مقاله درباره فیبر نوری

[Niima]

فیبر نوری چیست؟ ساختار فنی آن چگونه است و از چه موادی ساخته می‌شود؟


فیبر نوری یکی از محیط‌های انتقال هدایت شده است که در مخابرات مورد استفاده قرار می‌گیرد. محیط انتقال، جایی بین فرستنده و گیرنده است. وقتی پیامی مانند دیتا، تصویر، صدا و یا فیلم قرار است انتقال داده شود نیاز به محیط انتقالی مثل فضای آزاد که ارتباط «وایرلس»بی‌سیم را شامل می‌شود، خط دوسیمه تلفنی، کابل کواکسیال و یا فیبرنوری است. در حقیقت می‌توان گفت از نظر ساختاری فیبر نوری یک موج‌ بر استوانه‌ای از جنس شیشه یا پلاستیک است که از دو ناحیه مغزی و غلات یا هسته و پوسته با ضریب شکست متفاوت و دولایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده است فیبرنوری از امواج نور برای انتقال داده‌ها از طریق تارهای شیشه یا پلاستیک بهره می‌گیرد. هرچند استفاده از هسته پلاستیکی هزینه ساخت را پایین می‌آورد، اما کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. مغز و غلاف یا هسته و پوسته با هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند. قطر هسته و پوسته حدود 125 میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیوم متر است) چند لایه محافظ در یک پوشش حول پوسته قرار می‌گیرد و یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد که می‌تواند شامل صدها فیبرنوری مختلف باشد. هر کابل نوری شامل دو رشته کابل مجزا یکی برای ارسال و دیگری دریافت دیتا در نظر گرفته می‌شود با گسترش فناوری‌های اطلاعات و ارسال پهنای باند بیشتر اطلاعات، ما احتیاج به محیط‌های انتقال هدایت شده‌ای داریم که بتواند پهنای باند بیشتری را هدایت کند. پهنای باند بیشتر به معنای ارسال اطلاعات بیشتر یا سرعت بالاتر اطلاعات است. در حقیقت می‌توان گفت ظرفیت و سرعت دو دلیل اصلی استفاده از شبکه فیبرنوری است. امروزه یک کابل مسی انتقال داده را تنها با سرعت یک گیگابایت در ثانیه ممکن می‌کند در حالی که یک فیبرنوری به ضخامت تار مو امکان انتقال‌های چندگانه را به طور همزمان با سرعتی حتی بیشتر از 10 گیگابایت در ثانیه به ما می‌دهد که این سرعت روز به روز افزایش می‌
یابد. از آنجایی که در فیبرنوری ما از امواج نوری یا لیزری استفاده می‌کنیم که دارای فرکانس بسیار بالاتری از ماکروویو است بنابراین می‌توان پهنای باند بیشتری را ارسال کرد. در مخابرات هرچه فرکانس امواجی که می‌خواهیم اطلاعات را روی آن ارسال کنیم بیشتر باشد پهنای باند بیشتری را می‌توانیم انتقال دهیم.

استفاده از فیبرنوری چه مزایایی دارد؟ آیا با انتقال امواج از طریق ماهواره قابل مقایسه است؟

اولین مزیتی که فیبرنوری دارد این است که از تمام محیط‌های انتقالی که وجود دارد چه وایرلس و سیمی، و چه هدایت شده و غیرهدایت شده پهنای باند بیشتری به ما می‌دهد یعنی در حقیقت می‌تواند اطلاعات بیشتری ارسال کند. ارتباطات ماهواره‌ای تنها فناوری است که می‌تواند با فیبرنوری در زمینه انتقال داده‌ها رقابت کند. ولی چون فرکانس لیزری که استفاده می‌شود از فرکانسی که در امواج ماهواره‌ای استفاده می‌شود بیشتر است بنابراین داده‌های بیشتری از طریق فیبرنوری انتقال داده می‌شود.استفاده از فیبرنوری یک روش نسبتا ایمن برای انتقال داده است زیرا برعکس کابل‌های مسی که دیتا را به صورت سیگنال‌های الکترونیکی حمل می‌کنند فیبرنوری در مقابل سرقت اطلاعات آسیب‌پذیر نیست. یعنی کابل فیبرنوری را نمی‌توان قطع کرده و اطلاعات را به سرقت برد.
مسئله دیگر ارزان قیمت بودن آن است به ویژه در مقایسه با ارتباطات از طریق ماهواره. یکی دیگر از مزایای فیبرنوری در مقایسه با کابل‌های سیمی و کواکسیان سبک بودن و راحتی تعبیه آن بین دو نقطه است. نکته بعدی این است که سیستم‌های کابلی در طول انتقال نیاز به تکرارکننده یا ریپیتر زیادتری برای تقویت امواج دارند درحالی که برای یک سیستم کابل نوری به علت افت بسیار کمی که دارد تعداد تکرارکننده کمتری استفاده می‌شود باید گفت هرچه فیبر خالص‌تر و دارای طول موج بیشتری باشد پورت‌های نور کمتری جذب و تضعیف سیگنال کمتر می‌شود و در نتیجه نیاز به تکرارکننده که یک سیگنال را دریافت کرده و قبل از ارسال به قطعه بعدی فیبر، آن را تقویت می‌کند کاهش می‌یابد و همین باعث می‌شود قیمت تمام شده سیستم پایین بیاید.
از طرف دیگر فیبرهای نوری از عوامل طبیعی کمتر تاثیر می‌پذیرند. بدین صورت که میدان‌های مغناطیسی و یا الکتریکی شدید بر آن هیچ تاثیری نمی‌گذارد و خطر تداخل امواج پیش نمی‌آید به همین دلیل می‌توان آنها را برخلاف کابل مسی از کنار کابل‌های فشار قوی یا ژنراتورهای برق عبور داد. همچنین خواصی همچون ضد آب بودن آن باعث شده تا از آن، روز به روز به طور گسترده‌تری استفاده شود.

آیا استفاده از فیبرنوری معایبی هم دارد؟

برای این که دیگر در فیبرنوری با سیگنال الکتریکی سروکار نداریم باید از ادواتی مثل تقویت‌کننده‌ها و آشکارسازهای نوری استفاده کنیم که تا حدودی گران است. از سوی دیگر از فیبرنوری فقط می‌توان برای انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع‌های نوری استفاده کرد و نمی‌توان برای انتقال الکتریسیته استفاده کرد.
اتصال فیبرنوری به یکدیگر بسیار مشکل و وقت‌گیر و نیاز به یک کادر فنی سطح بالا دارد یکی از ایرادهای مهمی که به فیبرنوری وارد می‌شود این است که به راحتی کابل‌ها را
نمی‌توان پیچ و خم داد زیرا زاویه تابش نور در داخل آن تغییر کرده و باعث می‌شود نور از سطح آن خارج شود و از طرف دیگر آنها را نمی‌توان به راحتی قطع کرد و برای قطع آنها نیاز به تخصص ویژه‌ای است چون در غیر این صورت زاویه شکست عوض می‌شود.

استفاده از فیبرنوری چه تاثیری در گسترش فناوری اطلاعات و ارتباطات دارد؟

امروزه با توجه به سرعت تولید علم و دانش نیاز به افزایش سرعت تبادل آنها بیشتر شده است. دنیا به سمتی می‌رود که از ابزاری استفاده کند که با ارائه پهنای باند بیشتر همزمان تعداد بیشتری به راحتی و با سرعت زیاد اطلاعات را در اختیار داشته باشند یا همزمان بتوانند به راحتی با موبایل یا تلفن صحبت کنند و به اینترنت وصل شوند و فیبرنوری یکی از فناوری‌هایی است که می‌تواند این امکان را فراهم کند.
بکارگیری فیبرنوری برای انتقال اطلاعات از سال 1966 شکل گرفت ولی تا سال 1976 عملا در انتقال داده قابل استفاده نبود ولی اکنون شرکت‌های تلویزیون کابلی و شرکت‌های چند ملیتی جهت انتقال داده‌ها و اطلاعات مالی در سراسر جهان و... از فیبرنوری استفاده می‌کنند. اکنون در ایران با توجه به زیاد شدن کاربران اینترنت، استفاده کنندگان از تلفن ثابت و موبایل و مهم‌تر از همه به خاطر این که ایران در مسیر شاهراه اطلاعات بین اروپا و چین قراردارد ضرورت استفاده از شبکه فیبرنوری حس شده و بهره‌برداری از آن اجرایی می‌شود. البته باید توجه داشت استفاده از فیبرنوری به موازات استفاده از بقیه سیستم‌های انتقال اطلاعات صورت می‌گیرد.

فیبرنوری چه کاربردهای دیگری دارد؟

استفاده از حسگرهای فیبرنوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت و جابجایی آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس بهره گرفته می‌شود. یکی دیگر از کاربردها فیبرنوری در صنایع دفاعی و نظامی است که از آن جمله می‌توان به برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها و ارتباط زیردریایی‌ها اشاره کرد. فیبرنوری در پزشکی نیز کاربردهای فراوانی دارد از جمله در دزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری خون و مایعات بدن.
ظرفیت و سرعت زیاد و ایمنی اطلاعات از دلایل اصلی استفاده از شبکه فیبرنوری است
فیبرنوری در اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی، صنایع دفاعی و نظامی و پزشکی به کار گرفته می‌شود
شبکه ملی فیبر نوری
با افتتاح شبکه ملی فیبر نوری کشور به طول 57 هزار کیلومتر، همه شهرها و مراکز استان‌ها و نقاط مرزی کشور از شبکه زیرساختی لازم با کیفیت بالا برخوردار می‌شوند. این شبکه قرار است به شبکه فیبر نوری کشورهای همسایه نیز متصل شود.




مزایای فیبرنوری در مقایسه با کابل مسی:

فیبرنوری سبک تر و ارزانتر از کابل مسی است و حجم کمتری را اشغال می کند. ظرفیت انتقال فیبرنوری چندین هزار برابر کابل مسی است، بطوریکه در کشور ژاپن، یک تار فیبرنوری نه هزار و 500 ارتباط و درایران می تواند حدود چهار هزار ارتباط تلفنی را برقرار کند.

فیبرنوری فاقد اثرات نویز محیطی است و طول عمرش هم بیشتر است، همچنین در انتقال اطلاعات تلفات کمتری دارد.

در مخابرات: برای انتقال پیام های مخابراتی با سرعت و ظرفیت بالا در ارتباط بین مراکز تلفن شهری و انتقال اطلاعات شبکه رایانه ای و همچنین برای برقرای ارتباط تلویزیونی به صورت CABLE-TV

- در پزشکی: برای اندوسکوپی و جراحی لیزری

- درصنعت: برای انتقال نور لیزر به منظور برش دقیق فلزات، شبکه بندی رایانه های صنعتی

- در احساسگرها ( SENSORS ) به منظور اندازه گیری فشار جریان برق، حرارت، پلاریزاسیون، شتاب و چرخش

- در امور نظامی برای هدایت موشکهای محل یاب و ...

 

[Niima]

منبعش یادم رفت بذارم . ایناهاش :
http://www.free-amozesh.blogsky.com/Printable.bs?PostID=39

 

[Niima]

فيبر نوري متغير با دما (تخصصي)​

محققان دانشگاه صنعتي دانمارک ، دانشگاه صنعتي کالموز سوئد و Crystal Fibre A/S دانمارک ، کريستال مايع و کريستال فوتونيک را با هم ترکيب کردند تا بتوانند فيبراپتيکي اي بسازند که خصوصيات آن با دما تغيير کند.
اين ترکيب جديد به محققان اجازه داده است خصوصيات نور داخل فيبر را تغيير دهند. معمولا براي انتقال نور از فيبر به ابزارهاي بيروني و بازگرداندن آن به داخل فيبر، نيازمند سوئيچ کردن ، فیلت ر کردن و تغييردادن قطبش نور خواهيم بود.
مواد به کار رفته در خطوط انتقال سيگنال اپتيکي ارتباطات از راه دور، مي بايستي ارزان تر و سريع تر شوند.
کريستال هاي فوتونيکي از ميله هاي ميکروسکوپي يا مواد جامدي با الگوي حفره دار درست مي شوند. الگوهاي حفره يا ميله از عبور طول موج هاي خاصي جلوگيري مي کند.
کريستال مايع نيز از ملکول هايي که فقط در يک جهت خاص مرتب شده اند، درست مي شوند و در نتيجه باعث ايجاد ماده اي که داراي حالتي مابين مايع و جامد است ، مي شود.
محققان يک فيبر اپتيکي گرمايي ساختند که به وسيله پرکردن حفره هاي قسمت فيبر کريستال فوتونيک با کريستال مايع مي تواند، سوئيچ کند. تغيير دماي اين قسمت ، بلور مايع را دگرگون و خصوصيات اپتيکي فيبر را عوض مي کند.
فيبر اپتيکي کريستال مايع و کريستال فوتونيک با توجه به اظهارنظر محققان تا 5 سال ديگر جنبه عملي پيدا خواهد کرد.
نتايج اين تحقيق در شماره 6اکتبر 2003 مجله Express Opticsدرج شده است.
کنترل نانوکريستال هاي فلزي با نانوتيوب هاي پپتيدي محققان دانشگاه نيويورک امريکا از نانوتيوب هاي پپتيدي به عنوان قالبي براي رشد نانوکريستال هاي مس استفاده کرده اند.
دانشمندان با تنظيم pH محلول ، قادر به کنترل صورت بندي پپتيدو ساخت نانوکريستال هايي با قطر 10 تا 30 نانومتر بوده اند.
هيروشيمي ماتسوي در گفتگو با سايت اينترنتي nanotechweb اظهار کرد: روش بيولوژيکي آنها راهي را براي هماهنگ کردن خواص الکتروني نانوتيوب ها در يک فرآيند ساده به دنبال خواهد داشت.
با توجه به اين که طبيعت ، همواره نانوکريستال هاي داراي مورفولوژي کنترل شده را با دقت و تکرارپذيري بسيار زيادي در سيستم هاي زنده توليد مي کند، اين راه بيولوژيکي نيز بر روشهاي سنتزي برتري دارد.
ماتسوي و همکارانش از پپتيد چرب هيستيدين (HG12) به عنوان قالبي براي رسوب دهي مس استفاده کرده اند.
آنها پپتيدهاي HG12 را به گروههاي آميدي نانوتيوب هاي خود چيدمان حاصل از مونومر پپتيد بولا آمفيفيل متصل کردند.
سپس براي ايجاد محلهاي هسته دار براي رشد نانوکريستال هاي مس ، محلولي از کلريد مس را از پپتيدهاي HG12 عبور دادند تا يونهاي مس ، کئوردينه شوند.
در اين مرحله از فرآيند، دانشمندان ، pH را از 4 به 10 رساندند و سرانجام نيز يون هاي مس را با محلولي از سديم بوروهيدريد کاهش دادند تا نانوکريستال هاي مس ايجاد شوند. نانوکريستال هايي از مس که در pH=6 رشد يافته اند، داراي ميانگين قطر 10 نانومتر هستند.
در مقابل ، نانوکريستال هاي رشد يافته در pH=7-10، ميانگين قطري برابر 30 نانومتر دارند. دانشمندان معتقدند رشته پپتيدي ، بسته به pHمحيط، يونهاي مس را در موقعيت هاي متفاوتي کئوردينه مي کند و صورت بندي هاي پيچشي مختلفي به خود مي گيرد.
اين امر بر اندازه نانوکريستال هاي مس به دست آمده ، تاثير مي گذارد؛ همچنين احتمال مي رود اتصال پپتيدهاي HG12به نانوتيوب هاي قالب ، به يکسان سازي اندازه نانوکريستال ها کمک کند.
ماتسوي معتقد است نانوتيوب هاي بيولوژيکي مي توانند در الکترونيک ، حسگرها و نورشناسي کاربرد داشته باشد. او گفت : اين روش مي تواند براي رويه نشاني نانوکريستال هايي به کار رود که در آنها رشته هاي پپتيدي با يونهاي زيست معدني هماهنگي دارند؛ براي مثال ، نانوکريسال هاي مغناطيسي که در ابزارهاي ضبط مغناطيسي ، اسپينتروليگ ، جداسازي و کاتاليزگري کاربرد دارند، را مي توان روي نانوتيوب هاي پپتيدي نشاند.
محققاني که کارهايشان در خلاصه نامه فرهنگستان ملي علوم گزارش شده است ، در حال کار روي لايه نشاني کنترل شده نانوکريستال هاي نيمه هادي مغناطيسي و زئوليستي روي نانوتيوپ هاي پپتيدي هستند