فیبر نوری و کارایی آن (Optical-Fiber)

 فیبر نوری راه دیگری است که اطلاعات کدگذاری شده را به شکل نور از طریق یک لوله‌ی پلاستیکی و یا شیشه‌ای ارسال می‌کند. این روش در دهه‌ی 1950 برای آندوسکوپی استفاده می‌شد و به پزشکان کمک می‌کرد که داخل بدن انسان‌ها را بدون ایجاد جراحت‌های بزرگ رؤیت کنند. در دهه‌ی 1960 مهندسان راهی مشابه برای استفاده از فیبر نوری در انتقال تماس‌های تلفنی، یافتند. سرعت انتقال اطلاعات در این کابل‌ها به حدود دوسوم سرعت نور می‌رسد (سرعت نور به‌طورمعمول 300,000 کیلومتر در هر ثانیه در خلأ).

فیبر نوری و کارایی آن (Optical-Fiber)

فیبر نوری چیست؟

انسان ایده‌های مختلفی برای انتقال اطلاعات را امتحان کرده است. زمانی که با یک تلفن ثابت صحبت می‌کنیم، یک سیم کابل حامل صدا را از مبدأ به سمت سوکت در مقصد هدایت می‌کند و کابل دیگری این اطلاعات را به کمک تلفن در مقصد تبدیل می‌کند. تلفن‌های همراه به شکل متفاوتی عمل می‌کنند، آن‌ها اطلاعات را از طریق امواج نامرئی رادیویی ارسال و دریافت می‌کنند و به فنّاوری آن‌ها بی‌سیم یا wireless گفته می‌شود زیرا در آن هیچ کابلی استفاده نمی‌گردد.

 فیبر نوری راه دیگری است که اطلاعات کدگذاری شده را به شکل نور از طریق یک لوله‌ی پلاستیکی و یا شیشه‌ای ارسال می‌کند. این روش در دهه‌ی 1950 برای آندوسکوپی استفاده می‌شد و به پزشکان کمک می‌کرد که داخل بدن انسان‌ها را بدون ایجاد جراحت‌های بزرگ رؤیت کنند. در دهه‌ی 1960 مهندسان راهی مشابه برای استفاده از فیبر نوری در انتقال تماس‌های تلفنی، یافتند. سرعت انتقال اطلاعات در این کابل‌ها به حدود دوسوم سرعت نور می‌رسد (سرعت نور به‌طورمعمول 300,000 کیلومتر در هر ثانیه در خلأ).

کابل‌های فیبر نوری از رشته‌های فوق نازک از جنس شیشه و یا پلاستیک، ساخته‌شده است و هر کابل می‌تواند متشکل از 2 تا صدها رشته فیبر نوری باشد. قطر هر رشته کمتر از یک‌دهم ضخامت موی انسان است و قادر است اطلاعاتی معادل 25000 مکالمه‌ی تلفنی را حمل کند. پس هر کابل فیبر نوری توانایی جابه‌جایی چندین میلیون تماس تلفنی را خواهد داشت.

نور از طریق برخوردهای متوالی با دیوارهای رشته‌ی فیبر نوری، جابه‌جا می‌شود. هر ذره‌ی کوچک فوتون (از ذرات تشکیل‌دهنده‌ی نور) در لوله‌ی شیشه‌ای یا پلاستیکی به سمت بالا و پایین پرش می‌کند. ممکن است تصور کنید که تمامی نور برخورد کرده به دیواره‌ها بازتابیده می‌شود، بله اما این در حالتی است که پرتو با زاویه‌ی کمتر از 42 درجه به دیواره‌های شیشه‌ای برخورد کند، در این‌صورت است که آن‌ها مانند آینه رفتار می‌کنند. موارد گفته‌شده، یکی از عوامل ماندگاری نور در لوله است.

نکته‌ی دیگری که باعث ماندگاری نور در لوله می‌شود، ساختار کابل است که از دو قسمت مجزا تشکیل‌شده است. بخش اصلی کابل که در وسط قرارگرفته است هسته نام دارد که ذرات نور در آن حرکت می‌کند. دورتادور بخش خارجی هسته، لایه‌ی دیگری از جنس شیشه پیچیده شده است که به آن روکش گفته می‌شود. وظیفه‌ی روکش نگهداری سیگنال‌های نوری در داخل هسته است. نوع شیشه‌ی استفاده‌شده در مرکز و روکش متفاوت است و ازلحاظ فنی، ضریب شکست شیشه‌ی استفاده‌شده در روکش نسبت به شیشه‌ی هسته کمتر است.

کاربرد فیبر نوری چیست؟

کاربرد کابل‌های فیبر نوری در زمینه‌های مختلف بسیار گسترده است. برای مثال:

پزشکی:کابل‌های فیبر نوری برای نوردهی، تصویر‌برداری و همچنین به‌عنوان لیزر در جراحی‌ها استفاده می‌شود. دستگاه‌هایی که به پزشکان کمک می‌کنند که داخل بدن انسان را بدون خراشیدن و بریدن تماشا کنند که به آن آندوسکوپی گفته می‌شود، یکی از مهم‌ترین کاربردهای فیبر نوری در 50 دهه‌ی گذشته را نشان می‌دهد.

فناوری lab on a fiber یا آزمایشگاه روی یک فیبر، افق‌های جدید را برای علم پزشکی نمایان ساخته است. این فناوری شامل واردکردن کابل فیبر نوری باضخامت موی نازک به همراه یک حس‌گر در بدن بیمار می‌باشد. این فناوری می‌تواند با داخل شدن به بدن بیمار برخی موارد مانند درجه حرارت، میزان PH و… را اندازه‌گیری کند. به بیانی دیگر این نوع از فیبر نوری علاوه بر نوردهی برای دیدن داخل بدن، برخی موارد را اندازه‌گیری هم می‌کند.

نوع یاد شده از فیبر نوری ازلحاظ اندازه‌ای شبیه نوعی است که در گاستروسکوپی (gastroscopy) از آن استفاده می‌شود. گاستروسکوپی به معنای کمک‌گیری از ابزاری نازک و منعطف از جنس فیبر نوری است که به پزشک این امکان را می‌دهد که از راه دهان وارد مری و معده‌ی بیمار شود و جراحت‌های احتمالی (مانند زخم معده یا اثناعشر) را تشخیص دهد.

دفاعی:کابل‌های فیبر نوری ارزان، نازک، سبک، با ظرفیت بالا، مقاوم در برابر نویز و بسیار امن هستند. پس برای استفاده در اتصالات بین پایگاه‌های ارتش و دیگر تأسیسات مانند سایت پرتاب موشک و ایستگاه‌های ردیابی رادار، بسیار مناسب‌اند. استفاده از فیبر نوری به‌جای سیم‌های مسی در هواپیما نظامی و بالگرد باعث کاهش هزینه‌ها و وزن این ماشین‌ها شده است و همچنین مقاومت این سیم‌ها در برابر رعدوبرق باعث بهبود عملکرد و ایمنی این ماشین‌ها در شرایط سخت آب و هوایی می‌گردد.

از فیبر نوری در ساخت هیدروفون hydrophones که گیرنده‌ای مخصوص برای شنیدن صداها در زیرآب طراحی‌شده است استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها از طریق دریافت موج‌های لرزه‌ای در آب و برای کشف لرزه‌های دریایی و همچنین در سو نار (Sonar (originally an acronym for SOund Navigation And Ranging)) به کار می‌رود. سو نار نیز تکنیکی است که زیردریایی‌ها و ناو‌ها و کشتی‌ها برای شناسایی موانع و یافتن مسیر در زیرآب، استفاده می‌کنند.

ذخیره‌سازی اطلاعات:برای انتقال داده‌ها از فیبر نوری استفاده می‌شود؛ که از طریق ارسال پالس‌های نور در فیبر نوری که نوعی از امواج الکترومغناطیسی باردار به شمار می‌آیند، اطلاعات از مکانی به مکان دیگر انتقال پیدا می‌کنند.

مخابرات:بسیاری از شرکت‌های ارائه‌دهنده‌ی خدمات مخابراتی برای انتقال سیگنال‌های تلفنی و ارتباط اینترنتی از فیبر نوری کمک می‌گیرند. با توجه به میزان کم تضعیف و تداخل در این نوع از کابل‌ها نسبت به کابل‌های مسی، بهترین گزینه به شمار می‌آیند.

شبکه‌های کامپیوتری:امروزه کابل‌های فیبر نوری اساسی‌ترین راه برای انتقال اطلاعات در مسافت‌های زیاد به شمار می‌آیند زیرا 3 مزیت بزرگ نسبت به کابل‌های مسی دارند:

1-      تضعیف کمتر: اطلاعات 10 بار بیشتر از سیم‌های مسی بدون نیاز به تقویت، انتقال پیدا می‌کنند و این باعث می‌شود که شبکه‌های فیبری ساده‌تر و ارزان‌تر و با کارایی بالاتر ظاهر شوند.

2-     عدم تداخل: برخلاف کابل‌های مسی هیچ تداخل الکترومغناطیسی بین فیبر نوری وجود ندارد پس اطلاعات را باکیفیت بهتر و ایمن‌تر انتقال می‌دهند.

3-    پهنای باند بالا: همان‌طور که گفته شد کابل‌های فیبر نوری می‌توانند داده‌های به‌مراتب بیشتری نسبت به کابل مسی با قطر یکسان، جابه‌جا کنند.

صنعت و تجارت:

–          برای تصویربرداری از مناطق دور از دسترس

–          سیم‌کشی در مناطقی که تحت تأثیر نویزها و تداخل‌های الکترومغناطیسی قرار دارند

–          به‌عنوان حسگر تشخیص دما، فشار و یا دیگر اندازه‌گیری‌ها

–         سیم‌کشی اتومبیل‌ها و محیط‌های صنعتی

رسانه و تلویزیون‌های کابلی:شرکت‌های فعال درزمینهٔ رسانه و پخش همگانی، برای سیم‌کشی تلویزیون‌های کابلی (CATV)، تلویزیون‌های وضوح‌بالا (HDTV)، اینترنت، سیستم پخش ویدیو هنگام درخواست (Video on demand(VOD)) و … از کابل‌های فیبر نوری استفاده می‌کنند. سیستم VOD به تماشاگران خو اجازه می‌دهد زمان پخش برنامه‌ها را خود انتخاب کنند و محدودیت زمان تعیین‌شده برای پخش سراسری را از میان برمی‌دارد.