همه چیز درباره کابل فیبر نوری

کابل فیبر نوری نوعی کابل مخابراتی است که از آن برای فناوری های مربوط به انتقال اطلاعات استفاده می شود و در آن پالس های نوری را در امتداد یک رشته شیشه ای یا پلاستیکی که درون الیاف پوشیده شده اند، به کار گرفته می شوند. معمولا کابل فیبر نوری برای شبکه سازی داده ها از راه دور به کار گرفته می شود که البته کارایی بالایی هم دارد.

معمولا از این کابل  برای انواع خدمات مخابراتی از جمله خدمات مربوط به اینترنت، تلویزیون، و یا تلفن استفاده می شود. برای مثال شرکت های گوگل و Verizon برای انجام خدمات اینترنتی خود، از کابل های فیبر نوری استفاده کرده و به این ترتیب سرعت های مناسب اینترنت بر پایه گیگابایت را برای کاربران خود فراهم می کنند.

در واقع فیبرهای نوری به کار برده می شوند چون مزایای بیشتری نسبت به کابل مسی دارند، از جمله اینکه پهنای باند بیشتری داشته و سرعت انتقالشان بالاتر است.

یک کابل فیبر نوری می تواند شامل الیاف شیشه ای متعددی باشد که این تعداد می تواند مقدار اندکی باشد یا چند صد عدد. در اطراف هسته الیاف شیشه ای، یک لایه شیشه ای دیگر هم وجود دارد که به آن روکش گفته می شود. لایه ای هم هست که به آن لوله بافر می گویند و از لایه روکش محافظت می کند و در در نهایت یک لایه پوششی هم وجود دارد که آخرین لایه محافظ سیم هاست.

کابل فیبر نوری چگونه کار می کند؟

کابل فیبر نوری، داده ها را به صورت ذرات نوری یا همان فوتون ها منتقل می کند. این ذرات نوری از طریق کابل ایجاد پالس می کنند. هر کدام از هسته الیاف شیشه و نیز روکش ها دارای ضریب شکست متفاوتی هستند که باعث شکستن و خم کردن نور ورودی در زاویه خاصی می شوند.

موقعی که سیگنال های نوری از طریق کابل فیبر نوری ارسال می شوند، به وسیله یک سری جهش های زیگ زاگ شکل از طریق هسته و روکش آن منعکس می شوند و به فرایندی وصل می شوند که بازتاب داخلی کامل نام دارد.

سیگنال های نوری به خاطر لایه های شیشه ای متراکم تری که دارند، نمی توانند با سرعت نور حرکت کنند، در عوض چیزی حدود سی درصد کندتر از سرعت نور پیش می روند. برای اینکه بتواند سیگنال ها را تجدید یا تقویت کرد، این انتقال گاهی به نوعی تکرارکننده در فواصل دور نیاز دارد تا بتواند با تبدیل آن به سیگنال الکتریکی، آن را پردازش کرده و سیگنال نوری را به صورت مجدد منتقل کرده و تولید کند.

کابل های فیبر نوری به سمت پشتیبانی از سیگنال های بالای 10 گیگابایت بر ثانیه حرکت می کنند. معمولا هرچه پهنای باند یک کابل فیبر نوری افزایش پیدا کند، هزینه کابل های فیبر نوری گران تر می شود.

انواع کابل های فیبر نوری

دو نوع اصلی کابل های فیبر نوری، عبارتند از کابل های فیبر نوری چند حالته و کابل های فیبر نوری تک حالته. در نوع فیبر نوری تک حالته، چون هسته الیاف شیشه قطر کوچک تری دارد و از آن برای مسافت های طولانی تر استفاده می شود، احتمال کاهش قدرت سیگنال کاهش پیدا می کند.

دهانه کوچک تر باعث می شود که نور فقط به یک پرتو محدود شود و مسیر مستقیم تری را پیش برود، در نتیجه سیگنال می تواند مسافت بیشتری را طی کند. در انواع کابل فیبر نوری تک حالته، پهنای باند به صورت قابل توجهی بالاتر از کابل های فیبر نوری چند حالته است. منبع نوری که برای این نوع کابل به کار می رود به صورت عادی نوعی لیزر است. معمولا کابل فیبر نوری تک حالته گران تر است، چون باید برای تولید نور لیزر در دهانه کوچک تر به محاسبات دقیق تری نیاز است.

از کابل فیبر نوری چند حالته برای مسافت های کوتاه تر استفاده می کنند، چون دهانه هسته بزرگ تر است و همین امر باعث می شود که سیگنال های نوری در طول مسیر بچرخند و در نتیجه بیشتر منعکس شوند. قطر بزرگ تر دهانه این امکان را به وجود می آورد که پالس های نوری متعددی بتوانند به صورت همزمان از طریق کابل ارسال شوند و در نتیجه اطلاعات بیشتری منتقل شوند. این امر به معنای این است که احتمال از دست دادن سیگنال ها، کاهش پیدا کردن آنها و یا ایجاد تداخل بیشتر خواهد بود. معمولا کابل فیبر نوری چند حالته برای ایجاد پالس های نوری از LED استفاده می کند.

در حالی که تا سال های زیادی کابل مسی گزینه اصلی به عنوان کابل های مخابراتی، شبکه ای و یا هر نوع کابل ارتباطی بود، در حال حاضر کابل فیبر نوری تبدیل به یکی از معمول ترین گزینه ها برای جایگزینی آنها شده اند. اکنون بیشتر خطوط مخابراتی از کابل های فیبر نوری ساخته شده اند.

کابل فیبر نوری به خاطر اینکه پهنای باند بالاتر و سرعت بیشتری دارد، می تواند اطلاعات بیشتری را نسبت به سیم های معمولی منتقل کند. اما از آنجا که شیشه امکان هدایت برق را ندارد، در معرض تداخل الکترومغناطیسی قرار نخواهد گرفت و همین امر باعث می شود که تلفات سیگنال به حداقل برسد.

مزایا و معایب کابل های فیبر نوری

کابل های فیبر نوری عمدتا به خاطر مزایایی که نسبت به کابل مسی دارند، مورد استفاده قرار می گیرند. این مزایا شامل موارد زیر هستند:

• پشتیبانی از ظرفیت های پهنای باند بالاتر
• نور می تواند بدون اینکه به افزایش سیگنال نیازی داشته باشد، بیشتر پیش برود.
• کمتر در معرض انواع تداخل ها، از جمله تداخل های الکترومغناطیسی قرار دارند.
• می توان کابل فیبر نوری را در آب غوطه ور کرد. بنابراین چنین کابل هایی در محیط هایی استفاده می شوند که در معرض خطر قرار دارند، مثل کابل هایی که در زیر دریا قرار می گیرند.
• کابل های فیبر نوری از انواع کابل مسی قوی تر، نازک تر و سبک تر هستند.
• نیازی به نگهداری خاص یا تعویض کابل نوری به صورت مکرر وجود ندارد.

با این حال، باید توجه داشت که کابل فیبر نوری معایبی هم دارد که کاربران نباید آنها را نادیده گرفته یا از آنها بی خبر باشند. برخی از این معایب عبارتند از:

• معمولا سیم ها و کابل های مسی ارزان تر از کابل های فیبر نوری هستند.
• الیاف شیشه ای نسبت به الیاف مسی نیازمند محافظت بیشتری در قسمت خارجی خود هستند.
• کابل کشی جدید برای کابل های فیبر نوری معمولا کار سختی است.
• اکثر کابل های فیبر نوری شکننده هستند. مثلا اگر کابل خم شود یا به نوعی دچار انحراف شود، تا شعاع چند سانتی متری الیاف می شکنند و یا اینکه سیگنال را از دست می دهند.

کاربردهای کابل فیبر نوری

از آنجا که کابل های فیبر نوری در انتقال داده ها و ارائه پهنای باند بالا توانایی دارند، به شدت در شبکه بندی رایانه ای مورد استفاده قرار گرفته و رایج هستند. به همین ترتیب، از کابل فیبر نوری مدام در امور مربوط به صدا و تلویزیون و نیز الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد تا اتصالات و عملکرد بهتری داشته باشند.

اینترنت و تلویزیون های کابلی دو نمونه از مواردی هستند که کابل های فیبر نوری در آنها استفاده می شود. کابل های فیبر نوری را می توان برای پشتیبانی از اتصالات مخابراتی میان شبکه های رایانه ای در محل های مختلفی نصب کرد.

صنایع نظامی و فضایی هم از کابل فیبر نوری به عنوان وسیله ای برای ارتباط و انتقال سیگنال استفاده می کنند، علاوه بر این از توانایی آن برای اندازه گیری دما هم استفاده می شود.

همچنین به کرات از این نوع کابل در انواع وسایل پزشکی استفاده می کنند. حسگرهای زیست پزشکی نیز از این نوع کابل بهره می برند. برای آزمایش های مختلفی مثل انواع اسکن های ام آر آی که به خاطر عدم تداخل الکترومغناطیسی از فیبر نوری استفاده می شود. از دیگر موارد استفاده از فیبر نوری می توان به تصویربرداری به وسیله اشعه ایکس، آندوسکوپی، نوردرمانی و جراحی میکروسکوپی اشاره کرد.