فیبر نوری چگونه کار میکند ؟

مقدمه :
هرجا که صحبت از سيستم هاي جديد مخابراتي، سيستم هاي تلويزيون کابلي و اينترنت باشد، در مورد فيبر نوري هم چيزهايي ميشنويد.
فيبرنوري چگونه کار ميکند؟
هرجا که صحبت از سيستم هاي جديد مخابراتي، سيستم هاي تلويزيون کابلي و اينترنت باشد، در مورد فيبر نوري هم چيزهايي ميشنويد.
فيبرهاي نوري از شيشه شفاف و خالص ساخته ميشوند و با ضخامتي به نازکي يک تار موي انسان، ميتوانند اطلاعات ديجيتال را در فواصل دور انتقال دهند. از آنها همچنين براي عکسبرداري پزشکي و معاينه هاي فني در مهندسي مکانيک استفاده ميشود.

يک رشته فيبر نوري
در اين مقاله ميخوانيم که اين فيبرهاي نوري چگونه نور را منتقل ميکنند و نيز درمورد روش عجيب ساخت آنها !

فيبرنوري چيست؟
فيبرهاي نوري رشته هاي بلند و نازکي از شيشه بسيار خالصند که ضخامتي در حدود قطر موي انسان دارند. آنها در بسته هايي بنام کابلهاي نوري کنار هم قرار داده ميشوند و براي انتقال سيگنالهاي نوري در فواصل دور مورد استفاده قرار ميگيرند.

اگر با دقت به يک رشته فيبر نوري نگاه کنيد، مي بينيد که از قسمتهاي زير ساخته شده :
• هسته _ هسته بخش مرکزي فيبر است که از شيشه ساخته شده و نور در اين قسمت سير
ميکند.

قسمتهاي مختلف
يک رشته فيبر نوري
• لايه روکش _ واسطه شفافي که هسته مرکزي فيبر نوري را احاطه ميکند وباعث انعکاس نور به داخل هسته ميشود.
• روکش محافظ _ روکشي پلاستيکي که فيبر نوري در برابر رطوبت و آسيب ديدن محافظت ميکند.
صدها يا هزاران عدد از اين رشته هاي فيبر نوري بصورت بسته اي در کنار هم قرار داده ميشوند که به آن کابل نوري گويند. اين دسته از رشته هاي فيبر نوري با يک پوشش خارجي موسوم به ژاکت يا غلاف محافظت ميشوند.

فيبرهاي نوري دو نوعند :
• فيبرهاي نوري تک وجهي _ اين نوع از فيبرها هسته هاي کوچکي دارند ( قطري در حدود inch )4-) 10x 5/3 يا ۹ ميکرون ) و ميتوانند نور ليزر مادون قرمز ( با طول موج ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر ) را درون خود هدايت کنند.
• فيبرهاي نوري چند وجهي _ اين نوع از فيبرها هسته هاي بزرگتري دارند ( قطري در حدود inch (3-) 10x 5/2 يا ۵/۶۲ ميکرون ) و نور مادون قرمز گسيل شده از ديودهاي نوري موسوم به LEDها را ( با طول موج ۸۵۰ تا ۱۳۰۰ نانومتر ) درون خود هدايت ميکنند.
برخي از فيبرهاي نوري از پلاستيک ساخته ميشوند. اين فيبرها هسته بزرگي ( با قطر ۴ صدم inch يا يک ميليمتر ) دارند و نور مرئي قرمزي را که از LEDها گسيل ميشود ( و طول موجي برابر با ۶۵۰ نانومتر دارد ) هدايت ميکنند.

بياييد ببينيم طرز کار فيبر نوري چيست.
يک فيبر نوري چگونه نور را هدايت ميکند؟
فرض کنيد ميخواهيد يک باريکه نور را بطور مستقيم و در امتداد يک کريدور بتابانيد. نور براحتي در خطوط راست سير ميکند و مشکلي ازين جهت نيست. حال اگر کريدور مستقيم نباشد و در طول خود خميدگي داشته باشد چگونه نور را به انتهاي آن ميرسانيد؟

براي اين منظور ميتوانيد از يک آينه استفاده کنيد که در محل خميدگي راهرو قرار ميگيرد و نور را در جهت مناسب منحرف ميکند. اگر راهرو خيلي پيچ در پيچ باشد و خمهاي زيادي داشته باشد چه؟ ميتوانيد ديوارها را با آينه بپوشانيد و نور را به دام بيندازيد بطوريکه در طول راهرو از يک گوشه به گوشه ديگر بپرد. اين دقيقا همان چيزي است که در يک فيبرنوري اتفاق مي افتد.
نور در يک کابل فيبرنوري، بر اساس قاعده اي موسوم به بازتابش داخلي، مرتبا بوسيله ديواره آينه پوش لايه اي که هسته را فراگرفته، به اين سو و آن سو پرش ميکند و در طول هسته پيش ميرود.

تصويري از بازتابش کلي نور در يک فيبر نوري
از آنجا که لايه آينه پوش اطراف هسته هيچ نوري را جذب نميکند، موج نور ميتواند فواصل طولاني را طي کند. به هر حال، برخي از سيگنالهاي نوري در حين حرکت در طول فيبر، ضعيف ميشوند که علت عمده آن وجود برخي ناخالصيها داخل شيشه است. ميزان ضعيف شدن سيگنال به درجه خلوص شيشه بکار رفته در داخل فيبر و نيز طول موج نوري که درون فيبر سير ميکند بستگي دارد (بعنوان مثال

۸۵۰ نانومتر = ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر يک کيلومتر
۱۳۰۰ نانومتر = ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر يک کيلومتر
۱۵۵۰ نانومتر = بيش از ۵۰ درصد در هر يک کيلومتر ).

برخي از فيبرهاي نوري هم هستند که سيگنال در داخل آنها خيلي کم تضعيف ميشود. (کمتر از ۱۰ درصد در هر يک کيلومتر براي ۱۵۵۰ نانومتر ).

سيستم ارتباط بوسيله فيبرنوري
براي پي بردن به اينکه فيبرهاي نوري چگونه در سيستم هاي ارتباطي مورد استفاده قرار ميگيرند، اجازه دهيد نگاهي بياندازيم به فيلم يا سندي که مربوط به جنگ جهاني دوم است. دو کشتي نيروي دريايي را درنظر بگيريد که از کنار يکديگر عبور ميکنند و لازم است باهم ارتباط برقرار کنند درحالي که امکان استفاده از راديو وجود ندارد و يا دريا طوفاني است. کاپيتان يکي از کشتي ها پيامي را براي يک ملوان که روي عرشه است ميفرستد. ملوان آن پيام را به کد مورس ترجمه ميکند و از نورافکني ويژه که يک پنجره کرکره جلو آن است براي ارسال پيام به کشتي مقابل استفاده ميکند. ملواني که در کشتي مقابل است اين پيام مورس را ميگيرد، ترجمه ميکند و به کاپيتان ميدهد. (ملوان کشتي دوم عکس عملي را انجام ميدهد که ملوان کشتي اول انجام داد.)
حالا فرض کنيد اين دو کشتي هر يک در گوشه اي از اقيانوسند و هزاران مايل فاصله دارند و در فاصله بين آنها يک سيستم ارتباطي فيبرنوري وجود دارد.

سيستم هاي ارتباط بوسيله فيبرنوري، شامل اين قسمت هاست:
• فرستنده _ سيگنالهاي نور را توليد ميکند و به رمز در مياورد.
• فيبرنوري _ سيگنالهاي نور را تا فواصل دور هدايت ميکند.
• تقويت کننده نوري _ ممکن است براي تقويت سيگنالهاي نوري لازم باشد. (براي ارسال سيگنال به فواصل خيلي دور)