فيبرهاي نوري
صدها سال است كه انسان ها به كمك بازتاب نور خورشيد در طي روز و استفاده از نور فانوس در شب ارتباط برقرار كرده است. سيگنال دهنده هاي نيروي دريايي هنوز هم به كمك چراغ هاي چشمك زن قدرتمند براي انتقال پيام هاي رمزگذاري شده به كشتي هاي ديگر استفاده مي كنند. ارتباطات نوري محدود به نقاط و خطوط ساده نوري نشده است.اين واقعيت جالب است كه الكساندر گراهام بل اندكي پس از اختراع تلفن خود دستگاهي را به نام “فوتوفون” اختراع كرد. فوتوفون بل، پرتوي بازتاب شده ي نور خورشيد را بر روي يك دتكتور سلنيومي در فاصله چند صد متري متمركز مي كرد.
درواقع فوتوفون،يك وسيله ارتباطي با قابليت تراگسيل صدا از طريق يك پرتو نور بود.
با اين دستگاه ، بل ميتوانست يك پيام صوتي را از طريق پرتوي نور منتقل كند. اين ايده براي سالهاي طولاني باقي ماند. اخيرا ، ايده انتقال نور از طريق فيبر نوري نازك دوباره زنده شده و در فناوري ارتباطات مورد استفاده قرار مي گيرد.
استفاده از نور به عنوان موج حامل در فيبر نوري نسبت به حامل هاي موج راديويي برتري هايي از قبيل پهناي باند بسيار وسيع تر و مصونيت از تداخل الكترومغناطيسي دارد.
همچنين از فيبر هاي نوري براي انتقال نور به مكان هاي غيرقابل دسترس استفاده مي شود . استفاده از ابزارهاي داراي فيبر نوري در صنعت بسيار رايج است و اهميت آنها به عنوان ابزارهاي تشخيصي در پزشكي اثبات شده است.
اخيراً فناوري فيبر نوري به يك سيستم ارتباطي با قابليت هاي بسيار عظيم تبديل شده است.
يكي از ويژگي هاي چنين سيستمي ، توانايي آن در انتقال هزاران مكالمه تلفني ، چندين برنامه تلويزيوني و سيگنال هاي بيشمار بين ايستگاه ها از طريق يك يا دو فيبر نوري انعطاف پذير و نازك است. بدون شك به دليل ظرفيت فوق العاده حمل اطلاعات ( پهناي باند) سيستم فيبر نوري ، دستگاه هايي نظير تلويزيون دو طرفه طراحي شده است كه قبل از توسعه فيبر نوري بسيار پرهزينه بوده است.
علاوه بر ارائه پهناي باند بسيار گسترده ، سيستم فيبر نوري داراي كابل هاي بسيار نازك و سبك وزن است. فيبر نوري به همراه محافظش معمولاً ?.? ميلي متر قطر دارد ، اما مي تواند با يك دسته سيم مسي به قطر ?.?? سانتي متر كه اكنون براي حمل همان مقدار سيگنال استفاده مي شود ، جايگزين شود.
فيبرهاي نوري چگونه كار مي كنند؟
انتشار نور در فيبر نوري مستلزم اين است كه نور كاملاً درون فيبر محدود شود.
اين امر با انعكاس داخلي كامل و انكسار مداوم انجام مي شود.
انواع مختلف فيبر هاي نوري
سه نوع فيبر نوري وجود دارد كه بر اساس مدل پخش نور توسط آنها، طبقه بندي مي شوند:
?. فيبر نوري تك حالتي يا سينگل مد (Single-mode)
?. فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شكست پله اي
?. فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شكست مرحله اي
?.فيبرهاي نوري ريزساختار(microstructured) نوع جديدي ازفيبر هاي نوري هستند كه با سه مورد فوق تفاوت هايي دارند. تفاوت اصلي اين دو ، در روش كنترل نور مي باشد.
چرا بايد درباره ي انواع مختلف فيبر هاي نوري اطلاع داشته باشيد؟
استفاده از انواع مختلف فيبرهاي نوري براي برقراري ارتباط ، به شناخت صحيح آنها وابسته است. مهندسان ارتباطات يا تكنسين هاي شبكه ، قبل از طراحي شبكه اي ازفيبر هاي نوري بايد به خوبي از اصول اوليه فيبر هاي نوري و كارايي آنها آگاهي داشته باشند تا بتوانند به خوبي تصميم گيري كنند.
شناختن فيبر هاي نوري به شما كمك مي كند تا براساس نياز خود يك تصميم هوشمندانه بگيريد.
تك حالتي و چند حالتي بودن فيبر نوري يعني چه؟ / نظريه حالت چيست؟
ما قصد داريم داده ها را با استفاده از نور انتقال دهيم. از اين رو ، از فيبرهاي نوري استفاده مي كنيم . فيبر هاي نوري كابلهاي مخصوصي هستند كه مي توانند پرتوي نور را هدايت كنند.
براي درك رفتار امواج الكترومغناطيسي در موج برها ، از نظريه اي استفاده مي كنيم كه به عنوان تئوري حالت شناخته مي شود. تئوري حالت در اصل امواج الكترومغناطيسي را بر اساس طول موج به حالت هاي مختلف طبقه بندي مي كند. شما مي توانيد در ادامه ي اين مقاله تئوري حالت نور را ياد بگيريد.
فيبر نوري تك حالتي يا سينگل مد (Single-mode)
همان طور كه از نام آن پيدا است ، اين نوع فيبر نوري تنها يك حالت نور را منتقل مي كند. به عبارت ديگر ، مي تواند تنها يك طول موج از نور را در طول خود حمل كند.
اين طول موج معمولاً ???? نانومتر يا ???? نانومتر است.
ممكن است شما فكر كنيد كه اين امر ، قابليت انتقال اطلاعات را محدود مي كند. اما فيبر نوري تك حالتي بسيار بهتر ازفيبر هاي نوري چند حالتي كار مي كند زيرا پهناي باند بيشتري دارد و بنابراين سرعت آن بي نظير است.
جالب است كه بدانيد فيبر هاي تك حالتي بعد ازفيبر هاي چند حالتي به وجود آمده اند. درواقع آنها جديدتر از كابل هاي چند حالتي هستند.
اين كابل ها مي توانند با داشتن يك هسته كوچك فقط يك حالت نور را انتقال دهند. درواقع مي توانيم بگوييم كه در اصل قطر هسته به اندازه ي طول موج نوري است كه از آن عبور مي كند.
فقط ليزرها به عنوان منبع نور استفاده مي شوند. نور مورد استفاده درفيبر هاي تك حالتي در بخش مرئي طيف قابل رويت نيستند.
از آنجا كه نور در يك مسير مستقيم حركت مي كند ، تلفات كمتري دارد و مي توان از آن در برنامه هايي كه به مسافت طولاني تر نياز دارند استفاده كرد.
يك نقطه ضعف فيبر تك حالتي اين است كه جفت شدن آنها سخت است.
فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)
همانطور كه از نام آن پيدا است ، اين نوع ازفيبر هاي نوري اجازه مي دهند تا چندين حالت نور در امتداد محور آنها حركت كنند.
براي توضيح بيشتر مي توانيم بگوييم ، آنها مي توانند اين كار را با داشتن هسته قطورتر انجام دهند.
طول موج امواج نور درفيبر هاي چند حالتي در طيف مرئي از ??? تا ???? نانومتر قرار دارند.
بازتاب امواج داخل فيبر چند حالتي در هر حالت با زواياي مختلفي اتفاق مي افتد. در نتيجه ، بر اساس اين زاويه ها ، تعداد بازتاب ها مي توانند متفاوت باشند.
از آنجا كه اساس فيبر نوري براي برقراري ارتباط ، بازتاب داخلي است ، تمام حالت هاي داراي زاويه حادثه كه باعث انعكاس كامل داخلي نمي شوند ، توسط روكش جذب مي شوند.
ما مي توانيم حالتي با مرتبه بالاتر داشته باشيم ، امواج عرضي بر محور موجبر موج مي توانند بارها منعكس شوند. در حقيقت ، به دليل افزايش بازتاب در زواياي غيرمعمول ، حالت هاي مرتبه بالاتر مي توانند كاملاً درون كابل از بين بروند.
حالت هاي داراي مرتبه پايين نسبتاً عرضي يا حتي كاملاً مستقيم اند و از اين رو نسبتاً بهتر هدايت مي شوند.
دو نوع فيبر نوري چند حالتي وجود دارد:
- فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شكست پله اي
- فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شكست پله اي مرحله اي
- فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شكست پله اي
ضريب شكست هسته مولتي مد در كل كابل يكنواخت است.
- فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شكست پله اي مرحله اي
ضريب شكست هسته از شعاع مركزي تا سطح آن تغيير مي كند.
اين موضوع چه اهميتي دارد؟
اگر به شكل فيبر هاي چند حالتي با ضريب شكست پله اي و مرحله اي نگاه كنيد ، متوجه خواهيد شد كه امواج موجود در فيبر چند حالتي با ضريب شكست پله اي در زمانهاي مختلف به يك نقطه واحد مي رسند. اين امر به اين دليل است كه حالت هاي مختلف ،سرعت هاي مختلفي دارند. در نتيجه اين امر باعث كاهش پهناي باند مي شود. به اين كار پراكندگي يا تحريف مياني گفته مي شود.
با اين حال ، اين مسئله با استفاده ازفيبر هاي مالتي مد با ضريب شكست مرحله اي قابل كاهش است.
فيبر هاي نوري ريزساختار
اينها انواع جديدي از كابل هاي فيبر نوري هستند. آنها مفهومي كاملاً متفاوت از استفاده از نور براي برقراري ارتباط را بيان مي كنند. در انواع فيبر هاي نوري كه در بالا به آنها اشاره شد ، انتقال نور به دليل وجود بازتاب كلي داخلي و شاخص هاي انكسار هسته و روكش انجام مي شد. درفيبر هاي نوري ريزساختار ، از ساختار فيزيكي موج بر در مقياس نانو براي هدايت نور استفاده مي شود.
انواع مختلف فيبر هاي نوري ريزساختار عبارت اند از:
• كريستال هاي فوتوني
•فيبر هاي Air-clad يا double-clad
•فيبر هاي فرنل
منابع :
https://physicsabout.com/fiber-optic/
https://technobyte.org/types-of-optical-fibers-structure-of-optical-fibers/
The post چه كسي فيبرهاي نوري را اختراع كرده است؟ appeared first on فروشگاه اينترنتي نود - Node Shop.
