ساختار فیبر نوری و اجزاء تشکیل دهنده آن

ساختار فیبر نوری و اجزاء تشکیل دهنده آن

کاربرد رشته های فیبر نوری انتقال اطلاعات از طریق نور است ، رشته و کابل فیبر نوری از سه قسمت هسته، روکش و بافت رویه ای تشکیل شده اند.

در ادامه پس از آشنایی اولیه شما با ساختار فیبر نوری ، توضیحات کاملی را در این مطلب ارائه میکنیم.

تفاوت کابل فیبر نوری و کابل مسی در چیست ؟

قبل از جایگزینی کابل های فیبر نوری با کابل های مسی ، انتقال اطلاعات توسط کابل مسی انجام می شد.

یعنی تمام اطلاعات شامل تماس تلفنی ، انتقال عکس ، انتقال تصویر ، انتقال اینترنت و… به صورت الکترونیک و توسط سیم و کابل های مسی که هادی الکتریسیته هستند، انتقال داده می شد.

فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری رشته هایی به ضخامت تقریبی یک تار موی انسان ، و از جنس شیشه می باشند. چند تار فیبر نوری در کنار هم تشکیل یک کابل را میدهند که وظیفه آن انتقال اطلاعات به صورت نور است.

ساختار فیبر نوری چگونه است؟

فیبر نوری از سه بخش تشکیل می شود

هسته فیبر نوری:

مهمترین و اصلی قسمت فیبر نوری هسته آن است و از جنس شیشه ، به ضخامت تقریبی یک تار موی انسان است و نور به وسیله آن انتقال داده می شود. سایر بخش های فیبر نوری وظیفه محافظت فیزیکی و جلوگیری از خروج و اتلاف نور را دارند.

روکش فیبر نوری:

دور تا دور هسته فیبر نوری را روکش نازکی می پوشاند که دارای خاصیت جلوگیری از عبور نور از هسته به بیرون را دارد و چون ضریب شکست آن از هسته کمتر است نورهای شکسته شده و منحرف شده را دوباره به درون هسته برمیگرداند و مانع از خروج آنها می شود.

بافر رویه فیبر نوری:

هسته های روکش دار در کنار هم تشکیل یک کابل را میدهند که برای جلوگیری از عدم انسجام و ضربه و رطوبت و عوامل محیطی دیگر با یک روکش پلاستیکی روکش می شوند.

انواع روکش کابل های فیبر نوری

• کابل های خارجی  یا Outdoor

کاربرد این نوع کابل های فیبر نوری با این نوع روکش ، استفاده در فضاهای باز و محیط های بیرونی است .

• کابل های داخلی یا Indoor

کاربرد کابل با این نوع روکش ، در محیط های داخلی و سرپوشیده مانند ساختمان است و از آن جهت اتصال تجهیزات و ارتباط آنها استفاده می شود.

تفاوت فیبر نوری سینگل مود و مالتی مود چیست؟

فیبرهای نوری اساسا دو نوع هستند یا سینگل مود یا مولتی مود که هرکدام کاربرد خاص خود را دارند

· فیبر نوری سینگل مود:

ضخامت رشته فیبر نوری به قطر ۸.۳ تا ۱۰ میکرون است و قابلیت انتقال تا بیشتر از ۵۰ برابر مولتی مود را دارد. این نوع کابل ها  قیمت بالاتری دارند و در مسافت های بالای ۲ کیلومتر استفاده می شود.

· فیبر نوری مالتی مود:

ضخامت رشته فیبر نوری مالتی مود بیشتر از سینگل مود است . رشته های فیبر نوری مالتی مود برعکس سینگل مود که یک پرتو را به مسافت های دور انتقال میدهد ، چندین پرتو را همزمان در مسافت های کوتاه می توانند انتقال دهند بیشترین کاربرد آن در دیتاسنتر و درون ساختمان و مسافت های زیر ۲ کیلومتر است.

مزیت استفاده از فیبر نوری

استفاده از فیبر نوری به جای سیم های مسی دارای مزیت های فراوانی است از موارد زیر:

· اتلاف کمتر توان:

در زمان انتقال اطلاعات به وسیله سیم مسی مقداری اتلاف دارد که نیاز به تقویت دارد. انتقال اطلاعات از طریق فیبر نوری تا ۱۰ برابر کمتر نیاز به تقویت دارند و به این خاطر هزینه نگهداری آن کمتر می باشد.

· عدم تداخل :

در کابل و سیم های مسی با امواج الکترومغناطیسی بیرونی اطلاعات در حال انتقال باهم تداخل پیدا میکنند. در فیبر نوری تداخل ایجاد نمی شود و از این نظر نسبت به سیم های مسی کاربردی تر و بهتر است.

· دوام واستحکام:

کابل های فیبر نوری ۱۰۰ تا ۲۰۰ پوند فشار را تحمل میکنند و کابل های مسی تقریبا ۲۵ پوند فشار را بدون آسیب تحمل میکنند.

· امنیت فیبر نوری:

در کابل های مسی میتوان با گرفتن اتصال از آن ، اطلاعات را به سرقت برد ، اما در فیبر نوری این امکان وجود ندارد.

· پهنای ‌باند:

در فیبر نوری ، سیگنال های نوری فرکانس بالاتری نسبت به سیگنال های الکتریکی سیم های مسی دارند و فرکانس بالاتر یعنی پهنای باند بالاتر به این خاطر فیبر نوری نسبت به کابل مسی برتری دارد.

· سرعت آپلود و دانلود:

اگر با سیم مسی و خط تلفن به اینترنت وصل می شوید دانلود و آپلود به صورت گیگابایت بر ثانیه را فراموش کنید ، برعکس اگر اینترنت فیبر نوری دارید ، آپلود و دانلود با سرعت چند گیگابایت بر ثانیه امری طبیعی است. فقط نکته مهم پهنای باند خریداری شده توسط شما از ارائه دهنده سرویس اینترنت است مثلا ۸ مگابایت باشد یا ۱ گیگابایت.

ساختارهای فیبر

تصویر (۲-۷) برش عرضی و طولی یک فیبر نوری استاندارد را نشان می دهد. که شامل یک استوانه شیشه‌ای توپر بنام مغزی (Core) با ضریب شکست می باشد که‌یک لایه دیگر بنام غلاف (Cladding) با ضریب شکست بوده که لایه داخلی تر را احاطه کرده است. این لایه دوم توسط یک لایه دیگر محافظ پلیمری به نام پوشش (Coating) در برگرفته شده است که فیبر را از لحاظ مکانیکی و اثرات محیطی حفاظت می کند، بطور سنتی شعاع مغزی با حرف a مشخص می شود. تقریباً در کلیه موارد، فیبرهایی که در مخابرات استفاده می شوند جنس مغزی و غلاف آنها از S_iO_۲ ساخته شده است.

شرط انتقال و انتشار درون فیبرهای n_۲ < n_۱ است. زیرا اختلاف ضریب شکست مغزی و غلاف چگونگی رفتار سیگنال نوری را درون فیبر تعیین n می کند. معمولاً اختلاف ضریب شکست مغزی و غلاف از ۰.۲% تا ۰.۳% است.

چگونگی انتشار نور درون فیبر نوری می تواند بر پایه مفاهیم و قوانین شکست و انعکاس توجیه گردد. این مورد می تواند به آسانی با استفاده از مفهوم پرتوهای نوری فهمیده و بیان شود. زمانیکه‌یک پرتوی نوری به مرز مشترک دو محیط با ضرایب شکست مختلف می رسد. بخشی از پرتوی نوری به محیط اول منعکس و بقیه آن وارد به محیط دوم وارد و در آن محیط شکسته می شود. تصویر (۲-۸) این مسئله را نشان می دهد. فرآیند شکست نور نتیجه اختلاف در سرعت نور در دو محیط با ضرایب شکست مختلف می باشد.

 

روابط تشریح شکست و انعکاس نور در فصل مشترک دو محیط مختلف قانون اسنل نامیده می شود که به صورت ذیل است:   Sinφ_۲ n_۲ = Sinφ_۱ n_۱

φ_۱: زاویه تابش، φ_۲: زاویۀ شکست، φ_۳: زاویۀ انعکاس می باشد لازم به ذکر است که φ_۱= φ_۳.

چون n_۲ < n_۱ است پس  φ_۱< φ_۲می شود این موضوع را می توان به اینصورت هم بیان کرد که هنگام ورود پرتوهای نوری از یک محیط غلیظ (n_۱) به‌یک محیط رقیق (n_۲) پرتوهای نوری در محیط دوم از خط عمود بر فصل مشترک دو محیط دورتر می شود. نکته دیگر این است، وقتی یک پرتوی نوری تحت زاویه φ_۱به‌یک سطح بازتاب کننده می رسد، پرتوی نوری تحت زاویۀ φ_۳نسبت به خط عمود منعکس می‌شود. φ_۳ زاویه انعکاس بوده و برابر زاویۀ تابش یعنی φ_۱ است. این مسئله در تصویر (۲-۹) نشان داده شده است.

حال دوباره به مسئله شکست و انعکاس پرتوهای نوری بین دو محیط غلیظ (n_۱) و رقیق (n_۲) برمی‌گردیم. با توجه به رابطه Sinφ_۲ n_۲ = Sinφ_۱ n_۱ هر چه زاویه تابش (φ_۱) افزایش یابد زاویه شکست هم یعنی φ_۲افزایش خواهد یافت اگر زاویه تابش به مقدار معینی برسد که پرتوی شکست مماس بر فصل مشترک گردد یعنی زاویه شکست φ_۲=۹۰^oخواهد شد، در این حالت زاویه تابش φ_۱ به زاویه حد یا بحرانی موسوم می گردد که با φ_c نشان داده می شود. حال اگر  زاویه تابش φ_{۱ >} φ_c گردد، هیچگونه پرتوی نوری وارد محیط رقیق(n_۲) نمی شود بلکه کل پرتوی نوری در محیط اول (غلیظ) تحت زاویه φ_{۱ =} φ_c منعکس می شود. در این حالت می گویند بازتاب یا انعکاس کلی رخ داده است. این مسئله در تصویر (۲-۱۰) نشان داده شده است.

حال وقت آنست که با استفاده از قوانین شکست و بازتاب یا بطور کلی مفهوم هندسی نور، چگونگی انتشار نور را درون فیبر نوری تشریح نمود. با توجه به اینکه ضرایب شکست هوا، مغزی و غلاف به ترتیب n_۱، n_۲ و n_۳ = ۱ می باشد و با توجه به اینکه n_۲ < n_۱ > n_۳ است می خواهیم قوانین شکست و بازتاب را در این سه محیط بررسی و تشریح نماییم. فرض کنید نور تحت زاویه‌ی θ_۰

از هوا وارد مغزی فیبر گردد چون هوا محیط رقیق و مغزی محیط غلیظ است پس پرتوی نوری به خط عمود بر فصل مشترک دو محیط یعنی محور فیبر نزدیک می شود پس خواهیم داشت:

n_۰Sin θ_۰= n_۱Sin θ_۱ —> Sin θ_۰ = n_۱Sin θ_۱

حال پرتوی شکست شده در مغزی فیبر به مرز مشترک مغزی و غلاف می رسد یعنی خواهیم داشت:`

N_۰Sin φ _۱ = N_۲Sin φ _۲

اما ما می خواهیم که در مرز مشترک مغزی و غلاف بازتاب کلی رخ دهد یعنی φ _۱ > φ _۳ و = ۹۰^o φ _۲پس خواهیم داشت :

N_۱Sin φ _۱ = n_۲ à  sin φ_c = n_۲/ n_۱

با توجه به تصویر (۲-۱۱) خواهیم داشت:

θ_۱ = ۹۰ – φ _c  –>  Sin θ_۱  = Sin (90 – φ _c)

Sin θ_۱  = Sin90Cos φ _c – Cos90 sinφ _c => sin θ_۱ = cos φ _c

از طرف دیگر و پس خواهیم داشت:

از طرف دیگر داشتیم     پس

رابطه فوق کمیتی موسوم به روزنه عددی یا دریچه و یا کشودگی عددی است که آنرا با NA نمایش می‌دهد یعنی =NA

حال با توجه به محاسبات اخیر می توان گفت اگر پرتوی نوری تحت θ_۰ از هوا وارد مغزی گردد و بازتاب کلی در مغزی فیبر رخ دهد یعنی پرتوی نوری با حرکت زیگ زاگ درون مغزی حرکت کرده و پیش برود طوری که تحت زاویه  θ_۰ از انتهای دیگر فیبر خارج شود پس می توان اذعان داشت θ_۰ زاویه پذیرش نور از هوا برای انتشار نور درون فیبر است.در نهایت باید گفت اگر نور تحت زوایه‌ی کوچکتر از  θ_۰وارد فیبر شود فرآیند انتشار نور درون مغزی فیبر نوری صورت می گیرد. انعکاس بخشی از توان نوری از انتهای فیبر وقتی که تزویج توان نوری بین منبع نوری و فیبر، و یا بین دو فیبر بررسی می گردد نکته بسیار مهمی است. اگر نور از محیطی با n_۱ وارد محیطی با n_۲ شود قسمتی از نور منعکس و بخشی از آن وارد محیط دوم می‌شود. توان نوری وارد شده به محیط دوم به میزان  کاهش می یابد در این رابطه R انعکاس فرنل از انتهای فیبر است. ضریب بازتاب یا انعکاس با نسبت  نشان داده می شود.

خرید کابل فیبر نوری

جهت خرید کابل فیبر نوری مناسب در صورت نیاز به مشاوره و خرید می توانید با شرکت فیبران تماس بگیرید.

شماره تماس :  ۰۷۱۳۸۳۱۹۰۷۰  و ۰۷۱۳۸۳۱۹۰۷۱  و ۰۹۱۷۲۵۹۳۱۶۷ و ۰۹۱۷۵۰۵۰۷۲۵

فیبران با بیش از ۲۱ سال سابقه در زمینه تامین و فروش تجهیزات فیبر نوری به صورت واردات مستقیم شامل کابل فیبر نوری ، پیگتل و پچکورد ، مودم فیبر نوری ، تجهیزات اکتیو ، تجهیزات پسیو ، دستگاه های فیوژن و OTDR   در خدمت همکاران و هموطنان عزیز می باشد.

اینستاگرام فیبران