آشنایی با ساختار فیبر نوری
در طی دو دهه اخیر، فعالیت های چمشگیری در تحقیقات و توسعه فیبرنوری در سطح جهان انجام پذیرفته و فناوری فیبرنوری در زمینه های مختلف مانند مخابرات، سیستم های حسگر و ابزار دقیق و غیره کاربردهای بی شماری پیدا کرده است.
بعد از اختراع لیزر در سال 1960 میلادی ، ایده بکارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال 1966 همزمان در انگلیس و فرانسه با تضعیفی برابر اعلام شد که عملا در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود، تا اینکه در سال 1976با کوشش فراوان محققین ، تلفات فیبر نوری تولیدی شدیدا کاهش داده شد و به مقداری رسید که قابل ملاحظه با سیمهای کواکسیکال مورد استفاده در شبکه مخابرات بود.
در ایران در اوایل دهه 60 ، فعالیتهای تحقیقاتی در زمینه فیبر نوری در مرکز تحقیقات منجر به تأسیس مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران گردید و عملا در سال 1373 تولید فیبر نوری با ظرفیت 50.000 کیلومتر در سل در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابلهای نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران شروع شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم متصل شوند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی ذچار تضعیف میشود. این عوامل عمدتا ناشی از جذب ماورای بنفش ، جذب مادون قرمز ، پراکندگی رایلی ، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند.
فیبرنوری چیست؟
فیبر نوری یک محیط انتقال داده با سرعت بالا است که معمولا برای اتصال بین شبکه های تلفن بین شهری و شهری و شبکه های کامپیوتری و غیره استفاده میشود . در کابل فیبر نوری رشته ای از الیاف شیشه ای سیگنالهای داده را به صورت پالسهای نور منظم در مسافتهای طولانی حمل میکنند . ضخامت هر کدام از این رشته ها تقریبادر حد یک تار موی انسان است . این راه یک روش نسبتا ایمن برای انتقالdata است زیرا برعکس کابلهای مسی که dataبه سرقت بر. را به صورت سیگنالهای الکترونیکی حمل می کنند، فیبر نوری در مقابل سرقت اطلاعات آسیب پذیر نیست.
.jpg)
» اجزای تشکیل دهنده یک فیبر نوری (تصویر بالا):
1- core یا هسته: یک رشته نازک شیشه که در مرکز فیبر است و سیگنال در داخل آن حرکت میکند.
2- Cladding یا روکش: لایه شیشه ای دیگری بوده که با هسته متحدالمرکز است ولی ضریب شکست نور در آن متفاوت است و به عنوان روکش دور تا دور هسته را گرفته و باعث شکست نور میشود.
3- Coating یا رویه: که از جنس پلاستیک بوده و از فیبر در مقابل آسیب های احتمالی مانند رطوبت و تا حد کمی ضربه و احیانا شکستن هسته حفاظت میکند.
فیبرهای نوری در دو گروه دسته بندی می شوند:
1- Single mode یا تک حالته: در این نوع فیبرها در هر لحظه یک سیگنال یا پالس نوری در آن عبور داده میشود که نور به صورت مستقیم از داخل آن رد میشود.
2-- Multi mode یا چند حالته: در این نوع فیبرها در هر لحظه چندین پالس نوری با زوایای مختلف درون فیبر تابانده یا ارسال می شود.
انعکاس نور در فیبر نوری
همانطور که در شکل بالا مشاهده می شود، زمانی که نور درون هسته تابیده می شود، پوشش روی هسته که Cladding نام داشت باعث انعکاس نور در طول مسیر به داخل هسته میشود. (دو دیوار آینه کاری شده را در نظر بگیرید که روی یکی از آنها نور یک لیزر تابیده شود. خواهید دید که نور لیزر چگونه طول مسیر را طی کرده و خارج می شود.) در برخی از فیبرهای ارزان قیمت بدلیل وجود نا خالصی در شیشه ممکن است در طول مسیر دچار تضعیف پالسهای نور شویم. در این حالت نوعی تقویت کننده برای فیبرهای نوری در نظر گرفته شده که مانند یک آمپلی فایر عمل کرده و سیگنالها را regenerate میکند. با این تفاوت که به جای سیگنالهای الکتریکی پالسهای نور را بازسازی و تقویت می کند.
فناوری ساخت فیبرهای نوری
برای تولید فیبر نوری ، ابتدا ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرآیند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌گردد . از سال 1970 روشهای متعددی برای ساخت انواع پیش سازه‌ها بکار رفته است که اغلب آنها بر مبنای رسوب دهی لایه‌های شیشه‌ای در اخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.
روشهای ساخت پیش سازه
روشهای فرآیند فاز بخار برای ساخت پیش سازه فیبرنوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:
• رسوب دهی داخلی در فاز بخار
• رسوب دهی بیرونی در فاز بخار
• رسوب دهی محوری در فاز بخار
موادلازم در فرآیند ساخت پیش سازه
• تتراکلرید سیلسکون: این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرآیند مورد نیاز است.
• تتراکلرید ژرمانیوم: این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش سازه استفاده میشود.
• اکسی کلرید فسفریل: برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش سازه ، این مواد وارد واکنش میشود.
• گاز فلوئور: برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده میشود.
• گاز هلیوم: برای نفوذ حرارتی و حباب زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• گاز کلر: برای آب زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است .
مراحل ساخت
مراحل صیقل حرارتی: بعد از نصب لوله با عبور گازهای کلر و اکسیژن ، در درجه حرارت بالاتر از 1800 درجه سلسیوس لوله صیقل داده میشود تا بخار آب موجود در جدار داخلی لوله از آن خارج شود.
مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر ، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده میشود تا ناهمواریها و ترکهای سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند.
لایه نشانی ناحیه غلاف: در مرحله لایه نشانی غلاف ، ماده تترا کلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیوم و فرئون وارد لوله شیشه‌ای می‌شوند ودر حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی 120 تا 200 میلیمتر در دقیقه در طول لوله حرکت میکند و دمایی بالاتر از 1900 درجه سلسیوس ایجاد میکند.
ذرات شیشه‌ای حاصل از واکنشهای فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب میکنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال میشود. بطوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می‌گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت می‌شوند. بدین ترتیب لایه‌های شیشه‌ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می‌گردد و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می‌دهد.
سیستم ارتباط بوسیله فیبرنوری
سیستم‌های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل این قسمت هاست:
فرستنده: مسئول تولید، رمز نگاری و ارسال سیگنالهای نور است. در این قسمت سیگنالهای الکتریکی به پالسهای نور تبدیل می شوند. در این سیستم برای تاباندن نور به داخل فیبر از یک LED استفاده میشود. در برخی از فرستنده های گران قیمت به منظور تمرکز نور در داخل فیبر و توان بالاتر از یک لنز استفاده میشود.
فیبر نوری: محیط انتقال داده ها است که است که داده هایی که به صورت پالسهای نوری در آمده اند تا مسافتهای طولانی حمل می کند.
تقویت کننده نوری: ممکن است برای تقویت سیگنالهای نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)
دریافت کننده: مسئول دریافت و رمز گشایی پالسهای نوری است. این دستگاه پس از دریافت و رمز گشایی پالسها آنها را به صورت سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکند تا برای کامپیوت قابل درک باشد. در این دستگاه ه منظور تشخیص نور از یک فتوسل استفاده شده است.
مزایای فیبر نوری:
• در مسافتهای بالا هزینه آن نسبت به سیمهای مسی ارزانتر است.
• پهنای باند فیبر نوری برای ارسال اطلاعات بسیار بیشتر از سیم های مسی است.
• تضعیف سیگنال در فیبرهای نوری نسبت به سیمهای مسی بسیار نا چیز است.
• سیگنالهای موجود در یک فیبر بر فیبر دیگر تاثیر نخواهد گذاشت. همچنین میدانهای الکتریکی هیچ تاثیری بر روی فیبر و روند انتقال داده ها در یک فیبر نوری ندارد.