سیل اطلاعات بر بستر شیشه

نگاهی به ساختار و کارکرد فیبرهای نوری

در جهان امروز گسترش ارتباطات و تسهیل در انتقال اطلاعات از طریق سیستم های انتقال و مخابرات فیبر نوری بسیار حائزاهمیت است. از مهم ترین ویژگی های مخابرات فیبر نوری سرعت، دقت و آسانی کاربرد است. از پراهمیت ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری سهولت در فرستادن سیگنال های حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی در حوزه زمانی را دارد. مدت زمانی طولانی است که بشر اثبات کرده برای انتقال اطلاعات می تواند از نور بهره بگیرد. در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل چهار سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیازنامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن شد. در ۲۰ سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبرهای نوری، فاکتورهای جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر برای انسان به ارمغان آمده است. اما فیبر نوری چیست؟ در پاسخ باید گفت رشته یی از تارهای بسیار نازک شیشه یی است که قطر هر یک از تارها به اندازه قطر یک تار موی انسان است.

تارهای فوق در کلاف های سازماندهی شده، کابل های نوری را پدید می آورند. از فیبر نوری به منظور ارسال سیگنال های نوری در ساخت های طولانی استفاده می شود. یک فیبر نوری از سه بخش متفاوت تشکیل شده است؛ هسته نازک شیشه یی در مرکز فیبر که سیگنال های نوری در آن حرکت می کنند و قسمت دیگر روکش که بخش خارجی فیبر را تشکیل می دهد که دور تا دور هسته را احاطه کرده و باعث برگشت نور منعکس شده به هسته می شود و در نهایت بافر رویه که یک روکش پلاستیکی است باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آسیب رسان می شود. فیبرهای نوری در دو گروه عمده ارائه می شوند که عبارتند از فیبر تک حالته که به منظور ارسال یک سیگنال در هر فیبر استفاده می شود مانند تلفن و فیبر چندحالته که به منظور ارسال چندین سیگنال در یک فیبر استفاده می شود مانند شبکه های کامپیوتری.

لازم به ذکر است برخی از سیگنال های نوری به دلیل عدم خلوص شیشه موجود در فیبر ممکن است دچار نوعی تضعیف در طول فیبر شوند به طوری که میزان این تضعیف به درجه خلوص شیشه و طول موج نور انتقالی بستگی دارد. به عنوان مثال برای موج با طول ۸۵۰ نانومتر (m ۹-۱۰) در هر کیلومتر بین ۶۰ تا ۷۵ درصد تضعیف وجود دارد. البته برای حل این مشکل هم فکری شده است به این صورت که برای تقویت سیگنال نوری تضعیف شده از یک یا چندین تقویت کننده نوری استفاده می شود. این تقویت کننده ها از فیبرهای نوری متعدد به همراه یک روکش خاص (Doping) تشکیل شده است. با توجه به توضیحات فوق باید گفت فیبر نوری در مقایسه با سیم های مسی دارای مزایای زیر است؛

ارزان تر است، به طوری که هزینه چندین کیلومتر کابل نوری نسبت به سیم های مسی کمتر است. دیگر آنکه قطر فیبرهای نوری به مراتب کمتر از سیم های مسی است.

فیبرهای نوری پهنای باند به مراتب بیشتری نسبت به سیم مسی جهت ارسال اطلاعات دارند همچنین تضعیف سیگنال در فیبر نوری به مراتب کمتر از سیم مسی است.

یکی از مهم ترین خواص فیبر نوری این است که برخلاف سیگنال های الکتریکی در یک سیم مسی سیگنال نوری در یک فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهد داشت. فیبر نوری نسبت به سیم مسی وزن کمتری داشته و همچنین به علت عدم وجود الکتریسیته در فیبر نوری امکان بروز آتش سوزی وجود ندارد چون سیگنال ها در فیبر نوری کمتر تضعیف می شوند بنابراین می توان از فرستنده هایی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستنده های الکتریکی که از ولتاژ بالایی استفاده می کنند استفاده کرد. فیبر نوری برای انتقال اطلاعات دیجیتالی (رقمی) بسیار مناسب است. با توجه به انعطاف پذیری فیبر نوری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آن در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتال با موارد کاربردی خاص در لوله کشی استفاده می شود.

در ایران هم عملاً در سال ۱۳۷۳ تولید فیبر نوری با ظرفیت ۵۰ هزار کیلومتر در سال آغاز شد. اولین پروژه فیبر نوری با اجرای ۷۰۰ کیلومتر کابل با ۱۳ هزار کانال بین چندین مسیر با هزینه یی بالغ بر ۴۰ میلیارد ریال بین سال های ۶۹ تا ۷۳ انجام شد. در برنامه سوم توسعه پروژه فیبر نوری با ۱۱۶۰۰ کیلومتر کابل با ۶۲۰ هزار کانال شهری با هزینه ۶۵۴ میلیارد دلار در سال های ۷۴ تا ۷۸ به انجام رسید و نهایتاً در برنامه سوم توسعه ۱۷۸۵۰ کیلومتر تا میلیون کانال با پروتکشن بین شهرهای کشور با هزینه یی بالغ بر ۱۰۳۵ میلیارد در سال های ۷۹ تا ۸۳ اجرا شد و هنوز نیز گسترش فیبر نوری در ایران ادامه دارد. که این موضوع نشان دهنده اهمیت استفاده هر چه بیشتر از فیبر نوری است.

جهت اطلاع باید گفته شود متداول ترین طول موج سیگنال های نوری ۸۵۰ نانومتر (با تضعیف ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر کیلومتر) و ۱۳۰۰ نانومتر (با تضعیف بین ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر کیلومتر) و ۱۵۵۰ نانومتر (با تضعیف بیش از ۵۰ درصد در هر کیلومتر) هستند که در مخابرات فیبر نوری مورد استفاده قرار می گیرند. در حال حاضر بیشترین مهندسان مخابرات و فیزیکدانان در بالا بردن تکنولوژی فیبر نوری نقش دارند چون حجم انتقال اطلاعات و تقویت کننده های نوری جهت جلوگیری از تضعیف سیگنال نوری از مهم ترین مباحث فیبر نوری هستند.

رامتین راوندی

مدرس دروس فنی دانشگاه جامع علمی - کاربردی