فیبر نوری

فیبر نوری، در تعریف یک رسانه و راه حل مناسبی جهت انتقال دیتا با پهنای باند نامحدود و گسترده است. فیبر نوری تار نازکی تولید شده از شیشه خالص و یا ترکیب شیشه و پلاستیک است که به عنوان رسانه انتقال دیتا عمل می نماید و اطلاعات از طریق آن منتقل می شوند. بنابراین، همان عملکرد اصلی کابل های مسی که انتقال یک مکالمه تلفنی، داده های کامپیوتری یا صفحات اینترنتی می باشد را انجام می دهد. با این حال، بر خلاف کابل شبکه مسی، فیبر نوری به جای الکتریسیته، نور (پالس های نوری) را حمل می نماید و در انجام این کار، مزایای متمایز زیادی را ارائه می دهد که آن را به زیرساخت انتقال مناسبی جهت کاربردهای مختلف از ارتباطات و شبکه های کامپیوتری گرفته تا مخابرات تبدیل می نماید.

مانند بسیاری از دستاوردهای فناورانه، فیبر نوری نیز از جستجوهای متوالی بسیاری که برخی از آنها ظاهراً نامرتبط  بودند، توسعه یافته است. مطالعه تاریخچه آن جهت درک این نکته مهم است که این فناوری موجود که امروزه نسبتاً نوین است و هنوز در حال تکامل می باشد و تا چه حد در ارتباطات امروزی ما نقش ایفا می نماید.
فهرست مطالب

  1. فیبر نوری
    1. پایه سیستم یک لینک نوری
    2. تاریخچه
    3. کابل فیبر نوری
      1. ساختار
      2. اجزای کابل
      3. بافر buffer
      4. حالت ها، مُد Mode
      5. روزنه عددی
      6. شاخص های ضریب شکست
      7. انواع کابل
    4. اتصال و سربندی
    5. TIA-598

 

 فیبر نوری

 

فیبر نوری

 

لینک فیبر نوری

پایه یک سیستم نوری، لینک نوری می باشد که دو مدار الکترونیکی را به هم متصل می نماید. شکل 1-1 بخش های اصلی یک لینک ساده را نشان می دهد. این قسمت ها به شرح زیر است:

  1. فرستنده یا Transmitter، که سیگنال الکتریکی را به سیگنال نوری تبدیل می نماید. منبع نوری، که به یک دیود ساطع کننده نور (LED) یا یک دیود لیزری مجهز است، که در واقع تبدیل سیگنال را انجام می دهد. منبع یا سورس جریان الکتریکی را به نور تبدیل می نماید. مدار درایو سیگنال الکتریکی را به جریان درایو مورد نیاز منبع تغییر می دهد.
  2. کابل فیبر نوری، که مدیا و بستر انتقال نور است. کابل  متشکل از تارهای فیبر (فیبرهای نوری)، پوشش و یا ژاکت محافظ آنها می باشد.
  3. گیرنده یا Receiver، که نور را دریافت  و سپس به سیگنال الکتریکی تبدیل می نماید. در بیشتر موارد، سیگنال الکتریکی حاصل با سیگنال اصلی تغذیه شده به فرستنده یکسان است. دو بخش اصلی گیرنده، شامل آشکارساز که سیگنال نوری را دوباره به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌ نماید و مدار خروجی که سیگنال را قبل از ارسال دوباره شکل می دهد و تقویت می نماید و در صورت نیاز آن را بازسازی می نماید.

پایه یک سیستم فیبر نوریشکل 1-1 پایه یک سیستم نوری

بسته به کاربرد، مدارهای فرستنده و گیرنده می توانند بسیار ساده یا کاملاً پیچیده طراحی شده باشند. در واقع این چهار بخش  جوهره جایگزین ارتباطات را تشکیل می دهند. سایر اجزای مورد بحث در این شبکه نوری، مانند کوپلرها (آداپتور های فیبر)، مالتی پلکسرها و تقویت کننده های نوری، ابزاری را برای ایجاد لینک ها و شبکه های ارتباطی پیچیده تر فراهم می نمایند. البته فرستنده، کابل فیبر نوری و گیرنده عناصر اساسی در هر لینک نوری هستند.

فراتر از لینک ساده، کابل فیبر عامل اصلی ارتباطات نوری است – انتقال سیگنال های نوری از طریق شبکه های پیچیده تر از لینک نقطه به نقطه ساده که قبلاً توضیح داده شد امروزه به آسانی میسر گردیده است. به طور سنتی، سیگنال نوری باید دوباره به سیگنال الکتریکی تبدیل می شد. اگر قرار بود سیگنال به هر طریقی دستکاری شود. اگر قرار بود سیگنالی تقویت شود، باید از یک خط به خط دیگر سوئیچ می‌شد، با سیگنال‌های دیگر در همان مسیر ترکیب می‌شد و سیگنال باید به صورت الکترونیکی دستکاری می‌شد، نه نوری. امروزه می‌توان با سیگنال‌ها به صورت نوری برخورد نمود. بسیاری از اجزای نوری اضافی ابداع شده اند تا سیگنال ها را به صورت نوری بدون تبدیل الکتریکی پردازش نمایند. در واقع، یکی از اهداف ارتباطات نوری این است که بتوانیم به طور کامل در حالت نوری از انتها به انتها عمل نماییم.

 

اطلاعات تکمیلی:

  1. سورس نوری
  2. کابل فیبر نوری

 

تاریخچه

استفاده از نور جهت ارتباط نوآوری جدیدی نیست. فانوس‌ های دریایی جهت هشدار های خط ساحلی راه ارتباط را برای قرن ها متوالی در حهت سلامت ملوانان میسر ساخته اند. در کلیساهای قدیمی و مساجد نیز جهت ارتباط و برگزاری آئین های خاص از فانوس ها استفاده می شد. نیروی دریایی ایالات متخده اولین بار از لامپ‌ هایی جهت برقراری ارتباط بین کشتی‌ ها با کد مورس استفاده می‌ نمود.

 

کلود چاپه Claude Chappe 

کلود چاپه در دهه های 1790 یک تلگراف نوری در فرانسه ساخت. سیگنال‌ها در مجموعه‌ای از برج‌هایی که از پاریس تا لیل امتداد داشتند، به فاصله 230 کیلومتر انتقال می یافتند که از طریق بازوهای سیگنال متحرک به یکدیگر مخابره می شدند. پیام‌ ها در حدود 15 دقیقه از ابتدا به انتهای مسیر هوایی انتقال می یافتند. در ایالات متحده، یک تلگراف نوری بوستون و جزیره مجاور Martha’sVineyard را به هم متصل نمود. این سیستم ها در نهایت با تلگراف های الکتریکی جایگزین شدند.

 

جان تیندال John Tyndall

در سال 1870، فیلسوف انگلیسی، جان تیندال، اصل هدایت نور را از طریق بازتاب های درونی نشان داد. او در ارائه‌ ای در مقابل انجمن سلطنتی، نشان داد که نور می‌تواند در گوشه‌ای خم شود به طوری که در آب شکسته می شود و آب با فشار حرکت می نماید. هنگامی که تیندال یک پرتو نور را از طریق دهانه در امتداد آب نشانه گرفت، مخاطبانش مشاهده نمودند که نور یک مسیر زیگزاگی را در داخل مسیر منحنی آب طی می نماید. آب نور را به دام انداخته و هدایت می کند. یک فیبر نوری بر اساس همین اصل هدایت کننده نور عمل می نماید.

 

الکساندر گراهام بل Alexander Graham Bell 

یک دهه بعد، الکساندر گراهام بل فوتوفون photophone را به ثبت رساند (شکل 1-2)، که از نور هدایت نشده جهت انتقال گفتار استفاده می نمود. مجموعه ای از لنزها و آینه ها نور را به آینه تخت متصل به دروازه ای پرتاب نمودند. صدا آینه را به لرزه درآورد و در نتیجه تعدیل نمود. نور به آن برخورد می نماید. گیرنده از یک آشکارساز سلنیوم استفاده می‌کند که مقاومت آن با شدت نوری که به آن برخورد می‌کند متفاوت است. نور تعدیل‌شده صوتی که به سلنیوم برخورد می‌کند، جریان را از گیرنده تغییر می‌دهد و صدا را بازتولید می نماید. بل موفق شد در مسافت 200 متری با موفقیت این صوت را ارسال نماید. اختراع photophone بل بدیع و جالب بود، اما فاقد قابلیت عملی بود که درنهایت یکی دیگر از اختراعات او، تلفن، را ارائه نمود.

تکامل فناوری تولید

با این حال، تیندال و بل دو اصل مهم را ارائه نمودند که در آينده در فناوری فیبر اعمال شد: هدایت نور از طریق یک رسانه انتقال یا کل بازتاب داخلی Total Internal reflection، و مدولاسیون نور جهت برقراری ارتباط. البته، کاربرد عملی این دو اصل، به یک رسانه انتقال بهتر و روش مناسب تری جهت تعدیل نور نیاز داشت.

در سراسر اوایل قرن بیستم، دانشمندان تحقیقات تجربی و نظری را در مورد موج بر های دی الکتریک، از جمله میله های شیشه ای انجام دادند. در طول دهه 1950، فیبرهای ارسال کننده تصویر توسط برایان اوبرین Brian O’Brien در شرکت نوری آمریکا و ناریندر اس. کاپانی Narinder S. Kapany و همکارانش در کالج علم و فناوری سلطنتی لندن توسعه یافتند. این نوآوری در پزشکی جهت دیدن داخل بدن استفاده شد. که در واقع کاپانی بود که میله شیشه ای با پوشش شیشه ای (که اساساً ساختار فیبر امروزی است) را اختراع نمود و در سال 1956 اصطلاح فیبر نوری را ابداع نمود. شیشه پوشش داده شده مهمترین مرحله تولید فیبر نوری به شمار می رفت. لایه بیرونی جهت نگه داشتن نور در لایه داخلی، جایی که هدایت می شد، مورد استفاده قرار می گرفت. صد البته فیبرهای دهه 1950 هنوز جهت کاربردهای ارتباطی مناسب نبودند.

 

در سال 1957، گوردون گولد Gordon Gould, ، دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه کلمبیا، لیزر را به عنوان منبع انتشار نور توصیف نمود. چارلز تاونز Charles Townes  و آرتور شاولو Arthur Schawlow از آزمایشگاه‌های بل به رایج شدن این ایده در محافل علمی و تشویق تحقیقات جهت ایجاد یک لیزر کارآمد کمک رساندند. در سال 1960، تئودور می من Theodore Maiman از آزمایشگاه هیوز Hughes اولین لیزر سرخ را عملیاتی نمود، در حالی که تاونز یک لیزر نئون هلیوم را ارائه داد. در سال 1962، لیزر در یک تراشه نیمه هادی مشاهده شد که نوعی لیزر مورد استفاده در فیبر نوری است. با تأخیر، گولد به عنوان پدر لیزر شناخته شد و در سال 1988 بر اساس کار او در دهه 1950، چهار حق ثبت اختراع اصلی را به دست آورد.

فوتوفن الکساندر گراهام بل

شکل 1-2 فتوفن الکساندر گراهام بل (تصویر با حق Copyright از Tyco Electronics)

 

حتی امروزه هم اهمیت لیزر به عنوان یک حامل دیتا برای مهندسان شبکه از بین نرفته است. لیزر دارای ظرفیت بالقوه حمل اطلاعات تا 10000 برابر بزرگی فرکانس های رادیویی مورد استفاده در آن زمان بود. علیرغم این پتانسیل، لیزر به خوبی جهت انتقال در فضای باز و خط دید مناسب نبود، همانطور که در امواج مایکروویو استفاده می شد. مه، دود، باران و سایر شرایط محیطی بر انتقال نور لیزر تأثیر منفی می گذاشتند. فقط تصور نمایید که چگونه مه از کارایی یک چراغ اتومبیل می کاهد. در واقع، انتقال پرتو لیزر از زمین به ماه آسانتر از انتقال نور بالای شهر به مرکز شهر است. پس لیزر منبع ارتباطی مناسبی است که در انتظار یک رسانه انتقال مناسب به سر می برد،  بلی  “فیبر نوری”.

 

چارلز کائو Charles Kao و چارلز هاکام Charles Hockham 

در سال 1966، چارلز کائو Charles Kao و چارلز هاکام Charles Hockham از آزمایشگاه مخابرات استاندارد در انگلستان، مقاله ای را منتشر نمودند که در آن استفاده از فیبرهای نوری به عنوان رسانه انتقال در صورتی که افت آنها تا 20 دسی بل در کیلومتر کاهش یابد را پیشنهاد نمودند. آنها حدس زدند که افت بالای 1000 دسی بل در کیلومتر در آن زمان در نتیجه ناخالصی های شیشه است و نه ویژگی خود شیشه. افت بسیار مانع از انتقال نور توسط فیبر به فواصل قابل توجه می‌شد. کائو و هاکام استدلال نمودند که کاهش این ناخالصی ها باعث تولید فیبرهای با افت ناچیز و مناسب جهت ارتباطات می شود.

 

تاریخ سازی شرکت کُرنینگ CORNING 

در سال 1970، رابرت مورر Robert Maurer، دونالد کلک Donald Kleck و پیتر شولتز Peter Schultz در کارخانه شیشه کورنینگ اولین فیبر را با افت زیر 20 دسی بل در کیلومتر تولید نمودند. با انجام این کار، آنها ثابت کردند که Kao و Hockham درست حدس زده بودند، البته در اهداف خود جهت سطوح افت فیبر بسیار محافظه کار بودند. تا سال 1972، افت فیبرها به 4 دسی بل در کیلومتر در نمونه های آزمایشگاهی کاهش یافت.

امروزه افت در بهترین تار فیبر نوری کمتر از 0.2 دسی بل در کیلومتر است که دو مرتبه بهتر از سطوح توصیه شده توسط کائو و هاکهام است. اهمیت افت کم، یا مقدار افت کمتر از 20 دسی بل برای اولین بار توسط Maurer، Kleck و Schultz به دست آمد به این معنی که تنها 1 درصد از انرژی نوری تزریق شده به فیبر پس از طی فاصله انتقال 1 کیلومتری از بین می رفت. تا سال 1982، عملکرد فیبر نوری به میزانی بهبود یافته بود که نور می توانست تا 125 کیلومتر در کابل فیبر نوری منتقل شود و هنوز 1 درصد از انرژی نوری را حفظ نماید.

ترکیب لیزر و فیبر نوری قوه تخیل مهندسان شبکه در سراسر جهان را برانگیخت. وجود منبعی از پتانسیل بزرگ و وسیله انتقال حیرت انگیز و غیر معمول بود. پیشرفت‌های مشابه در فناوری‌های مرتبط، مانند آشکارسازها، فناوری های انتقال، و تئوری ارتباطات منجر به تحقیقات گسترده در سیستم‌های فیبر نوری در اواسط تا اواخر دهه 1970 شد.

فناوری در همان دوره در هر زمینه ای که صنعت به روز می شد و تجربه به دست می آورد، پیشرفت می نمود. به عنوان مثال، در اواخر سال 1982، استفاده از فیبرهای تک حالته پیشرفته (سینگل مد) به قدری دشوار بود که برای چندین سال فقط کاربرد های تخصصی پیدا می نمودند. شرکت مخابرات ایالات متحده اولین شبکه تک حالته در مقیاس بزرگ را در سال 1983 نصب نمود و تا سال 1985، اپراتورهای بزرگ مخابرات مانند AT&T و MCI اعلام نمودند که فیبرهای تک حالته شبکه انتخابی برای تمامی مصارف مخابراتی هستند.

امرزوه ما قدردان زحمات تمامی این دانشمندانی می باشیم که صنعت ارتباطات را به نقطه امروزی بر پایه فیبر نوری رساندند.

 

اطلاعات تکمیلی:

  1. تاریخچه کابل فیبر نوری
  2. کل بازتاب داخلی
  3. تولید Fiber Optic
  4. ساختار فیبر

 

فیبر نوری منتخب

 

کابل فیبر نوری

کابل فیبر نوری از یک یا چندین تار فیبر نوری به همراه پوشش های لازم جهت تاب آوری شرایط محیطی مورد استفاده کابل، تشکیل شده است. فیبر های نوری موجود در کابل، انرژی نور را از فرستنده به گیرنده در هر لینک شبکه نوری انتقال می دهند. تار فیبر نوری بسته به نیازهای عملکردی خود ممکن است از شیشه خالص (سلیکا) یا پلاستیک و یا ترکیبی از شیشه و پلاستیک ساخته شود. مزیت انتقال نور از طریق فیبر نوری در مقایسه با انتقال نور از طریق هوا در این است که فیبر نوری می تواند نور را در داخل تار فیبر به دام انداخته و تا فواصل طولانی انتقال دهد.

 

تار های فیبر نوری مورد استفاده در کابل فیبر نوری دارای هسته ای بین 8 تا 62.5 میکرون (میلیونم متر) قطر هستند. جهت مقایسه، یک موی معمولی انسان حدود 100 میکرون قطر دارد. روکشی که هسته را احاطه نموده است کلد نام دارد و به طور معمول 125 میکرون قطر دارد!

 

پوشش نهایی تار فیبر نوری از روکش کلد در برابر سایش محافظت می نماید. ضخامت پوشش معمولاً نصف قطر روکش کلد است که اندازه کلی فیبر نوری را تا 250 میکرون افزایش می دهد. حتی با وجود ضخامت اضافی پوشش، تار های کابل فیبر نوری بسیار کوچکتر و سبک تر از کابل های مسی می باشند، هر تار فیبر نوری می تواند چندین برابر رسانه های دیگر پهنای باند را انتقال دهد.

 

اطلاعات تکمیلی:

  1. روکش کلد و هسته فیبر نوری
  2. کابل فیبر نوری چیست؟

 

تفاوت لوز تیوب و تایت بافر

شکل 1-3 : کابل های فیبر نوری لوز تیوب و تایت بافر

 

 ساختار 

کابل های فیبر نوری در بسیاری از ساختار ها و به جهت سازگاری در محیط های مختلف طراحی و تولید می شوند. سازندگان انواع مختلفی از کابل ها را جهت رفع نیازهای بیشتر کاربردها تولید نموده اند. نوع سیگنال انتقال و تعداد تار های فیبر نوری مورد نیاز تنها دو مورد از بسیاری از ملاحظات هنگام انتخاب کابل فیبر نوری مناسب برای یک برنامه کاربردی است. عوامل دیگر شامل موارد زیر است.

  1. استحکام کششی یا مقامت کششی – Tensile strength
  2. محدوده دما – Temperature range
  3. شعاع خم شدن یا شعاع خمش – Bend radius
  4. اشتعال پذیری – Flammability
  5. نوع بافر – Buffer type
  6. نوع سازه یا نوع ساختار – Structure type
  7. نوع ژاکت – Jacket type
  8. وزن – Weight
  9. زره یا پوشش فلزی محافظ – Armor
  10. مقاومت در برابر خرد شدن – Crush resistance

 

اطلاعات تکمیلی:

  1. راهنمای انتخاب کابل فیبر نوری
  2. شناسایی کابل فیبر نوری مطابق محیط کاربری
  3. معیار های طراحی کابل فیبر نوری

 

اجزای کابل فیبر نوری

خواه یک کابل شامل یک تار فیبر نوری، یا چندین تار فیبر نوری یا صدها تار فیبر نوری باشد، ساختار اولیه ای مشابه با سایر کابل ها دارد. همانطور که در شکل 2-3 نشان داده شده است، یک کابل فیبر نوری معمولی از فیبر نوری (ساخته شده از هسته، روکش و پوشش)، یک بافر، یک عضو استحکامی، و یک ژاکت یا غلاف محافظ بیرونی تشکیل شده است. بیایید این اجزا را به صورت جداگانه بررسی نماییم.

 

اجزای کابل فیبر نوری

شکل 2-3 : بافر

 

بافر Buffer

همانطور که در محتوای، “ساخت و تئوری تولید فیبر نوری” مطالعه فرمودید، تمامی تار های فیبر نوری دارای پوشش نهایی 250 میکرومتر هستند. این پوشش اولین لایه محافظت از تار های فیبر نوری می باشد. لایه محافظ قرار گرفته در اطراف پوشش را بافر می نامند. بافر به دو شکل می باشد:‌

    1. لوز بافر (که بیشتر در ساختار کابل های لوز تیوب قرار می گیرد)
    2. تایت بافر

 

لوز بافر Loose-buffered

لوز بافر که بیشتر در ساختار کابل های لوز بافر تیوب یا لوز تیوب شناخته می شود. شامل یک لوله یا تیوب و تار های فیبر نوری با ساختار لوز بافر داخل تیوب است که قطر داخلی آن بسیار بزرگتر از قطر تار های فیبر نوری پوشش داده شده است، همانطور که در شکل 3-3 نشان داده شده است.

 

لوز بافر تیوب

 

شکل 3-3 لوز تیوب یا لوز بافر تیوب

 

طراحی بافر تیوب فضا را جهت افزایش ظرفیت تعداد تار های فیبر نوری در هنگام تولید کابل فراهم می سازد. این فضای اضافی همچنین به فیبر نوری اجازه می دهد تا مستقل از بافر خود تار و بقیه اجزای کابل حرکت نماید و امنیت بیشتری برای تارهای نوری فراهم می آورد. همچنین یک عملکرد مناسب دیگر همراه دارد و آن قرار گیری کابل در معرض دمای بالا و تاب پذیری تار های نوری در شرایط دمای محیطی بالا است. برای ساخت کابل فیبر نوری از مواد مختلفی استفاده می شود.

کابل های لوز تیوب در انواع تک فیبر یا چند فیبر باشد می باشند (نباید با فیبر تک حالته و چند حالته اشتباه شود)، به این معنی که ممکن است یک یا چند تار فیبر نوری در هر تیوب بافر داشته باشند. علاوه بر این، یک کابل ممکن است حاوی تعدادی تیوب با تارهای بافر باشد که با هم گروه بندی و درساختار مجموعه ای قرار داده شده اند، همانطور که در شکل 4-3 نشان داده شده است. در چنین کابل‌هایی، تیوب های بافر در اطراف یک هسته مرکزی گروه‌بندی می‌شوند که استحکام کششی و مقاومت بیشتری در برابر خمش ایجاد می نماید.

 

اطلاعات تکمیلی:

  1. کابل فیبر نوری لوز تیوب چیست؟
  2. انواع کابل فیبر نوری لوز تیوب
  3. تفاوت کابل فیبر نوری تایت بافر و لوز تیوب

 

کابل فیبر نوری لوز تیوب چیست؟

 

شکل 4-3 ساختار لوز تیوب شامل مجموعه از تیوب های بافر دار حاوی تارهای فیبر نوری

 

کابل های بافر تیوب در ساختار لوز تیوب جهت کاربرد در محیط های داخلی indoor و خارجی outdoor طراحی شده اند. جهت کاربرد های Outdoor، تیوب های بافر عموما با ژل پر شوند Gel-filled، البته برخی تولید کنندگان پیشرفته آنها را با موادی از جنس پنبه نیز به جای ژل پر می نمایند که به آن  Gel-free می گویند. ژل آب را محدود و مسدود می نماید و از نفوذ یا ورود آن به داخل کابل جلوگیری می نماید. کابل های بافر لوز تیوب پر شده با ژل معمولاً به عنوان کابل های لوز تیوب، پر شده با ژل (LTGF) نامیده می شوند.

کابل های لوز تیوب جهت دفن مستقیم و همچنین نصب هوایی ایده آل می باشند. آنها همچنین جهت برنامه های IN/OUT بسیار محبوب هستند.

 

کابل های تایت بافر Tight buffered

کابل های تایت بافر معمولاً در محیط‌ های کنترل‌ شده‌ تری که کابل در معرض دما، رطوبت شدید و نفوذ آب کمتری قرار نمی‌گیرد استفاده می‌شوند. به طور خلاصه، کابل های تایت بافر معمولا جهت کاربردهای داخلی indoor استفاده می شوند.

 

کابل فیبر نوری بریک اوت breakout

شکل 5-3 کابل فیبر نوری تایت بافر

همانطور که در شکل 5-3 نشان داده شده است، کابل فیبر نوری تایت بافر دارای تارهای فیبر نوری با پوشش 250 میکرومتر می باشد که توسط بافر مستحکم دیگری که معمولاً 900 میکرومتر قطر دارد و مستقیماً روی لایه پوششی آکریلات 250 میکرومتری تار قرار گرفته است اعمال می شود.( Acrylate coating )

به این ترتیب، بافر 900 میکرونی مشابه نوعی عایق مستحکم می باشد. بافر در حقیقت جهت مقاومت بیشتر در برابر کشش، و استحکام بیشتر در اطراف فیبر قرار می گیرد.

 

یکی از مزایای کابل های تایت بافر این است که فیبر نوری های نوری با ساختار تایت بافر را می توان در محیط های داخلی به آسانی اجرا نمود، همانطور که در شکل 6-3 نشان داده شده است. این کار اتصال کانکتورها را نیز آسان تر می نماید. قطر استاندارد بافر اجازه می دهد تا انواع مختلفی از اتصالات اعمال شود.

کابل های تایت بافر از نظر قطر در مقایسه با کابل های لوز تیوب دارای قطر کمتری می باشند. حداقل شعاع خمش یک کابل تایت بافر معمولا کوچکتر از یک کابل لوز تیوب قابل مقایسه می باشد. این دو مزیت، کابل تایت بافر را به انتخابی جهت مصارف در محیط های داخلی indoor که در آن کابل از دیوار ها و سایر مناطقی که نیاز به خمیدگی شدید تر دارند عبور می دهد، می سازد.

 

کابل فیبر نوری تایت بافر

شکل 6-3 ساختار تایت بافر

اطلاعات تکمیلی:

  1. کابل فیبر نوری تایت بافر چیست؟
  2. انواع کابل فیبر نوری تایت بافر

 

حالت ها – مُد Mode

یکی از مهمترین ویژگی هایی که جهت تشخیص انواع فیبر استفاده می شود، تعداد مسیر های بالقوه ای است که نور می تواند از آن عبور نماید. ممکن است به نظر برسد که نور مستقیماً از هسته فیبر عبور می نماید و تمام منحنی های آن را دنبال می کند تا زمانی که از انتهای دیگر خارج شود. با این حال، نور خود ترکیب پیچیده ای از امواج الکتریکی و مغناطیسی است و طول موج نیز می تواند چندین برابر کوچکتر از هسته فیبر باشد. مانند یک توپ لاستیکی که از طریق لوله فاضلاب شلیک می شود، نور در واقع بیش از یک مسیر یا حالت دارد. بسته به اندازه هسته، طول موج منبع نور و دیافراگم عددی، مسیرها یا حالت‌های بالقوه زیادی وجود دارد که می‌تواند دنبال نماید.

بر این اساس دو نوع تار فیبر نوری شامل فیبر نوری تک حالته (سینگل مد) و فیبر نوری چند حالته ( مالتی مد ) مورد اشاره می باشد.

جهت درک حالت‌ها در فیبرهای نوری، اجازه دهید نگاهی دیگر به اساس انتقال نور در فیبر نوری بیندازیم: کل بازتاب داخلی نور.

به یاد بیاورید که کل بازتاب داخلی به این اصل بستگی دارد که نوری که از یک محیط با ضریب شکست معین می گذرد، در صورتی که به سطح مشترک در زاویه بحرانی یا بالاتر از آن برخورد نماید، از سطح مشترک با یک محیط با ضریب شکست پایین تر منعکس می شود، که با تفاوت بین ضریب شکست این دو محیط تعیین می شود.

جهت برآورده ساختن این نیاز، فیبر نوری با هسته ای ساخته می شود که ضریب شکست کمی بالاتر از روکش پوششی کلد اطراف آن دارد. در نتیجه، نور وارد شده به انتهای فیبر از سطح مشترک با روکش منعکس شده و از طریق فیبر هدایت می شود. طبق تعریف، بازتاب ها در هر زاویه ای متناسب با زاویه برخورد خواهد بود.

تعداد حالت های در فیبر نوری به قطر هسته، طول موج نور و دیافراگم عددی (روزنه عددی) هسته بستگی دارد.

 

روزنه عددی numerical aperture

با استفاده از فرمول زیر می توانید دیافراگم عددی را محاسبه نمایید:

 

روزنه عددی

توجه داشته باشید که دیافراگم عددی ابعادی ندارد. در واقع به عنوان یک نشانه نسبی از ظرفیت جمع آوری نور هسته فیبر در نظر گرفته می شود.

جهت یافتن تعداد حالت ها در یک فیبر نوری می توانیم از معادله زیر استفاده نماییم

M = (D × π × NA/λ)2/2

که در آن D قطر هسته و λ طول موج نور است. برای مثال، بیایید از مقدار مشتق شده قبلی خود برای دیافراگم عددی با قطر هسته 50 میکرومتر و طول موج نور 850 نانومتر استفاده نماییم:

M=(50×10-6 ×π×0.211/850×10-9)2/2=760.2

از آنجایی که نور نمی تواند بخشی از یک حالت را داشته باشد، چنانچه به یک عدد اعشاری رسیدیم باید به نزدیکترین عدد صحیح آن را برسانیم. بنابراین پاسخ 760 حالت یا مسیرهای بالقوه برای نور است.

 

شاخص های ضریب شکست

چه اتفاقی می‌افتد وقتی پرتوهای نوری که وارد فیبر نوری می‌شوند مسیرهای کمی متفاوتی را طی می‌نمایند، برخی در زوایای تندتر و برخی در زوایای کم‌عمق‌تر وارد می‌شوند؟ همانطور که در شکل 7-3 نشان داده شده است، نور می تواند حالت هایی را دنبال نماید که از یک خط مستقیم از طریق فیبر (حالت مرتبه صفر) تا تعداد کم بازتاب (حالت مرتبه پایین) تا تعداد بازتاب زیاد (حالت مرتبه بالا) را دنبال نماید. بسته به ساختار فیبر نوری و طول موج منبع نور، فیبر ممکن است از یک حالت یا بیش از یک میلیون حالت پشتیبانی نماید (در فیبرهایی با هسته های بزرگ مانند فیبرهای نوری پلاستیکی بیشترین تعداد حالت ها مهیا می گردد). مسیر یا مسیرهایی که نور از طریق فیبر نوری طی می نماید را می توان با بررسی شاخص ضریب شکست فیبر درک نمود.

 

شاخص ضریب شکست در فیبر نوری

شکل 7-3 سه نوع حالت نور

شاخص ضریب شکست به صورت گرافیکی رابطه بین ضریب شکست هسته و روکش را نشان می دهد. چندین پروفایل رایج در فیبرهای نوری مورد استفاده در مخابرات، شبکه، هوافضا و فضا یافت می شود:

    1. شاخص پله ای Step index
    2. شاخص درجه بندی شده Graded index
    3. شاخص کلد کم Depressed clad
      1. پله ای کم  Depressed clad Step index
      2. درجه بندی کم Depressed clad Graded index

 

شاخص ضریب شکست

شکل 8-3 انواع شاخص ضریب شکست

 

تا اینجا در این متن یک رابطه ساده را توضیح دادیم که در آن هسته یک ضریب شکست و روکش ضریب شکست دیگری دارد و یک رابط واحد بین این دو وجود دارد. این ساختار به عنوان فیبر با شاخص پله ای step شناخته می شود (پله ای). چنانچه یک فیبر شاخص پله ای دارای هسته کوچکی باشد و فقط یک مسیر را برای نور مجاز نماید، به آن فیبر نوری تک حالته و یا سینگل مد می گویند. چنانچه یک فیبر دارای قطر هسته به اندازه کافی بزرگ باشد و فضایی جهت نور برای طی کردن مسیرها یا حالت های مختلف ممکن از طریق بازتاب داشته باشد، به آن فیبر چند حالته می گویند.

 

شاخض شکست فیبر نوری

شکل 9-3 شاخص های  انتشار نور

 

فیبر چند حالته(مالتی مد) Step-Index

فیبر نوری با ضریب شکست پله ای، چند حالته پله ای که به سادگی به عنوان فیبر مالتی مد با ضریب پله ای نیز شناخته می شود، همانطور که قبلاً بحث شد، دارای یک هسته با یک ضریب شکست واحد و روکشی با ضریب شکست متفاوت و کمی پایین تر است. هسته و روکش توسط یک رابط منفرد از هم جدا می شوند، نوری که در هر زاویه ای بیشتر از زاویه بحرانی به آن برخورد می نماید، منعکس می شود. همانطور که در شکل 9-3 نشان داده شده است، هسته بزرگ فیبر نوری چند حالته با شاخص پله ای به یک پرتو نور اجازه می دهد تا مسیرهای ممکن زیادی را طی نماید.

نتیجه این خواهد شد که حتی اگر تمامی پرتوها از طول یک فیبر عبور نمایند، بازتاب ها مسیر طولانی تری را برای نور ایجاد می سازند. هرچه بازتاب بیشتر باشد، مسیر طولانی تر است. اگر شما و یکی از دوستانتان از یک جاده با سرعت یکسانی پیاده روی نمایید، به نقطه پایان یکسانی خواهید رسید، به طوری که شما در وسط جاده و دوستتان از یک طرف جاده به طرف دیگر به صورت زیگزاگی حرکت نموده است. حتی اگر دوست شما قبل از شما شروع به کار کرده باشد، در نهایت شما از او سبقت خواهید گرفت، چراکه دوست شما مسیر طولانی تری را در پیش گرفته است. در نتیجه، با وجود اینکه با هم مسیر را شروع نموده بودید، قبل از دوستتان به انتهای مسیر خواهید رسید.

همین اثر زمانی رخ می دهد که نور از طریق فیبر نوری منعکس می شود. حتی اگر پرتوهای نور به ترتیب 1، 2، 3 وارد فیبر شوند، ممکن است به ترتیب 3، 1، 2 به انتهای دیگر برسند، یا حتی در حین رسیدن با یکدیگر هم پوشانی داشته باشند که باعث می شود اطلاعاتی که حمل می کنند درهم و بی فایده شوند. این اثر پراکندگی مُدال نامیده می شود و عامل مهمی است که پهنای باند را در فیبر نوری محدود می نماید.

به طور معمول، پراکندگی مُدال در فیبر شاخص پله ای، بسته به قطر هسته فیبر و طول موج نور، پرتوهای نور را در حدود 15 تا 30 نانو ثانیه در کیلومتر کاهش می دهد. به عبارت دیگر، اگر یک پرتو مستقیم ترین مسیر را در فیبر طی نماید و پرتوی دیگر با انعکاس از دیواره های فیبر طولانی ترین مسیر ممکن را طی نماید، پرتویی که طولانی ترین مسیر را طی می کند، پرتوی را که کوتاه ترین مسیر را طی می کند از 15 تا 30 نانوثانیه (15 تا 30 میلیاردم ثانیه) در هر کیلومتر طول فیبر قطع می کند.

این بدان معناست که برای هر کیلومتر طول فیبر، هر بیت باید حداقل 30 ثانیه یا تقریباً 6 متر از بیت قبل از خود جدا شود تا اطمینان حاصل شود که بیت ها روی هم قرار نمی گیرند. همچنین این عملکرد منجر به محدودیت سرعت داده 33.33 مگاهرتز در فیبر 1 کیلومتری، 16.67 مگاهرتز در فیبر 2 کیلومتری، 11.11 مگاهرتز برای فیبر 3 کیلومتری و …. می شود که بسیار کمتر از توانایی فرستنده ها، گیرنده ها و پردازنده ها است و برای مدت زمان طولانی کاملاً نامناسب است.

در بحث انتقال فیبر نوری، به همین دلیل اشاره شده از فیبرهای نوری با شاخص پله ای چند حالته در مخابرات استفاده نمی شود و عملکرد آنها در هیچ یک از استانداردهای مورد بحث در این متن مورد توجه قرار نمی گیرد. PCS، HCS، و فیبرهای نوری پلاستیکی POF معمولاً دارای شاخص پله ای هستند.

 

دو روش مورد استفاده جهت کاهش پراکندگی مُدال modal dispersion استفاده از فیبر های نوری با شاخص درجه بندی شده چند حالته (مالتی مد) و فیبر با شاخص پله ای تک حالته (سینگل مد) است.

 

فیبر نوری درجه بندی شده چند حالته

فیبر درجه بندی شده چند حالته با افزایش سرعت پرتوهای نور حالت درجه بالا، مشکل پراکندگی مُدال را حل می نماید و به آنها اجازه می دهد تا با پرتوهای حالت درجه پایین همگام شوند.

فیبر این کار را با استفاده از همان اصولی که فیبر نوری بر آن استوار است انجام می دهد: قوانین شکست نور.
به یاد داشته باشید که وقتی نور از یک محیط با ضریب شکست بالاتر به یک محیط با ضریب شکست پایین تر وارد می شود، سرعت آن افزایش می یابد.

هسته فیبر نوری با شاخص درجه بندی شده در واقع از بسیاری از لایه های شیشه ای متحدالمرکز با ضریب شکست مناسب تشکیل شده است که با فاصله از مرکز کاهش می یابد. در انتها، این لایه ها شبیه حلقه های یک درخت هستند.
هر نوری که مستقیماً از فیبر عبور می نماید با سرعت ثابتی حرکت می کند. با این حال، اگر یک پرتو نور با زاویه وارد شود، از لایه های درجه بندی شده عبور می کند. همانطور که نور به پیش می رود، دو اتفاق می افتد.

نخست نور از حالت عادی شکسته می شود، چراکه ضریب شکست کاهش یافته است. دوم، سرعت انتشار نور افزایش می یابد. این اتفاق در هر لایه جدیدی که نور از آن عبور می نماید تا زمانی که به روکش می رسد یا تا زاویه بحرانی یکی از لایه ها خم می شود رخ می دهد. در این مرحله، نور منعکس می شود و جهت جدید خود را آغاز می کند، این بار به سمت نرمال شکست می خورد و پیش می رود و تا زمانی که به بالاترین ضریب شکست، در مرکز هسته فیبر نوری می رسد، کاهش می یابد. سپس از مرکز عبور می کند و چرخه را دوباره در طرف مقابل هسته فیبر آغاز می نماید. همانطور که در شکل 9-3 نشان داده شده است، مسیر شبیه یک موج سینوسی تقسیم شده است.

توجه داشته باشید که همانطور که نور مسیر طولانی تری را دنبال می کند، سرعت متوسط ​​آن افزایش می یابد و مسافت اضافی را که باید طی کند جبران می نماید. زمان حرکت از یک انتهای فیبر به انتهای دیگر در حال حاضر بسیار نزدیکتر به زمان نور است که مسیر مستقیمی را در فیبر دنبال می کند. در واقع، پراکندگی مُدال در فیبر با شاخص درجه بندی شده را می توان به 1ns/km کاهش داد.

 

فیبر نوری با شاخص پله ای تک حالته (سینگل مد)

فیبر نوری با شاخص پله ای تک حالته از روش دیگری جهت کاهش پراکندگی مُدال استفاده می نماید. به نور فضای کافی برای پیمودن چیزی جز یک مسیر واحد در فیبر نمی دهد.

فیبر تک حالته از هسته ای بیش از اندازه کوچک استفاده می نماید که نور فقط در یک حالت می تواند حرکت نماید. قطر فیبر تک حالته معمولاً فقط حدود 8 تا 10 میکرومتر است، اما عملکرد آن به طول موج نور نیز وابسته است.

به عنوان مثال، اگر یک فیبر جهت حمل طول موج 1310 نانومتر تنها در یک حالت طراحی شده باشد، فضایی برای نور در طول موج 850 نانومتر وجود دارد تا در چندین حالت حرکت نماید، بنابراین فیبر به یک فیبر چند حالته در طول موج کوتاه‌تر تبدیل شده است. کوتاه ترین طول موجی که فیبر در آن تنها یک حالت را حمل می نماید، طول موج قطع نامیده می شود. طول موج قطع برای فیبر طراحی شده جهت حمل 1310 نانومتر در یک حالت (سینگل مد) حدود 1260 نانومتر است.

حتی در فیبر تک حالته، نور مسیر مستقیمی را دنبال نمی کند. همانطور که در شکل 10-4 نشان داده شده است، به دلیل نحوه انتشار نور، مسیر ماروپیچی را از طریق هسته فیبر طی می کند و در بخشی از روکش پخش می شود. در نتیجه، سازندگان باید فیبر تک حالته با روکشی بسازند که نور را با تضعیف کمتری حمل نماید.

 

فیبر نوری با شاخص پله ای

شکل 10-4 انتشار نور در فیبر تک حالته

 

 

شاخص کلد کم Depressed-Clad Fiber

فیبرهای نوری با روکش کلد فشرده چند حالته (مالتی مد) و تک حالته (سینگل مد) معمولاً به عنوان فیبر های نوری غیر حساس به خمش Bend Insensitive یا BI شناخته می شوند. با ارائه این نوآوری از آنها به ويژه در پروژه های رساندن فیبر به منازل FTTH و فیبر های نوری Backbone یا ستون فقرات شبکه با توجه نیاز به خم شدن شدید بالا کابل استفاده گسترده ای ایجاد شد. خمش یک فیبر نوری می تواند باعث افت شود (افت خمش) و فیبرهای نوری تک حالته می توانند در طول موج های بلند تر مانند 1550 نانومتر افت قابل توجهی را تجربه نمایند.

جهت کاهش تضعیف ناشی از خمش، تولید کنندگان انگشت شمار فیبر نوری در جهان، فیبرهای نوری چند حالته و تک حالته ای را تولید نمودند که هنگام خم شدن تلفات کم یا افت ناچیز و کمی را تجربه می کنند. این فیبرهای نوری دارای پروفیل‌های ضریب شکست اختصاصی مشابه پروفیل‌های ضریب شکست با روکش تحت فشار هستند که در شکل 8-3 نشان داده شده است.

این فیبرها با یک محافظ trench نوری همانطور که در شکل 11-4 نشان داده شده است تولید می شوند. trench نوری هسته فیبر نوری را احاطه کرده است. نسبت به هسته یا روکش ضریب شکست کمتری دارد. ضریب شکست پایین به عنوان یک مانع عمل می کند و از خروج نور از هسته فیبر نوری در هنگام خم شدگی جلوگیری می نماید و میزان تضعیف را کاهش می دهد. مکان دقیق، اندازه و مقدار ضریب شکست trench معمولاً اختصاصی است و منتشر نشده است.

 

فیبر نوری BI

شکل 11-4 trench نوری اطراف هسته فیبرهای نوری چند حالته و تک حالته

 

فیبر نوری تک حالته دارای سه سطح ضریب شکست است. مانند تمام فیبرهای نوری، هسته بالاترین ضریب شکست را دارد. با این حال، روکش دارای دو ضریب شکست است، ضریب شکست روکش و ضریب شکست trench یا محافظ نوری. این شاخص ضریب شکست در برابر افت ناشی از خمش های با شعاع کوچک بهتر از ضریب پله ای مقاومت می نماید.

فیبر نوری چند حالته (مالتی مُد) با پوشش فشرده معمولاً به عنوان فیبر نوری چند حالته غیر حساس به خمش (BIMMF) نامیده می شود. مانند فیبر نوری تک حالته با روکش فشرده ، یک محافظ نوری trench، هسته را احاطه نموده است. این فیبرهای نوری معمولاً کاهش ده برابری در افت خمش را بدون هیچ تأثیری بر عملکرد پهنای باند ارائه می دهند. شرکت کُرنینگ CORNING و متز کانکت METZ CONNECT پیشتاز این فناوری می باشند.

 

اطلاعات تکمیلی:

  1. فیبر نوری سینگل مد
  2. فیبر نوری مالتی مد
  3. ضریب شکست نور
  4. شاخص ضریب شکست در فیبر نوری مالتی مُد 
  5. ساختار فیبر نوری
  6. کلد Clad و عملکرد آن در فیبر نوری
  7. فیبر نوری بر اساس نوع
  8. تفاوت فیبر نوری سینگل مد (تک حالته) و مالتی مد (چند حالته)
  9. فیبر نوری غیر حساس به خمش BI
  10. فناوری Clear Curve ثبت شده CORNING
  11. افت خمش در فیبر نوری
  12. فیبرهای نوری پلاستیکی POF
  13. کابل های فیبر نوری استاندارد
  14. پراکندگی در فیبر نوری
  15. رساندن فیبر به منازل FTTH
  16. طول موج فیبر نوری
  17. روزنه عددی NA
  18. ساختار فیبر نوری

 

انواع کابل فیبر نوری

از آنجایی که کاربرد های فیبر نوری متنوع تر شده است، تولیدکنندگان اقدام به تولید کابل هایی جهت رفع نیازهای خاص نیز نموده اند. پیکربندی کابل بر اساس نوع استفاده، شرایط محیطی و مکان لستفاده و نیازهای گسترش آینده متفاوت است، و این احتمال وجود دارد که با ظهور کاربرد های متفاوتی در آینده، موارد بیشتری نیز ایجاد شود.

 

کورد Cordage

واژه کورد در نام گذاری پچ کورد Patch Cord ریشه در Cordage دارد. ساده ترین انواع کابل ها ریسمان یا Cordage نامیده می شوند و در اتصال به تجهیزات و پچ پنل ها استفاده می شوند. آنها معمولاً به صورت پچ کورد یا جامپر ساخته می شوند. تفاوت عمده بین کابل و Cordage این است که Cordage دارای ساختاری از ترکیب فیبر نوری / بافر در یک روکش (ژاکت) است، در حالی که کابل ها ممکن است چندین فیبر نوری در داخل یک ژاکت یا غلاف داشته باشند.
دو نوع معمولی Cordage، سیمپلکس simplex و داپلکس duplex می باشد.

 

سیمپلکس Simplex Cordage

سیمپلکس کورد Cordage

شکل 12-3 Cordage سیمپلکس

 

سیمپلکس Cordage نام خود را از این واقعیت گرفته است که به دلیل دارا بودن تنها یک فیبر، معمولاً جهت انتقال یک طرفه یا سیمپلکس استفاده می شود، اگرچه ارتباطات دو طرفه با استفاده از یک فیبر واحد نیز امکان پذیر است.

 

داپلکس Duplex Cordage

همانطور که در شکل 13-3 مشاهده می نمایید، پچ کورد های داپلکس، که به آن زیپ کورد نیز می گویند، از نظر ظاهری شبیه سیم های برق خانگی است. طناب داپلکس روشی مناسب جهت ترکیب دو ریسمان سیمپلکس برای دستیابی به انتقال دوطرفه یا دوطرفه بدون گره خوردن یا تغییر تصادفی کورد های جداگانه است.

داپلکس کورد Duplex Cordage

شکل 13-3

 

کابل های توزیعی Distribution Cable

زمانی که تعداد بیشتری از فیبر های نوری در ساختار تایت بافر مورد نیاز باشد تا از طریق یک ساختمان عبور داده شوند، اغلب از کابل های توزیع استفاده می شود. کابل توزیع شامل چندین تار فیبر نوری تایت بافر است که در یک ژاکت با یک عضو استحکام(نخ های آرامید) قرار گرفته اند. این کابل ها، مانند آنچه در شکل 14-3 نشان داده شده است، ممکن است دارای یک عضو مرکزی دی الکتریک جهت افزایش استحکام کششی، مقاومت در برابر خمش و جلوگیری از پیچ خوردگی کابل در حین نصب باشند.

 

کابل های فیبر نوری توزیع

شکل 14-3 کابل فیبر نوری توزیع Distribution

 

کابل های فیبر نوری توزیع Distribution جهت مسیرهای بین ساختمانی (شبکه Campus) ایده آل هستند. بسته به نوع ژاکت، آنها ممکن است به شکل پلنوم یا رایزر به اتاق های مخابرات، رک های کابل کشی و ایستگاه های کاری هدایت شوند. فیبرهای نوری با ساختار تایت بافر قرار نیست خیلی فراتر از نصب اولیه مورد استفاده قرار گیرند، چراکه آنها اجزا و روکش مقاومی ندارند.
کابل های توزیع ممکن است تا 144 فیبر نوری تایت بافر را حمل نمایند که بسیاری از آنها ممکن است بلافاصله استفاده نشوند، البته امکان گسترش آینده را فراهم می نمایند.

 

کابل های فیبر نوری Breakout

کابل‌ های فیبر نوری Breakout بیشتر به جهت حمل فیبرهای نوری استفاده می‌شوند که به‌ جای اتصال به یک پچ پنل، مستقیم به تجهیزات متصل می گردند.
همانطور که در شکل 15-3 نشان داده شده است، کابل های بریک اوت از دو یا چند کابل سیمپلکس همراه با یک عضو استحکامی و/یا عضو مرکزی پوشیده شده با یک غلاف بیرونی تشکیل شده اند. این کابل ها جهت قرار گیری در سینی های در معرض یا هر برنامه ای که نیاز به کابل ناهموار اضافی دارد که می تواند مستقیماً به تجهیزات متصل شود ایده آل هستند.

 

کابل های فیبر نوری Breakout

 

شکل 15-3 کابل Breakout حاوی کابل های سیمپلکس همراه با یک عضو استحکام مرکزی

 

کابل زرهی Armored Cable

کابل های زره دار Armored را می توان جهت کاربردهای داخلی indoor و خارجی outdoor استفاده نمود. یک کابل زره پوش معمولاً دارای دو ژاکت است. ژاکت داخلی توسط زره احاطه شده است و ژاکت یا غلاف بیرونی زره را احاطه کرده است.

یک کابل زره پوش که جهت کاربردهای خارج از محیط مسقف Outdoor استفاده می شود، که در شکل 16-3 نشان داده شده است، معمولاً با ساختار لوز تیوب طراحی شده و جهت کاربردهای دفن مستقیم به کار می رود. (Direct Buried) زره معمولاً یک نوار آلومینیومی راه راه است که توسط یک ژاکت پلی اتیلن بیرونی احاطه شده است. این ترکیب ژاکت بیرونی و زره از فیبرهای نوری در برابر حیوانات جونده و آسیبی که می تواند در هنگام دفن مستقیم رخ دهد محافظت می نماید.

 

 

کابل های فیبر نوری زره دار Armour

شکل 16-3 کابل فیبر نوری زره دار Armour

 

کابل زره پوشی که به جهت کاربردهای داخلی indoor استفاده می شود ممکن است دارای فیبرهای نوری با ساختار تایت بافر و یا لوز تیوب، همراه یا بدون عضو(های) استحکامی و یک ژاکت داخلی مقاوم در برابر حریق و کم دود LSZH باشد. روکش داخلی معمولاً توسط یک زره نواری فلزی که به صورت مارپیچی پیچیده شده می باشد احاطه شده است. این نوع زره که در شکل 17-3 نشان داده شده است، ناهموار است و مقاومت در برابر له شدگی را فراهم می نماید. این کابل ها در مکان های پر ترافیک و تاسیساتی که نیاز به حفاظت اضافی از جمله محافظت در برابر جوندگان دارند نیز استفاده می شود. به خصوص در معادن و صنایع پتروشمی و نفت!

 

فیبر های نوری آرمور دار Corrugated

شکل 17-3 کابل فیبر نوری با زره Corrugated

 

کابل Messenger

هنگامی که یک کابل فیبر نوری بایستی بین دو دکل یا ساختارهای دیگر معلق گردد، اعضای استحکام به تنهایی جهت تحمل وزن کابل و هر نیروی اضافی که ممکن است روی کابل وارد شود کافی نیستند. جهت نصب های هوایی یک کابل نگهداره به همراه فیبر های پیام رسانمورد نیاز است. سیم پیام رسان می تواند خارج از کابل فیبر نوری ( فیگوریت – Figure8 ) یا یکپارچه در کابل ( OPGW ) باشد.

هنگامی که کابل نگهدارنده پیام رسان به کابل فیبر نوری متصل شود، کابل معمولاً به عنوان کابل پیام رسان یا فیگوریت شناخته می شود. این کابل ها معمولاً دارای یک سیم پیام رسان فولادی 0.25 اینچی هستند. سیم پیام رسان که گاهی اوقات به آن کابل نگهدارنده نیز گفته می شود، همانطور که در شکل 18-3 نشان داده شده است، در قسمت بیرونی کابل یکپارچه می شود و ساختاری مشاب عدد 8 لاتین را ایجاد می سازد.

 

کابل فیبر نوری Messenger

شکل 18-3 کابل فیبر نوری Messenger

 

کابل پیام رسان که به دلیل ظاهر مقطعش کابل شکل 8 نیز نامیده می شود، سرعت نصب هوایی را تا حد زیادی افزایش می دهد، چراکه نیازی به اتصال کابل فیبر نوری به سیم پیام رسان پیش از اجرا را از بین می برد.
اگر سیم پیام رسان در مجموعه کابل مورد استفاده قرار داده نشده باشد، کابل باید به سیم پیام رسان متصل شود. سیم پیام رسان یک سیم فولادی یا آلومینیومی است که کابل فیبر نوری را در تاسیسات هوایی پشتیبانی می نماید. در هر صورت، کابل‌ها در تاسیسات هوایی باید بتوانند بارگذاری ناشی از بادهای تند، یخ، پرندگان و حیوانات کوهنوردی و حتی زباله‌های ناشی از باد مانند شاخه‌ها را تحمل نماید.

نوع دیگری از کابل های فیبر نوری هوایی نوع خود نگهدار می باشد که با نام ADSS شناخته می شود. محدودیت فواصل قابل پشتیبانی در نوع ADSS بیشتر است.

 

کابل های ریبون Ribbon

کابل ریبون یک راه حل مناسب جهت نیاز به مشکلات ظرفیت و وزن کابل است. این کابل حاوی نوارهای از تار های فیبر نوری است که در واقع فیبرهای نوری پوشش داده شده ای هستند که در کنار هم قرار گرفته اند و در نوار Mylar محصور شده اند (شکل 19-3 را ببینید)، شبیه به نسخه مینیاتوری روبان های سیمی که در سیم کشی کامپیوتر استفاده می شود. یک نوار ممکن است شامل 4، 8 یا 12 فیبر نوری باشد. این روبان ها را می توان تا ارتفاع 22 نوار روی هم قرار داد.

کابل های فیبر نوری ریبون

شکل 19-3 کابل فیبر نوری ریبون

 

کابل فیبر نوری زیردریایی Submarine

کابل های فیبر نوری زیردریایی به طور ویژه جهت حمل فیبر نوری در زیر آب طراحی شده اند. با این حال، همه کابل های زیردریایی یکسان نیستند. کابل زیردریایی بسته به مسافتی که کشیده می شوند و نوع خدماتی که ارائه می‌کند، می‌تواند اشکال مختلفی داشته باشد.

کابل فیبر نوری زیردریایی ممکن است در فرم هایی در زیر آبراه‌ها گذاشته شود، جایی که فعالیت‌های کشتی‌رانی یا ماهیگیری تهدید به گیرکردن یا آسیب رساندن به کابل می‌کند، یا ممکن است مستقیماً در کف آبراه‌هایی که کمتر سفر کرده‌اند، یا در کف اقیانوس که چنین فعالیت‌هایی انجام می‌دهند، گذاشته شوند. نفوذ نکند شکل 7-21 یک کابل زیردریایی چند فیبر نوری با زره و اعضای استحکام فلزی را نشان می دهد.

کابل های فیبر نوری زیردریایی ممکن است در زیر آبراه‌های دریا گذاشته شوند، جایی که فعالیت‌های کشتی‌رانی یا ماهیگیری تهدیدی به جهت گیرکردن یا آسیب رساندن به کابل به شمار آید، یا ممکن است مستقیماً در کف آبراه‌ های که کمتر در دسترس هستند، و یا در کف اقیانوس، قرار گیرند. کابل های فیبر نوری دریایی عموما از چندین لایه محافظ رزین و مشتقات نفتی سنگنین در آمیخته شده با چندین لایه از میله های فلزی آرماتوری به جهت تاب آوری بیشتر ساخته شده اند. شکل 20-3 یک کابل زیردریایی چند فیبر نوری با زره و اعضای استحکام فلزی را نشان می دهد.

 

کابل های فیبر نوری زیردریایی

شکل 20-3 کابل فیبر نوری زیردریایی

 

کابل های فیبر نوری هوا فضا Aerospace Cable

کابل های هوافضا Aerospace جهت نصب در هواپیما و فضاپیما ها و نصب داخل موشک های پرتاب شونده به سمت فضا طراحی شده اند. این کابل ها جهت کارکرد در محیط های با دمای بسیار بالا طراحی شده اند. علاوه بر این، آنها بایستی از فیبر های نوری در برابر شوک و ارتعاش مربوط به هواپیما، فضاپیما و موشک ها محافظت نمایند. در حالی که فیبر نوری مورد استفاده در بسیاری از کابل های هوافضا ممکن است همان فیبر نوری مورد استفاده در سایر انواع کابل باشد، اما بدلیل ایجاد خاصیت ارتعاشی پوشش، بافر و ژاکت معمولاً متفاوت است.

 

دسته بندی بر اساس تعداد حالت ها

کابل های فیبر نوری تک حالته بر اساس استاندارد معتبر ITU-T تحت کلاس های G.65X دسته بندی می گردند. بیشترین کابل های فیبر نوری تک حالته در سرتاسر کره خاکی نوع G.652.D می باشد و پس از آن نوع سازگار با همین  کلاس G.652.D است که مزیت غیر حساس به خمش BI را نیز همراه دارد و تحت کلاس G.657.X شناخته می شود.

این دسته های پر رونق در استاندارد ISO/IEC تحت طبقه بندی OS2 قرار می گیرند. کابل های فیبر نوری تولید اروپا و کشورهای غربی عموما از نوع OS2 می باشند، کابل های OS1 البته هنوز در برخی از کشور ها مورد استفاده هستند از جمله ایران، بیشتر کابل های تولید خاور دور از نوع OS1 می باشند که پراکندگی بالایی دارند و در واقع عملکرد ضعیف! پیشنهاد می گردد همواره از کابل های OS2 استفاده نمایید!

 

کابل های فیبر نوری چند حالته یا مالتی مد نیز تا به امروز در انواع OM4 ,OM3 ,OM2 ,OM1 و OM5 در دسترس می باشند که بسته به نوع پروژه و میزان پهنای باند انتخاب می گردند.

 

اطلاعات تکمیلی:

  1. انواع کابل فیبر نوری indoor
  2. انواع کابل های فیبر نوری Outdoor
  3. کابل های فیبر نوری Outdoor
  4. کابل های فیبر نوری Indoor
  5. شناسایی کابل های فیبر نوری
  6. دسته بندی کابل های فیبر نوری
  7. کابل های فیبر نوری استاندارد
  8. فیبر نوری OM1
  9. فیبر نوری OM2
  10. فیبر نوری OM3
  11. فیبر نوری OM4
  12. فیبر نوری OM5
  13. استاندارد ITU-T تک حالته
  14. فیبر نوری سینگل مد
  15. فیبر نوری مالتی مد
  16.  تفاوت فیبر نوری OS1 و OS2

 

سربندی و اتصال Termination

برخی از فیبرها، مانند  کابل های سیمپلکس و داپلکس و کابل بریک‌آوت، به طور معمول پیش از کاربری توسط مشتری نهایی با کانکتورهای فیبر نوری سربندی و تجهیز شده‌اند و به راحتی می‌توان از آنها استفاده نمود. سایرین، از جمله کابل های لوز تیوب، بایستی جهت اتصالات و قرار گیری در پروژه ها با کیت ها ویژه آماده شوند و یا ابزار های مورد نیاز سربندی گردند. دو روش رایج شامل :

 

  1. اسپلایس فیوژن فیبر نوری با استفاده از دستگاه فیوژن
  2. اسپلایس مکانیکی با استفاده از کانکتور های سربندی سریع و در محل

 

پشنهاد ما بیشتر بر انجام فیوژن فیبر نوری است، البته با دستگاه های به روز با فناوری Core Alignment و کالیبراسیون معتبر.

چرا فیوژن؟

تا به این قسمت، ما به نحوه اتصال یا پیوند دو فیبر نوری با هم اشاره نکرده ایم. همچنین در مورد اینکه چرا می خواهیم این کار را انجام دهیم، بحث نکرده ایم. در ادامه مبحث اسپلایسینگ را مطرح می نماییم. اتصال دو فیبر نوری به یکدیگر یکی از راه های اتصال است تا انرژی نوری از یک فیبر نوری به فیبر نوری دیگر منتقل شود.

 

فیوژن به معنی اتصال دائمی دو فیبر نوری به یکدیگر است. هنگامی که دو فیبر نوری با اتصال به یکدیگر متصل می شوند، نمی توان آنها را از هم جدا نمود و در صورتی که با استفاده از کانکتور ها آنها را به هم متصل نمود، نمی توان آنها را کنار هم قرار داد. به طور معمول از اتصال به یکی از چهار دلیل زیر استفاده می شود: جهت تعمیر کابل آسیب دیده، جهت افزایش طول یک کابل، جهت اتصال دو نوع کابل مختلف، یا اتصال یک پیگتیل.

عملکرد اتصال فیوژن

اینکه یک اسپلایس فیوژن چقدر خوب عمل می نماید به متغیرهای زیادی بستگی دارد. این متغیرها را می توان به دو گروه تقسیم کرد: عوامل ذاتی یا درونی و عوامل غیر ذاتی یا بیرونی.
همانطور که پیش تر توضیح داده شد، فیبرهای نوری کامل و بدون عیب و نقص نیستند و تغییرات بین فیبرهای نوری می تواند بر عملکرد اتصال تأثیر بگذارد. از این تغییرات به عنوان عوامل اصلی یا ذاتی یاد می شود.

عملکرد یک اسپلایس همچنین می تواند تحت تأثیر تراز محوری و جوش و ادقام فیبر نوری قرار گیرد که هیچ ارتباطی با فیبر نوری ندارد. عواملی که بر هم ترازی و/یا فیوژن فیبرهای نوری تأثیر می گذارند، عوامل غیرذاتی یا بیرونی نامیده می شوند.

 

فیوژن فیبر نوری

 

عوامل ذاتی یا درونی

حتی زمانیکه فیبرها با تلورانس های مشخص ساخته می شوند، هنوز مقداری متغیرهای جزئی بین دو فیبر نوری یسکان از نظر نوع  تولید شده دریک خط تولید وجود دارد. این تغییرات می تواند عملکرد اتصال را تحت تاثیر قرار دهد حتی اگر فیبرهای نوری هنگام جفت شدن کاملاً در یک راستا قرار گیرند. تغییرات بین دو فیبر نوری که بر عملکرد اسپلایس تأثیر می‌گذارند، عوامل ذاتی یا درونی نامیده می‌شوند.

 

عدم تطابق دیافراگم عددی (NA)

عدم تطابق دیافراگم عددی (NA) زمانی رخ می دهد که NA یک فیبر نوری با NA فیبر نوری دیگر متفاوت باشد. اگر NA فیبر فرستنده بزرگتر از NA فیبر نوری دریافت کننده باشد، ممکن است افت رخ دهد. با این حال، اگر NA فیبر نوری فرستنده کمتر از فیبر نوری دریافت کننده NA باشد، افت رخ نخواهد داد.

پیش تر، در “شاخص های فیبر نوری”، به شما نشان دادیم که چگونه NA یک فیبر نوری را با استفاده از ضریب شکست هسته و روکش محاسبه نمایید. به یاد داشته باشید که برای اینکه نور در یک فیبر نوری چند حالته قرار گیرد، به جای نفوذ به مرز و شکست از طریق روکش، باید از مرز بین هسته و روکش منعکس شود. نور باید در محدوده مشخصی که توسط مخروط پذیرش یا زاویه پذیرش تعریف شده است وارد شود.

همانطور که در شکل 21-4 نشان داده شده است، نوری که با زاویه برخورد بیشتر از زاویه پذیرش به هسته فیبر نوری وارد می شود، هسته را از دست می دهد یا با زاویه ای وارد می شود که به آن اجازه می دهد از مرز با روکش عبور کرده و ناپدید شود. نور وارد شده به هسته فیبر نوری با زاویه ای بیشتر از زاویه پذیرش، طول فیبر نوری را طی نخواهد کرد و در کلد ناپدید خواهد شد. برای اینکه نور در طول فیبر نوری منتشر شود، باید در زاویه ای وارد شود که از زاویه پذیرش فراتر نرود.

زاویه برخورد و زاویه تابش از دست رفته

شکل 21-4 نوری که با زاویه برخورد بیشتر از زاویه پذیرش به هسته وارد شود، هسته را از دست می دهد.

 

محاسبه دقیق افت ناشی از عدم تطابق NA دشوار است. عواملی مانند نوع منبع نور، شرایط راه اندازی منبع نور، طول فیبر نوری و خمش در فیبر نوری همگی بر افت احتمالی تأثیر می گذارند. امکان عدم تطابق NA بین دو فیبر نوری وجود دارد و هیچ افتی در نتیجه عدم تطابق وجود ندارد.

عدم تطابق قطر هسته

عدم تطابق قطر هسته زمانی اتفاق می افتد که در قطر هسته دو فیبر نوری تفاوت وجود داشته باشد. هنگامی که قطر هسته فیبر نوری فرستنده بزرگتر از قطر هسته فیبر نوری دریافت کننده باشد، همانطور که در شکل 22-4 نشان داده شده است، افت عدم تطابق قطر هسته حاصل می شود. هنگامی که نور در لبه بیرونی هسته فیبر نوری فرستنده خارج از قطر هسته فیبر نوری دریافت کننده قرار می گیرد، افت رخ می دهد. این نور در روکش فیبر نوری دریافت کننده از بین می رود. افت عدم تطابق قطر هسته معمولاً فقط یک نگرانی در فیبر نوری چند حالته یا مالتی مد است.

شکل 22-4 افت عدم تطابق قطر هسته، نتیجه این که فیبر نوری فرستنده قطر هسته بزرگتری از فیبر نوری دریافت کننده دارد.

افت عدم تطابق هسته

شکل 22-4

این موضوع غیر معمول نیست که دو فیبر نوری چند حالته (مالتی مد) با قطرهای هسته متفاوت به هم متصل شوند. همانطور که اکثریت مهندسین شبکه مطلع می باشند، مطابق ANSI/TIA-568-C.3 فیبرهای نوری چند حالته را با هسته های 50 میکرومتر و هسته های 62.5 میکرومتر میتوان به آسانی شناسایی نمود. البته نسل جدید دستگاه های فیوژن نیز مانند FITEL S178AV2 برند فایتل و سری های جدیدتر نیز این قابلیت تشخیص را به صورت خودکار دارا می باشند.

با استفاده از این معادله زیر می‌توانیم درصد افت بدترین حالت را اتصال بین یک هسته 50 میکرومتر و هسته 62.5 میکرومتر لینک را محاسبه نماییم:

Loss=[(d1)2 –(d2)2]/(d2)2

 

دیگر فاکتورهای ذاتی یا دورنی اتصال شامل موارد زیر می باشد که به آنها نیز خواهیم پرداخت:

  1. عدم تطابق قطر میدان حالت Mode Field Diameter Mismatch
  2. عدم تطابق قطر روکش Cladding Diameter Mismatch
  3. متمرکز بودن Concentricity
  4. غیر متمرکز بودن Noncircularity

 

فاکتور های بیرونی

فاکتورهای بیرونی که بر عملکرد اسپلایس فیبر نوری تأثیر می‌گذارند، عواملی هستند که به وضعیت خود اتصال، خارجی به فیبر نوری مربوط می‌شوند. در یک اسپلایس ایده آل، فیبرهای نوری یکسان هستند و طوری در یک راستا قرار می گیرند که هسته ها کاملاً روی یکدیگر متمرکز شده و محورهای هسته عمود بر سطوح انتهایی در حال اتصال هستند، همانطور که در شکل 23-4 نشان داده شده است. با این حال، چیزی به نام اسپلایس ایده آل وجود ندارد، فقط یک اتصال واقعی وجود دارد. در یک اسپلایس واقعی، عوامل درونی و بیرونی بر عملکرد اسپلایس تاثیر می‌گذارند.

 

عوامل بیرونی افت اتصال

شکل 23-4 فاکتور های بیرونی

فاکتورهای بیرونی شامل موارد زیر است که بعد تر به بررسی آنها می پردازیم:

  1. ناهماهنگی جانبی Lateral Misalignment
  2. تفکیک انتهایی End Separation
  3. ناهماهنگی زاویه ای Angular Misalignment

 

ایمنی و خطرات کار با فیبر نوری و همچنین ایمنی انجام فیوژن نیز از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.

اطلاعات تکمیلی:

  1. فیوژن فیبر نوری چیست؟
  2. راهنمای دستگاه فیوژن فیبر نوری
  3. دستگاه فیوژن چیست؟
  4. ضرورت کالیبراسیون دستگاه فیوژن
  5. اتصال مکانیکی در فیبر نوری
  6. کانکتور های فیبر نوری
  7. ایمنی و خطرات کار با فیبر نوری
  8. افت کل فیبر نوری
  9. تحلیل افت توان فیبر نوری

 

رنگ بندی TIA-598

همانند رنگ بندی در کابل های شبکه مسی، فیبرهای نوری قرار گرفته در کابل‌ های فیبر نوری نیز بایستی به نحوی از یکدیگر متمایز شوند تا بتوانند در هر انتها به درستی متصل گردند. TIA-598-C طرح‌های کدگذاری رنگی را برای روکش های کابل های فیبر نوری و همچنین روکش رنگی تارهای فیبر نوری در یک کابل فیبر نوری ارائه می نماید. همچنین کدگذاری رنگ بوت کانکتور های فیبر نوری را مشخص می نماید. برای بررسی و کسب اطلاعات بیشتر میتوانید متن مربوط به رنگ بندی کابل های مخابراتی و رنگ بندی فیبر نوری بر اساس TIA را مطالعه نمایید.
علاوه بر TIA رنگ بندی های دیگری نیز وجود دارند، با این حال TIA بیشتر رایج می باشد.

 

شماره فیبر رنگ روکش تار نوری شماره فیبر رنگ روکش تار
1 Blue 13 Blue with black tracer
 تار فیبر نوری آبی  تار فیبر نوری آبی با خط مشکی
2 Orange 14 Orange with balck tracer
تار فیبر نوری نارنجی  تار فیبر نوری نارنجی با خط مشکی
3 Green 15 Green with black tracer
تار فیبر نوری سبز  تار فیبر نوری سبز مشکی
4 Brown 16 Brown with black tracer
تار فیبر نوری قهوه ای  تار فیبر نوری قهوه ای مشکی
5 Slate 17 Slate with black tracer
تار فیبر نوری طوسی  تار فیبر نوری طوسی با خط مشکی
6 White 18 White with black tracer
تار فیبر نوری سفید  تار فیبر نوری سفید با خط مشکی
7 Red 19 Red with black tracer
تار فیبر نوری قرمز  تار فیبر نوری قرمز با خط مشکی
8 Black 20 Black with yellow tracer
تار فیبر نوری مشکی  تار فیبر نوری مشکی با خط زرد
9 Yellow 21 Yellow with black tracer
تار فیبر نوری زرد  تار فیبر نوری زرد با خط مشکی
10 Violet 22 Violet with black tracer
تار فیبر نوری بنفش  تار فیبر نوری بنفش با خط مشکی
11 Rose 23 Rose with black tracer
تار فیبر نوری صورتی  تار فیبر نوری صورتی با خط مشکی
12 Aqua 24 Aqua with black tracer
تار فیبر نوری فیروزه ای  تار فیبر نوری فیروزه ای با خط مشکی

 

اطلاعات تکمیلی:

  1. رنگ بندی فیبر نوری TIA
  2. رنگ بندی کابل های فیبر نوری

 

 

کابل های فیبر نوری

link

کابل های شبکه مسی

link

تجهیزات فیبر نوری

link

 


linkedin

دیدگاه‌ها (0)

*
*