شبکه فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری یا تار نوری، یک رشته باریک و بلند از یک ماده شفاف مانند شیشه یا پلاستیک است. این فیبرها قادرند نوری که وارد یک سر این ماده شفاف می‌شود، را از سر دیگری خارج کنند. شبکه فیبر نوری دارای پهنای باند بسیار بالاتر از کابل‌های معمولی است، به این معنا که می‌توانند داده‌های تصویری، صوتی و دیگر داده‌ها را با سرعت بسیار بالا، تا 10 گیگابایت بر ثانیه و حتی بیشتر، منتقل کنند.

امروزه، در عرصه­ی مخابرات، استفاده از فیبر نوری به دلیل پهنای باند بالا و تاخیر کمتر نسبت به روش‌های دیگر مانند مخابرات ماهواره‌ای یا کابل‌های مسی، به عنوان یکی از ابزارهای اصلی انتقال اطلاعات محسوب می‌شود.

فهرست:

• شبکه فیبر نوری
• تاریخچه فیبر نوری
• تفاوت فیبر نوری با سیم مسی
• قسمت های مختلف فیبر نوری
• نقاط ضعف فیبر نوری
• انواع کابل های فیبر نوری
• کاربردهای فیبر نوری
• نتیجه گیری

شبکه فیبر نوری

شبکه فیبر نوری یک سیستم ارتباطی است که از فیبر نوری و فناوری‌های مرتبط با آن استفاده می‌کند. این شبکه ها به عنوان زیرساخت اصلی برای ارتباطات بین‌المللی و بین ‌قاره‌ای در حال گسترش هستند. علاوه بر این، امروزه از فیبر نوری در شبکه‌های شهری و محلی نیز استفاده می‌شود.

با رشد روزافزون نیاز کاربران به اینترنت با سرعت بالا و پهنای باند بزرگ، استفاده از فیبر نوری به مراتب محبوب‌تر شده است. این به دلیل این است که فیبر نوری از نظر پهنای باند، سرعت انتقال داده و اطمینان‌پذیری، از اتصالات بی‌سیم و ماهواره‌ای بهتری برخوردار است، که این امر برای کسب‌وکارها و کاربران خانگی جذاب است.

تاریخچه فیبر نوری

تا قرن ۱۹ام، انتقال اطلاعات با استفاده از نور در جو زمین رایج بود، اما با مشکلات محیطی مانند گرد و خاک، باران و مه مواجه بودند. اما در دهه‌ی ۱۹۶۰، توسعه فناوری فیبر نوری آغاز شد. این تکنولوژی سرعت بیشتر و هدایت بهتری برای انتقال اطلاعات ارائه داد. با پیشرفت‌های انجام شده در دهه‌های بعد، فیبر نوری به یکی از اصلی‌ترین روش‌ها برای ارتباطات نوری تبدیل شد. این تکنولوژی علاوه بر کاهش هزینه‌ها، سرعت و قابلیت انتقال اطلاعات بالا را فراهم می‌کند و به صورت گسترده در شبکه‌های ارتباطات استفاده می‌شود.

تفاوت فیبر نوری با سیم مسی

• قیمت ارزان‌تر: استفاده از فیبر نوری به صرفه‌تر از سیم‌های مسی است، به‌ویژه در مقیاس‌های بزرگ.
• اندازه نازک‌تر: فیبرهای نوری نسبت به سیم‌های مسی، باریک‌تر هستندک
• ظرفیت بالا: فیبر نوری اطلاعات را با پهنای باند بسیار بیشتری انتقال می‌دهد.
• تضعیف ناچیز: تضعیف سیگنال در فیبر نوری به مراتب کمتر است.
• عدم تداخل: سیگنال‌های نوری در فیبر نوری تداخلی با یکدیگر ندارند، برخلاف سیم‌های مسی که به تداخلات الکترومغناطیسی حساسند.
• مصرف برق پایین: استفاده از فیبر نوری نیاز به برق کمتری دارد.
• عدم اشتعال‌پذیری: فیبر نوری در معرض خطر آتش‌سوزی نیست.
• وزن سبک: کابل فیبر نوری نسبت به کابل‌های مسی سبک‌تر است.
• انعطاف‌پذیری: فیبر نوری انعطاف‌پذیرتر است و در برخی موارد خاص مانند عکس‌برداری پزشکی استفاده می‌شود.
• فاصله: فیبر نوری برای ارتباط در فواصل بزرگ مانند اتصال شبکه‌های محلی به یکدیگر کاربرد دارد.
• پایداری: فیبر نوری مقاومت بیشتری در برابر اختلالات دارد.
• امنیت: ارتباطات از طریق فیبر نوری به دلیل عدم تابش نور و امکان دزدی کمتری امنیت بیشتری دارند.
• پهنای باند بالا: فیبر نوری دارای پهنای باند بسیار بالایی است که به انتقال اطلاعات با سرعت بالا کمک می‌کند.
• عدم استفاده از الکتریسیته: فیبر نوری برای انتقال اطلاعات نیازی به برق ندارد، این امر، امنیت و کارایی بالای آن را نشان می‌دهد.
• عدم برقراری انشعاب غیرمجاز: نصب و تعمیر فیبر نوری نیازمند زمان کمتری است و احتمال برقراری انشعاب غیرمجاز کمتر است.
• عدم نیاز به repeater تا چندین کیلومتر: در فیبر نوری، نیاز به استفاده از repeater برای افزایش فاصله انتقال کمتر است.

قسمت های مختلف فیبر نوری

فیبر نوری از جنس سیلیسیم دی‌اکسید برای انتقال اطلاعات با استفاده از نور لیزر استفاده می‌شود. یک کابل فیبر نوری که قطر کمتر از یک اینچ دارد، از مجموعه‌ای از فیبرهای نوری تشکیل شده و می‌تواند صدها هزار مکالمه صوتی را حمل کند. فیبرهای نوری تجاری معمولاً قابلیت انتقال داده‌ها با سرعت از 2.5 گیگابایت در ثانیه تا 10 گیگابایت در ثانیه را دارند.

این فیبرهای نوری از چندین لایه ساخته می‌شوند. لایه درونی ترین به هسته معروف است که اغلب از یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص تشکیل شده است. هسته در برخی از کابل‌ها ممکن است از پلاستیک بازتابنده ساخته شود که هزینه تولید را کاهش می‌دهد، اما معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه استفاده می‌شود. حول هسته، لایه پوسته قرار دارد که ممکن است از شیشه یا پلاستیک ساخته شده باشد. هسته و پوسته همراه با یک رابط بازتابنده تشکیل می‌دهند که باعث می‌شود نور در هسته بازتاب شود و از سطحی به طرف مرکز هسته بازتاب شود. این پدیده بازتاب نور به مرکز هسته را بازتاب داخلی کلی می‌نامند.

در نوع مرسوم فیبر نوری، قطر هسته و پوسته حدود 125 میکرون است که معادل اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، چندین لایه محافظ حول پوسته وجود دارد که شامل یک پوشش از جنس پلاستیک معمولاً است. یک لایه پوشش محافظ پلاستیکی سخت، لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد و کل کابل را در خود نگه می‌دارد، این کابل می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد و قطر آن نیز کمتر از یک اینچ است.

نقاط ضعف فیبر نوری

• نیاز به دقت کامل در زمان نصب کابل: نصب کابل باید با دقت بسیار بالا صورت گیرد تا از هیچ گونه خرابی یا مشکلی جلوگیری شود.
• خطر شکستگی: اگر فیبر به زاویه‌ای بیش از حدی خم شود، ممکن است شکسته شود. بنابراین، لازم است که زاویه خمش فیبرها را در حد معقولی نگه داریم.
• محدودیت در کشش: فیبرهای با ظرفیت‌های مختلف ممکن است به میزان مختلفی از کشش مقاومت نشان دهند و این موضوع باید در نظر گرفته شود.
• محافظت در برابر ضربه: فیبرهایی که از درون حوضچه یا محیط‌های مشابه عبور می‌کنند، باید کاملاً در برابر ضربه محافظت شوند تا خرابی جلوگیری شود.
• 

انواع کابل های فیبر نوری

معمولاً، در شبکه‌های ارتباطی، دو نوع کابل فیبرنوری متداول هستند: کابل فیبرنوری تک حالته (SMF) و کابل فیبرنوری چند حالته (MMF).

• کابل فیبرنوری تک حالته (SMF):

کابل نوری تک حالته ساده‌ترین نوع کابل فیبرنوری است. این کابل دارای یک هسته بسیار نازک با قطر حدود 9 میکرون است که تمام سیگنال‌ها به صورت مستقیم از وسط آن عبور می‌کنند و از لبه‌ها پرت نمی‌کنند. کابل‌های نوری تک حالته عمدتا برای برنامه‌های CATV، اینترنت و تلفن استفاده می‌شوند، جایی که سیگنال‌ها از طریق فیبرهای تک حالته به صورت پیچیده‌ای منتقل می‌شوند. این کابل‌ها اطلاعات را با استفاده از نور لیزر مادون قرمز با طول موج 1300 تا 1550 نانومتر منتقل می‌کنند. کابل فیبرنوری تک حالته برای حمل انرژی نور در مسافت‌های طولانی در شبکه‌های ارتباطی استفاده می‌شود. به دلیل اینکه فقط یک مسیر نور را در خود جای می‌دهد، این کابل احتمال همپوشانی سیگنال‌ها و اعوجاج را کاهش می‌دهد. هسته کوچک‌تر این کابل‌ها آن‌ها را برای شبکه‌های دوربرد مناسب می‌کند. SMF مخفف Single Mode Fiber است که به این نوع کابل فیبرنوری اشاره دارد.

• کابل فیبرنوری چند حالته (MMF):

کابل نوری چند حالته یک نوع دیگر از کابل فیبرنوری است که حدود 10 برابر بزرگ‌تر از کابل تک حالته است. در این کابل‌ها، پرتو‌های نور می‌توانند به صورت مختلف در هسته حرکت کنند. این نوع کابل‌ها تنها برای انتقال داده‌ها در مسافت‌های کوتاه مناسب هستند و برای اتصال شبکه‌های کامپیوتری استفاده می‌شوند.

هسته بزرگ‌تر کابل‌های فیبرنوری چند حالته امکان عبور چندین حالت نور از آن‌ها را فراهم می‌کند و تعداد بازتاب‌ها را افزایش می‌دهد. این کابل‌ها معمولاً برای انتقال داده‌هایی که باید به صورت همزمان مسیرهای مختلفی را طی کنند (معمولاً در فواصل کمتر از یک مایل) مناسب هستند. برای مثال، مراکز داده و برخی از شبکه‌های خانگی از این نوع کابل استفاده می‌کنند زیرا این کابل‌ها امکان انتقال حجم بزرگی از داده‌ها را به شیوه‌ای مدیریتی و به صرفه فراهم می‌کنند. این نوع کابل‌ها از طریق دیودهای ساطع کننده نور LED اطلاعات را با طول موج 850 تا 1300 نانومتر منتقل می‌کنند. استفاده از کابل فیبرنوری چند حالته برای فواصل بیشتر از 200 تا 300 متر توصیه نمی‌شود.

کاربردهای فیبر نوری

استفاده از فیبر نوری در حوزه‌های مختلف به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردش از جمله کاربردهای معمول این فناوری است. در زیر به برخی از کاربردهای آن اشاره می‌شود:

• مخابرات: یکی از کاربردهای اصلی فیبر نوری، انتقال اطلاعات با استفاده از نور لیزر است که در حوزه مخابرات به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• حسگرها: حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری مختلفی از جمله جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، و تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس استفاده می‌شوند. در این حسگرها، فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر مورد استفاده قرار می‌گیرد تا با تغییر ویژگی‌های فیبر در پاسخ به میدان مورد نظر، مقدار مورد نظر را اندازه‌گیری کند.
• کاربردهای نظامی: فیبر نوری در صنایع دفاعی نقش مهمی دارد، از جمله برقراری ارتباط و کنترل با آنتن‌های رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها، و ارتباطات زیردریایی (هیدروفون) می‌توان به آن اشاره کرد.
• کاربردهای پزشکی: در حوزه پزشکی، فیبر نوری برای تشخیص بیماری‌ها و انجام آزمایش‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله کاربردهای آن می‌توان به دُزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، و استفاده در دندانپزشکی اشاره کرد.
• کاربرد در روشنایی: فیبر نوری به عنوان یک فناوری روشنایی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. از طریق این فناوری، نور از منابع مختلفی چون نورلامپ‌های الکتریکی یا نور خورشید وارد فیبر نوری شده و به محل مصرف منتقل می‌شود. این فناوری از مزایایی مانند فقدان الکتریسیته گرما و تشعشعات خطرناک، و انتقال نور به نقاطی که به طور مستقیم از نور خورشید بهره‌مند نیستند، برخوردار است.

نتیجه گیری

شبکه فیبر نوری یک سیستم ارتباطی با پهنای باند بالا، سرعت انتقال داده بالا، و پایداری و امنیت بالا است که از فیبر نوری به عنوان رسانه انتقال استفاده می‌کند. این شبکه ها در مقایسه با شبکه های سنتی مبتنی بر سیم مسی، مزایای قابل توجهی ارائه می دهند که با توجه به این مزایا می‌توان گفت استفاده از شبکه های فیبر نوری در حال گسترش است و به عنوان زیرساخت اصلی برای ارتباطات در آینده محسوب می شود.

استفاده از مجموعه asphp به شما این امکان را می‌دهد تا با مباحث رایانه‌ای و IT بصورت تخصصی بیشتر آشناشید و به محصولات مرتبط برای خرید دسترسی ساده و سریعی داشته باشید.