سه جزء اصلی از سیستم فیبر نوری چیست؟
امروزه فیبر نوری، جایگاه ویژه‌ای در دنیای ارتباطات پیدا کرده است، چرا که انتقال داده‌ها از طریق شبکه فیبر نوری با سرعت بالا و بدون نویز انجام می‌شود. علاوه‌براین از کابل‌های فیبر نوری می‌توان برای برقراری ارتباط در مسیرهای طولانی نیز استفاده کرد. در شبکه فیبر نوری کابل‌ها مهمترین بخش محسوب می‌شوند، بنابراین هنگام انتخاب باید به عملکرد و جنس آنها توجه کرد.
اجزاء فیبر نوری به طور کلی دارای سه بخش عمده است که شامل هسته، روکش و پوسته اصلی می‌شود. هسته وظیفه حمل و جابه‌جایی سیگنال‌های نوری را به عهده دارد. روکش که از جنس شیشه است اما ضریب شکست نور در آن کمتر از هسته است و دورتادور هسته را احاطه می‌کند. رویه یا پوسته اصلی که از جنس پلاستیک بوده و از فیبر در مقابل آسیب‌های فیزیکی، رطوبت و ضربه محافظت می‌کند. در این مقاله به توضیح اجزاء اصلی سیستم فیبر نوری و کارکرد هر کدام می‌پردازیم.
اجزاء اصلی سیستم فیبر نوری
فیبر نوری یک فناوری مدرن است که از شبکه‌های مبتنی بر فیبر نوری و تکنولوژی‌های مرتبط با آن تشکیل شده است. در این شبکه، کابل‌های متشکل از تارهای شیشه‌ای بسیار نازک وظیفه انتقال داده‌ها با سرعت بسیار بالا را به عهده دارند. اجزاء فیبر نوری عبارتند از هسته، روکش و پوسته.
- هسته (Core)
یکی از اجزاء فیبر نوری، هسته است. هسته کوچکترین بخش فیبر نوری بوده که وظیفه حمل سیگنال‌های نور را به عهده دارد. هسته فیبر نوری معمولا از جنس شیشه تولید می‌شود، البته در برخی موارد از جنس پلاستیک شفاف نیز ساخته می‌شود. شیشه‌ای که برای ساخت هسته استفاده می‌شود، دی‌اکسید سیلیکون بسیار خالص است که شفافیت بالایی دارد.
در فرایند ساخت هسته، از مواد ناخالص نیز برای افزایش ضریب شکست در شرایط کنترل شده، استفاده می‌شود. هسته‌های فیبر نوری در قطرهای مختلف و برای کاربردهای متفاوت تولید می‌شود. اندازه هسته‌های شیشه‌ای معمولی از 3.7 تا 200 میلیمتر متغیر است. قطر هسته‌هایی که در مخابرات استفاده می‌شوند 9، 50 و 62.5 میکرون است. هسته‌های فیبر نوری پلاستیکی می‌تواند بسیار بزرگتر از انواع شیشه‌ای باشد. اندازه هسته پلاستیکی متدوال 980 میکرون است.
هسته در مرکز فیبر نوری قرار می‌گیرد و سیگنال‌های نوری با طول موج‌های مختلف در آن حرکت می‌کنند. هسته‌های پلاستیکی در کابل‌هایی که به کابل مالتی مد شناخته می‌شوند، قرار دارند. این کابل‌ها برای مسیرهای کوتاه مثل کابل‌کشی داخل ساختمان استفاده می‌شوند. کابل‌هایی که دارای هسته پلاستیکی هستند، قیمت ارزان‌تری نسبت به کابل‌ها با هسته شیشه‌ای دارند و مقرون‌به‌صرفه‌تر هستند.
- روکش (Cladding)
روکش یکی دیگر از اجزاء اصلی سیستم فیبر نوری است که هسته را احاطه کرده و ضریب شکست کمتری را برای عملکرد فیبر نوری فراهم می‌کند. جنس روکش نیز از شیشه است و همانند هسته از ماده‌ای مبتنی بر دی‌اکسید سیلیکون بسیار خالص تولید می‌شود. در فرایند تولید، مقادیر مختلفی از مواد ناخالص به مواد سازنده هسته و روکش اضافه می‌شود تا اختلاف ضریب شکست بین آنها حدود یک درصد باقی بماند.
یک هسته معمولی ضریب شکستی بین 1.49 در 1300 نانومتر دارد، در حالیکه ضریب شکست روکش 1.47 است. البته این اعداد کاملا به طول موج وابسته هستند. ممکن است هسته یک فیبر مشخص در طول موج‌های متفاوت، ضریب شکست‌های مختلفی داشته باشد.
روکش نیز مانند هسته در قطرهای استاندارد ساخته می‌شود. دو قطر پرکاربرد برای روکش عبارتند از 125 میکرون و 140 میکرون. روکش 125 میکرونی معمولا از هسته‌هایی با اندازه‌های 9، 50، 62.5 و 85 پشتیبانی می‌کند. روکش 140 میکرونی معمولا دارای هسته 100 میکرونی است.
وظیفه روکش، حفاظت از سایر اجزاء فیبر نوری مثل بافرها و هسته است. تمامی بافرها و محافظین آنها در داخل روکش قرار دارند. داخل روکش از ماده ژله‌ای پر می‌شود که وظیفه نگهداری کابل در مقابل سرما و گرما را به عهده دارد. این ژل برای آب‌بندی کابل و محافظت از اجزاء در برابر انبساط و انقباض است.
- رویه یا پوسته اصلی (Coating)
پوسته یکی دیگر از اجزاء فیبر نوری است که لایه محافظ فیبر نوری محسوب می‌شود. پوسته از لایه فلزی داخلی فیبر در مقابل ضربه، خراش، پارگی، رطوبت و سایر عوامل آسیب‌زا محافظت می‌کند. بدون پوسته، فیبر نوری بسیار شکننده است. حتی ایجاد یک سوراخ بسیار کوچک در پوسته می‌تواند موجب شکستن فیبر نوری بشود. پوسته در تمامی کابل‌های فیبر نوری وجود دارد و بدون آن به مصرف کنندگان عرضه نمی‌شود.
در واقع پوسته فقط به عنوان پوشش محافظ کاربرد دارد و تأثیری در توانایی انتقال سیگنال‌های نوری ندارد. قطر بیرونی پوسته بین 250 تا 500 میلیمتر است و معمولا بدون رنگ تولید می‌شود. البته برای کاربردهای متفاوت ممکن است پوسته به‌صورت رنگی ساخته شود تا کاربران بتوانند فیبرهای نوری مختلف را در یک شبکه تشخیص دهند.
جنس پوسته فیبر نوری بر اساس عملکرد و محیطی که قرار است فیبر نوری در آنجا استفاده شود، انتخاب می‌شود. مثلا یکی از رایج‌ترین انواع پوسته، آکریلات است. این پوسته دو لایه دارد. لایه اول مستقیما روی روکش قرار می‌گیرد. این پوسته نرم است و در زمان خم‌شدگی فیبر نوری از شکستن آن جلوگیری می‌کند. پوسته ثانویه سخت‌تر از پوسته اولیه است و سطح بیرونی مقاوم‌تری را ایجاد می‌کند. آکریلات مقاومت محدودی در مقابل دما دارد و تا دمای 125 درجه سانتیگراد استفاده می‌شود.
سیلیکون، کربن و پلی‌آمید مواد دیگری هستند که برای ساخت پوسته فیبر نوری استفاده می‌شوند. این مواد برای محیط‌های خشن مثل محیط‌های مرتبط با هواپیما، هوافضا و فضا کاربرد دارند. علاوه‌براین از این مواد برای ساخت شبکه فیبر نوری در معادن، حفاری نفت و گاز استفاده می‌شود. بر روی پوسته اصلی، مشخصات کابل مثل جنس تارها، تعداد تارها، نام شرکت تولید کننده کابل و متراژ کابل نوشته می‌شود.
استاندارد اجزاء فیبر نوری
برای ساخت هسته و روکش فیبر نوری از مواد مختلفی استفاده می‌شود.
برای اینکه کانکتورها و تجهیزات به درستی با فیبر نوری مطابقت داشته باشند، هسته و روکش باید از استانداردهای خاصی پیروی کنند. دارا بودن این استانداردها اهمیت زیادی دارد زیرا گاهی بروز ناهماهنگی‌های کوچک نیز می‌تواند کل سیستم فیبر نوری را به خطر بیاندازد.
استانداردهای TIA و ITU از جمله استانداردهای رایج برای فیبر نوری هستند.
- ITU-TG.625: استانداردهای فیبر نوری و کابل تک حالته
- ITU-T G.655: استاندارد فیبر نوری و کابل تک حالته با پراکندگی متغیر
- ITU-T G.657: استاندارد فیبر و کابل نوری تک حالته با پراکندگی غیرصفر
- سایر استانداردهای کلیدی عبارتند از: ITU-TG.653، ANSI/TIA-568-C.3
این استانداردها حاوی اطلاعات مهمی هستند که عملکرد فیبر نوری، کابل شبکه فیبر نوری و اجزایی مانند کانکتورهای نوری و اتصالات را مشخص می‌کنند.
انواع فیبر نوری بر اساس جنس مواد تشکیل دهنده
فیبرهای نوری معمولا با هسته و روکش شیشه‌ای ساخته می‌شوند اما در برخی از موارد از مواد دیگر نیز استفاده می‌شود. برای انتخاب جنس فیبرهای نوری باید به شرایط محیطی، عملکرد فیبر و میزان هزینه دقت کرد.
- فیبرهای شیشه‌ای
این فیبرها دارای هسته و روکش شیشه‌ای هستند. فیبرهای شیشه‌ای در مواردی استفاده می‌شوند که به سرعت بالا برای انتقال داده‌ها نیاز باشد یا شبکه فیبر نوری دارای مسافت طولانی باشد. فیبرهای شیشه‌ای بسیار شکننده هستند و باید در محیط‌هایی نصب شوند که کمتر در معرض آسیب قرار دارند یا برای محافظت از آنها باید از محفظه‌های مخصوص استفاده شود.
- فیبرهای سیلیکا با روکش پلاستیکی
این فیبرها دارای هسته شیشه‌ای و روکش پلاستیکی هستند. هسته آنها بزرگتر از فیبرهای شیشه‌ای است. پوشش پلاستیکی در این فیبرها همانند یک لایه محافظ عمل می‌کند. این فیبرها در حسگرهای صنعتی و وسایل پزشکی و دندانپزشکی استفاده می‌شوند.
- فیبرهای سیلیکا با روکش سخت
این فیبرها نیز دارای هسته شیشه‌ای با روکشی از جنس پلیمر سخت یا مواد دیگر هستند. فیبرهای شیشه‌ای با روکش سخت در مکان‌های ناهموار یا محیط‌هایی که دارای لرزش هستند، استفاده می‌شوند.
- فیبرهای پلاستیکی
این فیبرها دارای هسته و روکش پلاستیکی هستند. از فیبرهای پلاستیکی به علت مقاومت بالا، هزینه کم و کابرد آسان بسیار استفاده می‌شود. این فیبرها را می‌توان در مواردی که به پهنای باند بالا نیاز نباشد یا مسافت انتقال طولانی نباشد، مورد استفاده قرار داد. این فیبرها قابلیت جابه‌جایی سیگنال‌های نوری را در فواصل کمتر از 100 متر دارند. معمولا از فیبرهای پلاستیکی در خودروها، سیستم‌های خانگی، تجهیزات پزشکی و برای اتصال رایانه‌ها و تجهیزات جانبی استفاده می‌شود.