فیبر نوری یا تار نوری چیست؟ کاربرد و نحوه ی کارکرد آن

فیبر نوری یا تار نوری، یکی از دستاوردهای مهم در حوزه ارتباطات است که شرایط انتقال داده را از طریق نور ممکن می‌سازد. در این روش رشته‌های شیشه ای یا پلاستیکی بسیار نازک، نور حاوی داده‌ها را از مبدا به مقصد هدایت می‌کنند. علاقمندان حوزه فناوری و ارتباطات، همواره به دنبال یافتن شیوه‌هایی برای انتقال سریع تر و ایمن تر اطلاعات هستند و تار نوری در این زمینه جایگاه چشمگیری پیدا کرده است.

فیبر نوری چیست؟ | تار نوری چیست؟

فیبر نوری یا تار نوری به رشته ای بسیار نازک از شیشه یا پلیمر گفته می‌شود که اطلاعات را در قالب نور هدایت می‌کند. در هر تار، نور با بازتاب درونی به سمت دیگر منتقل می‌شود. این نوع کابل، داده‌ها را در قالب پالس‌های نوری جابه‌جا می‌کند و به علت توانایی بالا در جابه‌جایی حجم عظیمی از اطلاعات، در شبکه‌های مخابراتی جایگاه ویژه‌ای دارد. زیرساخت‌های بزرگی مانند اینترنت و خطوط تلفن در سطح کلان، از همین ابزار بهره می‌برند. تارها نسبت به سیم‌های فلزی ضخامت کمتری دارند و وزنشان نیز سبک تر است. نور درون این رشته‌ها به دلیل تفاوت در ویژگی‌ لایه‌های داخلی، به طور کامل بازتاب می‌شود و به سمت مقصد هدایت می‌گردد.

مستر اچ پی در زمینه ی فروش انواع سرورهای HP و تجهیزات مرتبط با آن‌ها فعالیت دارد. محصولات این فروشگاه با بهترین کیفیت ، گارانتی معتبر و قیمت مناسب عرضه می شود. برای اطلاعات بیشتر می توانید با شماره 02191008413 تماس حاصل فرمایید.

تاریخچه ساخت فیبر نوری

در گذشته‌های دور، دانشمندان به دنبال راهی بودند تا نور را در مسیرهای طولانی هدایت کنند. آن‌ها ابتدا تلاش کردند نور را از طریق هوا منتقل کنند، اما به دلیل پخش شدن پرتوها و وجود ذرات ریز در هوا، این روش جواب نداد. بعد از آن، ایده استفاده از لوله‌هایی مطرح شد که درون آن‌ها از آینه و عدسی استفاده می‌کردند تا نور را هدایت کنند. با این حال، نگهداری این تجهیزات کار ساده‌ای نبود و همین مسئله باعث شد روش‌های جدیدتری مورد بررسی قرار بگیرد.

مدتی بعد، این فکر شکل گرفت که شاید بتوان نور را از درون رشته‌های شیشه ای عبور داد. پژوهشگران در کشورهای مختلف از جمله بریتانیا و آمریکا توانستند نوعی شیشه بسازند که پرتوهای نوری را عبور دهد و برای انتقال اطلاعات مناسب باشد. در ادامه، شرکت‌های فعال در صنعت ارتباطات موفق شدند مقدار افت سیگنال را کاهش دهند و به سرعت‌های بالاتری دست پیدا کنند. استفاده از پدیده ای به نام بازتاب کامل نور درون این رشته‌ها، در کنار ساخت شیشه‌هایی که ناخالصی بسیار کمی داشتند، پایه گذار شکل گیری چیزی شد که امروزه به آن فیبر نوری می‌گوییم. این فناوری اکنون در قلب شبکه‌های ارتباطی قرار دارد و یکی از عوامل اصلی انتقال سریع اطلاعات در حوزه دیجیتال به شمار می‌رود.

ساختار فیبر نوری چگونه است؟

ساختار فیبر نوری از چند بخش تشکیل شده است. هر کدام از بخش ها وظیفه خاصی دارند و در کنار هم باعث می‌شوند نور به درستی در مسیر مشخص حرکت کند و اطلاعات به سرعت منتقل شوند:

هسته (Core)

مرکز فیبر نوری، جایی است که نور دقیقا از آن عبور می‌کند. این بخش از شیشه ای بسیار شفاف ساخته می‌شود تا نور در طول مسیر دچار کاهش کیفیت نشود. ضخامت این قسمت خیلی مهم است؛ چون اگر قطر آن کم باشد، پرتوهای نور خط مستقیم تری را طی می‌کنند و این موضوع باعث می‌شود برای مسافت‌های طولانی، سیگنال قوی تر و پایدارتر باقی بماند. برای جاهایی که نیاز به سرعت و ظرفیت بالا دارند، اغلب از هسته‌های باریک تر استفاده می‌شود.

غلاف (Cladding)

این لایه دورتادور هسته را می‌پوشاند. ویژگی اصلی آن این است که ضریب شکست آن کمتر از هسته است. شاید این اصطلاح کمی پیچیده به نظر برسد، اما به زبان ساده یعنی نور نمی‌تواند از هسته خارج شود و هر بار که به دیواره برخورد می‌کند، دوباره به داخل باز می‌گردد. این ویژگی باعث می‌شود نور در داخل هسته گیر بیفتد و بدون اینکه منحرف شود، در یک مسیر مشخص پیش برود. این رفتار نوری همان چیزی است که باعث می‌شود اطلاعات با سرعت بالا و بدون خطا منتقل شوند.

روکش ضربه گیر (Buffer)

بعد از غلاف، لایه‌ای تقریبا نرم وجود دارد که از فیبر در برابر ضربه، رطوبت یا فشارهای محیطی محافظت می‌کند. این روکش باعث می‌شود که تارهای داخلی آسیب نبینند. ضخامت این قسمت خیلی زیاد نیست، اما وجودش برای دوام کابل بسیار حیاتی است. در شرایطی که فیبر نوری در فضای باز یا مکان‌هایی نصب می‌شود که احتمال برخورد یا فشار وجود دارد، این لایه باعث می‌شود عملکرد کابل دچار مشکل نشود.

روکش خارجی (Outer Jacket)

این لایه آخرین پوسته‌ای است که اطراف کابل کشیده می‌شود. وظیفه اصلی آن حفاظت بیشتر از فیبر در برابر آسیب‌های فیزیکی و شرایط محیطی است. جنس این روکش بسته به نوع کاربرد، می‌تواند فرق داشته باشد. مثلا در فضای باز، این لایه ضخیم تر ساخته می‌شود تا در برابر نور خورشید، باران یا حتی مواد خورنده مقاومت بیشتری داشته باشد. اگر هم فیبر در مکان‌های صنعتی یا زیر خاک نصب شود، این پوسته بیرونی طوری طراحی می‌شود که فشار و کشش را به خوبی تحمل کند.

عملکرد فیبر نوری به چه شکل است؟

فیبر نوری بر اساس پدیده ای کار می‌کند که باعث می‌شود نور درون کابل گیر بیفتد و به بیرون نشت نکند. وقتی یک پرتو نور وارد بخش داخلی فیبر می‌شود، در مرز بین قسمت مرکزی و پوشش بیرونی به گونه‌ای برخورد می‌کند که کاملا به درون بر می‌گردد. این بازگشت بارها تکرار می‌شود و نور در امتداد کابل جلو می‌رود.

در سیستم‌های ارتباطی ابتدا یک فرستنده نوری، سیگنال‌های الکتریکی را به نور تبدیل می‌کند. سپس این نور با سرعت زیاد درون فیبر حرکت می‌کند تا به مقصد برسد. در پایان مسیر، گیرنده‌ای وجود دارد که دوباره نور را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند تا اطلاعات منتقل شده قابل خواندن شوند. برخلاف سیم‌های مسی، فیبر نوری هنگام انتقال نور، افت سیگنال کمتری دارد. به همین دلیل نیاز به تجهیزات اضافی مثل تقویت کننده‌های بین راهی بسیار کمتر است.

انواع کابل تار نوری از نظر جنس مواد

کابل‌های فیبر نوری از نظر جنس بخش مرکزی و پوشش بیرونی شان به چند مدل تقسیم می‌شوند که در این بخش، هر کدام را توضیح می‌دهیم:

1) فیبر نوری شیشه ای

در این مدل، هر دو قسمت اصلی کابل از نوعی شیشه بسیار تمیز ساخته می‌شوند. این نوع برای مسیرهای طولانی عملکرد بهتری دارد و میزان افت نور در آن خیلی کم است. به همین دلیل برای انتقال داده ها با سرعت‌های بسیار بالا مناسب تر شناخته می‌شود. البته به خاطر شکنندگی بالا و فرایند تولید پیچیده تر، هزینه بیشتری ممکن است داشته باشد.

2) فیبر نوری پلیمری

در این نمونه جنس هسته و روکش از نوعی پلاستیک مخصوص است. این کابل سبک است و به خاطر انعطاف بالا، نصب راحت تری دارد. البته مقدار کاهش سیگنال در آن نسبت به نوع شیشه‌ای بیشتر است. معمولا برای فاصله های کوتاه به کار می‌رود؛ مثل استفاده در خانه‌ها یا شبکه‌های کوچک.

3) فیبر نوری با غلاف پلیمری

در این مدل، بخش داخلی از شیشه ساخته شده ولی روکش بیرونی پلاستیکی است. سرعت انتقال اطلاعات و طول قابل پشتیبانی در این کابل، در حد متوسط قرار دارد. به خاطر ترکیب شیشه و پلیمر، قیمت مناسب تری دارد و در برخی پروژه‌های صنعتی یا محیط‌های اداری مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین انعطاف آن نسبت به مدل کاملا شیشه ای بیشتر است.

انواع فیبرهای نوری از نظر روش انتقال سیگنال

بر اساس روش انتقال سیگنال در فیبر نوری دو گروه عمده وجود دارد که عبارت اند از:

1) تک حالته یا سینگل مود

در این نوع، هسته باریک تر است (حدود ۹ میکرون). نور تقریبا مستقیم حرکت می‌کند و برخورد کمتری به دیواره‌ها دارد. به همین خاطر، افت سیگنال در آن بسیار ناچیز است و حجم زیادی از داده‌ها را می‌توان از طریق آن جابه‌جا کرد. در این مدل، از لیزر برای تولید نور استفاده می‌شود و بیشتر برای مسیرهایی که طول زیادی دارند به کار می‌رود؛ مانند ارتباط بین شهرها یا مراکز مخابراتی بزرگ.

2) چند حالته  یا مولتی مود

هسته بزرگ تر است و همین موضوع باعث می‌شود نور در مسیر خود بازتاب‌های گوناگون و زاویه دار داشته باشد. این بازتاب‌ها باعث می‌شوند بخشی از اطلاعات دیرتر به مقصد برسند و سیگنال‌ها کمی در هم بریزند. اغلب این مدل برای فاصله‌های کوتاه تر به کار گرفته می‌شود. چون از LED استفاده می‌کند، هزینه کمتری دارد و برای فضاهایی مثل ساختمان‌های بزرگ، دیتاسنترها یا شبکه‌های داخلی یک مجموعه مناسب تر است.

کاربردهای فیبر نوری

فیبر نوری کاربردهای زیادی دارد که در این بخش مهم ترین آنها را توضیح خواهیم داد:

حوزه تلفن و مخابرات

در سامانه‌های ارتباطی مثل تلفن‌های شهری و بین‌ شهری، فیبر نوری جایگزین کابل‌های قدیمی شده است. این کابل‌ها می‌توانند صدا و داده‌های دیجیتال را در مسافت‌های طولانی جابه‌جا کنند، بدون اینکه کیفیت صدا پایین بیاید یا نویز ایجاد شود. استفاده از تار نوری باعث می‌شود تماس‌ها واضح تر شنیده شوند و قطعی کمتری پیش بیاید.

شبکه‌های کامپیوتری

کابل فیبر نوری اطلاعات را خیلی سریع تر از سیم‌های معمولی جابه‌جا می‌کند. این ویژگی باعث شده در مراکزی مثل دیتاسنترها، سرورهای بزرگ و سازمان‌هایی که چند شعبه در مکان‌های مختلف دارند، از این نوع کابل استفاده شود. پهنای باند بالا باعث می‌شود چندین کاربر به طور همزمان بتوانند بدون کاهش سرعت به منابع شبکه دسترسی داشته باشند.

پزشکی و ابزارهای این حوزه

در پزشکی هم از فیبر نوری استفاده می‌شود، مخصوصا در دستگاه‌هایی که برای بررسی قسمت‌های داخلی بدن مثل آندوسکوپ به کار می‌روند. نور از طریق تار نوری به بخش‌های داخلی بدن فرستاده می‌شود تا پزشک بتواند آن نواحی را ببیند. همچنین در عمل‌های جراحی دقیق یا فرایندهایی مثل لیزر درمانی، وجود نور دقیق و کنترل شده، باعث می‌شود کار پزشک راحت تر و دقیق تر انجام شود.

صنایع دفاعی و نظامی

در تجهیزات نظامی، برقراری ارتباط سریع و قابل اعتماد بسیار مهم است. فیبر نوری در ابزارهای پیشرفته مثل زیردریایی‌ها، سامانه‌های موشکی و سیستم‌های راداری هم به کار گرفته می‌شود. دلیل این انتخاب، امنیت بالا و انتقال سریع اطلاعات در شرایط حساس است.

حسگرها

گاهی از خود فیبر نوری برای اندازه گیری برخی ویژگی‌ها استفاده می‌شود. برای مثال می‌توان دمای بالا، فشار، شدت جریان برق یا میزان تابش‌های خطرناک را بررسی کرد. نور داخل فیبر تحت تاثیر این عوامل تغییر می‌کند و همین تغییرات برای تحلیل داده استفاده می‌شود. این اطلاعات از راه همان فیبر به بخش ثبت و تحلیل منتقل می‌شوند.

تلویزیون و رسانه

بسیاری از شبکه‌های تلویزیونی و رسانه‌های دیجیتال، برای پخش محتوا از فیبر نوری استفاده می‌کنند. این روش باعث می‌شود تصویرها شفاف تر باشند و کیفیت صدا بهتر منتقل شود. همچنین مشکل‌هایی مثل تداخل سیگنال که در روش‌های قدیمی رایج بود، در این نوع سیستم کمتر دیده می‌شود. سرویس‌هایی مثل تلویزیون اینترنتی (IPTV) هم بر همین پایه کار می‌کنند.

روشنایی و تزئینات

در طراحی داخلی یا مکان‌هایی که نور مستقیم وارد نمی‌شود، می‌توان نور را از طریق تارهای نوری به آنجا رساند. به این روش می‌توان در فضاهایی مثل راهروهای تاریک یا اتاق‌هایی که پنجره ندارند، نور رساند. همین طور برای نورپردازی دکوراتیو در سقف، دیوار یا وسایل تزیینی، از فیبر نوری استفاده می‌شود. حتی در برخی موارد، نور خورشید به کمک این سیستم به جاهایی که نور طبیعی نمی‌رسد هدایت می‌شود.

مزایا فیبر نوری در مقابل سیم های مسی

یکی از دلایل محبوبیت فیبر نوری، توانایی بالای آن در انتقال حجم زیادی از اطلاعات و سرعت بالای آن است. در کابل‌های مسی به دلیل محدودیت‌هایی که در انتقال امواج وجود دارد، سرعت و ظرفیت داده پایین تر است. ولی در فیبر نوری چون اطلاعات به صورت نور حرکت می‌کنند سرعت انتقال بسیار بالاتر خواهد بود.

از طرفی، سیگنالی که از طریق نور جابه‌جا می‌شود در مسیرهای طولانی کمتر افت می‌کند. به همین خاطر، نیاز نیست در فواصل مختلف از تجهیزات تقویتی استفاده شود و همین باعث کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود.

فیبر نوری نسبت به سیم‌های فلزی بسیار باریک تر و سبک تر است. همین ویژگی باعث می‌شود نصب آن راحت تر انجام شود و جا‌به‌جایی آن هم دردسر کمتری داشته باشد.

همچنین این کابل‌ها نسبت به میدان‌های مغناطیسی حساس نیستند. در سیم‌های معمولی، نویز و تداخل ناشی از وسایل برقی یا تجهیزات الکترونیکی ممکن است ایجاد مشکل کند، اما در فیبر نوری چنین مسائلی وجود ندارد. به این دلیل که نور نسبت به این نوع اختلال‌ها واکنش نشان نمی‌دهد.

از نظر ایمنی هم تارهای نوری گزینه مطمئن تری به شمار می‌روند، چون از جنس شیشه‌اند و جریان برق را عبور نمی‌دهند. این موضوع باعث می‌شود احتمال آتش‌سوزی یا ایجاد جرقه تقریبا صفر باشد.

معایب فیبر نوری

درسته که ماده اصلی فیبر نوری، یعنی شیشه قیمت بالایی ندارد ولی راه اندازی یک شبکه نوری هزینه بر است. دلیلش هم تجهیزات خاصی است که باید استفاده شود، مثل فرستنده‌های لیزری یا دستگاه‌های دقیق برای تنظیم نور. از طرف دیگر، نیروی متخصصی که بتوان این سیستم رو نصب و نگهداری کند، خودش یک بخش جدی از هزینه‌ها است.

از نظر فیزیکی، کابل نوری نسبت به کابل مسی مقاومت کمتری دارد. در صورتی که کابل بیش از حد خم شود، ممکن است بشکند یا نور از آن نشت کند. بنابراین در هنگام نصب یا جابه‌جایی باید دقت بیشتری صورت گیرد.

فرایند نصب، نگهداری و رفع ایراد این نوع کابل نیز ساده نیست. برش دادن، جوش زدن و بررسی وضعیت آن به تجهیزات دقیق و افراد متخصص نیاز دارد و نمی‌توان این مراحل را به سادگی کابل‌های معمولی انجام داد.

همچنین بسیاری از زیرساخت‌های قدیمی از سیستم‌هایی استفاده می‌کنند که بر پایه سیگنال‌های الکتریکی کار می‌کنند. بنابراین اگر قرار باشد فیبر نوری در چنین ساختاری استفاده شود، باید سیگنال نوری به سیگنال الکتریکی تبدیل گردد که این موضوع نیز هزینه و تجهیزات اضافه به همراه خواهد داشت.

شبکه فیبر نوری چیست؟

وقتی صحبت از شبکه فیبر نوری می‌شود، منظور مجموعه‌ای از تجهیزات و کابل‌هایی است که بیشتر مسیر انتقال اطلاعات را از طریق نور طی می‌کنند. این نوع شبکه می‌تواند در مقیاس‌های مختلف راه‌اندازی شود، از اتصال درون یک شهر تا ارتباط میان کشورها.

در مناطقی که نیاز بیشتری به اینترنت پرسرعت دارند، از روش‌هایی مانند FTTH استفاده می‌شود. در این مدل، کابل نوری تا درب منازل یا ادارات کشیده می‌شود و دیگر از کابل مسی در مسیر خبری نیست. روش دیگری نیز وجود دارد که آن را FTTB می‌نامند. در این حالت، فیبر نوری تا یک ساختمان مرکزی ادامه می‌یابد و از آن نقطه به بعد، ممکن است از کابل‌های دیگر استفاده شود.

سیستم رله فیبر نوری

در سیستم فیبر نوری، رله یا تکرارگر وسیله‌ای است که در فواصل مشخص سیگنال نوری را تقویت یا بازسازی می‌کند. دلیل وجود رله‌ها این است که اگرچه شیشه باعث تضعیف کمی در سیگنال نوری می‌شود اما پس از مسافت‌های طولانی، نور ممکن است قدرت خود را از دست بدهد.

سیستم فیبر نوری از سه بخش اصلی تشکیل می‌شود:

1. فرستنده: این قسمت سیگنال الکتریکی را به پالس نوری تبدیل می‌کند. این فرایند در ابتدای مسیر انتقال انجام می‌شود.
2. تقویت کننده یا رله: این دستگاه‌ها سیگنال نوری را که در میانه مسیر ضعیف شده است، دوباره تقویت می‌کنند. تقویت نور معمولا توسط تقویت کننده‌های نوری (Amplifier) انجام می‌شود که بدون نیاز به تبدیل نور به سیگنال الکتریکی، آن را تقویت می‌کنند.
3. گیرنده: در انتهای مسیر، گیرنده پالس‌های نوری را دریافت کرده و آن‌ها را به داده‌های الکتریکی تبدیل می‌کند تا دستگاه‌هایی مانند رایانه، تلفن یا تجهیزات مشابه بتوانند آن‌ها را پردازش کنند.

اگر به دنبال خرید سرور اچ پی یا دریافت مشاوره تخصصی در این زمینه هستید، مستر اچ پی بهترین انتخاب برای شماست. متخصصان ما با ارائه اطلاعات دقیق درباره انواع سرورهای اچ پی، قطعات جانبی آنها شما را در انتخاب بهترین ترین گزینه برای نیازهای سازمانی یا شخصی تان راهنمایی می‌کنند. برای ارتباط با کارشناسان ما می توانید با شماره 02191008413 تماس حاصل فرمایید.

جمع بندی

فیبر نوری یک فناوری است که پالس‌های نور را از طریق رشته‌های باریک منتقل می‌کند. ساختار فیبر نوری شامل چند لایه است: هسته، پوشش داخلی، روکش محافظ و پوشش بیرونی. این ساختار کمک می‌کند نور بدون هدر رفتن به جلو حرکت کند. این فناوری در زمینه‌های مختلف مانند تلفن، اینترنت، حسگرهای صنعتی و بخش پزشکی طرفداران زیادی پیدا کرده است. ویژگی‌هایی مثل پهنای باند گسترده و افت سیگنال کم، آن را از کابل‌های مسی متمایز می‌کند. اگرچه هزینه نصب و نگهداری بالاتر و شکنندگی کابل‌های شیشه‌ای مشکلاتی به وجود می‌آورد، پیشرفت‌های فنی توانسته‌اند این مشکلات را کاهش دهند.

سوالات متداول

1) تفاوت فیبر نوری تک حالته و چند حالته چیست؟

در فیبر نوری تک‌حالته، هسته نازک تر است و فقط یک مسیر برای عبور نور وجود دارد. این ویژگی باعث می‌شود که سیگنال نور کمتر تضعیف شود و برای مسافت‌های طولانی مناسب تر باشد. در مقابل، فیبر نوری چند حالته هسته بزرگ تری دارد و نور در چند مسیر مختلف حرکت می‌کند که این نوع بیشتر برای مسافت‌های کوتاه کارایی دارد.

2) چرا سیگنال فیبر نوری تحت‌تاثیر میدان‌های الکترومغناطیسی قرار نمی‌گیرد؟

دلیلش آن است که شیشه یا پلیمر به عنوان عایق الکتریکی عمل می‌کند و نور هیچ جریان الکتریکی ندارد. بنابراین، موج نوری در برابر نویز الکترومغناطیسی آسیب پذیر نیست.

3) آیا فیبر نوری فقط برای اینترنت به کار می‌رود؟

خیر، فیبر نوری در پزشکی، صنایع دفاعی، ساخت ابزارهای روشنایی، وصل کردن شبکه‌های کامپیوتری بزرگ و بسیاری زمینه‌های دیگر نیز راهگشا است.