بخش دوم دوره آموزشی فیبر نوری (مزایا و معایب فیبر نوری) - مدرس مهندس نجم الدین جان بزرگی

فیبرهای نوری رشته‌های شفاف و انعطاف پذیری هستند که به طور معمول از شیشه و یا پلاستیک ساخته شده‌اند کابل‌های فیبرنوری همانند سیم‌های مسی بستری برای انتقال اطلاعات و داده‌ها هستند اما یکی از مهم ترین تفاوت‌های کابل فیبر نوری با کابل مسی در این است که کابل فیبرنوری اطلاعات و داده‌ها را به شکل نور انتقال می‌دهد و کابل‌های مسی داده‌ها و اطلاعات را به شکل سیگنال الکتریکی انتقال می‌دهد. قبل از پرداختن به مزایا و معایب فیبر نوری بهتر است در مورد ساختار آن بیشتر بدانیم.

فیبر نوری از رشته‌های شفاف شیشه‌ای و یا پلاستیکی ساخته شده است. کابل‌های فیبر نوری متشکل از چندین رشته و یا تار فیبر نوری هستند؛ که تعداد تارهای فیبر نوری به نوع کابل‌ها بستگی دارد.

فیبرهای نوری از چهار جز اصلی تشکیل شده اند:

1. هسته (Core)
2. غلاف (Clad)
3. روکش ضربه گیر (Buffer)
4. روکش خارجی (Outer jacket)

در کارخانه Core و Clading هر دو با هم ساخته می‌شوند و از یکدیگر جدا نیستند. داخل استوانه‌‌ی فیبر یک گاز تزریق می‌شود سپس آن را سرد و آن را در حالت کشش قرار می‌دهند؛ به این ترتیب Core غلیظ‌‌‌تر از Clading می‌شود؛ ناگفته نماند که جنس Core و Clading هر دو از شیشه است. روکش و یا Coting صرفا برای استحکام بخشیدن به Core و Clading قرار می‌گیرد.

"جنس Core و Clading که در صنعت مخابرات، ارتباطات و شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرد از شیشه است. چرا که می‌توانند اطلاعات را با سرعت بیشتری منتقل کنند."

فیبرنوری اطلاعات و داده ها را به شکل ذرات نور که به آن ها فوتون گفته می شود انتقال می دهد. core و clad هر کدام ضریب انعکاس مختلفی دارند که نور با زاویه های متفاوتی در آن ها خم می‌شود. سیگنال‌های نوری که داخل کابل‌های فیبرنوری حرکت می‌کنند از سطح هسته و غلاف انعکاس پیدا کرده و به شکل زیگزاگی که اصطلاحا به آن total internal reflection می‌گویند در تمام طول کابل حرکت می‌کنند.

اصول انتقال نور در فیبر نوری

همانطور که می‌دانید اگر نور از جسم شفاف و غلیظ بخواهد وارد یک جسم شفاف با غلظت کمتر شود سه حالت پیش می‌آید: 1. نور از جسم بیرون میزند. 2. نور به سطح جسم می‌تابد. 3. نور بازتاب می‌شود.

زاویه‌ای که نور از محیط غلیظ وارد محیط رقیق می‌شود "حد" نام دارد. اگر زاویه تابش بیش از زاویه حد باشد نور به داخل محیط برمی‌گردد، این رفت و برگشت‌ها عامل انتقال نور در فیبر می‌باشد. اصطلاح غلط و رایجی که در بین برخی کاربران وجود دارد این است که آن‌ها گمان می‌کنند رنگ Buffer باعث بازتابش نور می‌شود؛ در صورتی که تفاوت بین غلظت Core و Clading است که باعث بازتابش نور شده و به آن ضریب شکست می‌گویند.

فیبرهای نوری خود به دو گروه سینگل مود و مالتی مود تقسیم می شوند:

• سینگل مود

قطر Core فیبرنوری سینگل مود کوچک تر است در نتیجه signal attenuation کمتری دارد. هر چه قطر کور کوچک تر باشد، تعداد دفعات و شدت انعکاس سیگنال‌های نوری کاهش پیدا کرده در نتیجه سیگنال‌های نوری مسیری مستقیم و طولانی‌تری را طی می‌کنند. قطر core فیبرهای سینگل مود 11-8 میکرومتر، Clading 125 میکرومتر و Coting 255 میکرومتر می‌باشد. از آنجا که قطر core سیگنل مودها کوچک هستند پرتوهای نور به تنهایی مسیر مستقیم و طولانی را پیش گرفته و حرکت می‌کنند.

• مالتی مود

قطر core فیبرنوری مالتی مودها در مقایسه با سینگل مودها بیشتر است؛ در این حالت سیگنل‌های نوری در مسیر خود بارها به دیواره‌ی core برخورد کرده و منعکس می‌شوند و حرکت سیگنال‌های نوری به شکل زیگزاگی می شود. قطر core فیبرهای مالتی مود 62.5-50 میکرومتر، Clading 125 میکرومتر و Coting 255 میکرومتر می‌باشد. باتوجه به این که فیبرنوری مالتی مودها نسبت به سینگل مودها از تضعیف سیگنال بیشتری برخوردار است از آن در مسافت‌های کوتاه استفاده می‌شود و برای ایجاد پالس‌های نور در فیبر نوری مالتی مود از led استفاده می‌شود.

انواع فیبرنوری از نظر جنس مواد

1. GOF فیبرنوری شیشه ای
2. POF فیبرنوری پلیمری
3. PCF فیبرنوری با غلاف پلیمری

مزایای فیبر نوری

1. پهنای باند بسیار بالا

هیچ رسانه انتقال داده و اطلاعات مبتنی بر کابل از نوع دیگری پهنای باندی را که فیبر نوری تامین می کند را ارائه نمی دهد. حجم داده ای که کابل های فیبر نوری در واحد زمان ارسال می کنند بسیار بیشتر از کابل های مسی است. پهنای باند فیبرنوری بیش از 10 گیگابایت می باشد و برای مسافت های طولانی بسیار مناسب است.

2. مسافت طولانی

در انتقال فیبرنوری، کابل های نوری دارای افت خیلی کم توان در طول مسیر انتقال هستند، که امکان انتقال سیگنال ها را به مسافت های طولانی تری نسبت به کابل های مسی فراهم می کند.

3. مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی

در مرحله نصب و کابل کشی، مواجهه با محیط هایی مانند پست های برق، گرمایش، تهویه و سایر منابع صنعتی تداخل اجتناب ناپذیر است؛ کابل های فیبر نوری دارای ایزولاسیون الکتریکی هستند چرا که الیاف نوری هادی برق نیستند و به راحتی می توان این کابل ها را در کنار کابل هایی که ولتاژ بالایی دارند استفاده نمود بدون این که دچار نویز شوند؛ در نتیجه فیبر دارای نرخ خطای بیت بسیار پایینی است(EXP-13 10)  زیرا فیبر در برابر تداخل الکترومغناطیسی بسیار مقاوم بوده و انتقال فیبرنوری تقریبا بدون نویز می باشد.

4. ریسک امنیتی پایین

رشد بازار ارتباطات فیبر نوری عمدتا ناشی از افزایش آگاهی در مورد نگرانی های امنیتی سرقت داده های در حال انتقال و استفاده نفوذگران از شنود یا جایگزینی اطلاعات در خطوط انتقال مسی می باشد؛ در صورتی که داده ها و اطلاعات یا سیگنال ها از طریق نور در انتقال فیبر نوری ارسال می شوند. بنابراین هیچ راهی برای تشخیص داده هایی که با گوش دادن به انرژی الکترومغناطیسی و یا نشتی از طریق کابل منتقل شوند وجود ندارد و این ویژگی امنیت مطلق اطلاعات و داده ها را تضمین می کند.

5. اندازه کوچک

کابل فیبرنوری قطر بسیار کمی دارد به عنوان مثال قطر کابل یک فیبر مالتی مود OM3 حدود دو میلی متر است که از قطر کابل مسی کواکسیال هم کوچک تر است. اندازه کوچک باعث صرفه جویی در فضای اشغال شده در مسیرهای کابل کشی فیبرنوری می شود.

6. وزن سبک

هسته کابل فیبرنوری از شیشه یا پلاستیک شاخته شده اند و از کابل های مسی نازک تر هستند که باعث سبک تر شدن و نصب آسان این کابل ها می شود؛ همچنین با قابلیت سازگاری آسان و افزایش پهنای باند با استفاده از کابل فیبرنوری می توان تجهیزات جدیدی را به زیر ساخت کابل موجود اضافه کرد. از آنجا که کابل نوری می تواند ظرفیت بسیار گسترده ای را نسبت به کابل های مسی اولیه ایجاد کند. فناوری WDM (تقسیم بندی طول موج) از جمله CWDM و DWDM کابل های فیبر را قادر می سازد تا پهنای باند بیشتری را در خود جای دهند.

معایب فیبر نوری

1. شکنندگی

هسته کابل های فیبرنوری معمولا از شیشه ساخته شده اند که باعث می شود شکننده تر از سیم های برق باشند؛ علاوه بر این شیشه می تواند تحت تاثیر مواد شیمیایی مختلف از جمله گاز هیدروژن قرار گیرد که باعث می شود هنگام استقرار در زیر زمین به مراقبت های بیشتری نیاز داشته باشند.

2. نصب دشوار

انجام فیوژن یا جوش اتصال دهنده کابل فیبرنوری آسان نیست، و اگر آن ها را بیش از حد خم کنید می شکنند. کابل فیبر بسیار مستعد بریده شدن یا آسیب دیدن در حین نصب یا فعالیت های ساخت و ساز می باشد که تمامی این موارد نصب این نوع کابل را دشوار می کند.

3. تضعیف و پراکندگی سیگنال نوری

طولانی شدن مسافت انتقال باعث تضعیف و پراکندگی سیگنال های نوری می شود که به اجزای نوری اضافی مانند EDFA نیاز دارد.

4. هزینه بیشتر نسبت به کابل مسی

علی رغم این واقعیت که هزینه های نصب فیبر نوری تا 60 درصد در سال کاهش می یابد، هزینه نصب کابل های فیبر نوری همچنان بالاتر از کابل های مسی می باشد؛ چرا که کابل مسی مانند کابل های فیبر نوری به مراقبت و حساسیت بیشتری نیاز ندارند. باتوجه به گستردگی استفاده از فیبر نوری در حال حرکت به سمت کاربردهای خانگی می باشد و از طریق فناوری هایی مانند FTTX و PON امکان دسترسی مشترکین به پهنای باند وسیع را فراهم می کند.

5. تجهیزات ویژه مورد نیاز

برای اطمینان از کیفیت انتقال فیبرنوری به تجهیزات خاصی نیاز است؛ به عنوان مثال تجهیزاتی مانند otdr که یک بازتاب سنج دامنه زمانی نوری نیاز است و از طرفی تجهیزات تست فیبر نوری بسیار گران قیمت و تخصصی تر هستند؛ مانند پروب های نوری و تسترهای olst یا پاور میتر که در اکثر نقاط انتهایی فیبر برای ارائه درست آزمایش تست فیبر نوری مورد نیاز می باشند.

سخن نهایی

فیبرنوری به طور گسترده برای انتقال اطلاعات و داده ها نورد استفاده قرار می گیرد و به دلیل کارایی و ظرفیت انتقال بالا به طور فزاینده ای به جای کابل های فلزی و مسی مورد استفاده می باشد. بسیار دیده ایم که کابل های فیبر نوری جایگزین کابل های جفت تابیده مسی یا کابل کواکسیال شده اند. باتوجه به استفاده و تقاضا برای پهنای باند و سرعت بیشتر، شکی نیست که انتقال فیبر نوری فرصت های بیشتری را به ارمغان می آورد و به طور مداوم مورد تحقیق و توسعه قرار می گیرد تا نیازهای آینده را برآورده نماید.