هر آنچه باید در مورد فیبر نوری بدانید:

اطلاعات از راه ها و به شیوه‌ های مختلف و گوناگونی مانند امواج الکترومغناطیسی و امواج رادیویی و امواج مکانیکی و امواج صوتی و اپتیکی و علائمی مانند دود و غیره مخابره می‌شوند. انتقال هر یک از روش های بالا می‌تواند در محیط انتقال متفاوت و گوناگون باشد.

فیبر نوری چیست؟

به طور مثال بین دو نفر که به طور مستقیم دارند با یکدیگر صحبت می‌کنند و هوا محیط انتقال است یا در یک مکالمه تلفنی یک سیم مسی که از منزل به سمت مرکز تلفن یعنی مخابرات کشیده شده است کانال و مسیر انتقال پیام است، و همین طور اطلاعات در تلفن همراه نیز به وسیله محیط انتقال هوا از طریق امواج الکترومغناطیسی در فرکانس‌های رادیویی و میکروویو انتشار می‌یابد.

یکی دیگر از محیط‌های انتقال پیام فیبر نوری بوده که اطلاعات از طریق نور در آن انتشار می‌یابد، ممکن است این را شنیده باشید که فیبر نوری لوله‌ای پلاستیکی یا شیشه‌ای است که بسیار نازک است و می‌تواند نور لیزر را به مکانی دیگر هدایت نمایید، در اوایل کشف (دهه ۱۹۵۰ میلادی) فیبر نوری یکی از کاربردهای اولیه آن استفاده در سیستم‌های آندوسکوپی برای دیدن داخل بدن انسان بود، با بهبود یافتن ساختار فیبرهای نوری برای انتقال تماس تلفنی از فیبر نوری با سرعت نور استفاده کردند (دهه ۱۹۶۰ میلادی).

کابل های فیبر نوری:

کابل های این فیبر از رشته های بسیار نازکی که از جنس پلاستیک یا شش هستند ساخته می‌شوند. بیش از ۱۰۰ فیبر می‌تواند در یک کابل جای بگیرد، هر تک رشته فیبر می‌تواند در حدود یک دهم تار موی انسان ضخامت داشته باشد، آیا اینکه این تک رشته بسیار کم ضخامت و نازک می‌تواند ۲۵ هزار تماس تلفنی در لحظه را انتقال دهد شگفت انگیز نیست؟

فیبرها بین دو مکان از طریق نور اطلاعات را منتقل می نمایند برای اینکه بتوانیم از طریق نور اطلاعات را منتقل کنیم باید ابتدا اطلاعات را به نور تبدیل نماییم در واقع اطلاعات علمی‌تر و دقیق‌تر و صحیح‌تر این است که اطلاعات را به صورت اپتیکی معدوله کرده تا از طریق نور آن ها را بتوان ارسال کرد.

نور ترجمه غالب کلمه اپتیک در زبان فارسی است، حتماً به این نکته توجه داشته باشید که تنها منظور ما از کلمه نور فقط امواج ناحیه مرئی نبوده بلکه مقصود ما طیف اپتیکی یعنی فرابنفش و مرئی و مادون قرمز است. طول موج‌های استاندارد مخابرات فیبر که در ناحیه مادون قرمز قرار دارند عبارت‌اند از 1310nm و 1490nm و 1550nm

یک مثال مهم

به این مثال ساده توجه کنید که میان اتاق شما و دوست صمیمی شما یک رشته فیبر وجود دارد، شما اطلاعاتی را که به وسیله کامپیوتر خود تولید کرده‌اید را به وسیله یک مبدل به سیگنال‌های اپتیکی تبدیل می‌کنید و از طریق یک لیزر به داخل فیبر ارسال می‌نمایید.

در طرف دیگر دوست صمیمی شما برای دریافت اطلاعات به یک آشکارساز نوری یعنی فوتو دیود احتیاج دارد تا بتواند سیگنال اپتیکی را به الکتریکی تبدیل نمایند و بر روی کامپیوتر و صفحه نمایش خود مشاهده کند.

چگونگی کار کردن فیبر نوری:

پایه و اساس چگونگی و کار انتشار نور در فیبر به هیچ عنوان بحث پیچیده و دشوار و سختی نبوده و بر اساس و بر پایه قانون بازتاب کلی عمل می‌کند همان‌طور که می‌دانیم مطابق با این قانون نوری که با زاویه بزرگ‌تر از زاویه حد به سطح مشترک دو محیط که ضریب شکست‌های متفاوتی دارند بتابد دچار بازتاب داخلی (کلی) می‌شود.

هنگامی‌که نور از محیطی غلیظ یعنی با ضریب شکست بالاتر به مرز مشترک محیطی رقیق یعنی محیطی با ضریب شکست پایین تر برخورد کند به طور کامل از مرز مشترک بازتاب شده و وارد محیط دوم نمی‌شود چرا که نور با زاویه ای بیشتر از زاویه حد مرز مشترک دو محیط تابیده است.

فیبر از دو بخش اصلی پوسته و هسته که ضریب شکستی مختلف دارند تشکیل شده است، در هسته نور با ضریب شکست مشخصی انتشار میابد و در صورت برخورد با مرز مشترک پوسته و هسته با ضریب شکست دچار بازتاب کلی و داخلی می‌شود البته باید حواسمان باشد که ضریب شکست پوسته از ضریب شکست هسته کمتر است.

یک پارامتر مهم

یکی از پارامترهای مهم یک فیلم روزنه عددی (Numerical Aperture) یا زاویه پذیرش (Acceptance Angle) است، این زاویه مشخص می‌کند که اگر نوری با زاویه ای کمتر از زاویه پذیرش به فیبر وارد شد دچار شکست کامل شده و می‌تواند در فیبر انتشار یابد.

پرتوهای نوری که در زاویه پذیرش و بیشتر از آن به فیبر وارد می‌شوند در مرز مشترک پوست و هسته دچار شکست شده و به درون پوسته نفوذ کرده و در نهایت تلف می‌شود، با در نظر گرفتن زاویه پذیرش برای هر دو نیمه پایینی و بالایی فیبر می‌توانیم مخروطی را به اسم مخروط پذیرش (Acceptance Cone) تعریف کنیم که اگر نوری در آن جای گیرد می‌تواند به وسیله فیبر هدایت شود.

انواع فیبر نوری:

سیگنال‌های نوری را فیبر در حالت‌های مختلف منتشر می‌کند به این حالت های گوناگون مد یا مود (mode) می‌گویند، به بیان ساده تر به مسیری که پرتو نور در یک فیبر می‌گذراند مد می‌گویند، به حالت های گوناگون انتشار موج درون کاواک (درون لیزر) را مد نیز می‌گویند که این تعریف درباره مد علمی‌تر و دقیق‌تر است.

مدل تک مد ساده ترین مدل فیبر است فیبرهای تک مد معمولاً هسته‌ای به قطر کمتر از ۱۰ میکرومتر دارند، می‌توانیم بگوییم که پرتو نور یا سیگنال نوری فقط در یک حالت و در وسط هسته فیبر حرکت می‌نماید، برای اینترنت پرسرعت و ارسال حجم زیادی از اطلاعات مانند کانال‌های تلویزیونی اچ دی HD و همینطور برای مسافت های طولانی نزدیک به ۱۰۰ کیلومتر عموماً از فیبر تک مد استفاده می‌شود.

فیبرهای چند مد نسبت به فیبرهای تک مد دچار پهن شدگی بیشتری می‌شوند چراکه پهنای پالس در فیبرهای تک مد خیلی باریک است.

فیبر نوری نوع مالتی مد

مالتی مد (multi mode) نوع دیگر فیبرها هستند، در یک فیبر مالتی مد هسته‌اش می‌تواند تا حدود ۱۰ برابر بزرگ‌تر از یک هسته یک فیبر تک مد باشد، در این نوع فیبر سیگنال اپتیکی می‌تواند از طریق چند حالت مختلف در فیبر ارسال شود، از فیبرهای مالتی مد عموماً در شبکه‌های کامپیوتری یک سازمان کوچک و یا در فاصله های کوتاه استفاده می‌شود.

نوعی از فیبرهای چند مد هستند که ضریب شکست هسته آن‌ها عددی ثابت نیست و به تدریج تغییر می‌کند به‌عبارت‌دیگر ضریب شکست هسته این نوع فیبرها از مکان تبعیت می‌کند به‌عبارت‌دیگر ضریب شکست آن به صورت تابعی از مکان و به صورت تدریجی تغییر می‌کند و عددی ثابت نیست، در این مدل فیبرها به نظر می‌رسد که نور خم شده ولی در واقع نور دچار شکست به تعداد بسیار زیادی شده است.

کاربردهای فیبر نوری عبارت اند از:

۱. شبکه‌های مخابراتی و کامپیوتری

۲. کاربردهای پزشکی

۳. ژیروسکوپ های نوری

۴. صنایع نظامی و هوایی

۵. زیبایی و روشنایی