چه کسي فيبرهاي نوري را اختراع کرده است؟

فيبرهاي نوري

صدها سال است که انسان ها به کمک بازتاب نور خورشيد در طي روز و استفاده از نور فانوس در شب ارتباط برقرار کرده است. سيگنال دهنده هاي نيروي دريايي هنوز هم به کمک چراغ هاي چشمک زن قدرتمند براي انتقال پيام هاي رمزگذاري شده به کشتي هاي ديگر استفاده مي کنند. ارتباطات نوري محدود به نقاط و خطوط ساده نوري نشده است.اين واقعيت جالب است که الکساندر گراهام بل اندکي پس از اختراع تلفن خود دستگاهي را به نام “فوتوفون” اختراع کرد. فوتوفون بل، پرتوي بازتاب شده ي نور خورشيد را بر روي يک دتکتور سلنيومي در فاصله چند صد متري متمرکز مي کرد.

درواقع فوتوفون،يک وسيله ارتباطي با قابليت تراگسيل صدا از طريق يک پرتو نور بود.

با اين دستگاه ، بل ميتوانست يک پيام صوتي را از طريق پرتوي نور منتقل کند. اين ايده براي سالهاي طولاني باقي ماند. اخيرا ، ايده انتقال نور از طريق فيبر نوري نازک دوباره زنده شده و در فناوري ارتباطات مورد استفاده قرار مي گيرد.

استفاده از نور به عنوان موج حامل در فيبر نوري نسبت به حامل هاي موج راديويي برتري هايي از قبيل پهناي باند بسيار وسيع تر و مصونيت از تداخل الکترومغناطيسي دارد.

همچنين از فيبر هاي نوري براي انتقال نور به مکان هاي غيرقابل دسترس استفاده مي شود . استفاده از ابزارهاي داراي فيبر نوري در صنعت بسيار رايج است و اهميت آنها به عنوان ابزارهاي تشخيصي در پزشکي اثبات شده است.

اخيراً فناوري فيبر نوري به يک سيستم ارتباطي با قابليت هاي بسيار عظيم تبديل شده است.

يکي از ويژگي هاي چنين سيستمي ، توانايي آن در انتقال هزاران مکالمه تلفني ، چندين برنامه تلويزيوني و سيگنال هاي بيشمار بين ايستگاه ها از طريق يک يا دو فيبر نوري انعطاف پذير و نازک است. بدون شک به دليل ظرفيت فوق العاده حمل اطلاعات ( پهناي باند) سيستم فيبر نوري ، دستگاه هايي نظير تلويزيون دو طرفه طراحي شده است که قبل از توسعه فيبر نوري بسيار پرهزينه بوده است.

علاوه بر ارائه پهناي باند بسيار گسترده ، سيستم فيبر نوري داراي کابل هاي بسيار نازک و سبک وزن است. فيبر نوري به همراه محافظش معمولاً ?.? ميلي متر قطر دارد ، اما مي تواند با يک دسته سيم مسي به قطر ?.?? سانتي متر که اکنون براي حمل همان مقدار سيگنال استفاده مي شود ، جايگزين شود.

فيبرهاي نوري چگونه کار مي کنند؟

انتشار نور در فيبر نوري مستلزم اين است که نور کاملاً درون فيبر محدود شود.

اين امر با انعکاس داخلي کامل و انکسار مداوم انجام مي شود.

انواع مختلف فيبر هاي نوري

سه نوع فيبر نوري وجود دارد که بر اساس مدل پخش نور توسط آنها، طبقه بندي مي شوند:

?. فيبر نوري تک حالتي يا سينگل مد (Single-mode)

?. فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شکست پله اي

?. فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شکست مرحله اي

?.فيبرهاي نوري ريزساختار(microstructured) نوع جديدي ازفيبر هاي نوري هستند که با سه مورد فوق تفاوت هايي دارند. تفاوت اصلي اين دو ، در روش کنترل نور مي باشد.

چرا بايد درباره ي انواع مختلف فيبر هاي نوري اطلاع داشته باشيد؟

استفاده از انواع مختلف فيبرهاي نوري براي برقراري ارتباط ، به شناخت صحيح آنها وابسته است. مهندسان ارتباطات يا تکنسين هاي شبکه ، قبل از طراحي شبکه اي ازفيبر هاي نوري بايد به خوبي از اصول اوليه فيبر هاي نوري و کارايي آنها آگاهي داشته باشند تا بتوانند به خوبي تصميم گيري کنند.

شناختن فيبر هاي نوري به شما کمک مي کند تا براساس نياز خود يک تصميم هوشمندانه بگيريد.

تک حالتي و چند حالتي بودن فيبر نوري يعني چه؟ / نظريه حالت چيست؟

ما قصد داريم داده ها را با استفاده از نور انتقال دهيم. از اين رو ، از فيبرهاي نوري استفاده مي کنيم . فيبر هاي نوري کابلهاي مخصوصي هستند که مي توانند پرتوي نور را هدايت کنند.

براي درک رفتار امواج الکترومغناطيسي در موج برها ، از نظريه اي استفاده مي کنيم که به عنوان تئوري حالت شناخته مي شود. تئوري حالت در اصل امواج الکترومغناطيسي را بر اساس طول موج به حالت هاي مختلف طبقه بندي مي کند. شما مي توانيد در ادامه ي اين مقاله تئوري حالت نور را ياد بگيريد.

فيبر نوري تک حالتي يا سينگل مد (Single-mode)

همان طور که از نام آن پيدا است ، اين نوع فيبر نوري تنها يک حالت نور را منتقل مي کند. به عبارت ديگر ، مي تواند تنها يک طول موج از نور را در طول خود حمل کند.

اين طول موج معمولاً ???? نانومتر يا ???? نانومتر است.

ممکن است شما فکر کنيد که اين امر ، قابليت انتقال اطلاعات را محدود مي کند. اما فيبر نوري تک حالتي بسيار بهتر ازفيبر هاي نوري چند حالتي کار مي کند زيرا پهناي باند بيشتري دارد و بنابراين سرعت آن بي نظير است.

جالب است که بدانيد فيبر هاي تک حالتي بعد ازفيبر هاي چند حالتي به وجود آمده اند. درواقع آنها جديدتر از کابل هاي چند حالتي هستند.

اين کابل ها مي توانند با داشتن يک هسته کوچک فقط يک حالت نور را انتقال دهند. درواقع مي توانيم بگوييم که در اصل قطر هسته به اندازه ي طول موج نوري است که از آن عبور مي کند.

فقط ليزرها به عنوان منبع نور استفاده مي شوند. نور مورد استفاده درفيبر هاي تک حالتي در بخش مرئي طيف قابل رويت نيستند.

از آنجا که نور در يک مسير مستقيم حرکت مي کند ، تلفات کمتري دارد و مي توان از آن در برنامه هايي که به مسافت طولاني تر نياز دارند استفاده کرد.

يک نقطه ضعف فيبر تک حالتي اين است که جفت شدن آنها سخت است.

فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)

همانطور که از نام آن پيدا است ، اين نوع ازفيبر هاي نوري اجازه مي دهند تا چندين حالت نور در امتداد محور آنها حرکت کنند.

براي توضيح بيشتر مي توانيم بگوييم ، آنها مي توانند اين کار را با داشتن هسته قطورتر انجام دهند.

طول موج امواج نور درفيبر هاي چند حالتي در طيف مرئي از ??? تا ???? نانومتر قرار دارند.

بازتاب امواج داخل فيبر چند حالتي در هر حالت با زواياي مختلفي اتفاق مي افتد. در نتيجه ، بر اساس اين زاويه ها ، تعداد بازتاب ها مي توانند متفاوت باشند.

از آنجا که اساس فيبر نوري براي برقراري ارتباط ، بازتاب داخلي است ، تمام حالت هاي داراي زاويه حادثه که باعث انعکاس کامل داخلي نمي شوند ، توسط روکش جذب مي شوند.

ما مي توانيم حالتي با مرتبه بالاتر داشته باشيم ، امواج عرضي بر محور موجبر موج مي توانند بارها منعکس شوند. در حقيقت ، به دليل افزايش بازتاب در زواياي غيرمعمول ، حالت هاي مرتبه بالاتر مي توانند کاملاً درون کابل از بين بروند.

حالت هاي داراي مرتبه پايين نسبتاً عرضي يا حتي کاملاً مستقيم اند و از اين رو نسبتاً بهتر هدايت مي شوند.

دو نوع فيبر نوري چند حالتي وجود دارد:

• فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شکست پله اي
• فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شکست پله اي مرحله اي

1. فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شکست پله اي

ضريب شکست هسته مولتي مد در کل کابل يکنواخت است.

1. فيبر نوري چند حالتي يا مالتي مد (Multimode)با ضريب شکست پله اي مرحله اي

ضريب شکست هسته از شعاع مرکزي تا سطح آن تغيير مي کند.

اين موضوع چه اهميتي دارد؟

اگر به شکل فيبر هاي چند حالتي با ضريب شکست پله اي و مرحله اي نگاه کنيد ، متوجه خواهيد شد که امواج موجود در فيبر چند حالتي با ضريب شکست پله اي در زمانهاي مختلف به يک نقطه واحد مي رسند. اين امر به اين دليل است که حالت هاي مختلف ،سرعت هاي مختلفي دارند. در نتيجه اين امر باعث کاهش پهناي باند مي شود. به اين کار پراکندگي يا تحريف مياني گفته مي شود.

با اين حال ، اين مسئله با استفاده ازفيبر هاي مالتي مد با ضريب شکست مرحله اي قابل کاهش است.

فيبر هاي نوري ريزساختار

اينها انواع جديدي از کابل هاي فيبر نوري هستند. آنها مفهومي کاملاً متفاوت از استفاده از نور براي برقراري ارتباط را بيان مي کنند. در انواع فيبر هاي نوري که در بالا به آنها اشاره شد ، انتقال نور به دليل وجود بازتاب کلي داخلي و شاخص هاي انکسار هسته و روکش انجام مي شد. درفيبر هاي نوري ريزساختار ، از ساختار فيزيکي موج بر در مقياس نانو براي هدايت نور استفاده مي شود.

انواع مختلف فيبر هاي نوري ريزساختار عبارت اند از:

• کريستال هاي فوتوني

•فيبر هاي Air-clad يا double-clad

•فيبر هاي فرنل

منابع :

https://physicsabout.com/fiber-optic/

https://technobyte.org/types-of-optical-fibers-structure-of-optical-fibers/

The post چه کسي فيبرهاي نوري را اختراع کرده است؟ appeared first on فروشگاه اينترنتي نود - Node Shop.