آشنایی با فیبر نوری و اثر آن در فناوری ارتباطات آینده

در قرون اخیر، استفاده از نور برای انتقال اطلاعات برای اولین بار تجربه شد. اما موانعی مانند گرد و خاک، دود، برف، باران و مه باعث مشکلاتی در انتشار اطلاعات نوری در جو شد. به همین دلیل، ایده استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح شده است. در این روش، نور با استفاده از آینه‌ها و عدسی‌ها در داخل کانال هدایت می‌شد. اما به دلیل مشکلات تنظیم آینه‌ها و عدسی‌ها، این روش نیز غیر عملی به نظر رسید. در همین راستا، فیبر نوری یا تار نوری ایجاد شده که دارای یک رشته باریک و بلند از یک ماده شفاف مانند شیشه یا پلاستیک است که قادر است نوری که به یک سر آن وارد می‌شود را از سر دیگر خارج کند. این موضوع در سال 1880 از الکساندر گراهام بل شروع شد که در آن زمان تلاش کرد تا تلفن نوری را اختراع کند. این سیستم قادر بود صدا را تا فواصل چندین صد متر منتقل کند و بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده با به ارتعاش در آوردن آینه کار می‌کرد. که در حال حاضر، این تکنولوژی به اوج خود رسیده و سرعت بی نهایت رو به همه مردم دنیا ارائه می‌کند. فیبر نوری دارای پهنای باند بسیار بالاتری نسبت به کابل‌های معمولی است و با استفاده از فیبر نوری، می‌توان به راحتی داده‌های تصویر، صوت و دیگر داده‌ها را با پهنای باند بالا تا 10 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر منتقل کرد. البته این موضوع تنها به اینجا ختم نخواهد شد و برای درک بهتر از فیبر نوری، شما به ادامه این مطلب در پایه‌ریزان فناوری هوشمند دعوت می‌کنم.

تعریف فیبر نوری به زبان ساده

به رشته‌های شفاف شیشه‌ای و پلاستیکی که در کابل قرار دارند فیبر نوری یا فایبر اپتیک گفته می‌شود. فیبر نوری برای ارتباطات دور و نقل اطلاعات استفاده شده و در انتقال داده‌ها، صدا و تصویر به کار می‌رود. این فناوری به دلیل سرعت بالا، پهنای باند بزرگ، مقاومت الکترومغناطیسی و کمبود اختلالات الکترومغناطیسی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. قطر این الیاف تقریباً به اندازه یک تار موی انسان است و معمولاً از سیلیس خالص ساخته شده‌اند. این بدان معناست که نور از هسته فیبر عبور کرده و با روکش کردن از خارج شدن آن جلوگیری می کند. فرستنده‌های نوری وسیله‌ای برای انتقال ترافیک داده در یک شبکه فیبر نوری هستند. آن‌ها به عنوان لیزرهای مخصوص طول موج، سیگنال‌های داده الکتریکی را از سوئیچ‌ها به سیگنال‌های نوری تبدیل می‌کنند که می‌توانند از طریق این نوع کابل‌ها منتقل شوند. این تکنولوژی نسبت به سایر فناوری‌ها قادر است داده‌های بیشتری را با سرعت‌های بالا تر در فواصل طولانی تر انتقال دهد. به همین دلیل، این فناوری به عنوان پایه و اساس انتقال داده‌های مدرن در شبکه‌های مخابراتی، ارائه دهندگان خدمات اینترنتی و شبکه‌های مراکز داده سازمانی استفاده می‌شود. در رابطه با پروتکل TCP/IP می‌توان گفت که یک پروتکل شبکه است که برای ارسال و دریافت داده‌ها در شبکه استفاده می‌شود، در حالی که فیبر نوری یک فناوری انتقال داده است که از نور برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند.

بخش های مهم فیبر نوری

4 بخش‌های مهم فیبر نوری

فیبر نوری یک فناوری ارتباطات است که از نور به جای سیگنال های الکترونیکی برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کند. این فناوری بر پایه استفاده از نور و انتشار آن درون یک رشته فیبر نوری تحت عنوان “نوربرداری” تکیه می کند. بخش‌های مختلف فیبر نوری عبارتند از:

1. هسته (Core):

هسته کابل فیبر نوری مسیری است که نور در آن انتشار می‌یابد. قطر هسته برای کابل‌های تک حالته بسیار کوچکتر از قطر پوسته است و برای کابل‌های فیبر نوری چند حالته بزرگتر است. هسته معمولاً از مواد شیشه‌ای یا پلاستیکی ساخته می شود و نور در طول آن انتقال می‌یابد.

2. روکش (Cladding):

روکش یک لایه نازک و شفاف است که هسته را احاطه می‌کند و برای جلوگیری از خروج نور از هسته استفاده می‌شود. روکش دارای شاخص شکست کمتری نسبت به هسته است، که باعث انعکاس نور درون هسته و جلوگیری از انتشار نور به خارج می‌شود.

3. بافر (Buffer):

بافر یک لایه حفاظتی است که هسته و روکش را در برابر خراشیدگی، آسیب مکانیکی و تغییرات دما حفظ می‌کند. بافر معمولاً از مواد پلاستیکی ساخته می‌شود و قطر آن بزرگتر از قطر روکش است.

4. پوسته اصلی (Outer Jacket):

پوسته اصلی یک لایه حفاظتی است که کل کابل را در برابر خراشیدگی، آسیب مکانیکی، تغییرات دما و عوامل محیطی دیگر حفظ می‌کند. پوسته اصلی از مواد مقاوم و محافظت کننده مانند PVC یا LSZH (Low Smoke Zero Halogen) ساخته می‌شود.

حالت های فیبر نوری

فیبر نوری در دو حالت

کابل‌های فیبر نوری تک حالته (Single-mode Fiber) و چند حالته (Multimode Fiber) دو نوع اصلی کابل‌ها هستند که بر اساس ساختار و عملکردشان تفاوت دارند.

. کابل‌های فیبر نوری تک حالته:

کابل‌های تک حالته برای انتقال نور در یک مسیر مستقیم و فقط در یک حالت (مسیر) استفاده می‌شوند. در این نوع کابل، قطر هسته بسیار کوچکتر از قطر پوسته است و به همین دلیل، تعداد حالت‌هایی که نور می‌تواند در آن انتشار پیدا کند، کاهش می‌یابد. این باعث می‌شود که نور با دقت بالا و با کاهش حداقلی تداخلات انتقال یابد. کابل‌های تک حالته برای انتقال داده‌های با سرعت بالا و در فواصل طولانی مناسب هستند.

. کابل‌های فیبر نوری چند حالته:

کابل‌های فیبر نوری چند حالته برای انتقال نور در چندین مسیر (حالت) به طول موج‌های مختلف استفاده می‌شوند. در این نوع کابل، قطر هسته بزرگتر از قطر پوسته است و به همین دلیل، تعداد حالت‌هایی که نور می تواند در آن انتشار پیدا کند، بیشتر است. این باعث می‌شود که نور با دقت کمتر و با احتمال بیشتری از تداخلات انتقال یابد. کابل‌های چند حالته برای انتقال داده‌های با سرعت کمتر و در فواصل کوتاه مناسب هستند.

مزیت‌های اصلی استفاده از فیبر نوری

این فناوری از سیم‌های نوری بسیار نازک تشکیل شده است که نور را به صورت پالس‌های نوری از طریق آن منتقل می‌کنند و دارای مزایای بسیاری می‌باشد که عبارتند از:

1. پهنای باند بالا: فیبر نوری دارای پهنای باند بسیار بالاست که به ارسال داده‌ها با سرعت بالا و همزمان امکان می‌دهد.

2. کاهش تلفات: این تکنولوژی دارای تلفات کمتری نسبت به سیم‌های مسی است. این به معنای انتقال اطلاعات در فاصله‌های بلند با کاهش کمتر سرعت و کیفیت است.

3. مقاومت الکترومغناطیسی: این به معنای این است که از تداخل با سایر امواج الکترومغناطیسی مانند امواج رادیویی و تلفن همراه جلوگیری می‌کند.

4. امنیت: به دلیل استفاده از نور به عنوان رسانه، فیبر نوری برای ارتباطات حساس و اطلاعات محرمانه مناسب است. نور قابل تشخیص و ردگیری نیست و بنابراین ارتباطات از طریق فیبر نوری امنیت شبکه را ایفا می‌کند.

5. مقاومت فیزیکی: این مقاوم در برابر تغییرات دما، رطوبت، فشار و لرزش است. این ویژگی باعث می‌شود که فیبر نوری برای استفاده در محیط‌های سخت و دشوار مناسب باشد.