فیبر نوری چیست؟ و چگونه میتوان از آن استفاده کرد؟
فیبر نوری به عنوان ابزاری پیشرفته در حوزه ارتباطات نوری، با استفاده از جریان نور در سیم‌های شیشه‌ای یا پلاستیکی، اطلاعات را با سرعت بالا منتقل میکند. این تکنولوژی امکان انتقال داده‌ها در فواصل طولانی، مقاومت در برابر تداخلات الکترومغناطیسی و کاهش ضریب تلفات را فراهم میکند. از فواید فیبر نوری میتوان به ارتقاء سرعت ارتباطات اینترنتی، تلفن‌های هوشمند و تلویزیون‌ها، بهبود ارتباطات مدرن و زمینه‌های دیگر اشاره کرد.
در این مقاله، مجموعه asphp به بررسی عملکرد، مزایا و کاربردهای فیبر نوری، از جمله نقش آن در ارتقاء ارتباطات امروزی، خواهد پرداخت.
فیبر نوری چیست؟
فیبر نوری یک تکنولوژی پیشرفته از ارتباطات نوری است که از رشته‌های شفاف شیشه‌ای یا پلاستیکی درون کابل‌های فیبر نوری برای انتقال اطلاعات با سرعت بالا استفاده میکند. این فناوری به وسیله پالس‌های نوری اطلاعات را انتقال می‌دهد و جایگزین کابل‌های مسی برای انتقال اطلاعات می‌باشد. در حوزه شبکه‌های ارتباطی، "فیبر نوری" به عنوان یک رسانه و فناوری برای انتقال اطلاعات با استفاده از نور در رشته‌ها یا فیبرهای شفاف شیشه‌ای یا پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تکنولوژی به دلیل پهنای باند و سرعت بالا، در ارتباطات اینترنت، تلویزیون کابلی و تلفن به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. تفاوت اساسی میان فیبر نوری و سیم‌های مسی این است که فیبر نوری اطلاعات را با سیگنال‌های نوری انتقال می‌دهد، در حالی که سیم‌های مسی از سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌کنند.
تاریخچه فیبر نوری
در قرون اخیر، ایده استفاده از نور برای انتقال اطلاعات بر روی زمین به وجود آمد، اما موانعی نظیر گرد و خاک، دود، برف، باران، مه و... موجب کاستی در انتشار اطلاعات نوری در این محیط شد. سپس از لوله‌ها و کانال‌ها برای هدایت نور استفاده شد؛ اما کنترل آینه‌ها و عدسی‌ها در این فرایند برای هدایت نور نیز مشکل بود و ناموفق ماند. در سال 1880، تلاش‌های اولیه در سیر تکامل فناوری ارتباطات نوری با اختراع تلفن نوری (فوتوفون) انجام شد، اما سرانجام تجاری-اقتصادی موفقی نداشت.
در دهه‌ی 1960، ایده استفاده از انکسار نور برای هدایت آن (که اساس فیبرهای نوری امروزی است) مطرح شد. در سال 1980، توسعه فناوری فیبر نوری با اختراع اشعه لیزر ارتباطات نوری را ممکن ساخت. از آن زمان به بعد، فیبر نوری به عنوان راهکار مناسب در ارتباطات با سرعت و ظرفیت بالا به کار می‌رود. این تکنولوژی با کاهش هزینه‌ها و افزایش کارایی، در دهه‌ی 1980 به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته و به انتقال اطلاعات در فواصل بلند و با سرعت بالا کمک کرده است.
کاربرد فیبر نوری
فیبر نوری در زمینه‌های مختلف کاربردهای مهم و گسترده‌ای دارد:
- کاربرد در مخابرات: یکی از کاربردهای اصلی فیبر نوری، انتقال اطلاعات با استفاده از لیزر در مخابرات است. این تکنولوژی به عنوان رسانه‌ای پرسرعت و با ظرفیت بالا برای انتقال داده‌ها استفاده میکند. ابزارهایی مانند ماژول‌های SFP برای تبدیل سیگنال دیجیتال به سیگنال‌های نوری در این فرآیند استفاده می‌شوند.
- کاربرد در حسگرها: از فیبر نوری به عنوان حسگر در اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در پزشکی و سایر صنایع استفاده میشود.
- کاربردهای نظامی: فیبر نوری در صنایع جنگ افزاری کاربردهای متعددی دارد، از جمله ارتباطات و کنترل آنتن‌های رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها، ارتباط زیردریایی (هیدروفون) و دیگر کاربردهای مهم نظامی.
- کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماری‌ها، جراحی لیزری، اندازه‌گیری مایعات و خون، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن و دیگر زمینه‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، تارهای نوری در دستگاه‌های درون بین برای مشاهده اعضای داخلی بدن انسان استفاده می‌شوند.
- کاربرد در روشنائی: فیبر نوری به عنوان یک فناوری روشنایی، در سیستم‌های روشنایی با استفاده از منابع نوری مصنوعی یا طبیعی (نور خورشید) به کار می‌رود. این فناوری امکان انتقال نور به محل‌هایی که تابش مستقیم آن‌ها ممکن نیست را فراهم میکند.
ساختار فیبر نوری
ساختار فیبر نوری به شکل زیر است:
- هسته (Core): هسته فیبر نوری مسیری شفاف از جنس شیشه یا پلاستیک است که نور از طریق آن حرکت میکند. هسته شیشه‌ای معمولاً با کیفیت بالا برای تضمین بازتاب کامل نور طراحی شده است.
- غلاف (Clad): لایه‌ای از جنس شیشه یا پلاستیک که هسته را احاطه میکند و به بازتاب نور در هسته کمک میکند. غلاف کمک میکند تا نور در هسته بازتاب داده شده و از، از دست دادن انرژی جلوگیری شود.
- روکش ضربه‌گیر(Buffer): این لایه محافظ روی غلاف اعمال میشود تا فیبر نوری از آسیب‌های مکانیکی ناشی از ضربه، خمش و خمش محافظت کند.
- روکش خارجی (Outer Jacket): این لایه آخرین محافظ فیبر نوری است و کابل کلی را از عوامل زیست محیطی مانند رطوبت، گرد و غبار، حرارت و تغییرات دما محافظت میکند.
در برخی از فیبرهای نوری، بین غلاف و روکش ضربه‌گیر، یک لایه روکش میانی هم وجود دارد که به‌عنوان محافظ اضافی استفاده میشود. همچنین، تعداد رشته‌ها یا تارهای فیبری در یک کابل فیبر نوری متفاوت بوده و می‌تواند به چندصد تار نیز برسد، و این وابسته به نوع و کاربرد کابل می‌باشد.
نحوه عملکرد فیبر نوری
فیبر نوری برای انتقال اطلاعات از طریق جابه‌جایی ذرات نوری به کار می‌رود. این ذرات نوری به عنوان فوتون‌ها شناخته می‌شوند. هنگامی که اطلاعات بر روی یک منبع نوری (مثلاً لیزر) تولید میشود، فوتون‌ها درون هسته‌ی شیشه‌ای یا پلاستیکی کابل فیبر نوری حرکت می‌کنند.
ساختار هسته و غلاف شیشه‌ای فیبر نوری به گونه‌ای طراحی شده است که نور با زاویه‌ای خاص به هسته وارد شده و در داخل هسته حرکت کند. این نور با زاویه‌ای به سطح هسته و غلاف می‌خورد و به دلیل ضریب انعکاس بالای شیشه، به صورت بازتاب داخلی کلی، به سمت دیگر انعطاف پذیری نور منعکس میشود. این بازتاب‌های مکرر در امتداد کابل فیبر نوری ادامه پیدا می‌کنند.
هر چه میزان ضریب انعکاس هسته بزرگتر باشد، نور بیشتری درون هسته بازتاب می‌یابد و از هدر رفت انرژی جلوگیری میکند. این ویژگی باعث میشود فیبر نوری بتواند اطلاعات را در مسیر های بسیار طولانی انتقال دهد.
در طول کابل فیبر نوری، نور به صورت زیگزاگی یا جناغی حرکت میکند، زیرا در هر بازتاب داخلی کلی، زاویه ورودی نور به هسته تغییر میکند و این باعث میشود نور در مسیری پیچیده حرکت کند. با این روش، نور به طور موثر درون کابل نگه داشته میشود و اطلاعات از طریق جابه‌جایی فوتون‌ها منتقل میشود.
مهمترین ویژگی فیبر نوری این است که سرعت انتقال داده‌ها در آن بسیار بالاتر از کابل‌های مسی است. همچنین، تداخل الکتریکی و تشعشعات مخرب مانند کابل‌های مسی وجود ندارد، که این باعث میشود فیبر نوری به عنوان یک راه حل مناسب در انتقال اطلاعات باشد.
انواع فیبر نوری
فیبر نوری به دو دسته اصلی تقسیم میشود:
فیبر تک حالته (Single-Mode Fiber - SMF) و
فیبر چند حالته (Multi-Mode Fiber - MMF)
هر کدام از این انواع فیبرها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند:
- فیبر تک حالته (SMF):
- در فیبر تک حالته، هسته‌ی بسیار نازکی به قطر حدود 10-5 میکرون وجود دارد.
- از یک حالت نور (مسیر نوری) برای انتقال استفاده میکند.
- بر اساس پراکندگی مدل، فیبر تک حالته به دو نوع تک حالته 652 و تک حالته G.653 تقسیم میشود که هر کدام ویژگی‌ها و محدودیت‌های خود را دارند.
- برای انتقال اطلاعات در مسافت‌های طولانی، مانند انتقال داده‌ها بین شهرها، به دلیل کمیابی پراکندگی نوری و تداخل کم، استفاده میشود.
- کابل‌های فیبر تک حالته با طول موج‌های 1310 نانومتر یا 1550 نانومتر کار می‌کنند.
- فیبر چند حالته (MMF):
- فیبر چند حالته، هسته‌ی بزرگتری دارد و به علت این اندازه بزرگتر، برای بیش از یک حالت نور برای انتقال استفاده میشود.
- به دلیل پراکندگی بیشتر و تداخل‌های نوری، محدودیت در طول فاصله انتقال دارد و معمولاً برای انتقال اطلاعات در فواصل کوتاه تر درون ساختمان‌ها استفاده میشود.
- برای کاربردهای شبکه‌های کامپیوتری و ارتباطات داخلی، مانند اتصال کامپیوترها و دستگاه‌ها به یک شبکه محلی (LAN)، از فیبر چند حالته استفاده میشود.
- معمولاً برای کاربردهای کوتاه مسیر، از طول موج‌های 850 نانومتر و 1300 نانومتر استفاده میشود.
در نتیجه، فیبر تک حالته به دلیل امکان انتقال اطلاعات در مسافت‌های طولانی و کمیابی پراکندگی نوری، در ارتباطات بزرگ مقیاس و ارتباطات بین شهرها مورد استفاده قرار می‌گیرد، در حالی که فیبر چند حالته به عنوان یک راه‌حل مناسب برای ارتباطات داخلی و فواصل کوتاه در ساختمان‌ها و شبکه‌های کامپیوتری می‌باشد.
سخن پایانی
در این مطلب مجموعه آریا شبکه پیشرو، ویژگی‌ها، انواع و کاربردهای فیبر نوری مورد بررسی قرار داد. فیبر نوری به دو دسته تک حالته و چند حالته تقسیم میشود که هر کدام در زمینه‌های مختلف کاربرد دارند. همچنین در بطن متن مشخص شده است که چگونه میتوان از فیبر نوری استفاده کرد. این تکنولوژی برای انتقال سریع داده‌ها، کاربردهای پزشکی، نظامی و مخابراتی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. با تاریخچه فیبر نوری، مشخص شد که این فناوری تحول‌آفرین در ارتباطات انسان‌ها بوده و بهبود ارتباطات را ایجاد کرده است. امیدواریم این مطلب به درک بهتری از فیبر نوری کمک کرده و سوالات شما را پاسخ داده باشد.
اگر به دنبال هارد سرور، سرور و یا تجهیزات شبکه با برند اچ پی با بهترین قیمت و ضمانت اصل بودن کالا هستید، میتوانید با مشاورین آریا شبکه پیشرو تماس بگیرید.
اگر قصد راه اندازی شبکه دارید پیشنهاد میکنیم جزئیات این 4 محصول را ببینید:
سی پی یو سرور Intel Xeon Processor E5-2680 V4