مبدل های نوری

تقویت‌کنندهٔ نوری وسیله‌ای است که سیگنال نوری را – بدون نیاز به تبدیل آن به سیگنال الکتریکی – تقویت می‌کند. تقویت‌کنندهای نوری در مخابرات نوری و فیزیک لیزر کاربرد فراوانی دارند.

تقویت‌کنندهٔ نوری لیزری
به طور کلّی هر مادهٔ فعال که دارای ناحیهٔ بهره باشد و بتواند نور لیزری ایجاد کند را می‌توان به گونه‌ای پمپ کرد که یک سیگنال نوری در همان طول موج لیزر را تقویت کند. چنین تقویت کننده‌های نوری به طور گسترده‌ای برای ساخت سامانه‌های لیزری توان بالا استفاده می‌شوند.
تقویت‌کنندهٔ نوری نیمه‌رسانایی (SOA)

تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌رسانایی گونه‌ای از تقویت‌کننده‌های نوری هستند که برای تولید بهره از مواد نیمه رسانا استفاده می‌کنند. این تقویت‌کننده‌های نوری ساختاری شبیه به دیودهای لیزری فابری-پرو دارند با این تفاوت که در لبه‌های ناحیه بهره از طراحی ضد-بازتاب استفاده می‌شود تا ساختار به جای لیزر، تقویت کننده بشود. در طراحی‌های نوین با استفاده از پوشش‌های ضد بازتاب و موج‌بر کج می‌توان بازتابش نور از دو سطح انتهایی را به کمتر از ۰.۰۰۱% کاهش داد. این کار باعث هدر رفتن توان نور از درون حفره می‌شود، و از آن جا که اندازهٔ این تلفات بیشتر از میزان تقویت سیگنال درون حفره است، این طراحی مانع از ایجاد نوسان درون حفره و کار کرد این ساختار به صورت لیزر می‌شود.
تقویت‌کنندهٔ نوری رامان (Raman)

تقویت‌کنندهٔ نوری پارامتری (OPA)

مبدل¬هاي نوري جريان در سيستم¬هاي قدرت

چكيده: براي سنجش جريان تأسيسات فشار قوي و خطوط انتقال نيرو، مي¬توان از مبدل¬هاي نوري جريان استفاده نمود. اين مبدل¬ها بر اساس اصول و قوانين فيزيكي عمل مي¬نمايند و به عنوان جايگزين CT هاي معمولي مطرح گرديده¬اند. در اين مقاله اصول عملكردي مبدل¬هايي كه بر اساس قانون فاراده عمل مي¬كنند، مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين برخي از انواع مختلف چنين مبدل¬هايي معرفي شده¬اند و ويژگي¬هاي عملكردي آنها در مقايسه با ترانسفورماتورهاي جريان معمولي مورد ارزيابي قرار گرفته است.
۱- مقدمه
در چند سال اخير پيشرفت فن¬آوري نوري بسيار چشمگير بوده است، به طوري كه اين فن¬آوري در رشته¬هاي مختلف علوم و مهندسي وارد گرديده است. مهندسي برق از اين قاعده مستثني نبوده و امروزه در سطح جهان به خوبي از دستاوردهاي اين فن¬آوري در صنعت برق استفاده مي¬شود، به گونه¬اي كه بسياري از ادوات ساخته شده مراحل تحقيقاتي خود را پشت سر گذارده و به مرحله كاربرد صنعتي رسيده¬اند. در ميان كاربردهاي مختلف، مي¬توان به استفاده از اين فن¬آوري در اندازه¬گيري] ۱ و ۲[، تعيين منطقه بروز خطا در سيستم¬هاي برقي ]۳ – ۷ [و ايجاد ارتباطات و مخابرات در شبكه برق]۸ و ۹[ اشاره نمود. اين مقاله به بررسي روش¬هاي مختلف اندازه¬گيري جريان به طريقۀ نوري در سيستم¬هاي فشار قوي و ذكر اصول عملكرد هر روش مي¬پردازد.
فن¬آوري نوري براي اندازه¬گيري جريان سيستم¬هاي فشار قوي، براي اولين بار در اواخر دهۀ ۱۹۶۰ به كار گرفته شده] ۱۰ و ۱۱[ و از آن زمان تاكنون پس از سپري مراحل تحقيقاتي به كاربرد عملي رسيده است ]۱۰ [. ذكر اين نكته الزامي است كه تمامي روش¬هاي اندازه¬گيري جريان الزاماً بر مبناي تغيير سطح جريان با اصول ترانسفورماتوري نمي¬باشند و در برخي از

ادوات نوري اندازه¬گيري جريان يا OCT ها از روش¬هاي ديگري استفاده مي¬شود. اين ادوات نوري – الكتريكي تنوع فراواني دارند. اشكال (الف و ب) قسمت¬هاي عمدۀ سيستم OCT را نشان مي¬دهد. همانطور كه ملاحظه مي¬شود، تغيير در هر يك از اجزاي سيستم منجر به ايجاد يك سيستم جديد مي¬گردد. مثلاً حسگر مي-تواند نوري يا الكترونيكي باشد، قسمت مرتبط با ولتاژ زياد مي تواند فعال يا غير فعال باشد، مقره¬ها و عايق¬ها مي¬توانند از جنس سراميك يا پليمر انتخاب شوند و نيز OCT مي¬تواند بر روي مقره نصب يا از آن آويزان باشد، به هر صورت در بيشتر اين حالات و شرايط، كميت اندازه¬گيري شده با استفاده از فيبرهاي نوري انتقال مي¬يابد. تنوع در نحوۀ انتقال سيگنال¬ها و كدگذاري آنها نيز وجود دارد. سيگنال سنجيده شده مي¬تواند به يك رله، ثبات يا … اعمال شود.

 

شكل ۱ : اجزاي اصلي يك سيستم اندازه¬گيري نوري جريان، الف: سيستم سنجش در يك پست فشار قوي كه بر روي مقره متصل است ]۱۰[؛ ب: شماي اجزاي سيستم سنجش جريان ]۵ [

سيستم اندازه¬گيري نوري جريان مزاياي زيادي دارد. از آن جمله مي¬توان به وزن اندك OCT در مقايسه با CTهاي معمولي اشاره نمود. اين وزن اندك سبب صرفه¬جويي در عمليات و مصالح نصب تجهيزات مي¬گردد. به عنوان مثال در شكل ۲ نمونه¬اي از يك OCT كه بدون نياز به مقره اختصاصي بر روي يك سكسيونر (ايزولاتور) نصب شده است مشاهده مي¬گردد. مزيت ديگر OCTها پايداري در برابر اغتشاشات است. از سوي ديگر با جايگزين شدن رله¬هاي ديجيتالي به جاي رله¬هاي الكتروستاتيك و قديمي،‌ OCT ها را مي¬توان به نحو مطلوبي در سيستم استفاده نمود.

 

۲- انواع مختلف مبدل¬هاي نوري جريان:
روش¬هايي كه براي اندازه¬گيري نوري جريان در اين مقاله مورد اشاره قرار مي¬گيرند، بر اساس ميزان شباهت با روش اندازه¬گيري جريان در CT هاي معمولي ذكر مي¬شوند.

۲-۱ نوع ۱؛ CT معمولي با خروجي نوري:
در اين روش، كه در شكل ۳ نشان داده شده است، خروجي ترانس جريان به يك مبدل سيگنال الكتريكي به سيگنال نوري وصل مي¬شود. بدين ترتيب از فن¬آوري نوري مي¬توان در كنار روش¬هاي قديمي سنجش جريان استفاده نمود. به علت آنكه در خروجي اين CT ها نياز به عايق¬سازي فشار قوي همانند CT هاي معمولي وجود ندارد، مي-توان در حجم هادي و عايق صرفه¬جويي نمود. به علاوه به علت اتصال CT به يك مبدل الكترونيكي،‌ توان كم و ثابتي در خروجي آن مصرف مي¬شود كه اين امر منجر به كاهش ابعاد هسته CT مي¬گردد. به همين دليل مي¬توان محاسبات طراحي هسته CT را با آزادي بيشتري انجام داد و در اين گونه موارد از هسته¬هاي با فاصله هوايي يا هسته¬هاي فريت استفاده نمود تا عملكرد پاسخ فركانسي ترانسفورماتور جريان نيز بهبود يابد.

شكل ۲ : نمونه¬اي از يك OCT بر روي سكسيونر متصل مي¬شود ]۷[

شكل ۳ : CT معمولي با خروجي نوري ]۱۰[

۲-۲- نوع ۲؛‌ هسته مغناطيسي و سنجش نوري:
در اين روش از يك هسته مغناطيسي داراي فاصلۀ هوايي كه هادي را احاطه نموده است، استفاده مي¬شود (شكل ۴). بدين ترتيب ميدان مغناطيسي پيرامون هادي اندازه¬گيري شده و به كميت معادل نوري تبديل مي¬شود و انتقال مي¬يابد. نحوة تبديل كميت مغناطيسي به كميت نوري بر مبناي اثر فاراده صورت مي¬پذيرد كه در بخش¬هاي بعدي توضيح داده خواهد شد.

شكل ۴ : مبدل نوري جريان با استفاده از هستۀ مغناطيسي ]۱۰[

۲-۳ – نوع ۳ : توده فعال نوري پيرامون هادي:
در اين روش،‌ مطابق شكل ۵، ماده¬اي كه قابليت تبديل ميدان مغناطيسي به انرژي نوري را دارد، پيرامون هادي قرار داده مي¬شود و در داخل آن، همانند سيم¬پيچي CT هاي معمولي، فيبرهاي نوري پيچيده مي¬شوند. در اين روش يك مسيري نوري بسته،‌ هادي را احاطه مي¬نمايد.

شكل ۵ : مبدل نوري جريان با تودۀ فعال نوري ]۱۰[

۲- ۴ – نوع ۴؛ فيبر نوري پيرامون هادي:
در اين روش نيز همانند روش پيشين يك مسير نوري پيرامون هادي ايجاد مي¬شود ولي تفاوت آن در نحوۀ پيچش فيبرهاي نوري است (شكل ۶). در اين روش فيبرهاي نوري مستقيماً دور هادي پيچيده مي¬شوند. تعداد اين فيبرهاي نوري بر اساس ميزان حساسيت مورد انتظار از OCT تعيين مي¬گردد.

شكل ۶ : مبدل نوري جريان با فيبر نوري ]۱۰[

۲-۵- حسگر شاهد :
در اين روش،‌ به منظور اندازه¬گيري جريان از تمام فصاي پيرامون هادي استفاده نمي¬شود. بدين منظور مطابق شكل ۷، يك حسگر ميدان مغناطيسي در نقطه¬اي در نزديكي هادي قرار مي¬گيرد. از آنجا كه در اين روش از مسيري بسته استفاده نمي¬شود، اين حسگر يك مبدل واقعي نمي¬باشد و تنها ميدان را در يك نقطه مي¬سنجد، ولي با فرض وجود ميدان يكنواخت پيرامون هادي،‌ مي¬توان حسگر را براي تعيين ميزان جريان هادي كاليبره نمود.

شكل ۷ : حسگر شاهد كه براي سنجش جريان استفاده مي¬شود ]۱۰[

۳- اصول و مباني سنجش نوري جريان:
سابقه سنجش جريان از طريق اندازه¬گيري ميدان مغناطيسي پيرامون آن به حدود يك قرن پيش باز مي¬گردد ]۱۰[ . بر اين اساس، جريان با جمع شدت ميدان بر روي يك مسير بسته پيرامون هادي حامل جريان محاسبه مي¬شود. توزيع فضايي ميدان مغناطيسي به موقعيت هادي حامل جريان بستگي دارد. اما اگر عمل محاسبه مجموع ميدان¬ها بر روي يك مسير بسته انجام گيرد. مقدار جريان مستقل از شكل مسير انتگرال¬گيري بدست مي¬آيد. مقدار جريان را مي-توان طبق قانون آمپر محاسبه نمود ]۱۲[:
(۱)
كه در رابطه بالا، I مقدار جريان، H شدت ميدان مغناطيسي و d1 جزء مسير انتگرال¬گيري مي¬باشند. روش سنجش جريان مبدل نوع ۱، همانند ترانسفورماتورهاي جريان معمولي، استفاده از قانون آمپر مي¬باشد. در مبدل¬هاي انواع ۲ تا ۴ معمولاً از اثر فاراده يا اثر مغناطيسي – نوري استفاده مي¬شود.
پلاريزاسيون نور با تعيين خصوصيات بردار ميدان الكتريكي E تعيین مي¬شود. نور با هر پلاريزاسيون را مي-توان مجموعي از دو مؤلفه عمود بر هم در نظر گرفت ]۱۲[. چنانچه اين دو مؤلفة هم اندازه هم فاز باشند، نور با پلاريزاسيون خطي يا صفحه¬اي خواهد بودو اگر مؤلفه¬هاي هم اندازه اختلاف فاز ۹۰ داشته باشند، پلاريزاسيون نور دايروي خواهد بود. مفهوم پلاريزاسيون نور و تجزيه آن به مؤلفه¬هايي با چرخش مثبت و منفي مشابه مفهوم مؤلفه¬هاي توالي مثبت و منفي در سيستم¬هاي قدرت مي¬باشد.
در حالت كلي، ضريب شكست نوري ماده نسبت به جهت انتقال نور يا نوع پلاريزاسيون آن متغير مي¬باشد. چنين خاصيتي را خاصيت دو شكستي مي¬نامند. اين خاصيت در شيشه بر اثر فشارهاي دائمي يا گذرا به همراه تغيير حرارت محيط به وجود مي¬¬آيد، در حاليكه منش‍أ آن در كريستال¬ها ساختار داخلي آنهاست.

بيشترين و كمترين ضريب شكست نوري متناظر با كمترين و بيشترين سرعت انتقال نور در ماده مي¬باشند. اين اختلاف سرعت سبب ايجاد اختلاف فازي در مؤلفه¬هاي نور پلاريزه مي¬گردد. اگر نور پلاريزه¬اي از درون ماده¬اي عبور نمايد كه در اين گذر، فاز آن ثابت بماند ولي ميان مؤلفه¬هاي آن تبادل انرژي به وجود آيد، پس از عبور صفحۀ پلاريزاسيون آن كمي چرخش مي¬نمايد. اين خاصيت با نام فعاليت نوري خوانده مي¬شود.
اثر فاراده يك فعاليت نوري مدوله شده است، به گونه¬اي كه چرخش صفحه پلاريزاسيون نور در حضور يك ميدان مغناطيسي و متناسب با آن صورت مي¬گيرد. اين اثر اولين بار در سال ۱۸۴۵ توسط مايكل فاراده مشاهده گرديد ]۱۲[. مقدار چرخش صفحه پلاريزاسيون ،‌ در حضور ميدان مغناطيسي H ، در طول مسير dI از رابطه:
(۲)
محاسبه مي¬شود كه در آن V ثابت وردت مي¬باشد. اين ثابت مقدار بسيار كوچكي دارد. تابعيت ثابت وردت نسبت به طول موج و دما بايد در ساخت OCT ها در نظر گرفته شود. نمونه ای از یک حسگر فاراده در شکل زیر :

شكل ۸ : نمونه¬اي از يك حسگر فاراده و اجزاي داخلي آن ]۵[
در OCT ها نور ورودي ابتدا پلاريزه مي¬شود. اين كار با قرار دادن فيلتري در راه مسير ورودي نور و انتخاب پلاريزاسيون مناسب صورت مي¬گيرد. پس از عبور از ميدان مغناطيسي ميزان انحراف در زاويه صفحه پلاريزاسيون بايد سنجيده شود. اين ميزان انحراف به طور مستقيم قابل اندازه¬گيري نمي¬باشد، زيرا فتوديودها نسبت به شدت نور حساس هستند، براي سنجش ميزان اين انحراف از روش¬هاي مختلفي استفاده مي¬شود كه در اين مقاله به برخي از آنها اشاره مي¬گردد.

۴- روش¬هاي سنجش ميزان انحراف زاويه صفحه پلاريزاسيون:
۴-۱- روش AC/DC:
نور در قسمت خروجي OCT از يك فيلتر پلاريزاسيون ديگر عبور مي¬كند تا اطلاعات مورد نياز از آن قابل استخراج باشد. ميزان شدت نور خروجي به زاويۀ چرخش دو فيلتر پلاريزه كننده نسبت به هم،  ، بستگي دارد. در اين روش به دلايل عملي، اين زاويه معمولاً برابر در نظر گرفته مي¬شود. در نظر گرفته مي¬شود. شدت توان خروجي، با فرض عدم وجود تلفات در داخل OCT، مطابق رابطه زير به شدت توان ورودي مرتبط مي¬شود:
(۳)
اشكال ۹ (الف و ب) مي¬توانند در فهم بهتر مسئله مفيد واقع شود. معمولاً به دليل طولاني بودن فيبر نوري پلاريزاسيون نور خروجي ثابت نمي¬ماند . به ازاي و بدون حضور ميدان مغناطيسي، توان خروجي نصف توان ورودي خواهد بود. بدين ترتيب با وجود ميدان مغناطيسي و بروز زاويۀ انحراف در صفحه پلاريزاسيون، طبق رابطه (۳) توان خروجي به صورت:
(۴)
درمي¬آيد. مي¬توان رابطه اخير را به صورت مجموع دو جمله معرف AC و DC در نظر گرفت:
(۵)
(۶)
اطلاعات مربوط به جريان در جمله AC نهفته است، ولي به علت آنكه رابطه (۵) از منبع انرژي نوري مستقل گردد، مقدار جريان از رابطه:
(۷)
محاسبه مي¬شود. رابطۀ اخير با فرض زواياي انحراف كوچك نوشته شده است كه در آن I(t) جرياني است كه در پي اندازه¬گيري آن هستيم و A ثابتي است كه بستگي به طراحي OCT دارد.

۴-۲- روش جمع و تفاضل:
در اين روش در خروجي OCTاز دو فيلتر با زواياي استفاده مي¬شود. اگر خروجي¬هاي اين دو فيلتر PA1 و PA2 ناميده شوند:
(۸) (
(۹) (

شكل ۹ : نحوه تغيير زاويه پلاريزاسيون نور در حضور ميدان مغناطيسي ] ۱۰و ۷[
بدين ترتيب با سنجش نسبت تفاضل و مجموع خروجي¬ها مي¬توان ميزان جريان را محاسبه نمود. در اين روش ميزان حساسيت خروجي مانند روش پيشين است. با وجود آنكه اين روش به سخت¬افزار پيچيده¬تري نياز دارد، پايداري آن نسبت به نويز حالت مشترك بيشتر است.

۵- الزامات عملكرد OCT¬ها:
۵-۱- استانداردها:
براي تعيين الزامات عملكرد ترانسفورماتورهاي جريان معمولي CT ها معيارهاي مشخصي تدوين گرديده و موجود مي¬باشند. بسياري از اين الزامات در قالب استانداردهاي معتبر مانند ۱۹۸۷:۱۸۵ IEC و ۱۳-۱۹۷۸ .ANSI/IEEE C57 مورد توجه قرار گرفته¬اند. اين الزامات بيانگر تطبيق مشخصات CT با شرايط كاربر مي¬باشند. متأسفانه نمي¬توان از استانداردهاي CT براي OCT استفاده نمود. از جمله مشخصات اساسي عملكرد يك OCT مي¬توان پاسخ فركانسي، نسبت سيگنال به نويز،‌ اعوجاجات هارمونيكي،‌ پايدار و رنج ديناميكي را نام برد. البته فعاليت-هايي در جهت ايجاد استانداردهاي مبدل¬هاي نوري جريان در كميته¬هاي فني IEEE آغاز شده است ]۱۰[. ولي تا پيش از تدوين استانداردهاي مربوطه،‌ مشخصات OCT بر اساس نيازهاي موجود و به صورت توافقي ميان سازنده و كاربر تعيين مي¬شوند.

۵-۲- مدارات واسطه:
در بيشتر كاربردها جريان خروجي CT معمولي يكي از مقادير ۱ يا ۵ آمپر مي¬باشد. مقدار اين جريان حدود يك سده قبل و بر اساس ملاحظاتي همچون پايداري در برابر نويز و نيز داشتن انرژي كافي براي تحريك رله¬هاي الكترومغناطيسي انتخاب شده است ]۱۰[. از آنجا كه در برخي از OCT ها از ادوات الكترونيكي فعال استفاده مي-شود، وجود چنين جريان بزرگي سبب ازدياد مصرف سيستم DC و باتري¬هاي پست خواهد بود. از سوي ديگر وجود چنين جريان بزرگي در خروجي OCT قابل توجيه نمي¬باشد،‌ چرا كه اين ادوات به علت داشتن ماهيت نوري در برابر نويز و اغتشاشات پايدار مي¬باشند. همچنين براي تحريك وسايل جديد سنجش كميات و رله¬هاي پيشرفته نياز به انرژي زياد نمي¬باشد. بنابراين مقدار جريان يا ولتاژ در خروجي OCT ها چند ميلي¬آمپر يا ميلي ولت خواهد بود. انتخاب OCT با خروجي جرياني يا ولتاژي به صورت استاندارد پذيرفته شده نيست و هر مصرف¬كننده¬اي مي¬تواند OCT مورد نياز خود را با مشخصات خروجي مطلوب تهيه نمايد. به علاوه براي تبديل خروجي OCT، كه يك سيگنال نوري با توان نمونه¬اي چند ميكرو ولت مي¬باشد ]۱۰[،‌ به كميت اصلي كه معرف جريان فشار قوي باشد، نياز به وجود مدارات واسطه¬اي است. اين مدارات در هر مدل OCTبنا بر شرايط طراحي و ساخته مي¬شوند.

۵-۳- كاليبراسيون :
بر اساس استاندارد IEC 185 : 1987،‌ در سختگيرانه¬ترين شرايط كلاس دقت يك CT براي حداكثر خطاي نسبت تبديل برابر %۱/۰ مي¬باشد ]۱۰[. با فرض وجود شرايط مشابه براي OCT و نيز با فرض آنكه وسيله كاليبره كننده بايد دست كم ۱۰ برابر بيش از وسيله كاليبره شونده دقت داشته باشد، براي انجام عمل كاليبراسيون نياز به وسايلي با دقت %۱/۰ يا ppm 100 خواهد بود. با اين شرايط مي¬توان از وسايلي كه براي كاليبراسيون CT استفاده مي¬شوند،‌ براي كاليبره نمودن OCT نيز

استفاده نمود. در اين شرايط بايد با استفاده از يك تقويت¬كننده،‌ سيگنال خروجي OCT را به ميزان جريان CT تقويت نمود. تا امكان كاليبراسيون وجود داشته باشد. روش¬هاي ديگري نيز براي كاليبراسيون OCT با جريان خروجي اندك (در حد ميلي آمپر) وجود دارد ] ۱۳ و ۱۴[. هنگام كاليبراسيون OCT بايد مشخصات آن مانند پاسخ فركانسي،‌ رنج ديناميكي و پايداري نيز مورد نظر قرار گيرند.

يكي از ويژگي¬هاي OCT اين است كه اين وسيله از قسمت¬هاي مختلفي ساخته مي¬شود. بنابراين برعكس CT¬هاي معمولي با بروز خطا در OCT ها،‌ تنها قسمت معيوب تعويض مي¬شوند و نيازي به جايگزين نمودن كل سيستم اندازه¬گيري نمي¬باشد. با در نظر گرفتن اين شرايط، وجود روش¬هاي كاليبراسيون OCT كه در محل تأسيسات فشار قوي قابل اجرا باشند، بسيار مفيد خواهد بود.

۶- نتيجه¬گيري:
مبدل¬هاي نوري جريان وسايلي كوچك، كم¬حجم،‌ داراي قسمت¬هاي مجتمع و با صرفۀ اقتصادي هستند كه به خوبي وسايل فشار قوي را به ادوات سنجش،‌ كنترل و حفاظت مرتبط مي¬سازند و هماهنگي خوبي با وسايل كنترل و حفاظت پيشرفته دارند. گرچه عملكرد اين وسايل بر اساس اصول فيزيكي و بسيار ساده است، ولي نياز به دقت خاصي در مراحل طراحي و توليد دارند. اين وسايل در قسمت¬هاي مختلف سيستم¬هاي قدرت داراي كاربرد موفقي بوده¬اند. با اين وجود طراحي سيستم¬هاي بهتر در جهت افزايش دقت و پايداري،‌ زمينه تحقيقاتي مناسبي را به وجود آورده است. به علاوه تدوين استانداردهاي لازم براي اين وسايل اهميت شاياني دارد. با به كارگيري اين وسايل در كنار CT هاي معمولي مي¬توان امكان ارزيابي عملكرد آنها را در سيستم موجود كشور فراهم آورد و با اين كار زمينۀ گسترش كاربرد اين وسايل را در جهت صرفه¬جويي اقتصادي و استفاده از فن¬آوري روز مهيا نمود.

فيبر نوری
فيبر نوری يکی از محيط های انتقال داده با سرعت بالا است . از فيبر نوری در موارد متفاوتی نظير: شبکه های تلفن شهری و بين شهری ، شبکه های کامپيوتری و اينترنت استفاده می گردد. فيبرنوری رشته ای از تارهای شيشه ای بوده که هر يک از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.

مبانی فيبر نوری
فيبر نوری ، رشته ای از تارهای بسيار نازک شيشه ای بوده که قطر هر يک از تارها نظير قطر يک تار موی انسان است . تارهای فوق در کلاف هائی سازماندهی و کابل های نوری را بوجود می آورند. از فيبر نوری بمنظور ارسال سيگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.

يک فيبر نوری از سه بخش متفاوت تشکيل شده است :
• هسته (Core) . هسته نازک شيشه ای در مرکز فيبر که سيگنا ل های نوری در آن حرکت می نمايند.
• روکش (Cladding) . بخش خارجی فيبر بوده که دورتادور هسته را احاطه کرده و باعث برگشت نورمنعکس شده به هسته می گردد.
• بافر رويه (Buffer Coating) . روکش پلاستيکی که باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير ، است .
صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و کابل های نوری را بوجود می آورند. هر يک از کلاف های فيبر نوری توسط يک روکش هائی با نام Jacket محافظت می گردند.
فيبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:
• فيبرهای تک حالته (Single-Mode) . بمنظور ارسال يک سيگنال در هر فيبر استفاده می شود( نظير : تلفن )
• فيبرهای چندحالته (Multi-Mode) . بمنظور ارسال چندين سيگنال در يک فيبر استفاده می شود( نظير : شبکه های کامپيوتری)
فيبرهای تک حالته دارای يک هسته کوچک ( تقريبا” ۹ ميکرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور ليزری مادون قرمز ( طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) می باشند. فيبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر ( تقريبا” ۵ / ۶۲ ميکرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED می باشند.

ارسال نور در فيبر نوری
فرض کنيد ، قصد داشته باشيم با استفاده از يک چراغ قوه يک راهروی بزرگ و مستقيم را روشن نمائيم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسير مسفقيم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد کرد. با توجه به عدم وجود خم و يا پيچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن کرد. در صورتيکه راهروی فوق دارای خم و يا پيچ باشد ، با چه مشکلی برخورد خواهيم کرد؟ در اين حالت می توان از يک آيينه در محل پيچ راهرو استفاده تا باعث انعکاس نور از زاويه مربوطه گردد.در صورتيکه راهروی فوق دارای پيچ های زيادی باشد ، چه کار بايست کرد؟ در چنين حالتی در تمام طول مسير ديوار راهروی مورد نظر ، می بايست از آيينه استفاده کرد. بدين ترتيب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با يک زاويه خاص) از نقطه ای به نقطه ای ديگر حرکت کرده ( جهش کرده و طول مسير راهرو را طی خواهد کرد). عمليات فوق مشابه آنچيزی است که در فيبر نوری انجام می گيرد.

نور، در کابل فيبر نوری از طريق هسته (نظير راهروی مثال ارائه شده ) و توسط جهش های پيوسته با توجه به سطح آبکاری شده ( Cladding) ( مشابه ديوارهای شيشه ای مثال ارائه شده ) حرکت می کند.( مجموع انعکاس داخلی ) . با توجه به اينکه سطح آبکاری شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد ، نور قادر به حرکت در مسافت های طولانی می باشد. برخی از سيگنا ل های نوری بدليل عدم خلوص شيشه موجود ، ممکن است دچار نوعی تضعيف در طول هسته گردند. ميزان تضعيف سيگنال نوری به درجه خلوص شيشه و طول موج نور انتقالی دارد. ( مثلا” موج با طول ۸۵۰ نانومتر بين ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر کيلومتر ، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بين ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر کيلومتر ، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بيش از ۵۰ درصد در هر کيلومتر)
سيستم رله فيبر نوری

بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فيبر نوری در سيستم های مخابراتی ، مثالی را دنبال خواهيم کرد که مربوط به يک فيلم سينمائی و يا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است . در فيلم فوق دو ناوگان دريائی که بر روی سطح دريا در حال حرکت می باشند ، نياز به برقراری ارتباط با يکديگر در يک وضعيت کاملا” بحرانی و توفانی را دارند. يکی از ناوها قصد ارسال پيام برای ناو ديگر را دارد.کاپيتان ناو فوق پيامی برای يک ملوان که بر روی عرشه کشتی مستقر است ، ارسال می دارد. ملوان فوق پيام دريافتی را به مجموعه ای از کدهای مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه می نمايد. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از يک نورافکن اقدام به ارسال پيام برای ناو ديگر می نمايد. يک ملوان بر روی عرشه کشتی دوم ، کدهای مورس ارسالی را مشاهده می نمايد. در ادامه ملوان فوق کدهای فوق را به يک زبان خاص ( مثلا” انگليسی ) تبديل و آنها را برای کاپيتان ناو ارسال می دارد. فرض کنيد فاصله دو ناو فوق از يکديگر بسار زياد ( هزاران مايل ) بوده و بمنظور برقرای ارتباط بين آنها از يک سيتستم مخابراتی مبتنی بر فيبر نوری استفاده گردد.
سيتستم رله فيبر نوری از عناصر زير تشکيل شده است :
• فرستنده . مسئول توليد و رمزنگاری سيگنال های نوری است .
• فيبر نوری مديريت سيکنال های نوری در يک مسافت را برعهده می گيرد.
• بازياب نوری . بمنظور تقويت سيگنا ل های نوری در مسافت های طولانی استفاده می گردد.
• دريافت کننده نوری . سيگنا ل های نوری را دريافت و رمزگشائی می نمايد.
در ادامه به بررسی هر يک از عناصر فوق خواهيم پرداخت .
فرستنده
وظيفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو فرستنده پيام است . فرستنده سيگنال های نوری را دريافت و دستگاه نوری را بمنظور روشن و خاموش شدن در يک دنباله مناسب ( حرکت منسجم ) هدايت می نمايد. فرستنده ، از لحاظ فيزيکی در مجاورت فيبر نوری قرار داشته و ممکن است دارای يک لنز بمنظور تمرکز نور در فيبر باشد. ليزرها دارای توان بمراتب بيشتری نسبت به LED می باشند. قيمت آنها نيز در مقايسه با LED بمراتب بيشتر است . متداولترين طول موج سيگنا ل های نوری ، ۸۵۰ نانومتر ، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است .
بازياب ( تقويت کننده ) نوری
همانگونه که قبلا” اشاره گرديد ، برخی از سيگنال ها در موارديکه مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده ( بيش از يک کيلومتر ) و يا از مواد خالص برای تهيه فيبر نوری ( شيشه ) استفاده نشده باشد ، تضعيف و از بين خواهند رفت . در چنين مواردی و بمنظور تقويت ( بالا بردن ) سيگنا ل های نوری تضعيف شده از يک يا چندين ” تقويت کننده نوری ” استفاده می گردد. تقويت کننده نوری از فيبرهای نوری متععدد بهمراه يک روکش خاص (doping) تشکيل می گردند. بخش دوپينگ با استفاده از يک ليزر پمپ می گردد . زمانيکه سيگنال تضعيف شده به روکش دوپينگی می رسد ، انرژی ماحصل از ليزر باعث می گردد که مولکول های دوپينگ شده، به ليزر تبديل می گردند. مولکول های دوپينگ شده در ادامه باعث انعکاس يک سيگنال نوری جديد و قويتر با همان خصايص سيگنال ورودی تضعيف شده ، خواهند بود.( تقويت کننده ليزری)

دريافت کننده نوری
وظيفه دريافت کننده ، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو دريافت کننده پيام است. دستگاه فوق سيگنال های ديجيتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی ، سيگنا ل های الکتريکی را برای ساير استفاده کنندگان ( کامپيوتر ، تلفن و … ) ارسال می نمايد. دريافت کننده بمنظور تشخيص نور از يک “فتوسل” و يا “فتوديود” استفاده می کند.
مزايای فيبر نوری

فيبر نوری در مقايسه با سيم های های مسی دارای مزايای زير است :
• ارزانتر. هزينه چندين کيلومتر کابل نوری نسبت به سيم های مسی کمتر است .
• نازک تر. قطر فيبرهای نوری بمراتب کمتر از سيم های مسی است .

• ظرفيت بالا . پهنای باند فيبر نوری بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بيشتر از سيم مسی است .
• تضعيف ناچيز. تضعيف سيگنال در فيبر نوری بمراتب کمتر از سيم مسی است .
• سيگنال های نوری . برخلاف سيگنال های الکتريکی در يک سيم مسی ، سيگنا ل ها ی نوری در يک فيبر تاثيری بر فيبر ديگر نخواهند داشت .
• مصرف برق پايين . با توجه به سيگنال ها در فيبر نوری کمتر ضعيف می گردند ، بنابراين می توان از فرستنده هائی با ميزان برق مصرفی پايين نسبت به فرستنده های الکتريکی که از ولتاژ بالائی استفاده می نمايند ، استفاده کرد.
• سيگنال های ديجيتال . فيبر نور ی مناسب بمنظور انتقال اطلاعات ديجيتالی است .
• غير اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الکتريسيته ، امکان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت .
• سبک وزن . وزن يک کابل فيبر نوری بمراتب کمتر از کابل مسی (قابل مقايسه) است.
• انعطاف پذير . با توجه به انعظاف پذيری فيبر نوری و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين های ديجيتال با موارد کاربردی خاص مانند : عکس برداری پزشکی ، لوله کشی و …استفاده می گردد.
با توجه به مزايای فراوان فيبر نوری ، امروزه از اين نوع کابل ها در موارد متفاوتی استفاده می شود. اکثر شبکه های کامپيوتری و يا مخابرات ازراه دور در مقياس وسيعی از فيبر نوری استفاده می نمايند.
تاریخچه ی ساخت فیبر نوری
اولین کسانی که در قرون اخیر به فکر استفاده از نور افتادند، انتشار نور را در جو زمین تجربه کردند. اما وجود موانع مختلف نظیر گرد و خاک، دود، برف، باران، مه و … انتشار اطلاعات نوری در جو را با مشکل مواجه ساخت . بعدها استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح گردید . نور در داخل این کانالها بوسیله آینه‌ها و عدسی‌ها هدایت می‌شد، اما از آنجا که تنظیم این آینه‌ها و عدسی‌ها کار بسیار مشکلی بود این کار نیز غیر عملی تشخیص داده شد و مطرود ماند.
شاید اولین تلاش در سیر تکاملی سیستم ارتباط نوری به وسیله الکساندر گراهام بل صورت گرفت که در سال ۱۸۸۰، درست ۴ سال پس از اختراع تلفن، اختراع تلفن نوری (فوتوفون) یا سیستمی که صدا را تا فواصل چندین صد متر منتقل می¬کرد، به ثبت رساند. تلفن نوری بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده با به ارتعاش در آوردن آینه¬ای کار می¬کرد. گیرنده یک فتوسل بود. در این روش نور در هوا منتشر می¬شد و بنابراین امکان اتقال اطلاعات تا بیش از ۲۰۰ متر میسر نبود. به همین دلیل، اگرچه دستگاه بل ظاهراً کار می¬کرد اما از موفقیت تجاری برخوردار نبود.
ایده استفاده از انکسار (شکست) برای هدایت نور (که اساس فیبرهای نوری امروزی است) برای اولین بار در سال ۱۸۴۰ توسطDaniel Colladon و Jacques Babinet در پاریس پیشنهاد شد. همچنین John Tyndall در سال ۱۸۷۰ در کتاب خود ویژگی بازتاب کلی را شرح داد: «وقتی نور از هوا وارد آب می¬شود به سمت خط عمود بر سطح خم می شود و وقتی از آب وارد هوا می¬شود از خط عمود دور می-شود. اگر زاویه¬ی پرتو نور با خط عمود در تابش از داخل آب بزرگتر از ۴۸ درجه شود هیچ نوری از آب خارج نمی¬شود در واقع نور به طور کامل از سطح آب منعکس می¬شود. زاویه¬ای که انعکاس کلی آغاز می-شود را زاویه بحرانی می¬نامیم».
کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح ساختند. آنان مبنای کار خود را بر آن گذاشتند که به سرعتی حدود ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه دست یابند. این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود .این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از ۲۰ سی بل نباشد . اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکائی ( کورنینگ گلس ) به این هدف دست یافت. در اوایل سال ۱۹۶۰ میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن گردید. در سال ۱۹۶۶ میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود . چرا که فیبرنوری بسیار سبکتر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دا

رد.
توسعه فناوری فیبرنوری از سال ۱۹۸۰ میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال ۱۹۸۵ میلادی در دنیا نزدیک به ۲ میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته‌است.
فیبر نوری از پالس‌های نور برای انتقال داده‌ها از طریق تارهای سیلکون بهره می‌گیرد. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد می‌تواند صدها هزار مکالمهٔ صوتی را حمل کند. فیبرهای نوری تجاری ظرفیت ۲٫۵ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌سازند. فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌نامند. هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص (معمولاً) است. هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کا ملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌آورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند که با عث می‌شود که نور در هسته تا بیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌رسند. این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) می‌نامند.

قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش قرار می‌گیرد.
یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد. این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است.

از لحاظ کلی دو نوع فیبر وجود دارد: تک حالتی و چند حالتی. فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌دهد، در حالی که فیبر چند حالتی می‌تواند صدها حالت نور را به طور هم‌زمان انتقال بدهد. (ویراستار : فواد مزرعه)
فیبر نوری در ایران

در ایران در اوایل دهه ۶۰، فعالیت‌های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران را درپی داشت و در سال ۱۳۶۷، کارخانه تولید فیبر نوری در یزد به بهره برداری رسید. عملاً در سال ۱۳۷۳ تولید فیبر نوری با ظرفیت ۵۰٫۰۰۰ کیلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند. در همان سال ۱۳۶۷ نخستین خط مخابراتی تار نوری بین تهران و کرج به کار افتاد.

اولین پروژه فیبرنوری با اجرای ۷۰۰ کیلومتر کابل با ۱۳ هزار کانال بین چندین مسیر با هزینه‌ای بالغ بر ۴۰ میلیارد ریال بین سالهای ۶۹ تا ۷۳ انجام شد. در برنامه دوم توسعه پروژه فیبرنوری با ۱۱۶۰۰ کیلومتر کابل با ۶۲۰ هزار کانال بین شهری با هزینه ۶۵۴ میلیارد ریال در سالهای ۷۴ تا ۷۸ به انجام رسید و نهایتا در برنامه سوم توسعه ۱۷۸۵۰ کیلومتر تا ۲ میلیون کانال با پروتکشن بین شهرهای کشور با هزینه‌ای بالغ بر ۱۰۳۵ میلیارد در سالهای ۷۹ تا ۸۳ اجرا شد.

پروژه تار نوری آسیا-اروپا که به TAE مشهور است داراری ۲۴۰۰۰ کیلومتر طول است و از چین، قرقیزستان، ازبکستان و ترکمنستان، ایران، ترکیه، اوکراین و آلمان می گذرد. ظرفیت قابل حمل این خط، ۷۵۶۰ کانال تلفنی است.

فیبرنوری یک موجبر استوانه‌ای از جنس شیشه یا پلاستیک است که دو ناحیه مغزی و غلاف با ضریب شکست متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده‌است. برپایه قانون اسنل برای انتشار نور در فیبر نوری شرط: می‌بایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکست‌های مغزی و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعیف می‌شود. این عوامل عمدتآ ناشی از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند.

 

فیبر نوری(لوله نوری) POF ,PCF , QOF در ایران
از سال ۱۳۸۷ تحقیقات وسیعی در مورد این نوع از فیبرها در مرکز فن آوری تخصصی صورت گرفت و در سال ۱۳۸۸ محققان ایرانی به نامهای ابوالفضل قربانی و ابراهیم هاشمی در شهر ممسنی موفق به ساخت و تولید نسل نوین فیبرهای نوری (POF , PCF ,QOF ) گردیدند و با دستیابی به تکنولوژی ساخت و تولیدآنها ایران در زمره معدود کشورهای دارنده تکنولوژی ساخت (POLYMER OPTICAL FIBER , PLASTIC CLAD FIBER ) قرار گرفت.فیبرهای نوری POF برای انتقال نور مرئی و بسیاری از کاربری‌های دیگر قابل استفاده هستند و در بحث انتقال دیتا سرعتی حدود ۴۰ گیگا بیت در ثانیه دارند که در مقایسه با فیبرهای نوری شیشه‌ای حدود ۴۰۰ برابر بیشتر می‌باشد.فیبرهای PCF , QOF جهت مصارف خاص صنایع مختلف از قبیل سنسورها و انتقال دیتا بسیار کار آمد است.در کل موارد استفاده از این فیبرهاموجب دستیابی به ابزارآلات هایتکی است که در انحصار بعضی از دولتها قرار داشته‌است.
در POFها شار نوری .
سیستم‌های مخابرات فیبر نوری
گسترش ارتباطات راه دور و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم‌های انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت‌ ترین موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی‌های مخابرات فیبر نوری می‌باشد. یکی از پر اهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال در فرستادن سیگنال‌های حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی در حوزه زمانی را دارا می‌باشد. این به این معنی است که مخابرات دیجیتال تامین کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکیج های کوچک انتقال در حوزه زمانی است. برای مثال عملکرد مخابرات فیبر نوری با توانایی ۲۰ مگا هرتز با داشتن پهنای باند ۲۰ کیلو هرتز دارای گنجایش اطلاعاتی ۰٫۱٪ می‌باشد. امروزه انتقال سیگنالها به وسیله امواج نوری به همراه تکنیک های وابسته به انتقال شهرت و آوازه سیستم‌های انتقال ماهوارهای را به شدت مورد تهدید قرار داده‌است. دیر زمانی ست که این مطلب که نور می‌تواند برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد به اثبات رسیده‌است و بشر امروزه توانسته‌است که از سرعت فوق العاده آن به بهترین وجه استفاده کند. در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید. در ۱۵ سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبرهای نوری فاکتورهای جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده‌است. مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قرار دادی تلقی می‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می‌شد. با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اما سیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی مانده‌است. از دلایل این امر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱)تکنیکهای مخابرات در سیستم‌های جدید مورد استفاده قرار می‌گرفت . ۲)سیستم‌های جدید با بالاترین تکنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود. ۳)انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیک های دیجیتال را فراهم می‌ساخت. این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات رابه صورت بیت به بیت پاسخگو بود .
• توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع: از آنجایی که مخابرات فیبر نوری دارای کارایی بالاتری نسبت به سیم های مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته‌است .

• آزادی از نویزهای الکتریکی : بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شییشه به دلیل رسانندگی انتخاب می‌شود. در نتیجه یک حامل موج نوری می‌تواند از پتانسیل موثر میدان های الکتریکی در امان باشد. از قابلیت‌های مهم این نوع مخابرات می‌توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان یک میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنالهای نام برده بدون آلودگی از پارازیت‌های الکتریکی و یا سیگنالهای مداخله گر به حد اکثر کارایی خود خواهند رسید .
فیبرهای نوری نسل سوم

طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۱۵۵۰ نانومتر و از حداقل پاشندگی در طول موج ۱۳۱۰ نانومتر بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده ۱٫۳ میکرون قرار داشت، به محدوده ۱٫۵۵ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف (D.S.F. Fiberِ) ساخته شد.
کاربردهای فیبر نوری

۱٫ کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌های اخیر شروع شده‌است. در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره‌گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیرپذیر می‌شود.
۲٫ کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها، ارتباط زیردریاییها (هیدروفون) را نام برد.

۳٫ کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماری‌ها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان دُزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات و خون نام برد. همچنین تارهای نوری در دستگاه هایی به نام درون بین یا آندوسکوپ استفاده می شود تا به درون نای، مری، روده و مثانه فرستاده شود و درون بدن انسان به طور مستقیم قابل مشاهده باشد.
۴٫ کاربرد فیبرنوری در روشنابی : از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم به عنوان یک فناوری روشنایی متداول شده و در چند سال قرن اخیر توسعه و رشد فراوانی پیدا کرده‌ است کاربرد آن در سیستم‌های روشنایی است. در این فناوری نور از منبع نوری که می‌تواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی) و یا نور طبیعی (نور خورشید) باشد وارد فیبر نوری شده و از این طریق به محل مصرف منتقل می‌شود. به این ترتیب نور به هر نقطه‌ای که در جهت تابش مستقیم آن نمی‌باشد منتقل می‌شود. امتیاز این نور که موجبات رشد سریع به کارگیری و توجه زیاد به این فناوری شده‌است این است که فاقد الکتریسیته گرما و تشعشعات خطرناک ماورای بنفش بوده (نور خالص و بی خطر) و دیگر اینکه بااین فناوری می‌شود نور روز (بدون گرما واشعه‌های ماورائ بنفش) را هم به داخل ساختمانها و نقاط غیر قابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.
فن آوری ساخت فیبرهای نوری
برای تولید فیبر نوری، نخست ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش‌سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌شود. از سال ۱۹۷۰ روش‌های متعددی برای ساخت انواع پیش‌سازه‌ها به کار رفته‌است که اغلب آنها بر مبنای رسوب‌دهی لایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.
روشهای ساخت پیش‌سازه
روش‌های فرآیند فاز بخار برای ساخت پیش‌سازه فیبر نوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:
• رسوب‌دهی داخلی در فاز بخار
• رسوب‌دهی بیرونی در فاز بخار
• رسوب‌دهی محوری در فاز بخار
موادلازم در فرایند ساخت پیش سازه

• تتراکلرید سیلیکون: این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرآیند مورد نیاز است.
• تتراکلرید ژرمانیوم: این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش‌سازه استفاده می‌شود.
• اکسی کلرید فسفریل: برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش‌سازه، این مواد وارد واکنش می‌شود.
• گاز فلوئور: برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می‌شود.
• گاز هلیم: برای نفوذ حرارتی و حباب‌زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• گاز کلر: برای آب‌زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است.
مراحل ساخت

۱٫ مراحل صیقل گرمایشی: پس از نصب لوله با عبور گازهای کلر و اکسیژن، در دمای بالاتر از ۱۸۰۰ درجه سلسیوس لوله صیقل داده می‌شود تا بخار آب موجود در جدار درونی لوله از آن خارج شود.
۲٫ مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می‌شود تا ناهمواری‌ها و ترک‌های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند.
۳٫ لایه‌نشانی ناحیه غلاف: در مرحله لایه‌نشانی غلاف، ماده تتراکلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیم وارد لوله شیشه‌ای می‌شوند و در حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی ۱۲۰ تا ۲۰۰ میلی‌متر در دقیقه در طول لوله حرکت می‌کند و دمایی بالاتر از ۱۹۰۰ درجه سلسیوس ایجاد می‌کند، واکنش‌های شیمیایی زیر به دست می‌آیند.

ذرات شیشه‌ای حاصل از واکنش‌های فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب می‌کنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال می‌شود به طوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می‌گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت می‌شوند. بدین ترتیب لایه‌های شیشه‌ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می‌گردند و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می‌دهند.