فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری یا optical-fiber رشته باریک و بلندی از یک ماده شفاف مانند شیشه یا پلاستیک است که می تواند نوری را که از یک سمت وارد شده از سمت دیگر خارج کند. این کابل ها در یک لوله محافظ مناسب در محیطی که کابل نصب شده است، قرار می گیرند.

پهنای باند کابل های فیبر نوری بسیار بیشتر از کابل های معمولی می باشد، با فیبر نوری می توانید تلوزیون، تلفن، ویدئو کنفرانس و سایر داده ها را به آسانی با پهنای باند بالا تا حداکثر 10 گیگابیت منتقل کنید.

استفاده از کابل های فیبر نوری تقریباً روش جدیدی است که خانه و محل کار را به اینترنت متصل می نماید. وقتی اسمی از کابل های فیبر نوری به میان می آید، اولین چیزی که به ذهن هر کسی خطور می کند سرعت بالای انتقال می باشد. در واقع ، کابلهای فیبر نوری که برای اینترنت استفاده می شود دارای سرعت بالایی به خصوص در مسافت های طولانی هستند.

در واقع فیبر نوری اطلاعات را بصورت سیگنال های الکتریکی یا الکترومغناطیسی ارسال نکرده بلکه اطلاعات را بصورت نور با طول موج لیزر ارسال می کند. بنابراین، شما از یک طرف سیگنال دیتای خود را به پالس های نوری تبدیل و بصورت ۰ و ۱ نوری ارسال کرده و از طرف دیگر این صفر و یک ها را تشخیص داده و به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند.

تاریخچه کابل فیبر نوری:

از طرفی دیگر ایده استفاده از شکست برای هدایت نور برای اولین بار در سال 1840 توسط Daniel Colladon و Jacques  Babinet در پاریس پیشنهاد شد. شاید بتوان گفت که اولین سیر تکامیلی سیستم ارتباط نوری توسط الکساندر گراهام بل در سال 1880 صورت گرفت. گراهام بل اختراع تلفن نوری یا فوتون یا سیستمی که صدا را تا فاصله چند صد متری منتقل می کند به ثبت رساند.

کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح کردند. آن‌ها مبنای کار خود را دستیابی به سرعتی حدود 100 مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه قرار دادند. که البته 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 آمریکائی (کورنینگ گلس) به این هدف دست یافت. در اوایل سال 1960 میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن گردید. در سال 1966 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 بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال 1985 میلادی در دنیا نزدیک به 2 میلیون کیلومتر کابل فیبر نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته ‌است.

همچنین در اوایل دهه شصت فعالیت های پژوهشی در زمینه فیبر نوری صورت گرفت که منجر به برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران شد و در سال 1367 کارخانه تولید فیبر نوری در یزد به بهره برداری رسید. از این رو، استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به یکدیگر بپیوندند. در همان سال نیز نخستین خط مخابراتی نوری بین تهران و کرج به کار افتاد و تا به امروز ادامه دارد.

آشنایی با ساختار کابل فیبر نوری :

ساختار کابل فیبر نوری با توجه به نوع و کاربرد دارای اجزاء مختلفی هستند که این اجزا شامل موارد زیر است:

1. فیبر نوری
2. تیوب (محل قرار گیری فیبر نوری)
3. لایه های حفاظتی
4. روکش

1.فیبر نوری:

فیبر نوری به دو بخش اصلی تقسیم می شود:

• هسته (core): فیبر نوری از جنس شیشه (یا پلاستیک) است که سیگنال های نوری در آن حرکت می کنند.
• Cladding: که از جنس شیشه یا پلاستیک می باشد و دارای ضریب شکست متفاوتی است که باعث برگشت نور منعکس شده به داخل هسته می شود. فیبر نوری معمولا توسط Coting که یک لایه ی محافظتی در برابر شرایط محیطی است، پوشیده شده است.

2. تیوب (Tube):

تیوب ها اولین لایه مرکزی کابل هستند که تارهای فیبر طبق رنگ بندی های استاندارد درون آن قرار می گیرند. تعداد تیوب ها حداکثر تعداد رشته های فیبر درون کابل را نشان می دهد.

برای مثال هر تیوب می تواند حداکثر تا 6 تار فیبر را درون خود جای دهد پس اگر کابلی با 6 تیوب که هر تیوب 6 فیبر در خود جای می دهد داشته باشیم ،این کابل از حداکثر 36 تا هسته فیبر نوری پشتیبانی می کند. همچنین اگر تعداد تیوب ها از یک میزانی بیشتر شود، از یک محوری که معمولاً از جنس پلاستیکی (FRP) یا آهنی (Steel) است، برای جلوگیری از به هم تابیدگی آن ها استفاده می شود.

3ـ لایه های حفاظتی:

لایه های حفاظتی متنوعی وجود دارد که هر کدام از آنها وظیفه ی خاصی بر عهده دارند که عبارتند از:

• مواد ژله ای: این لایه خاصیت ضد آب و ضدخورندگی توسط جانوران را داشته و از فیبر نوری در برابر آب و جویدگی جانوران موذی محافظت می کند.
• لایه ها و یا نوارهای جاذب رطوبت: الیافی است از جنس پلی استر شبیه به پارچه که مهمترین وظیفه آن جذب رطوبت و جلوگیری از نفوذ آن به لایه های بعدی می باشد.
• آرمورد: پوشش فلزی از جنس آهن یا آلومینیوم است که از فیبر در برابر ضربات و صدمات محافظت می کند.

4ـ روکش ها:

روکش ها بیرونی ترین لایه های کابل هستند که عموماً از جنس پلی اتیلن که مقاومت و انعطاف پذیری بالایی دارند و PVC که خصوصیت بارز آن انعطاف بالای آن ها می باشد، ساخته می شوند. PE ها خود از چهار نوع High Density، Middle Density، Low Density، LSZH تشکیل می شوند که هر یک دارای ویژگی های خاصی هستند:

• High Density مقاومت بالایی دارد اما انعطاف پذیری آن ها پایین است.
• Middle Density که مقاومت و انعطاف پذیری آن ها در یک سطح می باشد.
• Low Density که دارای مقاومت پایین و انعطاف پذیری بالایی هستند.
• LSZH ضد اشتعال می باشد.

انواع کابل فیبر نوری:

کابل های فیبر نوری به طور کلی به دو دسته Single mode و Multi mode دسته بندی می شوند:

• Single mode:

کابل های فیبر نوری Single mode یا تک حالته نور را به طور مستقیم و بدون شکست عبور می دهند. قطر کابل های فیبر نوری تک حالته نسبتا باریک و تقریبا برابر 8.3 تا 10 میکرون است، که اجازه انتقال تنها یک حالت یا اشعه ی نور در فاصله ی 1310nm یا 1550nm می دهد.

به همین دلیل هنگامی که نور در هسته ی فیبر نوری single mode جا به جا می شود، یک انعکاس کوتاه تولید می شود. این امر باعث می شود که ضریب استهلاک فیبر کاهش یابد و این توانایی را ایجاد می کند که سیگنال بتواند جلوتر برود.

در نتیجه کابل فیبر نوری تک حالته در مسافت های طولانی و اپلیکیشن هایی که دارای پهنای باند بالایی هستند، مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین این کابل ها پهنای باند بالاتری نسبت به کابل های چند حالته دارند و به یک منبع نوری با عرض طیفی باریک نیاز دارند. فیبرنوری تک حالته سرعت انتقال بالاتری را در اختیار شما قرار می دهد و تا 50 برابر فاصله بیشتر از کابل های فیبر نوری چند حالته ارائه می دهند، در نتیجه قیمت این کابل ها بیشتر می باشد.

• Multimode:

کابل های فیبر نوری چند حالته یا Multimode ازالیاف شیشه ای ساخته شده اند که  قطر هسته آن ها تقریبا برابر 50 تا 100 میکرون است و سایز معمول آن ها تقریبا برابر 62.5 است. این نوع کابل ها، چند حالت را به صورت همزمان انتقال می دهند در نتیجه، داده های بیشتری می توانند از هسته ی کابل فیبر نوری Multimode در یک زمان عبور کنند. منبع نوری این کابل‌ها LED ها هستند و نور را در پرتوهای متفاوت با طول موج‌های متنوعی منتشر می‌کنند که این پرتوها بسته به نوع کابل، شکل انتشارهای مختلفی را در طول کابل دارند.

 کابل‌هایSingle mode  به دو دسته OS1 و OS2 تقسیم می‌شوند. که تفاوت این دو دسته در طول موج و نحوه انتشار نور در هسته آن ها می‌باشد.

کابل‌های Multi mode به پنج  دسته OM1، OM2، OM3، OM4 و OM5 تقسیم می‌شوند. در کابل‌های نوع OM1,OM2 نور با برخورد به دیواره clad شکسته می‌شود و طول کابل را طی می‌کند که تکنولوژی ساخت هسته این نوع کابل‌ها step-index نامیده می شود.
اما، در کابل‌های نوع OM3,OM4 هسته کابل با تکنولوژی Graded-index تولید می‌شود که در این نوع کابل ها نور پس از چندین بار شکست، زمانی که به پوشش clad کابل برخورد می کند، با ضریب شکست و انحراف بسیار کمی در طی طول کابل منتشر می شود. همچنین به تکنولوژی ساخت کابل‌های OM3,OM4، تکنولوژی فیبرهای متحد المرکز نیز گفته می‌شود.

انواع فیبر نوری Single Mode:

کابل Single Mode دارای هسته بسیار کوچکتر (8-9um) نسبت به کابل Multimode است و از یک مسیر (حالت) برای حمل نور استفاده می کند. تفاوت اصلی بین OS1 و OS2، ساختار کابل است نه مشخصات نوری.

-OS1 Single Mode :

هر فیبر دارای پوشش دو لایه محافظ خاص خود (کدگذاری شده برای شناسایی) است. یک لایه پلاستیکی و دیگری آکریلات ضد آب است. بافر محکم اجازه می دهد تا کابل سبک تر و انعطاف پذیرتر باشد و نسبت به خرد شدن مقاوم باشد. کاربرد این کابل های فیبر نوری در داخل ساختمان حلقه های محلی از راه دور، LAN ها و پیوندهای نقطه به نقطه در شهرها ، ساختمان ها ، کارخانه ها ، پارک های اداری یا پردیس ها می باشد

-OS2 Single Mode:

همه فیبرها به غیر از پوشش بیرونی آنها لخت هستند. هر فیبر دارای یک پوشش رنگی برای شناسایی است. به غیر از این پوشش، فیبر درون یک لوله ناهموار و مقاوم در برابر سایش ، که معمولاً با ژل نوری پر شده است و الیاف را از رطوبت محافظت می کند ، شناور می باشد. OS2 می تواند از سرعت بیش از 100G و مسافت بیش از 200 کیلومتر (124 مایل) پشتیبانی کند. کابرد این کابل های فیبر نوری در خطوط راه آهن و راه های باریک راه دور telco ، استفاده در خیابان ها و غیره می باشد.

انواع فیبر نوری Multimode:

مشخصات الیاف چند حالته توسط استاندارد ISO / IEC 11801 مشخص شده است. در کابل های نوری Multimode سیگنال های نوری هنگام حرکت به سمت هسته، نور را در چندین مسیر پراکنده می کند. این امر باعث پهنای باند بالاتر در مسافت های کوتاه تا متوسط می شود.

با این حال، در کابل های طولانی تر، چندین مسیر از نور می تواند باعث انحراف در انتهای مسیر شده و در نتیجه انتقال داده ها نامشخص و ناقص صورت گیرد. به همین دلیل، Multimode ها تنها برای مسافت های کوتاه استفاده می شود.

ـ OM1:

رنگ کاور: نارنجی

اندازه هسته: 62.5میکرومتر

نرخ داده: طول موج 1Gb  850nm

فاصله: تا 300 متر

کاربرد: شبکه های مسافت کوتاه ، شبکه های محلی (LAN) و شبکه های خصوصی

ـ OM2:

رنگ کاور: نارنجی

اندازه هسته: 50میکرومتر

نرخ داده: طول موج 1Gb  850nm

فاصله: تا 600 متر

کاربرد: شبکه های مسافت کوتاه ، شبکه های محلی (LAN) و شبکه های خصوصی

عموماً برای مسافت های کوتاهتر مورد استفاده قرار می گیرد. و فاصله ای که می تواند طی کند دو برابر OM1 می باشد.

ـ OM3:

رنگ کاور: آبی

اندازه هسته: 50میکرومتر

نرخ داده: طول موج 10Gb  850nm

فاصله: تا 300 متر

از نور کمتری استفاده می کند و باعث افزایش سرعت می شود.

با استفاده از اتصال MPO قادر به اجرای 40 گیگابایت یا 100 گیگابایت تا 100 متر است.

کاربرد: شبکه های خصوصی بزرگتر

ـ OM4:

رنگ کاور: آبی

اندازه هسته: 50میکرومتر

نرخ داده: طول موج 10Gb  850nm

فاصله: تا 550 متر

با استفاده از اتصال MPO قادر به اجرای 100 گیگابایت تا 150 متر هستید

کاربرد: شبکه های پر سرعت ، مراکز داده ، مراکز مالی و شرکت های بزرگ

ـ OM5:

رنگ کاور: سبز لیمویی

کاملاً با کابل کشی OM3 و OM4 سازگار است.

از طیف وسیع تری از طول موج بین 850nm و 953nm استفاده می کند.

طراحی شده برای پشتیبانی از چند طول موج کوتاه (SWDM).

می تواند 40 گیگابایت بر ثانیه و 100 گیگابایت بر ثانیه را انتقال دهد.

کاربرد: شبکه ها و مراکز داده با سرعت بالا که نیاز به مسافت بیشتر و سرعت بالاتری دارند.

نحوه انتخاب صحیح کابل فیبر نوری Single mode و Multimode:

این امر به فاصله انتقال تحت پوشش و همچنین بودجه کلی بستگی دارد. اگر فاصله از چند مایل کمتر باشد، کابل  فیبر نوری چند حالته انتخاب مناسبی است و هزینه های سیستم انتقال (فرستنده و گیرنده) پایین خواهد بود. اگر مسافت تحت پوشش بیش از 3 تا 5 مایل باشد، کابل فیبر نوری تک حالته گزینه ی مناسبی خواهد بود. سیستم های انتقال که برای استفاده با این فیبر طراحی شده اند ، معمولاً هزینه ی بالاتری به دلیل افزایش هزینه دیود لیزر خواهند داشت.

کابل های فیبر نوری از نظر شیوه قرار گرفتن تارها، خصوصیات کابل و پوشش به سه دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

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

ـ کابل های (Indoor (Tight Buffer :

این دسته کابل‌هایی هستند که در درون ساختمان (Indoor) مورد استفاده قرار می گیرند. پوشش داخلی این کابل‌ها، Buffer Tight است که رشته نخ‌هایی هستند که به دور کابل پیچیده شده‌اند و قطر این روکش ها 900 میکرومتر است. هسته این کابل ها توسط پوشش دو لایه محافظت می شود، لایه اول از جنس پلاستیک است و لایه دوم از جنس اکلیریک ضد آب می باشد که به صورت مستقیم روی فیبر قرار می‌گیرند و از ضربه‌های کوچک به فیبر جلوگیری می‌کنند.

این پوشش ها باعث افزایش انعطاف پذیری کابل می‌شوند، در نتیجه استفاده از آن را برای کاربردهای مختلف آسان تر خواهد بود. همچنین این کابل ها بسیار مقاوم تر از کابل های loose-tube می باشند. کابل های Tight Buffer مناسب برای اتصالات WAN یا LAN با طول متوسط، مسافت های داخلی طولانی و برای استفاده در زیر آب مناسب می باشند.

ـ کابل های (Outdoor (Loose tube :

پوشش این دسته از کابل‌ها Loose tube است و برای استفاده در محیط های بیرونی و فضاهای باز طراحی شده اند. در روش Loose-Tube تارهای فيبر نوری در يک تيوب پلاستيکی نسبتا سفت و سخت به‌ نحوی قرار می‌گيرند که آزادانه امکان حرکت داشته باشند.

بسیاری از کابل های Loose tube دارای ژل مقاوم در برابر آب در اطراف فیبرها می باشند. این ژل از فیبرها در برابر رطوبت محافظت می کند، در نتیجه این کابل ها برای محیط هایی با رطوبت بالا ایده آل می باشند. لوله های پر شده با ژل نیز می توانند با تغییرات دما گسترش یابد یا منقبض شوند. دو نوع کابل Loose Tube وجود دارد که عبارتند از:

• Central-Tube :

این کابل ها، برای Backbone خارجی کاربرد دارد و نصب و راه اندازی این نوع کابل ها در داکت، تونل، تیوپ و شیارها آسان می باشد. کابل های Central-Tube  دارای یک لوله تو خالی هستند که فیبرهای نوری درون آن‌ها قرار دارد و اطراف آن ها با ژل پر شده است.

• Stranded-Tube :

این کابل ها، برای Backbone خارجی کاربرد دارد و نصب و راه اندازی این نوع از کابل ها در داکت، تونل، تیوپ و شیارها آسان می باشد و دارای چندین لوله تو خالی هستند که فیبرهای نوری درون آن‌ها قرار دارند که اطراف آن ها با ژل پر شده است. این کابل‌ها همچنین دارای عایق مقاوم مرکزی هستند که از Kink یا خم شدن زیاد جلوگیری می کند.

ـ کابل های Indoor & Outdoor:

این دسته کابل‌هایی هستند که هم در داخل و هم در خارج ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و برخی از ویژگی‌های هر دو نوع کابل‌های Indoor و Outdoor را دارند.

رنگ بندی کابل های فیبر نوری:

کد رنگ کابل فیبر نوری سیستمی است که به ما کمک می کند تا نوع فیبر را به صورت بصری از رنگ روکش فیبر، کانکتور فیبر، بوت فیبر و غیره تشخیص دهیم. رمزگذاری رنگ فیبر نوری برای مهندسین فیبر نوری در حین اتصال کاربردی می باشد، زیرا فیبرهای رنگی به اطمینان از تداوم کدهای رنگی در طی اجرای کابل کمک می کنند. بنابراین، کدگذاری رنگ کابل های فیبر در ارتباطات فیبر نوری مانند کدگذاری رنگ جفت های پیچ خورده در سیستم های سیم کشی مسی ضروری و مهم می باشد. این رنگبندی شامل دو بخش بیرونی و داخلی:

ـ کد رنگ روکش خارجی:

رنگ روکش بیرونی فیبر و همچنین چاپ روی کابل فیبر نوری در انواع کابل های نوری از جمله توزیع شده، کابل های به هم پیوسته و کابل های Breakout معیار مهمی جهت شناسایی نوع فیبر، اندازه قطر تارهای نوری و تعداد فیبر می باشد.

با توجه به استاندارد EIA/TIA-598 کد رنگ فیبر، کد های رنگ روکش را برای انواع فیبر تعریف می کند. بنابراین شما می توانید کابل های فیبر نوری ای را که تنها شامل یک نوع فیبر هستند به راحتی از روی رنگ روکش آن ها تشخیص دهید.

منبع : همه چیزهایی که شما باید در مورد کابل های فیبر نوری بدانید