کابل فیبر نوری

کابل فیبر نوری به ساختاری از کابل های ارتباطی اشاره دارد که تار های فیبر نوری را در خود جای داده است و از نور به عنوان یک موج الکترومغناطیسی بُرداری جهت انتقال اطلاعات بهره می برد. کابل های فیبر نوری در شرایط و محیط های متفاوت مورد استفاده قرار می گیرند به همین جهت تولید کنندگان کابل های فیبر نوری انواع مختلفی از کابل ها را جهت رفع نیازهای تقریباً تمامی برنامه ها تولید نموده اند. نوع سیگنال حمل شده و تعداد فیبرهای نوری مورد نیاز تنها دو مورد از بسیاری از ملاحظات هنگام انتخاب کابل مناسب جهت یک برنامه کاربردی می باشد.

مهم ترین فاکتورهای کاربردی کابل فیبر نوری شامل موارد زیر می باشد:

• استحکام کششی “Tensile strength”
• محدوده دما “Temperature range”
• شعاع خمش “Bend radius”
• اشتعال پذیری “Flammability”
• نوع بافر “Buffer type”
• نوع ساختار “Structure type”
• نوع روکش (ژاکت) “Jacket type”
• وزن “Weight”
• زره “Armor”
• غیر هادی (دی الکتریک) “Dielectric”
• مقاومت در برابر خرد شدگی (له شدکی) “Crush resistance”

ترکیب دقیق و لحاظ هر کدام از اجزا ساختاری کابل فیبر بر اساس کاربرد و محیط عملیاتی متفاوت است. برای مثال، کابلی که در داخل ساختمان اداری نصب می‌شود، نسبت به کابلی که در فضای باز نصب می‌شود، در معرض دمای شدید محیطی کمتری قرار می‌گیرد. کابل های نصب شده در یک کارخانه تولیدی ممکن است در معرض گرد و غبار ساینده، مواد شیمیایی خورنده، عوامل میکروبی و یا فعالیت های پر حرارت مانند جوشکاری قرار گیرند که نیاز به حفاظت خاصی دارند. برخی از کابل‌ها ممکن است در زیر زمین دفن شوند، جایی که در معرض حیوانات جونده، نفوذ میکروب و رطوبت شدید قرار می‌گیرند، برخی دیگر از کابل ممکن است بین تیرک‌ها معلق گردند (کابل های هوایی)، فواصل تعیین شده و قابل پشتیبانی با توجه به وزن خود کابل به اضافه وزن حیوانات و پرندگانی که فکر می‌کنند کابل‌ها برای آنها کار گذاشته شده است سنجیده می شود. هر کدام از فاکتور های مورد اشاره با واحد های اندازه گیری و یا طراحی خاص ارائه می گردند، علم مهندسی اساس اندازه گیری و شناسایی و تشخیص مناسب ترین انتخاب جهت نیاز هر نوع کاربرد می باشد.

 

کابل فیبر نوری

فهرست مطالب:

1. کابل فیبر نوری
   1. فاکتورهای کاربردی
      1. استحکام کششی
      2. محدوده دما
      3. شعاع خمش
      4. اشتعال پذیری
      5. نوع بافر
      6. نوع ساختار
      7. نوع روکش
      8. زره
      9. دی الکتریک
      10. مقاومت خرد شدگی
   2. استاندارد ها
   3. اجزا تار فیبر نوری
      1. هسته
      2. روکش
      3. پوشش
   4. فاکتور های عملکردی
      1. حالت ها (مُد ها)
         1. MMF
         2. SMF
      2. شاخص ضریب شکست
      3. نرخ تضعیف
      4. پهنای باند
      5. سربندی
         1. فیوژن فیبر نوری
         2. اتصال مکانیکی

 

 

فهرست اختصارات مورد استفاده در کابل های فیبر نوری

 

Prefix	Used to describe	Persian
THz	The frequency of light in terahertz	فرکانس نور بر حسب تراهرتز
Gbps	The bandwidth of a link in gigabits per second	پهنای باند یک لینک بر حسب گیگابیت در ثانیه
MHz	The bandwidth of an optical fiber in megahertz	پهنای باند یک فیبر نوری بر حسب مگاهرتز
km	The length of a fiber-optic cable in kilometers	طول یک کابل فیبر نوری بر حسب کیلومتر
cm	The bend radius of a fiber-optic cable in centimeters	شعاع خمش کابل فیبر نوری بر حسب سانتی متر
mm	The diameter of a fiber-optic cable in millimeters	قطر کابل فیبر نوری بر حسب میلی متر
nm	The wavelength of light in nanometers	طول موج نور بر حسب نانومتر
ps	The dispersion of light in picoseconds	پراکندگی نور در پیکوثانیه
N/10cm	Crush resistance of cable in newton/centimeters	مقاومت در برابر خرد شدن یا له شدن نیوتن بر 10 سانتی متر
N	Tensile strength for installation in newton	استحکام کششی برای نصب در نیوتن
dB/km	Attenuation in decibels per kilometer	تضعیف بر حسب دسی بل در کیلومتر
kg/km	Cable Weight in kilogram per kilometre	وزن کابل بر حسب کیلوگرم در کیلومتر

جدول A.T.1 اختصارات کابل فیبر نوری

 

استحکام کششی “Tensile strength”

نصب صحیح کابل فیبر نوری به شناخت کامل استحکام کششی و محدودیت های آن در کابل و همچنین روش های محافظت از کابل در برابر آسیب ها هم در حین نصب و هم در چرخه عمر آن بستگی دارد. کابل باید نیروی کششی را که جهت قرار گرفتن و نصب در محل لازم است را تحمل نماید. علاوه بر پوشش، کابل های فیبر نوری ممکن است از چندین لایه محافظتی مانند بافر، ژاکت، زره و سایر مواد طراحی شده ساختاری جهت محافظت از تارهای فیبر و نگه داشتن ایمن آنها در کابل برخوردار باشند. با این حال، کابل های فیبر نوری مانند کابل های مسی همچنان در معرض خطرات ناشی از جابجایی، نصب، حفاری بی دقت و آب و هوای نامناسب قرار دارند.

یکی از ویژگی های کابل های فیبر نوری که شایسته توجه ویژه است، استحکام کششی آن یا میزان تنش ناشی از کشش است که فیبر نوری می تواند قبل از شکستن آن را تحمل نماید. کابل های فیبر نوری با ساختار های مقاوم مانند Outdoor استحکام کششی بالایی دارند و در برابر کشش مقاومت می نمایند.

استحکام کششی به چند دلیل مهم است. این پارامتر کلیدی بر روش نحوه کار با کابل فیبر در حین نصب، میزان انحنای آن و نحوه عملکرد آن در طول عمر کابل تأثیر گذار می باشد. جهت درک استحکام کششی فیبر نوری، اجازه دهید به یک قطعه صفحه شیشه ای اشاره نماییم. جهت برش شیشه، تنها کاری که باید انجام دهید این است که یک خط تیز در لایه سطحی ایجاد نمایید. هنگامی که استحکام آن لایه به خطر بیفتد، شیشه به راحتی در امتداد شکافته می شود، حتی اگر از یک منحنی پیروی نماید. فیبر نوری نیز از همین قانون پیروی می کند. لایه بیرونی روکش بیشترین استحکام کششی فیبر را فراهم می سازد، که اغلب با هزاران نیوتن بر متر مربع (Pa یا N/m²)  اندازه گیری می شود. یک بار شکست معمولی برای فیبر نوری 6Pa است. این بدان معنی است که یک فیبر معمولی با ضخامت روکش 125 میکرومتر می تواند کششی حدود 1.31 تیوتن را تحمل نماید. با این حال، حداکثر کشش هرگز نباید هنگام برداشتن بافر یا پوشش اعمال شود. درک این موضوع یک تمرین خوب است که هنگام برداشتن بافر 250 میکرونی یا پوشش رنگی، مقدار کشش را به حدود 3 تیوتن محدود می نماید.

بایستی توجه داشت، زمانی که لایه کلد فیبر نوری برش داده شود و یا کلیو می شود، استحکام کششی در آن مکان از بین می رود. مانند یک خط حکاکی، یک خراش و یا ترک، یکپارچگی شیشه را به خطر می اندازد و به فیبر نوری اجازه می دهد تا تحت استرس راحت تر شکسته شود. خراشیدگی و یا ترک خوردن می‌تواند به دلیل استفاده نادرست، ضربه‌های شدید و یا خمش فراتر از حداقل شعاع خمشی فیبر اتفاق افتد، به‌ویژه چنانچه خمش در زمانی که تار فیبر تحت کشش است صورت پذیرد. حداقل شعاع خمش حداقل شعاعی است که فیبر نوری می تواند بدون آسیب دیدن به آن خم شود.

اطلاعات بیشتر:

1. معیارهای طراحی کابل FO
2. توان کششی

 

محدوده دما “Temperature range”

دمای عملیاتی یک کابل فیبر نوری به طور معمول به حداقل و حداکثر دمایی که کابل می تواند به طور ایمن جهت مدت زمان طولانی در این محدوده دمایی فعالیت نماید، اشاره دارد. این دمای عملیاتی توسط عایق و/یا مواد روکش در اطراف کابل تعیین می شود و با واحد سانتی گراد ارائه می گردد. هر نوع ماده ای از اجزا و ساختار کابل فیبر دارای حد دمایی بالا و پایین می باشد، شناخت شرایط پیرامونی محل کاربری کابل در انتخاب ساختار ها جهت کاربری آینده نگر بسیار مناسب می باشد. بسته به نوع مواد و همچنین اینکه آیا کابل در این دماها انعطاف پذیر باشد یا خیر، انتخاب می تواند بسیار متفاوت باشد. به طور کلی، مواد در دماهای بالاتر نرم می شوند و در دماهای پایین تر سخت می گردند و مواد را برای کاربردهایی که شامل خمش در دماهای پایین و یا بالا می شوند، مناسب تر می نمایند.

کابل های پی وی سی معمول دارای محدوده دمایی 15- تا 70 درجه سانتیگراد جهت کاربردهای متفاوت می باشند. روکش های HDPE سیلیکون معمولاً دارای محدوده دمایی 60- تا 180 درجه سانتیگراد جهت کاربردهای ثابت می باشند. محدوده دمایی کابل در مشخصات فنی کابل های استاندارد درج می گردد. مهمترین محدوده های دمایی قابل اشاره، محدوده دمایی کاربری، محدوده دمایی نگهداری و انبار و محدوده دمایی نصب می باشد که در کابل های استاندارد هر سه مورد ذکر می گردد.

 

A.1 کابل های فیبر نوری

 

شعاع خمش “Bend radius”

در طول فرآیند نصب کابل فیبر نوری، توانایی حمل نور فیبر به دلیل نصب و مدیریت ضعیف، آسیب های ناشی از ابزارها و یا اشتاباهات در روش‌های نصب نامناسب تهدید می‌شود. یکی از مهمترین پارامتر های کاربردی کابل فیبر شعاع خمش است. جهت کاهش خطر خمش بیش از حد در حین نصب، سازندگان حداقل شعاع نصب و خمش عملیاتی را برای کابل های فیبر نوری خود تعیین می نمایند. پیروی از دستورالعمل های سازنده، خطر آسیب به کابل و فیبر نوری را در حین و پس از نصب کاهش می دهد. حداقل شعاع خمش حداقل شعاعی است که فیبر نوری می تواند بدون آسیب دیدن به آن خم شود.

 

اطلاعات بیشتر:

1. شعاع خمش کابل FO
2. افت خمش کابل FO
3. کابل های FO غیر حساس به خمش

 

A.2 شعاع خمش کابل فیبر نوری

 

حداقل شعاع خمش و حداکثر توان کششی، مشخصاتی حیاتی جهت نصب کابل های فیبر نوری می باشند، هم در طول فرآیند نصب و هم در طول عمر کابل نصب شده. برنامه ریزی دقیق چیدمان نصب تضمین می نماید که تیم نصب از مشخصات مندرج فراتر نروند. علاوه بر این، فرآیند نصب بایستی به دقت برنامه ریزی شود.

حداقل شعاع خمش و حداکثر توان کششی مجاز روی کابل در حین و بعد از نصب متفاوت است و بر اساس استاندارد بایستی در مشخصات فنی کابل درج شده باشد. توان کششی فزاینده باعث افزایش افت برگشتی، افزایش افت درج و در نهایت ترک خوردن فیبر می شود. توان کششی مجاز در هنگام نصب بیشتر از مقدار مجاز پس از نصب است. در هر دو مورد باید دقت شود که از حد تعیین شده تجاوز نگردد.

حداقل شعاع خم مجاز در هنگام نصب بزرگتر از شعاع خمش مجاز پس از نصب است. دلیل آن این است که شعاع خمش مجاز با توان کششی افزایش می یابد. از آنجایی که فیبر در حین نصب تحت بار کشش است، حداقل شعاع خمش باید بزرگتر باشد. شعاع خمش مجاز پس از نصب به بار کششی وابسته است.

اطلاعات بیشتر:

1. افت برگشتی
2. افت شعاع خمش

 

اشتعال پذیری “Flammability”

در مورد اشتغال پذیری به طور معمول مقررات محلی و یا ملی وجود دارد که بر اساس آن کابل های شبکه طبقه بندی می گردند. با توجه به شرایط محیطی مورد استفاده کابل طبقه بندی های موجود کلاس مقاومت در برابر حریق متفاوتی را در نظر می گیرند. برای مثال کابل های مورد استفاده در داخل ساختمان ها بایستی مقادیری ماده فیزیکی مهارکننده آتش در روکش خود داشته باشند که شعله یا دود و یا حتی عبور هوا را در زمان اشتعال متوقف نماید و ممکن است آتش را به قسمت های دیگر هدایت نماید.

در مورد کابل های مورد استفاده در داخل ساختمان ها مهمترین طبقه بندی کلی موارد استفاده کابل به صورت پلنوم و رایزر می باشد. کابلی که ویژگی های اشتعال پذیری و دود آن اجازه می دهد تا در فضاهای پلنوم بدون محصور شدن در مجرا عبور داده شود بایستی رتبه بندی NFPA 262 (UL 910) را پاس نمایید.

کابل های فیبر نوری مطابق استاندارد IEC نیز جهت مصارف داخل ساختمان بر اساس مشخصات طبقه بندی می گردند:

• پخش آتش  IEC60332: Flame spread
• دود اسیدیته IEC60754: Smoke acidity
• انتشار آتش IEC61034: Smoke Emission
• آزمایش اشتعال پذیری روی دسته ای از سیم ها IEC 60332-3-24-c

 

اطلاعات بیشتر:

1. مقاومت حریق روکش کابل FO
2. OFNP و  OFNR
3. روکش کابل NEC

 

مفهوم پلنوم و کابل پلنوم

پلنوم Plenum به فضایی داخل ساختمان ها اشاره دارد که شامل فضای خالی بین دیوارها، سازه‌ های کف و بالای سقف‌های کاذب، که می توان از آن برای مسیریابی کابل کشی داخل ساختمان استفاده کرد. بر همین اساس کابل های پلنوم به کابل هایی اشاره دارد که ویژگی های اشتعال پذیری و دود آن اجازه می دهد، بدون محصور شدن در یک مجرا در یک منطقه پلنوم مسیریابی شود.

 

عملکرد اشتعال پذیری کابل های داخلی

PVC رایج ترین روکش برای کابل های داده است، در حال حاضر گزینه ای از PVC مقاوم در برابر آتش و طیف وسیعی از مواد هالوژن صفر یا عاری از هالوژن با قابلیت اشتعال کم وجود دارد. چنین موادی دارای کلمات اختصاری زیادی هستند، مانند LSF (کم دود و آتش)، LSF0H (آتش و دود کم، هالوژن صفر) و LS0H (کم دود، هالوژن صفر) و LSZH (کم دود، هالوژن صفر).

هالوژن ها دسته ای از عناصر هستند که عبارتند از:

 

• کلر “Chlorine”
• فلوئور “Fluorine”
• برم “Bromine”
• ید “Iodine”
• استاتین “Astatine”

 

آنها به بسیاری از پلاستیک ها اضافه می شوند تا به عنوان تثبیت کننده و بازدارنده شعله عمل نمایند. محصولات احتراق آنها باعث ایجاد بسیاری از ترکیبات اسیدی هالوژنه مانند اسید هیدروکلریک می شود. دودهای اسیدی اثر سمی بر روی افراد و تأثیر بسیار مخربی بر تجهیزات الکترونیکی مانند بردهای مدار چاپی دارند. بسیاری از کارفرمایان، به ویژه در اروپا، طی سال های گذشته تلاش نموده اند تا کابل های هالوژنه را در ساختمان ها حذف نمایند. مواد غیر هالوژنه همچنان می سوزند و دودهای مضری مانند مونوکسید کربن از خود خارج می کنند، اما گازهای هالوژنه و اسیدی تولید نمی کنند. پیشنهادات CPD برای کابل ها در ایالات متحده در جدول C.T.1 نشان داده شده است.

 

American (USA) NEC optical cable marking scheme
Cable title	Marking	Test method
Conductive optical fiber cable	OFC	General purpose UL 1581
Non-conductive optical fiber cable	OFN	General purpose UL 1581
Conductive riser	OFCR	Riser UL 1666
Non-conductive riser	OFNR	Riser UL 1666
Conductive plenum	OFCP	Plenum UL 910
Non-conductive plenum	OFNP	Plenum UL 910

جدول A.T.2

 

آزمایشات مرتبط با آتش در ایالات متحده عبارتند از:

1. UL 910 تست پلنوم
2. UL 1666 تست رایزر
3. UL 1581 هدف عمومی

 

معرفی برنامه ریزی شده دستورالعمل محصولات ساختمانی به اروپا، تعدادی از استانداردهای عملکرد حریق را برای محصولات ساختمانی، از جمله کابل، در اتحادیه اروپا اجباری می نماید. این امر تاکنون منجر به توسعه کلاس های یورویی عملکرد حریق شده است.

در توسعه CPD مخفف Construction Products Directive و Euroclasses، CENELEC برخی از آزمون‌های IEC را انجام داده و برخی از تست‌های خود را برای الزامات اروپایی اضافه نموده است:

• EN 50265-2-1: اشتعال پذیری IEC 60332-1 کابل بصورت تکی.
• EN 50266-2-4: IEC 60332-3 قابلیت اشتعال دسته ای از کابل ها.
• EN 50368: IEC 61034 تکامل دود.
• EN 50267: اسیدیته و رسانایی استاندارد IEC 60754.
• EN 50289-4-11: انتشار شعله، انتشار گرما، زمان اشتعال، قطرات شعله ور

پیشنهادات CPD برای کابل ها در اتحادیه اروپا در جدول A.T.2 نشان داده شده است.

 

Construction Products Directive proposals
Fire situation	Euroclass	Class of product
Fully developed fire	A	No contribution to a fire
in a room	B	Very limited contribution to a fire
Single burning item	C	Limited contribution to a fire
in a room	D	Acceptable contribution to a fire
Small fire effect	E	Acceptable reaction to a fire
	F	No requirement

جدول A.T.3

 

عناصر پر کننده

عناصر پر کننده به عناصری گفته می شود که جهت ایجاد ساختاری مانند ساختار لوز تیوب با هدف تکمیل این ساختار به تیوب فعال الحاق می گردند و ساختار را تکمیل می نمایند، تیوب های پلاستیکی بدون تارهای فیبر نوری در ساختار لوز تیوب از جمله عناصر پر کننده کابل های فیبر نوری شناخته می شوند.

 

 

A.4 عنصر پر کننده کابل فیبر نوری با عنوان filler

 

 

نوع بافر “Buffer type”

بافر به محافظی اشاره دارد که روی تار فیبر نوری اعمال می شود. این لایه به طور معمول از مواد پلیمر ترموپلاستیک یا اکریلیک ساخته شده است که بر پوشش فیبر نوری “Coating” اعمال می‌شود و از تنش و استرس های محیطی و فشارهای نصب محافظت می نماید. نوع بافر در کابل های فیبر نوری به دو شکل ساختاری بافر محکم (تایت بافر tight buffered) و بافر رهاشده (لوز تیوب loose tube) طراحی می گردد، همچنین ممکن است چندین لایه بافر در یک کابل فیبر وجود داشته باشد. در ساختارهای تایت بافر، ترموپلاستیک مستقیماً روی فیبر پوشش داده شده اکسترود می شود. در ساختارهای بافر رها شده، فیبر های پوشش داده شده در داخل یک لوله بافر که معمولاً با یک ژل غیر رطوبت گیر و یا بدون ژل پر شده است، شناور می شود.

بافر تیوب
جهت تامین حفاظت و جداسازی کابل فیبر نوری استفاده می شود. به طور معمول تیوب ها یا لوله های پلاستیکی سخت، با قطر داخلی چندین برابر تار فیبر، که یک یا چند تار نوری را در خود جای می دهد.

 

نوع ساختار “Structure type”

ساختار و طراحی کابل فیبر نوری بر این اساس است که تمامی فیبرهای نوری دارای پوشش و استحکام لازم جهات تاب آوری شرایط محیطی محل مورد استفاده آن باشند. پوشش تار فیبر نوری یا Coating با قطر 250 میکرون اولین لایه محافظت فیبر نوری به شمار می آید. لایه محافظت قرار گرفته در اطراف پوشش را بافر “buffer” می نامند. دو نوع بافر وجود دارد: بافر رها شده “Loose Buffer” و بافر محکم “Tight Buffer”.

اطلاعات بیشتر:

1. اجزا و ساختار کابل فیبر نوری

 

 

بافر رها شده “Loose Buffer”

بافر رها شده با تعاریف دیگری چون بافر لوله شل یا لوز تیوب بافر نیز شناخته می شود. یک کابل بافر رها شده از یک یا چندین لوله یا تیوب بافر تشکیل شده است که قطر داخلی آن بسیار بزرگتر از قطر تارهای فیبر نوری پوشش داده شده است، همانطور که در شکل XX مشاهده می فرمایید. ساختار لوز تیوب می تواند به صورت تک تیوب یا تیوب مرکزی (سنترال تیوب Central tube) باشد و یا ساختار چندین تیوب بصورت فعال و یا غیر فعال باشد،‌ در این ساختار تارهای فیبر نوری 250 میکرومتری بیشتر بر اساس رنگ بندی استاندارد TIA-598-C داخل تیوب ها یا لوله های ساختار لوز تیوب قرار می گیرند و ممکن است با ژل و یا بدون ژل تیوب ها پر شود. منظور از تیوب های فعال در این ساختار تیوب هایی است که تار نوری در داخل آن ها قرار گرفته است و تیوب های غیر فعال لوله های پلاستیکی بدون تار می باشند.

 

بافر محکم “Tight Buffer”

کابل بافر محکم معمولاً در محیط‌های کنترل‌شده‌تری که کابل در معرض دما و یا رطوبت شدید قرار نمی‌گیرد استفاده می‌شود. به طور خلاصه، کابل بافر محکم یا تایت بافر معمولا برای کاربردهای داخلی indoor به جای کاربردهای بیرونی outdoor استفاده می شود.

همانطور که در شکل  XX نشان داده شده است، کابل بافر محکم نیز دارای تار های فیبر نوری با پوشش 250 میکرومتر می باشد. همچنین بافری ثانویه ای که معمولا 900 میکرومتر قطر دارد، مستقیماً روی لایه پوشش بیرونی فیبر نوری Coating اعمال می شود. البته در نسل های امروزی ممکن است ساختار تایت بافر بصورت لایه های کلی اعمال شود. بافر ممکن است چند لایه و دارای اعضای استحکام بیشتری جهت مقاومت بیشتر در برابر کشش باشد.

 

اطلاعات بیشتر:

1. اجزا و ساختار کابل فیبر نوری
2. کابل های فیبر loose-tube
3. کابل های tight-buffered

 

 

نوع روکش (ژاکت) “Jacket type”

کابل های فیبر نوری معمولاً دارای یک،‌ دو و یا چند لایه روکش بیرونی می باشند که به این محافظ بیرونی ژاکت کابل و یا غلاف احاطه شونده کابل نیز گفته می شود. روکش کابل و یا غلاف علاوه بر نگه داشتن تارهای فیبر نوری در جای خود، از تار ها در برابر محیط و آسیب هایی که ممکن است در حین جابجایی و یا نصب رخ دهد، محافظت می نماید.

ترکیب مختلف اعضای استحکام، روکش یا ژاکت و آرایش تارها بر اساس الزامات خاص یک نصب تعیین می شود. از جمله فاکتورهایی که در نظر گرفته می شوند عبارتند از میزان جابجایی کابل، میزان فشاری که کابل در استفاده معمول باید متحمل شود و مکان هایی که در آن فعالیت می نماید. روکش کابل های indoor بایستی مطابق استاندارد مقاوم در برابر حریق و کم دود باشد “LSZH یا LSOH مخفف low smoke zero halogen”،‌در مورد کابل های Outdoor این موضوع آنچنان حائز اهمیت نمی باشد، اگرچه بر اساس استاندارد ISO/IEC و EN بایستی کابل های Outdoor در زمان ورود به داخل ساختمان ها به نوع کابل های indoor تبدیل شوند، البته برخی از تولید کنندگان مطرح مانند کرنینگ “CORNING” کابل های IN/OU با ویژگی های روکش بیرونی LSZH و مشخصات کامل کابل های Outdoor ارائه می نمایند.

کابل های فیبر نوری بر اساس مشخصات کابل کشی نیز به دو نوع اصلی تقسیم می شوند:

• کابل های سبک “Light-duty” : طراحی تایت بافر با محافظت اساسی از تار های فیبر نوری در مکان های داخلی indoor با حداقل جابجایی. یک نمونه خوب از کابل فیبر سبک، کابل های تایت بافر سیمپلکس است که از یک تار فیبر بافر محکم با یک عضو استحکامی و یک ژاکت تشکیل شده است. کابل سیمپلکس جهت مقاومت در برابر نیروهای کششی بیش از حد مهندسی نشده است، و ژاکت جهت انعطاف پذیری و سهولت در جابجایی و نه محیط های خشن طراحی شده است.
• کابل های سنگین “Heavy-duty” : طراحی با توان کشش بیشتر و خشن‌تر، دارای اعضای استحکام مضاعف و پوششی در اطراف فیبر. این سری جهت کابل کشی سخت‌تر در حین نصب ساخته شده‌اند و از فیبر داخل در برابر آسیب های محیطی و شرایط سخت و شدید محافظت می نمایند.

 

اطلاعات بیشتر (لینک های مرتبط):

•  انتخاب روکش کابل FO
• کابل های پلنوم

 

وزن “Weight”

وزن کابل های فیبر نوری بر اساس متراژ در مشخصات فنی سازنده مطابق استاندارد بایستی درج گردد، دلیل درج وزن این است که اگر قرار باشد فیبر به صورت افقی برای مسافت های طولانی آویزان شود و یا به صورت عمودی نصب شود، می تواند به بار کششی اضافه نماید که در صورت محاسبه تحمل کششی و عدم لحاظ این بار کششی تنش های دمایی و یا محیطی می تواند آسیب و در نهایت شکستگی در کابل ایجاد نماید. هنگامی که کابل فیبر نوری در سینی ها و یا کانال های افقی قرار می گیرد، وزن کابل بایستی محاسبه شود و با تا تحمل وزنی سینی مطابقت داشته باشد. چنانچه کابل فیبر نوری به صورت عمودی اجرا شود، کابل باید خود را نگه دارد و یا با استفاده از گیره های کابل و یا آویزها محکم شود.

 

زره “Armor”

کابل های فیبر نوری زره دار را می توان برای کاربردهای داخلی و خارجی 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. کابل های زره پوش که برای کاربردهای بیرونی Outdoor استفاده می شوند، معمولاً با ساختار لوز تیوب طراحی شده اند و برای کاربردهای دفن مستقیم می باشند. زره معمولاً یک نوار آلومینیومی راه راه است که توسط یک ژاکت پلی اتیلن بیرونی احاطه شده است. ترکیب ژاکت بیرونی و زره از فیبرهای نوری در برابر جویدن حیوانات و آسیبی که می تواند در هنگام دفن مستقیم رخ دهد محافظت می نماید. اتصال به زمین کابل های Outdoor زره دار فیبر نوری ضرورت است و از الزامات استاندارد ANSI/TIA/EIA-607 می باشد.

A.5 ساختار لوز تیوب زره دار

 

غیر هادی (دی الکتریک) “Dielectric”

دی الکتریک نام دیگر عایق یا غیر هادی بودن می باشد. تمای کابل های فیبر نوری که فاقد اجزا و ساختارهای فلزی می باشند در گروه کابل های دی الکتریک فیبر نوری قرار می گیرند. این گروه از اتصال به زمین معاف می باشند و همچنین ویژگی عدم مداخله میدان مغناطیسی دیگر کابل های را نیز ارائه می نمایند. تقریبا تمامی کابل های تایت بافر indoor در این گروه قرار می گیرند.

 

A.6 نمونه از کابل دی الکتریک فیبر نوری

 

مقاومت در برابر خرد شدگی (له شدکی) “Crush resistance”

کابل های فیبر نوری شکننده می باشند. مقاومت در برابر خرد شدگی کابل های فیبر نوری بایستی توسط سازنده ارائه شود. این پارامتر بیشتر در مورد کابل های Outdoor مورد بحث می باشد. برای اکثر کابل های فیبر نوری بیرونی، بار نصب به کمتر از 600 پوند (2700 نیوتن) محدود می شود. سازندگان کابل همچنین شعاع خمش را بسته به قطر کابل محدود می نمایند. با مدیریت شعاع خمش، می توان از نیروهای دیواره جانبی که کابل فیبر را خرد می نماید و آسیب می زند جلوگیری نمود. بازهم متاسفانه در کشورمان ایران تصور رایج بر این است که کابل های Outdoor زره دار مقاومت بیشتری به نسبت کابل های بدون زره دارا می باشند، این تصور باز هم اشتباه است، پیشرفته ترین کابل های تاکتیکی فیبر نوری که در صنایع نظامی استفاده می شوند نه تنها دارای هیچ محافظت و ساختاری از جنس فولاد و متریال فلزی زرهی نیستند، بلکه ساختار آنها تایت بافر می باشد اما با قابلیت ارتجاعی بسیار بالا.

 

A.7 کابل فیبر نوری نظامی تاکتیکی تایت بافر CORNING

 

اطلاعات بیشتر (لینک های مرتبط):

1. مقاومت در برابر له شدگی
2. آشنایی با فناوری فیبر نوری
3. انتخاب کابل فیبر نوری
4. مشخصات فیبر نوری سینگل مد
5. مشخصات فیبر نوری مالتی مد

 

استاندارد های کابل فیبر نوری

استانداردهای زیادی در رابطه با کابل های فیبر نوری وجود دارد. استانداردهایی که تمرکز بیشتری در مورد عملکرد فیبرهای نوری مورد استفاده در صنعت مخابرات و شبکه دارند توسط TIA، ITU، ISO و IEC منتشر شده اند. تدوین استانداردها ممکن است سال‌ها به طول بینجامد و سازمان‌هایی که استانداردها را منتشر می‌کنند معمولاً آنها را ارائه نمی کنند. هزینه تهیه مدارک استاندارد می تواند قابل توجه باشد. به عنوان مثال، در زمان نوشتن این مقاله، هزینه سند پایه ANSI/TIA-568-C.3 حدود 219 دلار است. به همین دلیل است که شرکت هایی که نیاز به دسترسی به بسیاری از استانداردها دارند، معمولاً هزینه سالانه قابل توجهی را برای یک سرویس آنلاین پرداخت می نمایند که امکان دسترسی به استانداردهای منتشر شده توسط بسیاری از سازمان های مختلف را فراهم می نماید.

استانداردهای کلیدی که باید با آنها آشنا باشید عبارتند از

• ANSI/TIA-568-C
• ITU-T G.651.1
• ITU-T G.652
• ITU-T G.655
• ITU-T G.657
• ISO/IEC 11801
• IEC 60793-2-10
• IEC 60793-2-50
• IEC 60794-2-11
• TIA-598-D

استانداردها اطلاعات مهمی را طبقه بندی و ارائه می نمایند که عملکرد فیبر نوری، ساختار کابل و اجزای شبکه نوری مانند فیوژن ها و تجهیزات سربندی را شامل می شود. رعایت استاندارد ها ضرورت می باشد.

اطلاعات بیشتر (لینک های مرتبط):

1. استاندارد های فیبر نوری
2. رنگ بندی استاندارد TIA
3. کابل فیبر ISO/IEC 11801
4. استاندارد روکش FO
5. طبقه بندی های رایج کابل FO

 

B.1 میکروداکت و کابل های استاندارد فیبر نوری

 

اجزا تار فیبر نوری

فیبر نوری استاندارد امروزی محصول تکنیک های ساخت دقیق و استانداردهای دقیق است. اشتباه نکنید: اگرچه فیبر نوری تقریباً در هر لینک داده و یا ارتباطی یافت می شود، با این حال یک ابزار دقیق تنظیم شده است که نیاز به مراقبت در تولید، جابجایی و نصب دارد.
همانطور که در شکل C.1 نشان داده شده است، یک فیبر نوری معمولی شامل سه جزء اصلی است: هسته که نور را حمل می نماید. روکشی که هسته را با ضریب شکست کمتری احاطه نموده است و نور را هدایت می نماید و کلد cladding نامیده می شود و پوشش Coating که از  تار فیبر شکننده محافظت می نماید.

 

 

هسته “Core”

هسته که حامل نور است، کوچکترین بخش تار فیبر نوری است. هسته فیبر نوری به طور معمول از شیشه ساخته شده است، اگرچه برخی از آنها از پلاستیک ساخته شده اند. شیشه ای که در هسته استفاده می شود، دی اکسید سیلیکون بسیار خالص (SiO₂) است، ماده ای به قدری شفاف که می توانید 8 کیلومتر از آن را طوری نگاه کنید که انگار از پنجره خانه نگاه می کنید.

در فرآیند تولید کُر، از مواد ناخالصی مانند ژرمانیوم، پنتوکسید فسفر و آلومینا جهت افزایش ضریب شکست “refractive index” در شرایط کنترل شده استفاده می شود.

هسته های فیبر نوری در قطرهای مختلف جهت کاربردهای مختلف تولید می شوند. قطر هسته های شیشه ای معمولی از 3.7μm تا 200μm متغیر هستند. قطر هسته‌ تارهای فیبر نوری که معمولاً در ارتباطات مخابراتی استفاده می‌شوند از 8.2μm تا 10μm در نوع سینگل مد و 50μm و 62.5μm در نوع مالتی مد می باشند. هسته فیبر های نوری پلاستیکی می توانند بسیار بزرگتر از شیشه باشند. اندازه هسته از جنس پلاستیک با کاربری گسترده 980 میکرومتر است.

 

 

روکش هسته (کلد) “Cladding”

روکش اطراف هسته را احاطه می نماید با ارائه ضریب شکست پایین‌تر جهت کارکرد فیبر نوری و ارائه فرایند حیاتی این عملکرد یعنی کل بازتاب داخلی نور، هنگامی که از روکش شیشه ای استفاده می شود، روکش و هسته با هم از یک ماده مبتنی بر دی اکسید سیلیکون در حالت ذوب دائمی ساخته می شوند. فرآیند تولید مقادیر مختلفی از مواد ناخالص را به هسته و روکش اضافه می نماید تا اختلاف ضریب شکست بین آنها حدود 1 درصد حفظ شود. یک هسته معمولی ممکن است دارای ضریب شکست 1.49 در طول موج 1300 نانومتر باشد در حالی که روکش ممکن است ضریب شکستی برابر 1.47 داشته باشد. با این حال، این اعداد وابسته به طول موج هستند. هسته همان فیبر دارای ضریب شکست متفاوتی در طول موج متفاوت خواهد بود. پارامتر ضریب شکست و طول موج به هم وابسته می باشند و کیفیت تار فیبر نوری را تعیین می نماید،‌ در طول موج 850 نانومتر ضریب شکست هسته کمی افزایش می یابد.
مشابه هسته، روکش کلد Cladding در قطرهای استاندارد تولید می شود. دو قطر پرکاربرد 125μm و 140μm هستند. روکش 125μm به طور معمول از قطر های هسته 9μm، 50μm، 62.5μm و 85μm پشتیبانی می نماید. روکش 140 میکرومتر معمولاً دارای یک هسته 100 میکرومتری می باشد.

 

پوشش “Coating”

پوشش، لایه محافظ تار فیبر نوری است. پوشش ضربه ها، آسیب ها، خراش ها و حتی رطوبت را که می تواند به روکش کلد آسیب برساند را جذب می نماید. بدون پوشش، تار فیبر نوری بسیار شکننده است. تنها یک خراش میکروسکوپی در روکش می تواند باعث شکستن تار فیبر نوری در هنگام خم شدن شود. پوشش برای تارهای فیبر نوری تمام شیشه ضروری است و بدون آن ارائه نمی شود.
پوشش یا Coating فقط یک محافظ می باشد. به هیچ وجه به توانایی حمل نور فیبر نوری کمک نمی نماید. قطر بیرونی پوشش معمولاً 250 میکرومتر تا 500 میکرومتر است. پوشش معمولاً بی رنگ است. با این حال، در برخی از کاربردها، پوشش رنگی است، همانطور که در شکل C.2 نشان داده شده است، به طوری که تار فیبر نوری جداگانه در گروهی از فیبرهای نوری قابل شناسایی هستند.

 

پوشش قرار گرفته روی تار فیبر نوری جهت نوع خاصی از عملکرد یا محیط انتخاب می شود. یکی از رایج ترین انواع پوشش ها اکریلات است. این پوشش به طور معمول در دو لایه اعمال می شود. پوشش اولیه مستقیماً روی روکش “Cladding” اعمال می شود. این پوشش نرم است و در هنگام خم شدن فیبر نوری، ویژگی نرمی و یا بالشتکی برای فیبر نوری ایجاد می نماید. پوشش ثانویه سخت تر از پوشش اولیه است و سطح بیرونی مستحکم تری را ایجاد می نماید. اکریلات، با این حال، در عملکرد دما محدود است. یک پوشش آکریلات معمولی دارای حداکثر دمای عملیاتی 100 درجه سانتی گراد است در حالی که برخی از آکریلات های با دمای بالا ممکن است در دماهای تا 125 درجه سانتی گراد فعالیت نمایند.

سیلیکون، کربن و پلی‌آمید پوشش‌هایی هستند که ممکن است بر روی تارهای فیبر نوری که در محیط‌ های ناهنجار “harsh” مانند محیط‌های هوایی، هوافضا و فضا استفاده می‌شوند، یافت شوند. همچنین ممکن است در فیبرهای نوری طراحی شده جهت استخراج معدن، و یا حفاری نفت و گاز و کابل های فیبر نوری با کیفیت بالا استفاده شوند.

 

سیلیکون یک ماده نرم با قابلیت تحمل دمایی بالاتر، پس از آکریلات است، معمولاً 200 درجه سانتیگراد. سیلیکون مانند آکریلات، فیبر نوری را در حین خم شدن محافظت می نماید، با این حال آنقدر نرم است که نمی تواند تنها پوشش باشد. باید در ترکیب با یک بافر یا ترموپلاستیک سخت تر استفاده شود و عموماً ضخیم تر از اکریلیت است و قطر آن تا 500 میکرومتر است. سیلیکون علاوه بر قابلیت دمای بالا، مزایای دیگری نیز دارد. مقاومت بالایی در برابر جذب آب و اشتعال پذیری کمی دارد.

پوشش های سیلیکونی یا آکریلات باید قبل از سربندی فیبر نوری برداشته شوند. هر دوی این پوشش‌ها می‌توانند باقی‌مانده‌ای از خود به جای بگذارند، بنابراین هنگام برداشتن سیلیکون باید دقت بیشتری نمود.

پلی آمید یک پوشش محبوب برای کاربردهای هوافضا است چراکه می تواند تا دمای 350 درجه سانتیگراد فعالیت نماید. این پوشش بسیار نازک تر از آکریلات یا سیلیکون است و معمولاً ضخامت آن فقط 15 میکرومتر است. علاوه بر دمای عملیاتی بسیار بالا، پلی آمید در برابر سایش و مواد شیمیایی مقاوم است. با این حال، حذف پلی آمید دشوار است. چنانچه بایستی قبل از سربندی برداشته شود، اسید سولفوریک داغ یا دستگاه قابل حمل برداشتن پلی‌آمید مورد نیاز می باشد.

کربن نازک ترین پوشش در بین سه مورد ذکر شده است، معمولاً تنها کسری از میکرون ضخامت دارد. کربن به طور هرمتیک سطح شیشه را می‌بندد و از آن در برابر رطوبت محافظت می نماید و مقاومت در برابر تنش و خستگی فیبر نوری را افزایش می‌دهد. کربن به تنهایی قابل استفاده نیست. باید با پوشش دیگری مانند سیلیکون یا پلی آمید ترکیب شود. برخلاف سایر پوشش‌های مورد بحث، پوشش کربنی لازم نیست قبل از سربندی برداشته شود.

فاکتور های عملکردی

با فراگیر شدن فناوری فیبر نوری، بحث های جدی در مورد اینکه کدام فیبر چند حالته و یا تک حالته برای کاربردهای مختلف مناسب تر است، شکل گرفت. به عنوان مثال، تصور در کشورمان ایران بر این است که فیبرهای مالتی مُد بیشتر برای شبکه های LAN و شبکه‌های با مسافت های کوتاه مانند شبکه ستون فقرات بین طبقات توصیه شده‌اند، این تصور رایج کاملا اشتباه است. بحث بر روی شایستگی‌های فنی، مشخصات انتقال و هزینه های هر فیبر متمرکز می گردد که شامل: تضعیف، پهنای باند، NA، سهولت نصب و هزینه های کوپلینگ فیبر و …. می باشد.

 

حالت ها “Modes”

مُد یا حالت یک مفهوم ریاضی و فیزیک است که انتشار امواج الکترومغناطیسی را از طریق رسانه ها توصیف می نماید. در مبحث ریاضی خود، نظریه مد از معادلات ماکسول ناشی می شود. جیمز کلرک ماکسول، یک فیزیکدان اسکاتلندی در قرن گذشته، برای اولین بار بیانی ریاضی از رابطه بین انرژی الکتریکی و مغناطیسی ارائه نمود. او نشان داد که هر دو یک شکل واحد از انرژی الکترومغناطیسی هستند، نه دو شکل متفاوت آنطور که در آن زمان تصور می شد. معادلات او همچنین نشان داد که انتشار این انرژی از قوانین سختگیرانه ای پیروی می نماید. معادلات ماکسول اساس نظریه الکترومغناطیسی را تشکیل می دهد.

شکل D.1 مسیر حرکت نور به شکل مُد یا حالت

 

حالت یک راه حل مجاز برای معادلات ماکسول است. یک حالت به سادگی مسیری است که یک پرتو نور می تواند در حرکت به سمت فیبر دنبال نماید. تعداد حالت های پشتیبانی شده توسط یک فیبر از 1 تا بیش از 100000 متغیر است. بنابراین، یک فیبر بسته به اندازه و خواص آن، مسیر حرکت یک یا هزاران پرتو نور را فراهم می نماید. تفاوت اصلی فیبر های نوری تک حالته یا سینگل مُد با چند حالته یا مالتی مُد همین موضوع می باشد.

 

شکل D.2 حالت ها یا مُد ها – خطور قرمز در یک فیبر چند حالته یا مالتی مد

 

کابل فیبرهای نوری چند حالته و تک حالته، در انواع با شاخص درجه بندی شده و شاخص پله، و غیره ارائه می گردند. چهار نوع فیبر نوری در ویرایش دوم ISO 11801 تعریف شده است. همه آنها دارای ساختار تمام سیلیس هستند و در پنج درجه چند حالته معروف به OM1 ا OM2 ا OM3 ا OM4 ا OM5 و دو درجه تک حالته OS1 و OS2 می باشند.

 

طبقه بندی صنعتی مالتی مد MMF بر اساس استانداردهای مختلف 

Core Diameter	TIA-492	IEC-60793-2-10	ITU-T	TIA-568	OM Fiber Type (TIA)
62.5 μm	492AAAA-A	Type A1b	—	TIA 492AAAA	OM1
50 μm	492AAAA-A	Type A1a.1	G.651.1	TIA 492AAAB	OM2
50 μm	492AAAC-B	Type A1a.2	G.651.1	TIA 492AAAC	OM3
50 μm	492AAAD	Type A1a.3	G.651.1	TIA 492AAAD	OM4

جدول D.T.1 استاندارد های مالتی مد یا چند حالته

فیبر های مالتی مد MMF

فیبر های نوری مالتی مد OM1 پایه FDDI جهت استفاده با LED های 1300 نانومتری طراحی شده بودند که با سرعت 100 مگابیت در ثانیه (میلیون بیت در ثانیه) فعالیت می نماید. اینترفیس داده های توزیع شده فیبر (FDDI) با قطر هسته فیبر 62.5 میکرومتر معرفی شد، FDDI یک پروتکل رایج انتقال داده بود، اما از آن زمان، عمدتاً توسط اترنت جایگزین شده است. این نوع فیبر بیشتر در شبکه های صنعتی در آن زمان مورد استفاده گسترده قرار گرفت.

فیبر نوری OM2 گسترش شبکه قدیمی مالتی مد 50 میکرومتری را امکان پذیر نمود. جهت عملکرد سطح اولیه سرعت یک گیگابیت (1 گیگابیت)، البته OM2 دیگر برای نصب‌های جدید توصیه نمی‌شود به دلیل ادامه مهاجرت به کانال فیبر 10 گیگابیت و 40 گیگابیت در ثانیه در مراکز داده در سراسر جهان!

فیبر بهینه شده با لیزر OM3 با مشخصه LOMMF حداقل سطح عملکرد توصیه شده جهت سیستم های جدید LAN/DC شبکه مراکز داده امروزی است. راه حل های  OM3 جهت پهنای باند های داده تا 10 گیگابیت بر ثانیه تا 300 متر و سرعت داده های 40 گیگابیت و 100 گیگابیت بر ثانیه تا 100 متر مناسب است. OM3 به طور کامل با نصب های قدیمی OM2 سازگار است.

OM4 نیز یک فیبر بهینه شده با لیزر LOMMF است که قابلیت‌های OM3 را بیشتر گسترش می‌دهد و با نصب‌های قدیمی OM3 و OM2 کاملاً سازگار است. OM4 برای سرعت داده 10 گیگابیت بر ثانیه تا حداقل 550 متر و سرعت داده های 40 گیگابیت و 100 گیگابیت بر ثانیه تا 150 متر مناسب است. OM4 زمانی توصیه می شود که از محدوده فاصله OM3 فراتر رود، یا پیش بینی شما بر توسعه ترافیک در آینده مورد نظر باشد.

اطلاعات بیشتر (لینک های مرتبط):

1. ویژگی های مالتی مد
2. مالتی مد OM1
3. مالتی مد OM2
4. مالتی مد OM3
5. مالتی مد OM4
6. مالتی مد OM5
7. فیبر های نوری سینگل مد ITU
8. تفاوت فیبر نوری مالتی مد و سینگل مد
9. تعداد حالت ها در شبکه فیبر نوری
10. ساختار فیبر نوری تک حالته و چند حالته

 

پیش از توضیح در مورد فیبر های نوری سینگل مد بایستی به یکی از مهمترین ویژگی های افت در کابل های فیبر نوری بپردازیم و دلیل ارائه فیبر نوری سینگل مد یا تک حالته را بررسی نماییم که به جهت کاهش پراکندگی بین حالتی یا بین مُدی  “Modal Dispersion” و افزایش کیفیت لینک و اطمینان پذیری بالا فیبر نوری سینگل مد توسط شرکت کورنینگ در دهه 70 میلادی ارائه گردید.

پراکندگی “Dispersion”

همانطور که بحث شد، پراکندگی انتشار یک پالس نور است که در طول یک فیبر نوری حرکت می نماید. پراکندگی پهنای باند یا ظرفیت حمل اطلاعات یک فیبر را محدود می سازد. نرخ بیت بایستی به اندازه کافی کم باشد تا اطمینان حاصل شود که پالس ها همپوشانی ندارند. نرخ بیت پایین تر به این معنی است که پالس ها از هم دورتر هستند و بنابراین، پراکندگی بیشتر را می توان تحمل نمود. چهار نوع اصلی پراکندگی وجود دارد:

1. پراکندگی مُدال “Modal Dispersion”
2. پراکندگی مواد “Material dispersion”
3. پراکندگی موجبر “Waveguide dispersion”
4. پراکندگی حالت قطبی “Polarization mode dispersion”

همانطور که اشاره شد، پراکندگی مُدال فقط در فیبرهای چند حالته (مالتی مُد) رخ می دهد. پراکندگی Modal به این دلیل به وجود می آید که پرتوها مسیرهای مختلفی را از طریق فیبر دنبال می نمایند و در نتیجه در زمان های مختلف به انتهای دیگر فیبر می رسند. پراکندگی مدال را می توان به سه روش کاهش داد:

1. بکارگیری از قطر هسته کوچکتر که حالت های کمتری را امکان پذیر می نماید.
2. استفاده از فیبر های درجه بندی شده Graded Index تا پرتوهای نوری که مسیرهای طولانی تری را دنبال می نمایند نیز با سرعت متوسط ​​سریع تری حرکت نمایند و در نتیجه تقریباً همزمان با پرتوهایی که مسیرهای کوتاه تری را دنبال می کنند در انتهای فیبر توسط گیرنده دریافت شوند.
3. استفاده از فیبر تک حالته (سینگل مد)، که اجازه پراکندگی مدال را نمی دهد.

 

فیبر نوری سینگل مد (تک حالته)

از آنجایی که این فیبر تنها یک حالت دارد، پراکندگی حالت ها  (مدال) وجود ندارد. فیبرهای تک حالته به راحتی پهنای باند های 50 تا 100 گیگاهرتز کیلومتر را پشتیبانی می نمایند،‌ حداکثر پهنای باند قابل پشتیبانی فیبر های نوری تک حالته بدون محدودیت و وابسته به فناوری لایه های اکتیو می باشد. فیبرهای فعلی دارای پهنای باند چندین گیگاهرتز هستند و امکان انتقال ده ها کیلومتر را فراهم می سازند. در اوایل سال 1985، بزرگترین سیستم های فیبر نوری تجاری موجود، سیستم های انتقال تلفن دیجیتالی بودند که با سرعت 417 مگابیت بر ثانیه فعالیت می نمودند. این سیستم ها 6048 تماس تلفنی همزمان را در یک فیبر تک حالته در فاصله 35 کیلومتری بدون تکرار کننده “Repeater” انجام می دادند. تا پایان سال 1992، ظرفیت ها چهار برابر گردید و به 10 گیگابیت بر ثانیه و 130000 کانال صوتی رسید. مهمتر از آن، فیبرها در حال حاضر دارای طول موج های متعدد هستند تا ظرفیت را به صدها گیگابیت در ثانیه افزایش دهند.

یکی از ویژگی های مهم فیبر های نوری سینگل مد قابلیت بهینه سازی و توسعه با توسعه در نتیجه تغییر وسایل اکتیو شبکه است. ظرفیت یک سیستم تک حالته توسط قابلیت های دستگاه اکیتو محدود می شود، نه از ویژگی خود تار فیبر، یکی از مزیت های فیبرهای تک حالته این است که پس از نصب، ظرفیت سیستم را می توان با در دسترس قرار گرفتن وسایل اکتیو و انتقال جدیدتر و با ظرفیت بالاتر افزایش داد.

نقطه ای که یک فیبر تک حالته تنها یک حالت را منتشر می سازد به طول موج نور موجبر و قطر هسته وابسته است. طول موج 850 نانومتر منجر به عملکرد چند حالته برای فیبری با قطر هسته حدود 10 میکرومتر می شود. با افزایش طول موج، فیبر حالت های کمتر و کمتری را حمل می نماید تا زمانی که تنها یکی باقی بماند. عملیات تک حالته زمانی شروع می شود که طول موج به قطر هسته نزدیک شود. برای مثال، در 1300 نانومتر، فیبر تنها یک حالت را مجاز می نماید.

طرح های مختلف فیبر دارای طول موج خاصی هستند که به آن طول موج قطع ( کات آف “cutoff”) می گویند، که بالاتر از آن فقط یک حالت را حمل می نماید. فیبری که برای عملکرد تک حالته در 1300 نانومتر طراحی شده است، دارای طول موج قطع حدود 1200 نانومتر است.

عملکرد یک فیبر نوری تک حالته کمی پیچیده تر از یک پرتوی ساده است که به سمت انتهای فیبر می رود. اپتیک هندسی با استفاده از پرتوهای نور برای این فیبرها مناسب نیست چراکه نحوه توزیع انرژی نوری در فیبر را مبهم می سازد. همانطور که در شکل D.4 نشان داده شده است مقداری از انرژی نوری حالت در روکش حرکت می کند. بنابراین، قطر نوری که در انتهای فیبر ظاهر می شود بزرگتر از قطر هسته است. قطر میدان حالت “Mode field diameter” اصطلاحی است که برای تعریف این قطر انرژی نوری استفاده می‌شود. اگرچه انرژی نوری در یک فیبر چند حالته به هسته محدود می‌شود، اما در فیبر تک حالته چندان محدود نیست. معمولاً دانستن قطر میدان حالت مهمتر از قطر هسته است.

تفاوت در انتشار نور در فیبر تک حالته به تفاوت دیگری بین فیبرهای تک حالته و چند حالته اشاره دارد. از آنجایی که انرژی نوری در فیبر تک حالته در روکش و همچنین در هسته حرکت می کند، روکش باید حامل انرژی کارآمدتری باشد. در فیبر چند حالته، ویژگی های انتقال نور روکش اساسا بی اهمیت است. در واقع، از آنجایی که حالت‌های پوشش مطلوب نیستند، روکشی با ویژگی‌های انتقال ناکارآمد قابل تحمل است. این وضعیت برای فیبر تک حالته صدق نمی‌کند.

 

شکل D.5 قدرت اپتیکال در فیبرهای چند حالته و تک حالته (با اجازه از Corning)

سه نوع فیبر نوری تک حالته وجود دارد که معمولاً در کاربردهای معمولی برای شبکه های مخابراتی و شبکه داده یافت می شود. البته طبقه بندی ها در استاندارد ها کمی گسترده تر می باشند،‌با این حال برخی از انواع فیبر نوری سینگل مد با یکدیگر سازگارند و برخی با هم سازگار نیستند، برای مثال در استاندارد ITU سری G.652.D با G.657.X سازگار است. با این حال فراتر از استاندارد سه نوع اصلی از فیبر تک حالته وجود دارد: فیبر نوری تک حالته، فیبرهای با پراکندگی (DS) و تارهای فیبر نوری سینگل مد با پراکندگی غیرصفر (NZ-DS).

فیبر های نوری تک حالته استاندارد رایج ترین و محبوب ترین در بین مشترکان می باشد. سری DS و NZDSF قابلیت ارتقا و توسعه ندارند و به جهت اهداف مشخصی طراحی شده اند و حتی ظرفیت بسیار محدودی را دارا می باشند.

هدف از ارائه این تار های سینگل مد کاهش پراکندگی در پنجره انتقال با کمترین تضعیف است. به طور معمول، افت در پنجره های 1550 نانومتری کمترین و پراکندگی در 1300 نانومتر کمترین است. جرکت نور پراکندگی در فیبر را ایجاد می نماید که ناحیه پراکندگی پایین را به ناحیه 1550 نانومتری منتقل می نماید. این تغییر پراکندگی منجر به ایجاد فیبری می شود که برای بالاترین سرعت داده و طولانی ترین فواصل انتقال مناسب است. در یک فیبر استاندارد تک حالته، نقاط کمترین تلفات و بیشترین پهنای باند با هم مطابقت ندارند. تغییر پراکندگی آنها را به هم نزدیکتر می نماید.

یک فیبر تک حالته را می توان با طول موج کوتاه تولید نمود. برخی از فیبرها با طول موج قطع 570 نانومتر برای عملکرد در 633 نانومتر (که نور قرمز قابل مشاهده است) طراحی شده اند. هسته بسیار کوچک است، کمتر از 4 میکرومتر. فیبر دیگر دارای طول موج قطع 1000 نانومتر، فرکانس کاری توصیه شده 1060 نانومتر و قطر هسته کمتر از 6 میکرومتر است. این فیبرها برای کاربردهای تخصصی مخابرات، کامپیوتر و حسگر در نظر گرفته شده اند. آنها جایگزینی برای فیبرهای استاندارد تک حالته مخابراتی و شبکه نیستند که در طول موج های طولانی تر 1300 و 1550 نانومتر فعالیت می نمایند.

 

 

شاخص ضریب شکست

شاخص ضریب شکست رابطه بین شاخص‌ شکست هسته و روکش تار فیبر نوری را توصیف می نماید. دو رابطه اصلی وجود دارد: شاخص پله ای “Step-index” و شاخص درجه‌بندی شده “Graded-index”.

فیبر شاخص پله ای دارای یک هسته با یک شاخص یکنواخت در سراسر تار است. شاخص یک پله تیز را در محل اتصال هسته و روکش نشان می دهد. در مقابل، شاخص درجه بندی شده دارای یک هسته غیریکنواخت است. این شاخص در مرکز بالاتر است و به تدریج کاهش می یابد تا زمانی که با روکش کلد مطابقت داشته باشد. هیچ شکست شدیدی بین هسته و روکش وجود ندارد. با این طبقه بندی، سه نوع تار فیبر نوری وجود دارد (که نام آنها اغلب با یک ویژگی رایج کوتاه می شود):

1. فیبر پله ای با شاخص چند حالته (که معمولاً فیبر step index شاخص نامیده می شود)
2. فیبر درجه بندی شده چند حالته (فیبر شاخص درجه بندی شده)
3. فیبر پله ای شاخص تک حالته (فیبر تک حالته)

ویژگی های هر نوع تأثیر مهمی بر مناسب بودن آن برای کاربردهای خاص دارد.

 

اطلاعات بیشتر (لینک های مرتبط):

1. ضریب شکست فیبر نوری
2. ضریب شکست نور در فیبر نوری
3. تفاوت عملکرد روکش کلد
4. شاخص شکست نور در فیبر مالتی مد
5. شکست و بازتاب کلی نور

 

نرخ تضعیف

جهت مشاهده افت فیبر در هر کیلومتر، در صورتی کابل از برند های معتبری مانند CORNING و یا METZ باشد می توانید به اطلاعات فنی مراجعه و پارامتر فوق را مشاهده فرمایید. در غیر اینصورت بایستی نرخ تضعیف فیبر را در نظر بگیرید، که به سرعت ضعیف شدن سیگنال نور هنگام عبور از فیبر اشاره دارد. تضعیف فیبر معمولاً بر حسب دسی بل در کیلومتر (dB/km) اندازه گیری می شود.

نرخ تضعیف فیبر تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله نوع تار فیبر نوری مورد استفاده، طول موج سیگنال نور و کیفیت فیبر و نصب مناسب باز می گردد. انواع مختلف فیبر دارای نرخ تضعیف متفاوتی هستند، فیبر تک حالته عموماً نرخ تضعیف کمتری نسبت به فیبر چند حالته دارد.

جهت محاسبه افت فیبر در هر کیلومتر، بایستی نرخ تضعیف فیبر را در مسافتی که سیگنال نور در فیبر طی می نماید ضرب نمایید. به عنوان مثال، چنانچه نرخ تضعیف فیبر 0.2 دسی بل در کیلومتر باشد و سیگنال نوری 10 کیلومتر را طی نماید، تلفات فیبر برابر  0.2dB/km x 10 km = 2 dB  خواهد بود.

توجه به این نکته ضروری است که افت فیبر یک ویژگی ذاتی فیبرهای نوری است و نمی توان آن را به طور کامل حذف نمود. با این حال، پیشرفت در فناوری تارهای نوری منجر به توسعه تارهای با افت کم شده است که تضعیف را به حداقل می رساند. علاوه بر این، تکنیک های نصب مناسب و تعمیر و نگهداری منظم می تواند به کاهش افت فیبر کمک نماید. یکی از مهمترین تفاوت های کابل های با کیفیت برندهایی مانند کُرنینگ CORNING و METZ با کابل های بی کیفیت آسیایی، بهره مند بودن از مزایایی مانند تارهای با کیفیت و افت ناچیز است که ضمانت عمر طولانی و توسعه پذیری را فراهم می نماید. همچنین لازم به ذکر است که آخرین نظریه در مورد افت فیبر نوری در هر کیلومتر شامل استفاده از سیستم های فیبر نوری پیشرفته مانند سیستم های انتقال نوری منسجم است. این سیستم ها از تکنیک های پردازش سیگنال دیجیتال جهت جبران افت فیبر و بهبود عملکرد کلی لینک فیبر استفاده می نمایند. این موضوع اجازه می دهد تا فواصل انتقال طولانی تر و نرخ داده بالاتر بدون کاهش قابل توجه کیفیت سیگنال توسط این گروه از کابل های فیبر نوری فراهم شود. این کابل ها با عنوان ™Low Loss و یا نام های ثبت شده ای مانند ™Clear Curve و … شناسایی می شوند.

 

پهنای باند Bandwidth

پهنای باند بالا، نرخ تضعیف کم و ایمنی الکترومغناطیسی سه ویژگی برجسته فیبر نوری می باشند. با این حال، در نظر داشته باشید که تمامی فیبرهای نوری تضعیف کم و پهنای باند بالایی ندارند. پهنای باند مشخصه ای است که انقلاب دیجیتال را ممکن می سازد. با وجود تمام مزایای انتقال دیجیتال، انتقال همه این اطلاعات به ظرفیت فوق العاده ای نیاز دارد. فیبر نوری فناوری توانمندی است که پهنای باند را جهت عملیاتی ساختن این ظرفیت انتقال فراهم می نماید. در مقایسه با دیگر بستر های انتقال، کابل‌های فیبر نوری می‌توانند اطلاعات بیشتری را به مسافت های دورتر انتقال نمایند. یعنی پهنای باند بیشتری را در فواصل طولانی‌تر ارائه می کنند. در اصل، این مزیت و هدف فیبر نوری است. این فناوری مزایای بیشتری دارد، اما انتقال با پهنای باند بالا و از راه دور همان چیزی است که ابتدا محققان را مجذوب خود نمود و همین امر در زمان حاضر منجر به استفاده گسترده از آن شد.

مزیت پهنای باند/فاصله از نظر عملی به چه معناست؟ در دهه 1970، یک کابل مسی استاندارد مخابراتی ظرفیت حمل 672 صدای همزمان را در حدود 2 کیلومتر قبل از تقویت سیگنال داشت. امروزه، یک فیبر نوری منفرد می تواند بیش از 100000 مکالمه را حمل نماید. آزمایش آلکاتل که با سرعت 10 ترابایت بر ثانیه اجرا می شود پتانسیل انجام 300 میلیون مکالمه جداگانه. از نظر ظرفیت، مکالمات صوتی بر اساس تقاضای پهنای باند متوسط ​​می باشد و مطمئناً برای تلفن ساده نیازی به چنین ظرفیت هایی نداریم. انتقال تصاویر، کنفرانس‌های ویدئویی، محاسبات از راه دور، و کلاس های آنلاین دانش‌آموزان و دانلود موسیقی و ویدیو که شروع به استفاده از پهنای باند می نمایند، ارائه دهندگان را تا حد زیادی به کابل های ترانک فیبر نوری نیازمند ساخته است.

 

D.6 انواع انتشار در فیبر نوری (تصویر با حسن نیت ارائه شده از Tyco Electronics)

اطلاعات بیشتر (لینک های مرتبط):

1. عوامل موثر بر پهنای باند
2. پراکندگی کروماتیک
3. پراکندگی در فیبر نوری

 

پراکندگی پهنای باند فیبر نوری یا مقدار اطلاعاتی که یک فیبر نوری می تواند حمل نماید را محدود می سازد. خوشبختانه، تولیدکنندگان فیبر نوری و سازمان های استاندارد اطلاعاتی در مورد پهنای باند و یا ظرفیت حمل کابل های نوری در طول موج های خاص ارائه می دهند. پهنای باند کابل های فیبر نوری استاندارد یک برند مناسب را می توان در برگه اطلاعات فنی سازنده جستجو و ملاحظه نمود. پهنای باند یک نوع فیبر نوری را می توان در استانداردهای صنعتی نیز یافت. به یاد داشته باشید، یک استاندارد صنعتی حداقل سطوح عملکرد را تعریف می نماید. فیبرهای نوری فراتر از استانداردهای صنعتی در دسترس می باشند. برای مثال کابل های فیبر نوری مالتی مد برند CORNING پهنای 10 گیگابیت تا فواصل 150 متر ارائه می نمایند.

حاصل ضرب پهنای باند و طول کابل (MHz · km) ظرفیت حمل اطلاعات یک فیبر نوری چند حالته را بیان می نماید. پهنای باند بر حسب مگاهرتز (MHz) و طول با کیلومتر اندازه گیری می شود. واحد MHz/km مگاهرتز/کیلومتر نشان می‌دهد که فیبر چقدر پهنای باند را در هر کیلومتر از طول خود می‌تواند حمل نماید. تشخیص فیبر باید همیشه بزرگتر یا مساوی حاصلضرب پهنای باند و طول فیبر نوری باشد.

حداقل پهنای باند برای فیبر نوری چند حالته OM4 بهینه سازی شده با لیزر 50/125μm همانطور که در ANSI/TIA-568-C.3 تعریف شده است 3500MHz · کیلومتر با پرتاب بیش از حد در طول موج 850nm است. جهت یافتن پهنای باند قابل استفاده برای این فیبر نوری در طول 1250 متر یا 1.25 کیلومتر، باید معادله را تغییر دهید و همانطور که در اینجا نشان داده شده است حل نمایید:

اطلاعات بیشتر (لینک های مرتبط):

1. رنگ بندی کابل فیبر نوری

 

سربندی کابل فیبر نوری

جهت سربندی کابل های فیبر نوری از دو روش سربندی با کانکتور های فیبر نوری بصورت میدانی با روش مکانیکی و یا سربندی با فرایند پولیش و پرداخت کانکتور ها(Pre Terminated Fiber) در کارخانه ها و یک روش عملیاتی میدانی فیوژن به صورت بکارگیری از تجهیزات پچ پنل و یا باکس های ترمینیشن به همراه پیگتیل و آداپتور های مورد نیاز استفاده می شود. در بیشتر موارد، روش فیوژن فیبر نوری ساده تر از روش کانکتور ها است. فیوژن توسط دستگاه فیوژن انجام می شود و اجازه می دهد و می تواند چنانچه با دستگاه با فناوری مناسب تضعیف کمتری داشته باشد. اتصال فیوژن اتصال همجوشی نیز نامیده می شود و در واقع یک اتصال همجوشی در ساده ترین شکل خود هیچ قسمتی ندارد.

 

E.1 دستگاه فیوژن

دستگاه فیوژن یا همجوشی (شکل 1-E) از یک قوس الکتریکی جهت ذوب کردن تارهای فیبر نوری تا حدود 2000 درجه سانتیگراد استفاده می نماید. تار های فیبر در این دما ذوب می شوند، به هم فشار داده می شوند و همانطور که سرد می شوند با هم فیوز (متصل) می گردند.

 

شکل E.2 فیوژن فیبر نوری

 

 

 

 فیوژن فیبر نوری

اتصال فیوژن از یک قوس الکتریکی با ولتاژ بالا بین دو الکترود جهت گرم کردن و ذوب انتهای فیبر همانطور که در شکل E.3 نشان داده شده است استفاده می نماید. لمس الکترودها در حالی که قوس وجود دارد می تواند باعث شوک الکتریکی شدید شود. شکل E.3 نمای نزدیک از یک قوس الکتریکی با ولتاژ بالا که انتهای فیبر را در طول فرآیند اتصال ذوب می نماید.

شکل E.3

دستگاه های فیوژن دارای پوششی هستند که از دسترسی به ناحیه اتصال همجوشی در طول فرآیند اتصال جلوگیری می نماید. این دستگاه معمولاً دارای قفل ایمنی است که در صورت بلند شدن، فرآیند اتصال را متوقف می سازد. توصیه ایمنی اینکه تا زمانی که قوس روی صفحه اسپلایسر فیوژن خاموش نشده است، جهت دسترسی به ناحیه اتصال تلاش نفرمایید.

 

اتصال مکانیکی

بسیاری از تولید کنندگان اتصالات مکانیکی را ارائه می دهند. اتصالات مکانیکی مانند آنچه در شکل های E.4 و E.5 نشان داده شده است، معمولاً دائمی هستند. آنها فیبرهای نوری کلیو شده را تراز می نمایند و در جای خود نگه می دارند. ژل تطبیق شاخص در داخل اسپلایس مکانیکی انعکاس فرنل را کاهش می دهد یا از بین می برد.
اتصالات مکانیکی را می توان برای فیبر نوری چند حالته و تک حالته استفاده نمود. اتصالات مکانیکی عملکرد بهتری نسبت به اتصالات فیوژن ندارند. مزیت کلیدی اتصال مکانیکی نسبت به اتصال فیوژن، هزینه پایین تجهیزات مورد نیاز جهت انجام اتصال مکانیکی است.

 

E.5 اتصال مکانیکی فیبر نوری 3M

E.6 اتصال مکانیکی فیبر نوری

 

 

اطلاعات بیشتر (لینک های مرتبط):

1. فیوژن فیبر نوری
2. خدمات فیوژن فیبر نوری
3. انتقال حرارت در فیوژن فیبر نوری
4. تزار فیبر نوری و فناوری های فیوژن
5. فیبر نوری معیوب یا کلیو ناقص
6. مفهوم هم ترازی فیبر در فیوژن
7. حباب ها در اتصال فیوژن
8. اتصال مکانیکی فیبر 

 

کابل های فیبر نوری

تجهیزات فیبر نوری