر multi mod داده‌های بیشتری در یک زمان می‌توانند عبور کنند.

به توجه به این موضوع نور منعکس شده، پراکندگی و نرخ استهلاک بیشتر می‌شود به همین دلیل کیفیت سیگنال در فاصله طولانی کاهش می‌یابد. از فیبرهای مالتی مود در فاصله‌های کم، در شبکه‌های LAN برای منتقل کردن داده و برنامه‌های کاربردی صوتی- تصویری استفاده می‌شود.

تفاوت کابل فیبرهای نوری single Mode, Multi Mode

فیبرهای نوری مالتی مود و سینگل مود تفاوت‌هایی با هم دارند که از اصلی‌ترین آن‌ها می‌توان به تفاوت در انتشار نور، تفاوت‌های بصری و تفاوت در هزینه‌های توسعه اشاره کرد.

مزیت استفاده از کابل فیبر نوری چیست ؟

• غیر اشتعال زا بودن آن
• افت سیگنال ها بسیار پایین است.
• سیگنال های نوری برعکس سیم های مسی یک فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهد داشت.
• میزان استفاده از برق پایین است.
• هزینه چند کیلومتر تار نوری نسبت به تار مسی کمتر است.
• حجم کابل ها کمتر است.
• دارای انعطاف پذیری بالا آن
• دارای وزن کمتری نسبت به کابل مسی است
• سیگنال های دیجیتال
• ظرفیت بالا برای انتقال
• ضرورت دقت بالا در زمان کابل کشی
• ایجاد محافظت کامل در برابر ضربه ها
• محدودیت میزان کشش برای فیبر با ظرفیت مختلف
• امکان شکست در صورت گذاشتن زاویه فیبر از یک حد معین

جنس کاور

متریال روکش بسیار مخصوص و کاربردی است. این ماده استاندارد میزان تحمل کابل را در برابر مقاومت مکانیکی، مواد شیمیایی و اشعه ماورا بنفش و غیره را تعیین می‌کند. برخی از مواد معمول روکش عبارتند از (Low smoke zero halogen) LSZH، پلی وینیل کلراید، پلی اتیلن، پلی اورتان، پلی بوتیلن ترفتالات و پلی آمید.

جنس فیبر

دو نوع ماده اصلی برای فیبرهای نوری وجود دارد : شیشه و پلاستیک. آنها خصوصیات کاملاً متفاوتی را ارائه می‌دهند و کاربردهای بسیار متفاوتی دارند. به طور کلی، فیبرهای پلاستیکی برای کاربرد در مسیرهای بسیار کوتاه و در حد مصرف کننده استفاده می‌شود، در حالی که فیبر شیشه برای ارتباطات از راه دور محدوده کوتاه/متوسط (multi-mode) و دوربرد (single-mode) استفاده می‌شود.

نوع کابل فیبر نوری  fiber-optic

• OFC : فیبر نوری، رسانا
• OFN : فیبر نوری، غیر رسانا
• OFCG : فیبر نوری، رسانا، استفاده عمومی
• OFNG : فیبر نوری، غیر رسانا، استفاده عمومی
• OFCP : فیبر نوری، رسانا، plenum
• OFNP : فیبر نوری، غیر رسانا، plenum
• OFCR : فیبر نوری، رساننده، riser
• OFNR : فیبر نوری، غیر رسانا، riser
• OPGW : سیم زمینی کامپوزیت فیبر نوری
• ADSS : خود-پشتیبانی از تمام دی الکتریک
• OSP : کابل فیبر نوری، خارج از زمین
• MDU : کابل فیبر نوری، سکون چندگانه