تاريخچه
بعد از اختراع ليزر در سال 1960 ميلادي، ايده بکارگيري فيبر نوري براي انتقال اطلاعات شکل گرفت .خبر ساخت اولين فيبر نوري در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با تضعيفي برابر با اعلام شد که عملا درانتقال اطلاعات مخابراتي قابل استفاده نبود تا اينکه در سال 1976 با کوشش فراوان محققين تلفات فيبر نوري توليدي شديدا کاهش داده شد و به مقدار رسيد که قابل ملاحظه با سيم هاي کوکسيکال مورد استفاده در شبکه مخابرات بود.
در ايران در اوايل دهه 60 ، فعاليت هاي تحقيقاتي در زمينه فيبر نوري در مرکز تحقيقات منجر به تاسيس مجتمع توليد فيبر نوري در پونک تهران گرديدو عملا در سال 1373 توليد فيبرنوري با ظرفيت 50.000 کيلومتر در سل در ايران آغاز شد.فعاليت استفاده از کابل هاي نوري در ديگر شهرهاي بزرگ ايران شروع شد تا در آينده نزديک از طريق يک شبکه ملي مخابرات نوري به هم متصل شوند.
چگونگي
مي دانيم هر گاه نور از محيط اول به محيط دوم که غليظتر است وارد شود دچار شکست ميشود.واگر نور از محيط غليظ با بيش از زاويه حد به سطح آن برخورد کندسطح ماده همانند يک آينه تخت عمل مي کند و نور بازتابش مي کند.
از اين خاصيت در فيبرهاي نوري استفاده شده است. فيبرنوري يک موجبر استوانه اي از جنس شيشه (يا پلاستيک) که دو ناحيه مغزي وغلاف با ضريب شکست متفاوت ودولايه پوششي اوليه وثانويه پلاستيکي تشکيل شده است . بر اساس قانون اسنل براي انتشار نور در فيبر نوري شرط : مي بايست برقرار باشد که به ترتيب ضريب شکست هاي مغزي و غلاف هستند . انتشار نور تحت تاثير عواملي ذاتي و اکتسابي ذچار تضعيف مي شود. اين عوامل عمدتا ناشي از جذب ماوراي بنفش ، جذب مادون قرمز ،پراکندگي رايلي، خمش و فشارهاي مکانيکي بر آنها هستند . منحني تغييرات تضعيف برحسب طول موج در شکل زير نشا ن داده شده است.
فيبرهاي نوري نسل سوم
طراحان فيبرهاي نسل سوم ، فيبرهايي را مد نظر داشتند که داراي حداقل تلفات و پاشندگي باشند. براي دستيابي به اين نوع فيبرها، محققين از حداقل تلفات در طول موج 55/1 ميکرون و از حداقل پاشندگي در طول موج 3/1 ميکرون بهره جستند و فيبري را طراحي کردند که داراي ساختار نسبتا پيچيده تري بود. در عمل با تغييراتي در پروفايل ضريب شکست فيبرهاي تک مد از نسل دوم ، که حداقل پاشندگي ان در محدوده 3/1 ميکرون قرار داشت ، به محدوده 55/1 ميکرون انتقال داده شد و بدين ترتيب فيبر نوري با ماهيت متفاوتي موسوم به فيبر دي.اس.اف ساخته شد.
نکته قابل ذکر اين است که مشخصات يک محيط (ماده) را با پنج عامل &(سيکما)،u(ميو)، 'u(ميو پريم)،E(اپسيلن)و'E(اپسيلن پريم) تعريف ميکنند.حال فيبر نوري را با يک Eي يعني از جنسي مي سازند تا نور با هر زاويه اي هم که به سطح مقطع آن برخورد کرد از آن خارج نشود و در طول فيبر حرکت کند.فرايند انتقال سيگنال بدين صورت است که يک سيگنال را توسط چند عمل مدولاسيون به فرکانس 64kHzمي رسانند سپس توسط ليزر آن را به فرکانس نور تبديل و به داخل فيبر مي تابانند.چون فر کانس نور در حد گيگابايت است يک پهناي باند فوق العاده زياد براي انتقال سيگنال در اختيار ما قرار مي دهد وهمچنين با مالتي پلکس کردن سيگنالها ميتوان 1920 کانال را همزمان از داخل فيبر عبور داد.اين خاصيت باعث شده تا ارتباط بين دو مرکز مخابرات تنها با يک رشته فيبر بر قرار شود.اتلاف توان سيگنال در 1 کيلومتر از فيبر نوري در فرکانس 400 گيگا هرتز 10dB است در مقايسه با کابل هم محور به قطر 1 سانتي متر که در فرکانس 100 کيلو هرتز ،1dBو در فرکانس 3مگاهرتز dB 1/ 5 اتلاف دارد .اين اتلاف کم کم فيبرها باعث شده تا در ميان راه ازrepeater کمتري استفاده شود و از هزينه ها کاسته شود.همچنين ارزان بودن فيبر وخواصي همچون ضد آب بودن آن باعث شده تا از فيبر روز به روز به طور گسترده تري استفاده شود.تنها ايرادي که به فيبر وارد است اينست که به راحتي سيمها نميتوان آنها را پيچ وخم داد زيرا زاويه تابش نور در داخل آن تغيير ميکند و باعث مي شود نور از سطح آن خارج شودو اينکه اتصال دو رشته فيبر نيز احتياج به دقت ولوازم خاص خود را دارد.
انواع فيبر نوري:
1 -(single mode fiber)ـsmf:قطر هسته 9 ميکرون و طول موج 3/1 ميکرومتر:
2 -(multi mode fiber)ـmmf:خود بر دو نوع است:
الف:multi mode stop index:زاويه شکست در سراسر کابل يکسان است وداراي پهناي باند 20 تا 30 مگاهرتز است.
ب:multi mode graded index:سرعت انتشار نور در اين کابل در جايي که شکست نور تحت زاويه کمتري صورت مي گيرد نسبت به جايي که تحت زاويه بزرگتري صورت مي گيرد،بيشتر است.پهناي باند آن 100مگا هرتز تا 1 گيگا هرتز است.
فن آوري ساخت فيبرهاي نوري
براي توليد فيبر نوري ، ابتدا ساختار آن در يک ميله شيشه اي موسوم به پيش سازه از جنس سيليکا ايجادمي گردد و سپس در يک فرايند جداگانه اين ميله کشيده شده تبديل به فيبرمي گردد . از سال 1970 روش هاي متعددي براي ساخت انواع پيش سازه ها به کار رفته است که اغلب آنها بر مبناي رسوب دهي لايه هاي شيشه اي در اخل يک لوله به عنوان پايه قرار دارند .
روشهاي ساخت پيش سازه
روش هاي فرايند فاز بخار براي ساخت پيش سازه فيبرنوري را مي توان به سه دسته تقسيم کرد :
- رسوب دهي داخلي در فاز بخار
- رسوب دهي بيروني در فاز بخار
- رسوب دهي محوري در فاز بخار
موادلازم در فرايند ساخت پيش سازه
- تتراکلريد سيلسکون :اين ماده براي تا مين لايه هاي شيشه اي در فرايند مورد نياز است .
- تتراکلريد ژرمانيوم : اين ماده براي افزايش ضريب شکست شيشه در ناحيه مغزي پيش سازه استفاده مي شود .
- اکسي کلريد فسفريل: براي کاهش دماي واکنش در حين ساخت پيش سازه ، اين مواد وارد واکنش مي شود .
- گازفلوئور : براي کاهش ضريب شکست شيشه در ناحيه غلاف استفاده مي شود .
- گاز هليم : براي نفوذ حرارتي و حباب زدايي در حين واکنش شيميايي در داخل لوله مورد استفاده قرار مي گيرد.
-گاز کلر: براي آب زدايي محيط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلي مورد نياز است .
مراحل ساخت
+ مراحل سيقل حرارتي: بعد از نصب لوله با عبور گاز هاي کلر و اکسيژن ، در درجه حرارت بالاتر از 1800 درجه سلسيوس لوله صيقل داده مي شود تا بخار اب موجود در جدار داخلي لوله از ان خارج شود.
+ مرحله اچينگ: در اين مرحله با عبور گازهاي کلر، اکسيژن و فرئون لايه سطحي جدار داخلي لوله پايه خورده مي شود تا ناهمواري ها و ترک هاي سطحي بر روي جدار داخلي لوله از بين بروند .
+ لايه نشاني ناحيه غلاف : در مرحله لايه نشاني غلاف ، ماده تترا کلريد سيليسيوم و اکسي کلريد فسفريل به حالت بخار به همراه گاز هاي هليم و فرئون وارد لوله شيشه اي مي شوند ودر حالتي که مشعل اکسي هيدروژن با سرعت تقريبي 120 تا 200 ميلي متر در دقيقه در طول لوله حرکت مي کند و دمايي بالاتر از 1900 درجه سلسيوس ايجاد مي کند ، واکنش هاي شيميايي زير ب دست مي آيند.
ذرات شيشه اي حاصل از واکنش هاي فوق به علت پديده ترموفرسيس کمي جلوتر از ناحيه داغ پرتاب شده وبر روي جداره داخلي رسوب مي کنند و با رسيدن مشعل به اين ذرات رسوبي حرارت کافي به آنها اعمال مي شود به طوري که تمامي ذرات رسوبي شفاف مي گردند و به جدار داخلي لوله چسبيده ويکنواخت مي شوند.بدين ترتيب لايه هاي يشه اي مطابق با طراحي با ترکيب در داخل لوله ايجاد مي گردد و در نهايت ناحيه غلاف را تشکيل مي دهد.
مزاياي فيبر نوري
1- انتقال اطلاعات در فيبر نوري بسيار بالا و در حد سرعت نور مي باشد
2- فيبر هاي نوري از عوامل طبيعي کمتر تاثير مي پذيرند بدين صورت که ميدان هاي مغناطيسي و يا الکتريکي شديد بر آن هيچ تاثيري نمي گذارد
3- به دليل عدم تاثير پذيري عواملي چون ميدان هاي مغناطيسي مي توان آن را در کنار کابلهاي فشار قوي استفاده کرد
4- توليد آن مقرون به صرفه است به طوري که حتي از کابلهاي مسي که هم اکنون براي انتقال اطلاعات استفاده مي شود مقرون به صرفه تر مي باشد
5- به دليل تضعيف بسيار کم شعاع نوري در فيبر نوري نيار به تقويت کننده هاي بين راهي در مسافت هاي طولاني بسيار کمتر از کابلهاي کواکسيال مي باشد
معايب فيبر نوري
1- از فيبر نوري فقط مي توان براي انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع هاي نوري استفاده کرد و نمي توان براي انتقال الکتريسيته استفاده نمود
2- اتصال دو فيبر نوري به يکديگر بسيار مشکل و وقت گير مي باشد و نياز به دانش فني خاص خود را دارد
3- نمي توان چند شعاع نوري را به طور همزمان انتقال داد
