دانلودمقاله فیبرهای نوری

اختصاصی از فی توو دانلودمقاله فیبرهای نوری دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

 
بعد از اختراع لیزر در سال 1960 میلادی، ایده بکارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت.خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال 1966 همزمان در انگلیس و فرانسه با تضعیفی برابر با اعلام شد که عملا درانتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اینکه در سال 1976 با کوشش فراوان محققین تلفات فیبر نوری تولیدی شدیدا کاهش داده شد و به مقدار رسید که قابل ملاحظه با سیم های کوکسیکال مورد استفاده در شبکه مخابرات بود.
در ایران در اوایل دهه 60، فعالیت های تحقیقاتی در زمینه فیبر نوری در مرکز تحقیقات منجر به تاسیس مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران گردیدو عملا در سال 1373 تولید فیبرنوری با ظرفیت 50.000 کیلومتر در سل در ایران آغاز شد.فعالیت استفاده از کابل های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران شروع شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم متصل شوند.
فیبرنوری یک موجبر استوانه ای از جنس شیشه (یا پلاستیک) که دو ناحیه مغزی وغلاف با ضریب شکست متفاوت ودولایه پوششی اولیه وثانویه پلاستیکی تشکیل شده است. بر اساس قانون اسنل برای انتشار نور در فیبر نوری شرط : ‌می‌بایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکست های مغزی و غلاف هستند. انتشار نور تحت تاثیر عواملی ذاتی و اکتسابی ذچار تضعیف ‌می‌شود. این عوامل عمدتا ناشی از جذب ماورای بنفش، جذب مادون قرمز،پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند. منحنی تغییرات تضعیف برحسب طول موج در شکل زیر نشا ن داده شده است.
فیبرهای نوری نسل سوم
طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای حداقل تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج 55/1 میکرون و از حداقل پاشندگی در طول موج 3/1 میکرون بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتا پیچیده تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی ان در محدوده 3/1 میکرون قرار داشت، به محدوده 55/1 میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.
کاربردهای فیبر نوری
الف)کاربرد در احساسگرها
استفاده از احساسگرهای فیبر نوری برای اندازه گیری کمیت های فیزیکی مانندجریان الکتریکی، میدان مغناطیسی فشار،حرارت،جابجایی،آلودگی آبهای دریا سطح مایعات،تشعشعات پرتوهای گاماوایکس در سال های اخیر شروع شده است. در این نوع احساسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی احساسگر بهره گیری ‌می‌شود بدین ترتیب که خصوصیات فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تاثیر پذیر ‌می‌شود.
ب)کاربردهای نظامی
فیبرنوری کاربردهای بی شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله ‌می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک ها، ارتباط زیر دریایی ها (هیدروفون) را نام برد.
ج)کاربردهای پزشکی
فیبرنوری در تشخیص بیماری ها و آزمایش های گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله ‌می‌توان دزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی های داخلی بدن،جراحی لیزری فاستفاده در دندانپزشکی و اندازه گیری مایعات و خون نام برد.
فن آوری ساخت فیبرهای نوری
برای تولید فیبر نوری، ابتدا ساختار آن در یک میله شیشه ای موسوم به پیش سازه از جنس سیلیکا ایجادمی گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبرمی گردد. از سال 1970 روش های متعددی برای ساخت انواع پیش سازه ها به کار رفته است که اغلب آنها بر مبنای رسوب دهی لایه های شیشه ای در اخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.
فیبر نوری یکی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است. امروزه از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر: شبکه های تلفن شهری و بین شهری، شبکه های کامپیوتری و اینترنت استفاده بعمل می آید. فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای بوده که هر یک از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.
مبانی فیبر نوری
فیبر نوری، رشته ای از تارهای بسیار نازک شیشه ای بوده که قطر هر یک از تارها نظیر قطر یک تار موی انسان است. تارهای فوق در کلاف هائی سازماندهی و کابل های نوری را بوجود می آورند. از فیبر نوری بمنظور ارسال سیگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.
یک فیبر نوری از سه بخش متفاوت تشکیل شده است :
هسته (Core). هسته نازک شیشه ای در مرکز فیبر که سیگنا ل های نوری در آن حرکت می نمایند.
روکش (Cladding). بخش خارجی فیبر بوده که دورتادور هسته را احاطه کرده و باعث برگشت نورمنعکس شده به هسته می گردد.
بافر رویه (Buffer Coating). روکش پلاستیکی که باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آسیب پذیر، است.
صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و کابل های نوری را بوجود می آورند. هر یک از کلاف های فیبر نوری توسط یک روکش هائی با نام Jacket محافظت می گردند.
فیبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:
فیبرهای تک حالته (Single-Mode). بمنظور ارسال یک سیگنال در هر فیبر استفاده می شود( نظیر : تلفن )
فیبرهای چندحالته (Multi-Mode). بمنظور ارسال چندین سیگنال در یک فیبر استفاده می شود( نظیر : شبکه های کامپیوتری)
فیبرهای تک حالته دارای یک هسته کوچک ( تقریبا" 9 میکرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز ( طول موج از 1300 تا 1550 نانومتر) می باشند. فیبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر ( تقریبا" 5 / 62 میکرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طریق LED می باشند.
ارسال نور در فیبر نوری
فرض کنید، قصد داشته باشیم با استفاده از یک چراغ قوه یک راهروی بزرگ و مستقیم را روشن نمائیم. همزمان با روشن نمودن چراغ قوه، نور مربوطه در طول مسیر مسفقیم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد کرد. با توجه به عدم وجود خم و یا پیچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن کرد. در صورتیکه راهروی فوق دارای خم و یا پیچ باشد، با چه مشکلی برخورد خواهیم کرد؟ در این حالت می توان از یک آیینه در محل پیچ راهرو استفاده تا باعث انعکاس نور از زاویه مربوطه گردد.در صورتیکه راهروی فوق دارای پیچ های زیادی باشد، چه کار بایست کرد؟ در چنین حالتی در تمام طول مسیر دیوار راهروی مورد نظر، می بایست از آیینه استفاده کرد. بدین ترتیب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با یک زاویه خاص) از نقطه ای به نقطه ای دیگر حرکت کرده ( جهش کرده و طول مسیر راهرو را طی خواهد کرد). عملیات فوق مشابه آنچیزی است که در فیبر نوری انجام می گیرد.
نور، در کابل فیبر نوری از طریق هسته (نظیر راهروی مثال ارائه شده ) و توسط جهش های پیوسته با توجه به سطح آبکاری شده ( Cladding) ( مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده) حرکت می کند.( مجموع انعکاس داخلی ). با توجه به اینکه سطح آبکاری شده، قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد، نور قادر به حرکت در مسافت های طولانی می باشد. برخی از سیگنا ل های نوری بدلیل عدم
فیبر نوری چیست؟ ساختار فنی آن چگونه است و از چه موادی ساخته می‌شود؟
فیبر نوری یکی از محیط‌های انتقال هدایت شده است که در مخابرات مورد استفاده قرار می‌گیرد. محیط انتقال، جایی بین فرستنده و گیرنده است. وقتی پیامی مانند دیتا، تصویر، صدا و یا فیلم قرار است انتقال داده شود نیاز به محیط انتقالی مثل فضای آزاد که ارتباط «وایرلس»بی‌سیم را شامل می‌شود، خط دوسیمه تلفنی، کابل کواکسیال و یا فیبرنوری است. در حقیقت می‌توان گفت از نظر ساختاری فیبر نوری یک موج‌ بر استوانه‌ای از جنس شیشه یا پلاستیک است که از دو ناحیه مغزی و غلات یا هسته و پوسته با ضریب شکست متفاوت و دولایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده است فیبرنوری از امواج نور برای انتقال داده‌ها از طریق تارهای شیشه یا پلاستیک بهره می‌گیرد. هرچند استفاده از هسته پلاستیکی هزینه ساخت را پایین می‌آورد، اما کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. مغز و غلاف یا هسته و پوسته با هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند. قطر هسته و پوسته حدود 125 میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیوم متر است) چند لایه محافظ در یک پوشش حول پوسته قرار می‌گیرد و یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد که می‌تواند شامل صدها فیبرنوری مختلف باشد. هر کابل نوری شامل دو رشته کابل مجزا یکی برای ارسال و دیگری دریافت دیتا در نظر گرفته می‌شود با گسترش فناوری‌های اطلاعات و ارسال پهنای باند بیشتر اطلاعات، ما احتیاج به محیط‌های انتقال هدایت شده‌ای داریم که بتواند پهنای باند بیشتری را هدایت کند. پهنای باند بیشتر به معنای ارسال اطلاعات بیشتر یا سرعت بالاتر اطلاعات است. در حقیقت می‌توان گفت ظرفیت و سرعت دو دلیل اصلی استفاده از شبکه فیبرنوری است. امروزه یک کابل مسی انتقال داده را تنها با سرعت یک گیگابایت در ثانیه ممکن می‌کند در حالی که یک فیبرنوری به ضخامت تار مو امکان انتقال‌های چندگانه را به طور همزمان با سرعتی حتی بیشتر از 10 گیگابایت در ثانیه به ما می‌دهد که این سرعت روز به روز افزایش می‌‌یابد. از آنجایی که در فیبرنوری ما از امواج نوری یا لیزری استفاده می‌کنیم که دارای فرکانس بسیار بالاتری از ماکروویو است. بنابراین می‌توان پهنای باند بیشتری را ارسال کرد. در مخابرات هرچه فرکانس امواجی که می‌خواهیم اطلاعات را روی آن ارسال کنیم بیشتر باشد پهنای باند بیشتری را می‌توانیم انتقال دهیم.
استفاده از فیبرنوری چه مزایایی دارد؟ آیا با انتقال امواج از طریق ماهواره قابل مقایسه است؟
اولین مزیتی که فیبرنوری دارد این است که از تمام محیط‌های انتقالی که وجود دارد چه وایرلس و سیمی، و چه هدایت شده و غیرهدایت شده پهنای باند بیشتری به ما می‌دهد یعنی در حقیقت می‌تواند اطلاعات بیشتری ارسال کند. ارتباطات ماهواره‌ای تنها فناوری است که می‌تواند با فیبرنوری در زمینه انتقال داده‌ها رقابت کند. ولی چون فرکانس لیزری که استفاده می‌شود از فرکانسی که در امواج ماهواره‌ای استفاده می‌شود بیشتر است بنابراین داده‌های بیشتری از طریق فیبرنوری انتقال داده می‌شود.استفاده از فیبرنوری یک روش نسبتا ایمن برای انتقال داده است زیرا برعکس کابل‌های مسی که دیتا را به صورت سیگنال‌های الکترونیکی حمل می‌کنند فیبرنوری در مقابل سرقت اطلاعات آسیب‌پذیر نیست. یعنی کابل فیبرنوری را نمی‌توان قطع کرده و اطلاعات را به سرقت برد.
مسئله دیگر ارزان قیمت بودن آن است به ویژه در مقایسه با ارتباطات از طریق ماهواره. یکی دیگر از مزایای فیبرنوری در مقایسه با کابل‌های سیمی و کواکسیان سبک بودن و راحتی تعبیه آن بین دو نقطه است. نکته بعدی این است که سیستم‌های کابلی در طول انتقال نیاز به تکرارکننده یا ریپیتر زیادتری برای تقویت امواج دارند درحالی که برای یک سیستم کابل نوری به علت افت بسیار کمی که دارد تعداد تکرارکننده کمتری استفاده می‌شود باید گفت هرچه فیبر خالص‌تر و دارای طول موج بیشتری باشد. پورت‌های نور کمتری جذب و تضعیف سیگنال کمتر می‌شود و در نتیجه نیاز به تکرارکننده که یک سیگنال را دریافت کرده و قبل از ارسال به قطعه بعدی فیبر، آن را تقویت می‌کند کاهش می‌یابد و همین باعث می‌شود قیمت تمام شده سیستم پایین بیاید.
از طرف دیگر فیبرهای نوری از عوامل طبیعی کمتر تاثیر می‌پذیرند. بدین صورت که میدان‌های مغناطیسی و یا الکتریکی شدید بر آن هیچ تاثیری نمی‌گذارد و خطر تداخل امواج پیش نمی‌آید به همین دلیل می‌توان آنها را برخلاف کابل مسی از کنار کابل‌های فشار قوی یا ژنراتورهای برق عبور داد. همچنین خواصی همچون ضد آب بودن آن باعث شده تا از آن، روز به روز به طور گسترده‌تری استفاده شود.
آیا استفاده از فیبرنوری معایبی هم دارد؟
برای این که دیگر در فیبرنوری با سیگنال الکتریکی سروکار نداریم باید از ادواتی مثل تقویت‌کننده‌ها و آشکارسازهای نوری استفاده کنیم که تا حدودی گران است. از سوی دیگر از فیبرنوری فقط می‌توان برای انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع‌های نوری استفاده کرد و نمی‌توان برای انتقال الکتریسیته استفاده کرد.
اتصال فیبرنوری به یکدیگر بسیار مشکل و وقت‌گیر و نیاز به یک کادر فنی سطح بالا دارد یکی از ایرادهای مهمی که به فیبرنوری وارد می‌شود این است که به راحتی کابل‌ها را نمی‌توان پیچ و خم داد زیرا زاویه تابش نور در داخل آن تغییر کرده و باعث می‌شود نور از سطح آن خارج شود و از طرف دیگر آنها را نمی‌توان به راحتی قطع کرد و برای قطع آنها نیاز به تخصص ویژه‌ای است چون در غیر این صورت زاویه شکست عوض می‌شود.
استفاده از فیبرنوری چه تاثیری در گسترش فناوری اطلاعات و ارتباطات دارد؟
امروزه با توجه به سرعت تولید علم و دانش نیاز به افزایش سرعت تبادل آنها بیشتر شده است. دنیا به سمتی می‌رود که از ابزاری استفاده کند که با ارائه پهنای باند بیشتر همزمان تعداد بیشتری به راحتی و با سرعت زیاد اطلاعات را در اختیار داشته باشند یا همزمان بتوانند به راحتی با موبایل یا تلفن صحبت کنند و به اینترنت وصل شوند و فیبرنوری یکی از فناوری‌هایی است که می‌تواند این امکان را فراهم کند.
بکارگیری فیبرنوری برای انتقال اطلاعات از سال 1966 شکل گرفت ولی تا سال 1976 عملا در انتقال داده قابل استفاده نبود ولی اکنون شرکت‌های تلویزیون کابلی و شرکت‌های چند ملیتی جهت انتقال داده‌ها و اطلاعات مالی در سراسر جهان و... از فیبرنوری استفاده می‌کنند. اکنون در ایران با توجه به زیاد شدن کاربران اینترنت، استفاده کنندگان از تلفن ثابت و موبایل و مهم‌تر از همه به خاطر این که ایران در مسیر شاهراه اطلاعات بین اروپا و چین قراردارد ضرورت استفاده از شبکه فیبرنوری حس شده و بهره‌برداری از آن اجرایی می‌شود. البته باید توجه داشت استفاده از فیبرنوری به موازات استفاده از بقیه سیستم‌های انتقال اطلاعات صورت می‌گیرد.
فیبرنوری چه کاربردهای دیگری دارد؟
استفاده از حسگرهای فیبرنوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت و جابجایی آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس بهره گرفته می‌شود. یکی دیگر از کاربردها فیبرنوری در صنایع دفاعی و نظامی است که از آن جمله می‌توان به برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها و ارتباط زیردریایی‌ها اشاره کرد. فیبرنوری در پزشکی نیز کاربردهای فراوانی دارد از جمله در دزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری خون و مایعات بدن.
ظرفیت و سرعت زیاد و ایمنی اطلاعات از دلایل اصلی استفاده از شبکه فیبرنوری است. فیبرنوری در اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی، صنایع دفاعی و نظامی و پزشکی به کار گرفته می‌شود.
شبکه ملی فیبر نوری
با افتتاح شبکه ملی فیبر نوری کشور به طول 57 هزار کیلومتر، همه شهرها و مراکز استان‌ها و نقاط مرزی کشور از شبکه زیرساختی لازم با کیفیت بالا برخوردار می‌شوند. این شبکه قرار است به شبکه فیبر نوری کشورهای همسایه نیز متصل شود.
مزایای فیبرنوری در مقایسه با کابل مسی:
فیبرنوری سبک تر و ارزانتر از کابل مسی است و حجم کمتری را اشغال ‌می‌کند. ظرفیت انتقال فیبرنوری چندین هزار برابر کابل مسی است، بطوریکه در کشور ژاپن، یک تار فیبرنوری نه هزار و 500 ارتباط و درایران ‌می‌تواند حدود چهار هزار ارتباط تلفنی را برقرار کند.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله   21 صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید