فیبر نوری

بعد از اختراع لیزر در سال ۱۹۶۰ میلادی، ایده بكارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات شكل گرفت .خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال ۱۹۶۶ همزمان در انگلیس و فرانسه با تضعیفی برابر با اعلام شد كه عملا درانتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اینكه در سال ۱۹۷۶ با كوشش فراوان محققین تلفات فیبر نوری تولیدی شدیدا كاهش داده شد و به مقدار رسید كه قابل ملاحظه با سیم های كوكسیكال مورد استفاده در شبكه مخابرات بود.
در ایران در اوایل دهه ۶۰ ، فعالیت های تحقیقاتی در زمینه فیبر نوری در مركز تحقیقات منجر به تاسیس مجتمع تولید فیبر نوری در پونك تهران گردیدو عملا در سال ۱۳۷۳ تولید فیبرنوری با ظرفیت ۵۰.۰۰۰ كیلومتر در سل در ایران آغاز شد.فعالیت استفاده از كابل های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران شروع شد تا در آینده نزدیك از طریق یك شبكه ملی مخابرات نوری به هم متصل شوند.
فیبرنوری یك موجبر استوانه ای از جنس شیشه (یا پلاستیك) كه دو ناحیه مغزی وغلاف با ضریب شكست متفاوت ودولایه پوششی اولیه وثانویه پلاستیكی تشكیل شده است . بر اساس قانون اسنل برای انتشار نور در فیبر نوری شرط : می بایست برقرار باشد كه به ترتیب ضریب شكست های مغزی و غلاف هستند . انتشار نور تحت تاثیر عواملی ذاتی و اكتسابی ذچار تضعیف می شود. این عوامل عمدتا ناشی از جذب ماورای بنفش ، جذب مادون قرمز ،پراكندگی رایلی، خمش و فشارهای مكانیكی بر آنها هستند . منحنی تغییرات تضعیف برحسب طول موج در شكل زیر نشا ن داده شده است.
فیبرهای نوری نسل سوم
طراحان فیبرهای نسل سوم ، فیبرهایی را مد نظر داشتند كه دارای حداقل تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۵۵/۱ میكرون و از حداقل پاشندگی در طول موج ۳/۱ میكرون بهره جستند و فیبری را طراحی كردند كه دارای ساختار نسبتا پیچیده تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شكست فیبرهای تك مد از نسل دوم ، كه حداقل پاشندگی ان در محدوده ۳/۱ میكرون قرار داشت ، به محدوده ۵۵/۱ میكرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.
كاربردهای فیبر نوری
الف)كاربرد در احساسگره
استفاده از احساسگرهای فیبر نوری برای اندازه گیری كمیت های فیزیكی مانندجریان الكتریكی، میدان مغناطیسی فشار،حرارت ،جابجایی،آلودگی آبهای دریا سطح مایعات ،تشعشعات پرتوهای گاماوایكس در سال های اخیر شروع شده است . در این نوع احساسگرها ، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی احساسگر بهره گیری می شود بدین ترتیب كه خصوصیات فیبر تحت میدان كمیت مورد اندازه گیری تغییر یافته و با اندازه شدت كمیت تاثیر پذیر می شود.
ب)كاربردهای نظامی
فیبرنوری كاربردهای بی شماری در صنایع دفاع دارد كه از آن جمله می توان برقراری ارتباط و كنترل با آنتن رادار، كنترل و هدایت موشك ها ، ارتباط زیر دریایی ها (هیدروفون) را نام برد .
ج)كاربردهای پزشكی
فیبرنوری در تشخیص بیماری ها و آزمایش های گوناگون در پزشكی كاربرد فراوان دارد كه از آن جمله می توان دزیمتری غدد سرطانی ، شناسایی نارسایی های داخلی بدن،جراحی لیزری فاستفاده در دندانپزشكی و اندازه گیری مایعات و خون نام برد .
فن آوری ساخت فیبرهای نوری
برای تولید فیبر نوری ، ابتدا ساختار آن در یك میله شیشه ای موسوم به پیش سازه از جنس سیلیكا ایجادمی گردد و سپس در یك فرایند جداگانه این میله كشیده شده تبدیل به فیبرمی گردد . از سال ۱۹۷۰ روش های متعددی برای ساخت انواع پیش سازه ها به كار رفته است كه اغلب آنها بر مبنای رسوب دهی لایه های شیشه ای در اخل یك لوله به عنوان پایه قرار دارند .
روشهای ساخت پیش سازه
روش های فرایند فاز بخار برای ساخت پیش سازه فیبرنوری را می توان به سه دسته تقسیم كرد :
رسوب دهی داخلی در فاز بخار
رسوب دهی بیرونی در فاز بخار
رسوب دهی محوری در فاز بخار
موادلازم در فرایند ساخت پیش سازه
- تتراكلرید سیلسكون :این ماده برای تا مین لایه های شیشه ای در فرایند مورد نیاز است .
- تتراكلرید ژرمانیوم : این ماده برای افزایش ضریب شكست شیشه در ناحیه مغزی پیش سازه استفاده می شود .
- اكسی كلرید فسفریل: برای كاهش دمای واكنش در حین ساخت پیش سازه ، این مواد وارد واكنش می شود .
- گازفلوئور : برای كاهش ضریب شكست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می شود .
- گاز هلیم : برای نفوذ حرارتی و حباب زدایی در حین واكنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می گیرد.
- گاز كلر: برای آب زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واكنش اصلی مورد نیاز است .
مراحل ساخت
+ مراحل سیقل حرارتی: بعد از نصب لوله با عبور گاز های كلر و اكسیژن ، در درجه حرارت بالاتر از ۱۸۰۰ درجه سلسیوس لوله صیقل داده می شود تا بخار اب موجود در جدار داخلی لوله از ان خارج شود.
+ مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای كلر، اكسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می شود تا ناهمواری ها و ترك های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند .
+ لایه نشانی ناحیه غلاف : در مرحله لایه نشانی غلاف ، ماده تترا كلرید سیلیسیوم و اكسی كلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گاز های هلیم و فرئون وارد لوله شیشه ای می شوند ودر حالتی كه مشعل اكسی هیدروژن با سرعت تقریبی ۱۲۰ تا ۲۰۰ میلی متر در دقیقه در طول لوله حركت می كند و دمایی بالاتر از ۱۹۰۰ درجه سلسیوس ایجاد می كند ، واكنش های شیمیایی زیر ب دست می آیند.
ذرات شیشه ای حاصل از واكنش های فوق به علت پدیده ترموفرسیس كمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده وبر روی جداره داخلی رسوب می كنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت كافی به آنها اعمال می شود به طوری كه تمامی ذرات رسوبی شفاف می گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده ویكنواخت می شوند.بدین ترتیب لایه های یشه ای مطابق با طراحی با تركیب در داخل لوله ایجاد می گردد و در نهایت ناحیه غلاف را تشكیل می دهد.

منبع :www.physicsir.com

منبع : روزنامه شرق