فیبرنوری چگونه كار میكند؟
فیبرنوری چگونه كار میكند؟
هرجا كه صحبت از سیستم های جدید مخابراتی، سیستم های تلویزیون كابلی و اینترنت باشد، در مورد فیبر نوری هم چیزهایی میشنوید.
فیبرهای نوری از شیشه شفاف و خالص ساخته میشوند و با ضخامتی به نازكی یك تار موی انسان، میتوانند اطلاعات دیجیتال را در فواصل دور انتقال دهند. از آنها همچنین برای عكسبرداری پزشكی و معاینه های فنی در مهندسی مكانیك استفاده میشود. 

یك رشته فیبر نوری

فیبرنوری چیست؟

فیبرهای نوری رشته های بلند و نازكی از شیشه بسیار خالصند كه ضخامتی در حدود قطر موی انسان دارند. آنها در بسته هایی بنام كابلهای نوری كنار هم قرار داده میشوند و برای انتقال سیگنالهای نوری در فواصل دور مورد استفاده قرار میگیرند.

اگر با دقت به یك رشته فیبر نوری نگاه كنید، می بینید كه از قسمتهای زیر ساخته شده :

قسمتهای مختلف یك رشته فیبر نوری  

• هسته _ هسته بخش مركزی فیبر است كه از شیشه ساخته شده و نور در این قسمت سیر میكند.       

• لایه روكش _ واسطه شفافی كه هسته مركزی فیبر نوری را احاطه میكند وباعث انعكاس نور به داخل هسته میشود.
• روكش محافظ _ روكشی پلاستیكی كه فیبر نوری در برابر رطوبت و آسیب دیدن محافظت میكند.

صدها یا هزاران عدد از این رشته های فیبر نوری بصورت بسته ای در كنار هم قرار داده میشوند كه به آن كابل نوری گویند. این دسته از رشته های فیبر نوری با یك پوشش خارجی موسوم به ژاكت یا غلاف محافظت میشوند.

فیبرهای نوری دو نوعند :

• فیبرهای نوری تك وجهی _ این نوع از فیبرها هسته های كوچكی دارند ( قطری در حدود inch (4-) 10x 5/3  یا   9 میكرون ) و میتوانند نور لیزر مادون قرمز ( با طول موج 1300 تا 1550 نانومتر ) را درون خود هدایت كنند.
• فیبرهای نوری چند وجهی _ این نوع از فیبرها هسته های بزرگتری دارند ( قطری در حدود inch (3-) 10x 5/2 یا  5/62  میكرون ) و نور مادون قرمز گسیل شده از دیودهای نوری موسوم به LEDها را ( با طول موج 850 تا 1300 نانومتر ) درون خود هدایت میكنند.

برخی از فیبرهای نوری از پلاستیك ساخته میشوند. این فیبرها هسته بزرگی ( با قطر 4 صدم inch یا یك میلیمتر ) دارند و نور مرئی قرمزی را كه از LEDها گسیل میشود ( و طول موجی برابر با 650 نانومتر دارد ) هدایت میكنند.

یك فیبر نوری چگونه نور را هدایت میكند؟

فرض كنید میخواهید یك باریكه نور را بطور مستقیم و در امتداد یك كریدور بتابانید. نور براحتی در خطوط راست سیر میكند و مشكلی ازین جهت نیست. حال اگر كریدور مستقیم نباشد و در طول خود خمیدگی داشته باشد چگونه نور را به انتهای آن میرسانید؟
برای این منظور میتوانید از یك آینه استفاده كنید كه در محل خمیدگی راهرو قرار میگیرد و نور را در جهت مناسب منحرف میكند. اگر راهرو خیلی پیچ در پیچ باشد و خمهای زیادی داشته باشد چه؟ میتوانید دیوارها را با آینه بپوشانید و نور را به دام بیندازید بطوریكه در طول راهرو از یك گوشه به گوشه دیگر بپرد. این دقیقا همان چیزی است كه در یك فیبرنوری اتفاق می افتد.
نور در یك كابل فیبرنوری، بر اساس قاعده ای موسوم به بازتابش داخلی، مرتبا بوسیله دیواره آینه پوش لایه ای كه هسته را فراگرفته، به این سو و آن سو پرش میكند و در طول هسته پیش میرود.
 

تصویری از بازتابش كلی نور در یك فیبر نوری

از آنجا كه لایه آینه پوش اطراف هسته هیچ نوری را جذب نمیكند، موج نور میتواند فواصل طولانی را طی كند. به هر حال، برخی از سیگنالهای نوری در حین حركت در طول فیبر، ضعیف میشوند كه علت عمده آن وجود برخی ناخالصیها داخل شیشه است. میزان ضعیف شدن سیگنال به درجه خلوص شیشه بكار رفته در داخل فیبر و نیز طول موج نوری كه درون فیبر سیر میكند بستگی دارد (بعنوان مثال
850 نانومتر = 60 تا 75 درصد در هر یك كیلومتر
1300 نانومتر = 50 تا 60 درصد در هر یك كیلومتر
1550 نانومتر = بیش از 50 درصد در هر یك كیلومتر ).
برخی از فیبرهای نوری هم هستند كه سیگنال در داخل آنها خیلی كم تضعیف میشود. (كمتر از 10 درصد در هر یك كیلومتر برای 1550 نانومتر ).

سیستم ارتباط بوسیله فیبرنوری

برای پی بردن به اینكه فیبرهای نوری چگونه در سیستم های ارتباطی مورد استفاده قرار میگیرند، اجازه دهید نگاهی بیاندازیم به فیلم یا سندی كه مربوط به جنگ جهانی دوم است. دو كشتی نیروی دریایی را درنظر بگیرید كه از كنار یكدیگر عبور میكنند و لازم است باهم ارتباط برقرار كنند درحالی كه امكان استفاده از رادیو وجود ندارد و یا دریا طوفانی است. كاپیتان یكی از كشتی ها پیامی را برای یك ملوان كه روی عرشه است میفرستد. ملوان آن پیام را به كد مورس ترجمه میكند و از نورافكنی ویژه كه یك پنجره كركره جلو آن است برای ارسال پیام به كشتی مقابل استفاده میكند. ملوانی كه در كشتی مقابل است این پیام مورس را میگیرد، ترجمه میكند و به كاپیتان میدهد. (ملوان كشتی دوم عكس عملی را انجام میدهد كه ملوان كشتی اول انجام داد.)

حالا فرض كنید این دو كشتی هر یك در گوشه ای از اقیانوسند و هزاران مایل فاصله دارند و در فاصله بین آنها یك سیستم ارتباطی فیبرنوری وجود دارد.


سیستم های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل این قسمت هاست:

• فرستنده _ سیگنالهای نور را تولید میكند و به رمز در میاورد.
• فیبرنوری _ سیگنالهای نور را تا فواصل دور هدایت میكند.
• تقویت كننده نوری _ ممكن است برای تقویت سیگنالهای نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)
• گیرنده نوری _ سیگنالهای نور را دریافت و رمزگشائی میكند.


فرستنده

نقش فرستنده شبیه ملوانی است كه روی عرشه كشتی فرستنده پیام ایستاده و پیام را ارسال میكند. فرستنده ابزار تولید نور را در فواصل زمانی مناسب خاموش یا روشن میكند.
فرستنده درعمل به فیبر نوری متصل میشود و حتی ممكن است دارای لنزی برای متمركز كردن نور به داخل فیبر هم باشد. قدرت اشعه لیزر بیش از LEDهاست اما با كم و زیاد شدن دما شدت نورشان تغییر میكند و گرانتر هم هستند. متداول ترین طول موجهایی كه استفاده میشود عبارتند از: 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر. (مادون قرمز و طول موجهای نامرئی طیف )

تقویت كننده نوری

همانطور كه قبلا هم به آن اشاره شد، نور حین عبور از فیبر ضعیف میشود. (مخصوصا در فواصل طولانی بیش از نیم مایل یا حدود یك كیلومتر مثلا در كابلهای زیر دریا) بنابرین یك یا بیش از یك تقویت كننده نوری در طول كابل بسته میشوند تا نور ضعیف شده را تقویت كنند.
یك تقویت كننده نوری دارای فیبرهای نوری با پوشش ویژه ای است. نور ضعیف شده پس از ورود به این تقویت كننده تحت تاثیر این پوشش خاص و نیز نور لیزری كه به این پوشش تابیده میشود تقویت میشود. ملكولهای موجود در این پوشش ویژه با تابش لیزر به آنها، سیگنال نوری جدید و قوی تولید میكنند كه مشخصات آن مشابه نور ورودی به تقویت كننده است. درواقع تقویت كننده نوری یك آمپلی فایر لیزری برای نور ورودی به آن است. گیرنده نوری مشابه ملوانی كه روی عرشه كشتی گیرنده پیام بود عمل میكند. این گیرنده سیگنالهای نوری ورودی را میگیرد، رمزگشائی میكند و سیگنالهای الكتریكی مناسب را برای ارسال به كامپیوتر، تلویزیون یا تلفن كاربر تولید و به آنها ارسال میكند. این گیرنده برای دریافت و آشكارسازی نور ورودی از فتوسل یا فتودیود استفاده میكند./

گیرنده نوری

گیرنده نوری مشابه ملوانی كه روی عرشه كشتی گیرنده پیام بود عمل میكند. این گیرنده سیگنالهای نوری ورودی را میگیرد، رمزگشائی میكند و سیگنالهای الكتریكی مناسب را برای ارسال به كامپیوتر، تلویزیون یا تلفن كاربر تولید و به آنها ارسال میكند. این گیرنده برای دریافت و آشكارسازی نور ورودی از فتوسل یا فتودیود استفاده میكند

 

جمعه 30/9/1386 - 18:16
پسندیدم 0
UserName