فیبر نوری | کابل فیبر نوری | تجهیزات فیبر نوری

optical-communication-enables-global-connectivity

 

فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری (Optical Fiber) رشته های شیشه ای یا پلاستیکی به نازکی تار مو هستند. به کمک فیبر نوری می توان نور را منتقل کرد (ورود از سر فیبر نوری و خروج از ته آن). به دلیل از دست رفتن مقدار جزئی سیگانال ها (داده ها) از طریق انتقال با فیبر نوری به نسبت فلزات از این فیبر نوری برای انتقال داده برای مسافت های طولانی با پهنای باند (Bandwidth) بالا استفاده می شود. فیبر نوری عمدتا از یک هسته شفاف و پوشش روی آن که ضریب شکست کمتری نسبت به هسته فیبر نوری دارد تشکیل شده است. نور به کمک بازتاب کلی درون هسته فیبر نوری حرکت می کند و منتقل می شود. فیبر نوری از شیشه شفاف و خالص ساخته می شود. به نقل از یک شرکت تولید کننده فیبر نوری:

اگر روی سطح اقیانوسی از شیشه بکار رفته در ساخت فیبرنوری بایستید، میتوانید عمق چندین مایلی آنرا بوضوح ببینید.

ساختار فیبر نوری

ظرفیت انتقال فیبر نوری بسیار بالا است. در آزمایشی که در سال ۲۰۱۲ در کشور ژاپن انجام شد، کابل با تک فیبر نوری توانست ۱ پتابیت داده در یک ثانیه را در طول ۵۰ کیلومتر منتقل کرد. امروزه کابل های فیبر هزاران فیبر نوری در یک کابل جا داده اند که قابلیت انتقال با پهنای باند جندین ترابایت بر ثانیه را دارند.

مزایای استفاده از فیبر نوری

  • پهنای باند بالا: ظرفیت انتقال اطلاعات بیشتر، یهنای باند بالا سبب می شود داده ها با سرعت بیشتر، برای کاربران بیشتر و در فاصله های طولانی تر منتقل شود.
  • ارتقا ساده: با پیشرفت تکنولوژی در آینده می توان فقط لوازم الکترونیکی را ارتقا داد و کابل فیبر نوی سر جای خود بماند.
  • میرایی کم: میرایی در واقع کاهش سیگنال یا فدرت نور در یک مقدار از فیبر است. این مقدار در فیبر نوری کم است که سبب می شود از فیبر نوری در مسافت های خیلی طولانی استفاد شود.
  • ایمنی EMI / RFI: به این خاطر که نور به جای جریان الکتریکی منتقل میشود، نسبت به الکترومعناطیس و فرکانس رادیویی ایمن است پس تاثیر نویز و نرخ بیت های خطا حین و کیفیت بهتر سیگنال را به همراه دارد
  • امنیت: از آنجایی که سیگنال ها نوری هستند وصل شدن به کابل بدون اینکه شناسایی انجام شود غیر ممکن است.
  • سبک: کابل های فیبر نوری به نسبت کابل های مسی سبک تر و کم حجم تر هستند.

کابل فیبر نوری

کابل فیبر نوری شامل تعدادی فیبر نوری است. هر فیبر در کابل فیبر نوری معمولا دارای روکش با لایه های پلاستیکی هستند. کابل های فیبر نوری انواع مختلفی دارند که بر کاربرد های متفاوتی مثل مسافت های طولانی یا انتقال داده یا سرعت بالا در مسافت کم ساخته شده اند.

 

 


فیبر نوری بسیار سخت است. ولی استحکام به صورت غیر قابل اجتنابی توسط معایب سطحی در طی فرآیند تولید کاهش پیدا می کند. استحکام اولیه فیبر در گذر زمان مربوط به فشار وارده به فیبر در هنگام نگهداری، کابل کشی و نصب تغییر پذیر است. Telcordia GR-20 ضوابط نگهداری و محافظت از کیفیت و قابلیت اعتماد فیبر نوری را بازگو می کند.

ساختار کابل فیبر نوری

همانطور که در شکل بالا و ویدیو مشاهده می شود، کابل فیبر نوری شامل موارد اصلی زیر است:

هسته فیبر نوری (core)

مرکزی ترین قسمت کابل فیبر نوری است که کار آن عبور دادن نور می باشد. اندازه هسته نشان دهنده مقدار نوری است که فیبر نوری می تواند از خود عبور دهد. هسته بزرگ تر مقدار نور بیشتری را از خود عبور خواهد داد.

پوشش دور هسته (cladding)

این پوشش هسته شیشه ای را احاطه کرده است. وظیفه آن بازتاب نور به هسته است. ضریب شکست این پوشش با هسته فیبر نوری متفاوت است. از این رو اواج نور به سمت هسته بر میگردند و باعث عبور نور در طول فیبر خواهند شد.

فیبر نوری - لایه ها

کوتینگ (coating)

به منظور از محافظت از فیبر نوری و افزایش استحکام و کشش، معمولا چندین پوشش اکریلات (acrylate) بروی فیبر قرار می گیرد.

جکت (Jacket)

برای افزایش استحکام، یکپارچگی و محافظت کلی از فیبر نوری از پوشش جکت استفاده می شود. مواد اولیه برای تولید جکت متفاوت هستند. از ترکیبات متنوعی برای ساخت آن ها استفاده می شود. جکت باید متناسب با محیطی باشد که کابل فیبر نوری در آن استفاده می شود. پارامتر هایی از محیط که برای این منظور مهم هستند عبارتند از: دما، واکنش های شیمیایی، تابش نور خورشید و مقاومت در مقابل سایش.

optical-fiber-cable-construction

انواع کابل فیبر نوری

اندازه فیبر نوری

با مقایسه هسته و پوشش دور+کوتینگ آن می توانیم کابل های فیبر نوری را دسته بندی کنیم به این صورت که اول قطر فیبر نوری و سپس قطر پوشش با کوتینگ بیان می شود. مثلا: ۶۲٫۵/۱۲۵

حالت های (modes) فیبر نوری

فیبر های نوری را بر این اساس می توان به دسته تقسیم کرد:
فیبر های نوری چند حالته: فیبر نوری هایی که چند مسیر انتشار برای انتقال داده دارند که فیبر نوری چند حالته (MMF یا Multi-mode Optical Fiber) نام دارند. هسته این نوع فیبر ۵۰-۱۰۰ میکرون است. ضخامت بیشتر این نوع فیبر نوری باعث می شود پالس های نور به طور همزمان از هسته عبور کنند. همپوشانی حالت ها یا پالس ها باعث می شود بیت خطا تولید شود. این نوع فیبر نوری نهایتا برای ۲ کیلومتر مسافت مناسب خواهد بود.

ساختار فیبر نوری چند حالته
فیبر های نوری تک حالته: فیبر های نوری تک مسیر (SMF یا Single-mode Optical Fiber) که هسته آن ۸-۱۰ میکرون است. این هسته کوچک فقط اجازه عبور یک نور را می دهد. این نوع پهنای باند و ظرفیت بیشتری دارد و برای مسافت بیشتر از ۱۰۰۰ متر کاربرد دارد که شرکت های تلفن معمولا از این نوع استفاده می کنند.
smf-single-mode-optical-fiber-construction
ساختار فیبر نوری تک حالته

بر اساس کاربرد

نوع کابل فیبر نوری کاربرد مزایا ساختار
Distribution Cable داخلی (indoor) تعداد فیبر نوری کمتر، ارزان distribution-optical-fiber-cable-construction
Breakout Cable داخلی (indoor) سخت، بدون نیاز به سخت افزار، قطع کردن ساده breakout-optical-fiber-cable-construction
Loose Tube Cable خارجی (outdoor) سخت، عایق آب loose-tube-optical-fiber-cable-construction
Armored Cable خارجی (outdoor) جلوگیری از جویده شدن armored-loose-tube-optical-fiber-cable-construction

داده های شبکه چگونه به سیگنال های نوری تبدیل می شوند؟

برای انتقال اطلاعات کامپیوتری توسط فیبر نوری نیاز هست که بیت های داده به سیگنال های نور تبدیل شوند. از این طریق بتوان از فیبر نوری استفاده کرد. همانطور که در شکل زیر بیان شده است، بدین منظور هنگام ورود سیگنال نوری از فیبر نوری سیگنال به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. سپس سیگنال الکتریکی توسط واحد پردازش دیکد می شود و به بیت تبدیل می شود و برعکس.

نحوه تبدیل بیت به سیگنال نوری برای فیبر نوری

راهنمای انتخاب فیبر نوری مناسب

رتبه بندی کابل ها و انتخاب ها برای اتصال کار طاغت فرسایی است. در مورد کابل های فیبر نوری این امر مقداری گیج کننده خواهد بود. در ادامه به این موضوع می پردازیم که چگونه مناسب ترین کابل فیبر نوری را انتخاب کنیم.
کابل های فیبر نوری تنوع بسیار زیادی برای کاربردهای متفاوت دارند، از شبکه داخلی یک شرکت، مرکز داده ها تا لینک های ارتباطی بین قاره ای مثل خطوط داده بین امریکای شمالی و اروپا. ما در اول به معرفی انواع کابل که در شبکه های کوچک نزدیک خانه به خصوص کابل های آماده برای نصب (patch cords یا pre-terms) می پردازیم.

تک حالته یا چند حالته

اولین موضوعی که برای کابل فیبر نوری باید تعیین شود حالت (mode) کابلی که نیاز است می باشد. باید به این نکته دقت کنیم که این دو نوع کابل با هم سازگار نیستند و نمی توانند جایگزین یک دیگر باشند.
تنوع در کابل های patch cord تک حالته کم هست، ولی در کابل های چند حالته تنوع بالاتری دارد. این تنوع با OM1، OM2 و OM3 بیان می شود. اصولا این تنوع شامل ظرفیت سرعت، پهنای باند، مسافت و نوع کاربرد با توجه به سخت افزار مورد نیاز و کابل هایی دیگر که می توانند به آن ها متصل شوند، میشود.

جکت ها

فبیر های pre-term می توانند در محیط های مختلف راه اندازی شوند. به تبع جکت های متفاوتی دارند. جکت استاندارد OFNR نام دارد که معرف Optical Fiber Non-conductive Riser است که مشخص می کند که فلز در آن به کار نرفته است. در واقع نمی تواند جریان الکتریکی را عبور دهد و می توانند برای کاربرد های مثل کابل کشی برای طبقات استفاده شوند. فیبرهای patch cords هم به صورت OFNP یا plenum عرضه می شوند که برای که برای محیط هایی مثل کف یا بدون سقف مناسب هستند. بسیاری از مراکز داده و اتاق های سرور به کابل های plenum نیاز دارند. آخرین نوع جکت LSZH نام دارد که معرف Low Smoke Zero Halogen است که از ترکیباتی ساخته شده است که هنگام سوختن دود سمی کمی تولید می کنند.

سیمپلکس (simplex) یا دوبکلس (duplex)

در واقع این مورد تفاوت در تعداد فیبر ۱ یا ۲ یا اتصال دهنده ها در آخر یک کابل ۱ یا ۲ عدد باشند، را دارند. Patch cords دوبلکس بسیار متداول تر است. به این خاطر که کابل های الکترونیکی به دو فیبر نوری برای ارتباط نیاز دارند، یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت سیگنال. در هر حال بسته به کاربرد می توانید موردی که نیاز هست را انتخاب کنید.

کانکتورها (connectors)

همانند کابل های مسی که ممکن است از هر مدلی مثل cat 5 یا ۵e برای twisted pair باشند برای ارتباط به کانکتور نیاز است. کانکتورها برای فیبر نوری تنوع کمی دارند، انواع متداول کانکتورها عبارتند از:

  • LC: پرکاربرترین کانتور که کوچک و تقریبا مربعی است که با کشیدن و حول دادن اتصال را می توان برقرار کرد.
  • SC: این کانکتور مربعی است و مانند LC است، ولی اندازه آن دوبرابر است.
  • ST: این کانکتور گرد است و به صورت پیچی اتصال را برقرار می کند. هم اندازه SC است و یکی از پرکاربرد ترین کانکتورهاست ولی ممکن است گراند را سریع از دست بدهد.
  • MTRJ: این مدل شبیه به RJ ها متصل می شود.
گفتگو آنلاین