تاريخ : 24 Dec 2011 | 3:42 PM | نویسنده : مهندس محمد محمدنیا

 

کابل فیبر نوری با همه کابل‌هایی که تا به حال بررسی شد کاملا تفاوت دارد زیرا براساس سیگنال‌های الکتریکی که در هادی‌های مسی جریان می‌یابند نمی‌باشد. در کابل فیبر نوری از پالس‌های نور (فوتون‌ها) برای ارسال سیگنال‌های باینری تولید شده توسط کامپیوتر‌ها استفاده می‌شود.

از آنجا که کابل فیبر نوری به جای الکتریسیته از نور استفاده می‌کند تقریبا هیچ‌یک از مشکلات ذاتی کابل مسی همچون تداخل الکترومغناطیسی، مکالمه متقاطع و نیاز به زمین کردن را ندارد. علاوه بر این، تقلیل آن بسیار کمتر است، و بنابراین کابل‌های فیبر نوری را می‌توان در فواصل بسیار دورتری نسبت به کابل مسی گستراند، گاهی تا 120 کیلومتر.

کابل فیبر نوری برای استفاده در زیرساخت‌های شبکه و بخصوص برای اتصالات بین ساختمان‌‌ها ایده‌آل است، زیرا در مقابل رطوبت و سایر شرایط خارج ساختمان مقاوم است. فیبر نوری ذاتا ایمن‌تر از کابل مسی هم هست، زیرا مثل مس انرژی الکترومغناطیسی قابل تشخیص ساطع نمی‌کند، و برداشتن مخفیانه اطلاعات از آن تقریبا غیرممکن است.

نقایص فیبر نوری عمدتا در هزینه‌های نصب و نگهداری آن نهفته‌اند، که معمولا از هزینه‌های کابل مسی بسیار بیشترند. اما در حال حاضر واقعا تفاوت خیلی زیادی بین هزینه‌های این دو وجود ندارد. خود رسانه فیبر نوری در حال حاضر فقط کمی ازGategory 5 UTP گرانتر است. با وجود این، استفاده از فیبر مشکلاتی به همراه دارد، از جمله در هنگام نصب، کابل‌کشی اساسا همان‌طور است که در مورد کابل مسی بود، فقط برای وصل کردن اتصال‌دهنده‌ها به ابزار و روش‌های کاملا متفاوتی نیاز است، لذا شما می‌توانید هر آنچه را که درباره سیم‌کشی الکتریکی یاد گرفته‌اید از پنجره دور بریزید.

از کابل فیبر نوری مدتهاست که استفاده می‌شود، حتی استانداردهای اولیه اترنت Mbps10 و بعدها 10BaseF هم استفاده از آن را پشتیبانی می‌کردند و آن را FOIRL می‌نامیدند. اما سرانجام استفاده از فیبر نوری در فناوری LAN پرسرعت رواج یافت و در حال حاضر تقریبا همه پروتکل‌های لایه پیوند داده از جمله پروتکل‌های زیر، استفاده از آن را به شکلی پشتیبانی می‌کنند:

·         Fast Ethernet (100BaseFX)

·         Gigabit Ethernet (1000BaseFX

·         Token Ring

·         Fiber Distributed Data Interface (FDDI)

·         100VG-AnyLAN

·         Asynchronous Transfer Mode (ATM)

·         Fiber Channel

کابل فیبر نوری هم مثل کابل مسی معمولا با استفاده از همبندی ستاره یا حلقه نصب می‌شود، هرچند پروتکل FDDI دو حلقه را رواج داده است، که شامل دو حلقه تکراری است که بار آنها در خلاف جهت هم حرکت می‌کند و به منظور تحمل خرابی ابداع شده است.

 

 

کابل فیبر نوری شامل یک هسته است که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود، و یک روکش1 که هسته را در برمی‌گیرد، و روی آن یک لایه حائل پلاستیکی یک لایه از فیبر Kevlar به منظور محافظت و یک پوشش بیرونی از تفلون یا PVC قرار دارد، همان‌طور که در شکل 13-4 نشان داده شده است. رابطه بین هسته و روکش است که کابل فیبر نوری را قادر می‌سازد سیگنال‌ها را در چنان فواصل دوری منتقل کند. شفافیت هسته کمی بیش از روکش است، که باعث می‌شود سطح داخلی روکش حالت انعکاسی داشته باشد. وقتی پالس‌های نور در هسته حرکت می‌کنند توسط روکش به عقب و جلو انعکاس داده می‌شوند. به دلیل این انعکاس است که می‌توان کابل را در گوشه‌ها خم کرد و سیگنال‌ها می‌توانند بدون اینکه مسدود شوند به حرکت خود ادامه دهند.

دو نوع مهم کابل فیبر نوری وجود دارد، به نام‌های تک‌حالته2 و چندحالته3، که از جهات گوناگون با هم تفاوت دارند مهمترین تفاوت آنها در ضخامت هسته و روکش است. فیبر تک حالته معمولا 125/8.3 میکرون است و فیبر چندحالته 125/62.5 میکرون. این ارقام مربوط به ضخامت هسته و ضخامت کل روکش و هسته هستند. نور در هسته‌ی نسبتا نازک فیبر تک‌حالته حرکت می‌کند بدون اینکه به اندازه‌ای که در هسته کلفت‌تر فیبر چندحالته اتفاق می‌افتد توسط روکش منعکس شود. سیگنالی که در کابل تک‌حالته منتقل شود توسط یک لیزر تولید می‌شود و شامل فقط یک طول موج است، در حالی که سیگنال‌های چندحالته توسط یک دیود منتشر‌کننده نور4 (LED) تولید می‌شوند و چند طول موج را منتقل می‌کنند. همه‌ی این کیفیات، کابل تک‌حالته را قادر می‌سازند نسبت به کابل چندحالته در پهناهای باد بالاتری کار کند و در فواصل تا 50 برابر بیشتر گسترده شود.

اما کابل تک‌حالته بسیار گرانتر است و در مقایسه با کابل چند حالته شعاع انحنای نسبتا بالایی دارد، که کار با آن را سخت‌تر می‌کند. بیشتر LANهای فیبر نوری از کابل چندحالته استفاده می‌کنند، که علی‌رغم کارایی کمتر نسبت به کابل تک‌حالته باز هم از کابل مسی بسیار بهتر است. شرکت‌های تلفنی و تلویزیون کابلی نز به استفاده از فیبر تک‌حالته تمایل دارند زیرا باید داده‌های بیشتری را منتقل کنند و در فواصل دورتری گسترده شوند.

کابل‌های فیبر نوری در پیکربندی‌های مختلف وجود دارند، زیرا این کابل موارد استفاده فراوانی دارد. در کابل‌های ساده5 فقط یک رشته فیبر وجود دارد، در حالی که در کابل‌های دوتایی6 دو رشته در کنار هم در یک حفاظ قرار دارند. در کابل‌های چندتایی7 تا 24 رشته فیبر در یک حفاظ قرار دارند، که می‌توان آنها را در هر سر برای موارد استفاده مختلف تقسیم کرد. از آنجا که کابل فیبر نوری مشکلات کابل مسی همچون EMI و مکالمه متقاطع را ندارد می‌توان تعداد زیادی رشته فیبر را با هم دسته‌بندی کرد بدون اینکه مثل کابل UTP نیاز به هم تابیدن آنها باشد و یا در مورد تضعیف سیگنال نگرانی وجود داشته باشد.

 

اتصال‌دهنده‌‌ای که به طور سنتی برای کابل‌های فیبر نوری به کار می‌رود اتصال‌دهنده ST 8 نام دارد. این اتصال‌دهنده، یک اتصال‌دهنده خمره مانند است که ساختار قفل نیزه‌ای دارد، همان‌طور که در شکل 14-4 نشان داده شده است. اما اتصال‌دهنده جدیدی تحت عنوان SC 9 نیز کم‌کم جای خود را باز کرده است. این اتصال‌دهنده بدنه‌ای مربع شکل دارد و با فشار دادن آن به داخل سوکت قفل شود.

* شکل 14-4: اتصال‌دهنده‌های SC (چپ) و ST (راست) فیبر نوری.

می‌‌توان اتصال‌دهنده‌های فیبر نوری را با استفاده از ابزار پرس یا جسب اپوکسی10 به طرق مختلف به کابل وصل کرد. برخلاف ابزارهایی که برای پرس کردن کابل‌های مسی به کار می‌روند و یک بسته کامل از آنها را می‌توان زیر 100 دلار خرید، یک جعبه ابزار فیبر نوری با همان قابلیت‌ها قیمتی بیش از 1000 دلار دارد و برای استفاده از آن نیز به مهارت بسیار بیشتری نیاز است.

 

در حال حاضر استفاده از کابل فیبر نوری تقریبا به زیرساخت‌ها منحصر است و به دلیل هزینه‌ی بالایی که برای نصب و نگهداری آن صرف می‌شود در سیم‌کشی افقی استفاده نمی‌شود. اما پتانسیل این فناوری در این زمینه بالاست. استفاده از کابل فیبر نوری آزادیی را به طراح شبکه می‌دهد که با رسانه مسی هرگز تصور آن هم ممکن نبود از آنجا که با فیبر نوری قطعه کابل‌هایی بسیار بزرگتر از UTP، یعنی طولانی‌تر از 100 متر، می‌توان داشت، دیگر نیازی نیست که در جای‌جای یک ساختار بزرگ اتاق‌های ارتباط دور حاوی سوئیچ یا هاب قرار بگیرند.

در عوض کابل‌های افقی می‌توانند در کل مسیر از پلاک‌های دیواری به یک اتاق تجهیزات مرکزی که حاوی همه تابلوهای اتصال، هاب‌ها، سوئیچ‌ها، مسیر‌یاب‌ها، و سایر ادوات این چنینی شبکه است کشیده شوند. این ساختار زیرساخت فروریخته11 نامیده می‌شود. به این ترتیب به جای سرکشی منظم به نواحی دوردست شبکه قسمت اعظم عملیات نگهداری را می‌توان در همین یک محل انجام داد.

فیبرهای نوری دو نوعند :

1. فیبرهای نوری تک وجهی: این نوع از فیبرها، هسته های کوچکی دارند ( قطری در حدود inch (4-) 10x 5/3  یا   9 میکرون ) و می‌توانند نور لیزر مادون قرمز ( با طول موج 1300 تا 1550 نانومتر ) را درون خود هدایت کنند.

2. فیبرهای نوری چند وجهی: این نوع از فیبرها هسته های بزرگتری دارند ( قطری در حدود inch (3-) 10x 5/2 یا  5/62  میکرون ) و نور مادون قرمز گسیل شده از دیودهای نوری موسوم به LED ها را ( با طول موج 850 تا 1300 نانومتر ) درون خود هدایت می‌کنند.

برخی از فیبرهای نوری از پلاستیک ساخته می‌شوند. این فیبرها هسته بزرگی ( با قطر 4 صدم inch یا یک میلیمتر ) دارند و نور مرئی قرمزی را که از LED ها گسیل می‌شود ( و طول موجی برابر با 650 نانومتر دارد ) هدایت می‌کنند.

بیایید ببینیم طرز کار فیبر نوری چیست.

یک فیبر نوری چگونه نور را هدایت می‌کند؟

فرض کنید می‌خواهید یک باریکه نور را بطور مستقیم و در امتداد یک کریدور بتابانید. نور براحتی در خطوط راست سیر می‌کند و مشکلی ازین جهت نیست. حال اگر کریدور مستقیم نباشد و در طول خود خمیدگی داشته باشد چگونه نور را به انتهای آن می‌رسانید؟

برای این منظور می‌توانید از یک آینه استفاده کنید که در محل خمیدگی راهرو قرار می‌گیرد و نور را در جهت مناسب منحرف می‌کند. اگر راهرو خیلی پیچ در پیچ باشد و خمهای زیادی داشته باشد چه؟ می‌توانید دیوارها را با آینه بپوشانید و نور را به دام بیندازید بطوریکه در طول راهرو از یک گوشه به گوشه دیگر بپرد. این دقیقا همان چیزی است که در یک فیبرنوری اتفاق می افتد.

نور در یک کابل فیبرنوری، بر اساس قاعده ای موسوم به بازتابش داخلی، مرتبا بوسیله دیواره آینه پوش لایه ای که هسته را فراگرفته، به این سو و آن سو پرش می‌کند و در طول هسته پیش می‌رود.

از آنجا که لایه آینه پوش اطراف هسته هیچ نوری را جذب نمی‌کند، موج نور می‌تواند فواصل طولانی را طی کند. به هر حال، برخی از سیگنال‌های نوری در حین حرکت در طول فیبر، ضعیف می‌شوند که علت عمده آن وجود برخی ناخالصی‌ها داخل شیشه است. میزان ضعیف شدن سیگنال به درجه خلوص شیشه بکار رفته در داخل فیبر و نیز طول موج نوری که درون فیبر سیر می‌کند بستگی دارد.

 

سیستم ارتباط بوسیله فیبرنوری

برای پی بردن به اینکه فیبرهای نوری چگونه در سیستم های ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اجازه دهید نگاهی بیاندازیم به فیلم یا سندی که مربوط به جنگ جهانی دوم است. دو کشتی نیروی دریایی را درنظر بگیرید که از کنار یکدیگر عبور می‌کنند و لازم است باهم ارتباط برقرار کنند درحالی که امکان استفاده از رادیو وجود ندارد و یا دریا طوفانی است. کاپیتان یکی از کشتی ها پیامی را برای یک ملوان که روی عرشه است می‌فرستد. ملوان آن پیام را به کد مورس ترجمه می‌کند و از نورافکنی ویژه که یک پنجره کرکره جلو آن است برای ارسال پیام به کشتی مقابل استفاده می‌‌نماید. ملوانی که در کشتی مقابل است این پیام مورس را می‌گیرد، ترجمه می‌کند و به کاپیتان می‌دهد. (ملوان کشتی دوم عکس عملی را انجام می‌دهد که ملوان کشتی اول انجام داد.)

حالا فرض کنید این دو کشتی هر یک در گوشه ای از اقیانوسند و هزاران مایل فاصله دارند و در فاصله بین آنها یک سیستم ارتباطی فیبرنوری وجود دارد.

سیستم‌های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل این قسمت هاست:

فرستنده: سیگنال‌های نور را تولید می‌کند و به رمز در می‌آورد.

فیبرنوری: سیگنال‌های نور را تا فواصل دور هدایت می‌کند.

تقویت کننده نوری: ممکن است برای تقویت سیگنال‌های نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)

گیرنده نوری: سیگنال‌های نور را دریافت و رمزگشائی می‌نماید.

فرستنده

نقش فرستنده شبیه ملوانی است که روی عرشه کشتی فرستنده پیام ایستاده و پیام را ارسال می‌کند. فرستنده ابزار تولید نور را در فواصل زمانی مناسب خاموش یا روشن می‌کند.

فرستنده درعمل به فیبر نوری متصل می‌شود و حتی ممکن است دارای لنزی برای متمرکز کردن نور به داخل فیبر هم باشد. قدرت اشعه لیزر بیش از LED‌ هاست اما با کم و زیاد شدن دما شدت نورشان تغییر می‌کند و گرانتر هم هستند. متداول‌ترین طول موج‌هایی که استفاده می‌شود عبارتند از: 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر. (مادون قرمز و طول موج‌های نامرئی طیف).

 

تقویت کننده نوری

همانطور که قبلا هم به آن اشاره شد، نور حین عبور از فیبر ضعیف می‌شود. (مخصوصا در فواصل طولانی بیش از نیم مایل یا حدود یک کیلومتر مثلا در کابل‌های زیر دریا) بنابرین یک یا بیش از یک تقویت کننده نوری در طول کابل بسته می‌شوند تا نور ضعیف شده را تقویت کنند.

یک تقویت کننده نوری دارای فیبرهای نوری با پوشش ویژه ای است. نور ضعیف شده پس از ورود به این تقویت کننده تحت تاثیر این پوشش خاص و نیز نور لیزری که به این پوشش تابیده می‌شود تقویت می‌شود. ملکول‌های موجود در این پوشش ویژه با تابش لیزر به آنها، سیگنال نوری جدید و قوی تولید می‌کنند که مشخصات آن مشابه نور ورودی به تقویت کننده است. درواقع تقویت کننده نوری یک آمپلی فایر لیزری برای نور ورودی به آن است.

 پچ کورد فیبر نوری

برای اتصال بین پچ پنل فیبر نوری و سوئیچ شبکه از پچ کورد استفاده می کنیم. این پچ کورد ها بایستی متناسب با فیبر نوری انتخاب شوند. مثلا پچ کورد سینگل مود برای فیبر سینگل مود و پچ کورد مالتی مود برای فیبر مالتی مود.  پچ کورد ها دارای کانکتورهای مختلفی هستند که در کارخانه بر روی آنها نصب شده است . مانند : MT – Rj و LC و SC و ST و VF – 45 . بر حسب کاربرد در برخی پچ کوردها کانکتور های یک سر پچ کورد با سر دیگر متفاوت است، برای مصارف گوناگون مثلا پچ کورد : SC به LC و ... پچ کوردها معمولاً دارای قابلیت انعطاف بسیار بالایی هستند و براحتی نمی شکنند. طول این پچ کوردها معمولا 1 ، 2 ، 3 ، 5 و 10 متر می باشد.

               

 

 کانکتورهای فیبر نوری
کانکتور فیبر نوری بر روی فیبر نوری توسط ابزارهای خاص نصب می شود و امکان انتقال داده را به ما می دهد . برخی از انواع این کانکتورها عبارتند از MT – Rj و LC و SC و ST  که به دو گروه مالتی مود و سینگل مود نیز تقسیم می شوند.

 

 

         

آداپتور فیبر نوری
آداپتور فیبر نوری واسط بین فیبر نوری که کانکتور بر روی آن نصب شده و پچ کورد فیبر نوری می باشد . این آداپتور عموما داخل پچ پنل مخصوص فیبر قرار می گیرد . و انواع مختلف آن متناسب با نوع کانکتور بصورت 2 پورت Duplex یا تک پورت Simplex وجود دارد .

 

کیف ابزار فیبر نوری
کیف ابزار فیبر نوری مخصوص نصب کانکتورهای فیبر است . 

 

 

فیوژن
دستگاه فیوژن برای اتصال فیبرنوری بکارمی رود.

 

 

گیرنده نوری

گیرنده نوری مشابه ملوانی که روی عرشه کشتی گیرنده پیام بود عمل می‌کند. این گیرنده سیگنال‌های نوری ورودی را می‌گیرد، رمزگشائی می‌کند و سیگنال‌های الکتریکی مناسب را برای ارسال به کامپیوتر، تلویزیون یا تلفن کاربر تولید و به آنها ارسال می نماید. این گیرنده برای دریافت و آشکارسازی نور ورودی از فتوسل یا فتودیود استفاده می‌کند.