فیبر نوری تاریخچه و مزایا

تاریخچه ساخت فیبر نوری

اولین کسانی که در قرون اخیر به فکر استفاده از نور برای انتقال اطلاعات افتادند، انتشار نور را در جو زمین تجربه کردند اما وجود موانع مختلف نظیر گرد و خاک، دود، برف، باران، مه و… انتشار اطلاعات نوری در جو را با مشکل مواجه ساخت. بعدها استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح گردید.
نور در داخل این کانال ها بوسیله آینه ‌ها و عدسی ‌ها هدایت می‌ شد اما از آنجا که تنظیم این آینه‌ ها و عدسی ‌ها کار بسیار مشکلی بود این کار نیز غیر عملی تشخیص داده شد و مردود ماند.

شاید اولین تلاش در سیر تکاملی سیستم ارتباط نوری به وسیله الکساندر گراهام بل صورت گرفت که در سال 1880، درست 4 سال پس از اختراع تلفن، اختراع تلفن نوری (فوتوفون) یا سیستمی که صدا را تا فواصل چند صد متر منتقل می کرد، به ثبت رساند. تلفن نوری بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده با به ارتعاش در آوردن آینه ای کار می کرد. گیرنده یک فتوسل بود. در این روش نور در هوا منتشر می شد و بنابراین امکان انتقال اطلاعات تا بیش از 200 متر میسر نبود. به همین دلیل، اگرچه دستگاه بل ظاهرا کار می کرد اما از موفقیت تجاری برخوردار نبود.

ایده استفاده از شکست نور برای هدایت آن (که اساس فیبرهای نوری امروزی است) برای اولین بار در سال 1840 توسط Daniel Colladon و Jacques Babinet در پاریس پیشنهاد شد. همچنین John Tyndall در سال 1870 در کتاب خود ویژگی بازتاب کلی را شرح داد : «وقتی نور از هوا وارد آب می شود به سمت خط عمود بر سطح خم می‌شود و وقتی از آب وارد هوا می شود از خط عمود دور می شود. اگر زاویه ی پرتو نور با خط عمود در تابش از داخل آب بزرگتر از 48 درجه شود هیچ نوری از آب خارج نمی‌شود در واقع نور به طور کامل از سطح آب منعکس می شود. زاویه ای که انعکاس کلی آغاز می شود را زاویه بحرانی می نامیم.

کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح ساختند. آنان مبنای کار خود را بر آن گذاشتند که به سرعتی حدود 100 مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه دست یابند. این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود. این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از 20 دسی بل نباشد. اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکاییکورنینگ گلس به این هدف دست یافت. در اوایل سال 1960 میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن گردید. در سال 1966 میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود. چرا که فیبرنوری بسیار سبکتر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد.

توسعه فناوری فیبرنوری از سال 1980 میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری به عنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال 1985 میلادی در دنیا نزدیک به 2 میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته ‌است.

فیبر نوری و مزایای آن

فیبر نوری (Optical Fiber) یک رشتۀ باریک و بلند است که از مادۀ شفافی مثل شیشه یا پلاستیک ساخته شده است و برای انتقال اطلاعات به الکتریسیته نیازی ندارد و این نور است که از یک سر آن وارد می‌شود و از سر دیگرش خارج می‌شود.

امروزه استقبال از فیبر نوری به جای کابل ‌های مسی بسیار بیشتر شده است چون پهنای باند بسیار بالاتری دارند. فیبر نوری می‌تواند داده‌های تصویری و صوتی و… را تا 10 گیگابایت بر ثانیه منتقل ‌کند همچنین در مخابرات ماهواره ‌ای برای انتقال داده‌ ها بسیار سریع ‌تر و بهتر عمل می‌کند. فیبر نوری می‌تواند شبکه ‌هایی که از هم فاصلۀ زیادی دارند، به هم مرتبط کند. شبکه‌های محلی یا LAN قبلاً با تلفن و امواج رادیویی به هم وصل می ‌شدند و برای اتصال با فیبر نوری به زمین مشترک گیرنده و فرستده هم نیاز نیست.

مزایای فیبر نوری

1. در استفاده از فیبر نوری، احتمال اختلال و نفوذ و تداخل در داده‌های اطلاعاتی بسیار کم است. فیبر نوری از نویزهای الکترومغناطیسی (EMI) و رادیویی (RFI) یا نویزهایی که از نزدیکی کابل‌ها ایجاد می‌شوند، جلوگیری می‌کند.

2. استفاده از فیبر نوری نسبت به سیم ‌های مسی هزینه کمتری دارد.

3. قطر فیبر نوری نسبت به سیم مسی کمتر است اما توانایی بیشتری برای انتقال داده‌ ها دارد و سرعت آن در دو شکل آنالوگ و دیجیتال بسیار بیشتر است.

4. سیگنال‌ها در فیبر نوری کمتر ضعیف می ‌شوند و سیگنال ‌ها با هم تداخل نمی‌کنند. به همین دلیل مصرف برق هم در فیبر نوری کمتر است. و امکان استفاده از فرستنده‌ های الکتریکی با مصرف پایین را فراهم می‌کند.

5. فیبر نوری امنیت بیشتری دارد چون احتمال آتش ‌سوزی در آن کمتر است.

6. چون فیبر نوری وزن سبک‌تری دارد، نصب و نگهداری آن راحت ‌تر است.

7. فیبر نوری نسبت به سیم مسی انعطاف بیشتری دارد به همین دلیل در کاربردهای خاص مانند عکس‌برداری دیجیتال، لوله‌کشی یا تولید دوربین دیجیتال و… از آن استفاده می‌شود.

8. تعمیر فیبر نوری در زمان روشن ‌بودن سیستم امکان‌پذیر است و این نگرانی وجود ندارد که مدارهای الکتریکی کوتاه شوند.

9. تارهای فیبر نوری تشعشع ندارد به همین دلیل کسی نمی ‌تواند سیگنال‌های آن را نشان بدهد و از این نظر فیبر نوری امنیت بیشتری دارد.

10. پهنای باند فیبر نوری اخیراً به 170 گیگابایت در ثانیه رسیده است و همچنان قابلیت ارتقا تا چند صد ترابایت را هم دارد.

11. اگر جنس هسته Core فیبر نوری مرغوب باشد تا چند کیلومتر به Repeater نیازی نیست و تا چند کیلومتر سیگنال، ضعیف نمی‌شود.

12. امکان انشعاب غیرمجاز فیبر نوری وجود ندارد؛ چون برای برقراری انشعاب حتماً باید فیبر نوری را قطع کرد.

امروزه در جهان، فیبر نوری در گسترش ارتباطات در حوزه مخابرات و سیستم‌های انتقال اطلاعات نقش بسیار مهمی دارد، این نوع فیبر چون توانایی انتقال اطلاعات به صورت دیجیتال را دارد و سیستم‌های ارتباطات در این زمینه به سرعت در حال پیشرفت هستند.