فيبر نوري از پالس هاي نور براي انتقال داده ها از طريق تارهاي سيلکون بهره مي گيرد. يک کابل فيبر نوري که کمتر از يک اينچ قطر دارد مي تواند صدها هزار مکالمهٔ صوتي را حمل کند . فيبرهاي نوري تجاري ظرفيت ۲٫۵ گيگابايت در ثانيه تا ۱۰ گيگابايت در ثانيه را فراهم مي سازند . فيبر نوري از چندين لايه ساخته مي شود. دروني ترين لايه را هسته مي نامند. هسته شامل يک تار کاملاً بازتاب کننده از شيشه خالص (معمولاً) است. هسته در بعضي از کابل ها از پلاستيک کا ملاً بازتابنده ساخته مي شود، که هزينه ساخت را پايين مي آورد. با اين حال، يک هسته پلاستيکي معمولاً کيفيت شيشه را ندارد و بيشتر براي حمل داده ها در فواصل کوتاه به کار مي رود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شيشه يا پلاستيک ساخته مي شود. هسته و پوسته به همراه هم يک رابط بازتابنده را تشکيل مي دهند که با عث مي شود که نور در هسته تا بيده شود تا از سطحي به طرف مرکز هسته باز تابيده شود که در آن دو ماده به هم مي رسند. اين عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلي کلي) مي نامند. قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ ميکرون است (هر ميکرون معادل يک ميليونيم متر است)، که در حدود اندازه يک تار موي انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لايه محافظ، شامل يک پوشش قرار مي گيرد.

يک پوشش محافظ پلاستکي سخت لايه بيروني را تشکيل مي دهد. اين لايه کل کابل را در خود نگه مي دارد، که مي تواند صدها فيبر نوري مختلف را در بر بگيرد. قطر يک کابل نمونه کمتر از يک اينچ است .

از لحاظ کلي، دو نوع فيبر وجود دارد: تک حالتي و چند حالتي. فيبر تک حالتي يک سيگنال نوري را در هر زمان انتشار مي دهد، در حالي که فيبر چند حالتي مي تواند صدها حالت نور را به طور هم زمان انتقال بدهد .

در ايران در اوايل دهه ۶۰، فعاليت هاي پژوهشي در زمينه فيبر نوري در پژوهشگاه، برپايي مجتمع توليد فيبر نوري در پونک تهران را درپي داشت و عملا در سال ۱۳۷۳ توليد فيبر نوري با ظرفيت ۵۰٫۰۰۰کيلومتر در سال در ايران آغاز شد. فعاليت استفاده از کابل هاي نوري در ديگر شهرهاي بزرگ ايران آغاز شد تا در آينده نزديک از طريق يک شبکه ملي مخابرات نوري به هم بپيوندند.

فيبرنوري يک موجبر استوانه اي از جنس شيشه يا پلاستيک است که دو ناحيه مغزي و غلاف با ضريب شکست متفاوت و دو لايه پوششي اوليه و ثانويه پلاستيکي تشکيل شده است. برپايه قانون اسنلبراي انتشار نور در فيبر نوري شرط: مي بايست برقرار باشد که به ترتيب ضريب شکست هاي مغزي و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثير عواملي ذاتي و اکتسابي دچار تضعيف مي شود. اين عوامل عمدتآ ناشي از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگي رايلي، خمش و فشارهاي مکانيکي بر آنها هستند.

سيستم هاي مخابرات فيبر نوري

گسترش ارتباطات و راحتي انتقال اطلاعات از طريق سيستم هاي انتقال و مخابرات فيبر نوري يکي از پر اهميت ترين موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهيل از مهم ترين ويژگي هاي مخابرات فيبر نوري مي باشد. يکي از پر اهميت ترين موارد استفاده از مخابرات فيبر نوري آساني انتقال در فرستادن سيگنال هاي حامل اطلاعات ديجيتالي است که قابليت تقسيم بندي در حوزه زماني را دارا مي باشد.

اين به اين معني است که مخابرات ديجيتال تامين کننده پتانسيل کافي براي استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکيجهاي کوچک انتقال در حوزه زماني است.براي مثال عملکرد مخابرات فيبر نوري با توانايي ۲۰ مگا هرتز با داشتن پهناي باند ۲۰ کيلو هرتز داراي گنجايش اطلاعاتي ۰٫۱٪ مي باشد. امروزه انتقال سيگنالها به وسيله امواج نوري به همراه تکنيکهاي وابسته به انتقال شهرت و آوازه سيستم هاي انتقال ماهوارهاي را به شدت مورد تهديد قرار داده است. دير زماني ست که اين مطلب که نور مي تواند براي انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار گيرد به اثبات رسيده است و بشر امروزه توانسته است که از سرعت فوق العاده آن به بهترين وجه استفاده کند.

در سال ۱۸۸۰ ميلادي الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتياز نامه خود در زمينه مخابرات امواج نوري براي دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گرديد. در ۱۵ سال اخير با پيشرفت ليزر به عنوان يک منبع نور بسيار قدرتمند و خطوط انتقال فيبر هاي نوري فاکتور هاي جديدي از تکنولوژي و تجارت بهتر را براي انسان به ارمغان آورده است. مخابرات فيبر نوري ابتدا به عنوان يک مخابرات از راه دور قرار دادي تلقي مي شد که در آن امواج نوري به عنوان حامل يک يا چند واسطه انتقال استفاده مي شد.

با وجود آنکه امواج نوري حامل سيگنالهاي آنالوگ بودند اما سيگنالهاي نوري همچنان به عنوان سيستم مخابرات ديجيتال بدون تغيير باقي مانده است. از دلايل اين امر مي توان به موارد زير اشاره کرد: ۱)تکنيکهاي مخابرات در سيستم هاي جديد مورد استفاده قرار مي گرفت ۲)سيستم هاي جديد با بالاترين تلنولوژي براي داشتن بيشترين گنجايش کارآمدي سرعت و دقت طراحي شده بود. ۳)انتقال به کمک خطوط نوري امکان استفاده از تکنيکهاي ديجيتال را فراهم مي ساخت. اين مطلب نياز انسان را به دسترسي به مخابره اطلاعات رابه صورت بيت به بيت پاسخگو بود

فيبرهاي نوري نسل سوم

طراحان فيبرهاي نسل سوم، فيبرهايي را مد نظر داشتند که داراي کمترين تلفات و پاشندگي باشند. براي دستيابي به اين نوع فيبرها، محققين از حداقل تلفات در طول موج ۵۵/۱ ميکرون و از حداقلپاشندگي در طول موج ۳/۱ ميکرون بهره جستند و فيبري را طراحي کردند که داراي ساختار نسبتاً پيچيده تري بود. در عمل با تغييراتي در پروفايل ضريب شکست فيبرهاي تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگي آن در محدوده ۳/۱ ميکرون قرار داشت، به محدوده ۵۵/۱ ميکرون انتقال داده شد و بدين ترتيب فيبر نوري با ماهيت متفاوتي موسوم به فيبر دي.اس.اف ساخته شد.

کاربردهاي فيبر نوري

1. کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهاي فيبر نوري براي اندازه گيري کميت هاي فيزيکي مانند جريان الکتريکي، ميدان مغناطيسي، فشار، حرارت، جابجايي، آلودگي آب هاي دريا، سطح مايعات، تشعشعات پرتوهاي گاما و ايکس در سال هاي اخير شروع شده است. در اين نوع حسگرها، از فيبر نوري به عنوان عنصر اصلي حسگر بهره گيري مي شود بدين ترتيب که ويژگي هاي فيبر تحت ميدان کميت مورد اندازه گيري تغيير يافته و با اندازه شدت کميت تأثيرپذير مي شود.
2. کاربردهاي نظامي: فيبر نوري کاربردهاي بي شماري در صنايع دفاع دارد که از آن جمله مي توان برقراري ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدايت موشک ها، ارتباط زيردرياييها(هيدروفون) را نام برد.
3. کاربردهاي پزشکي: فيبرنوري در تشخيص بيماري ها و آزمايشهاي گوناگون در پزشکي کاربرد فراوان دارد که از آن جمله مي توان چنده سنجي (دُزيمتري) غدد سرطاني، شناسايي نارسايي هاي داخلي بدن، جراحي ليزري، استفاده در دندانپزشکي و اندازه گيري مايعات وخون نام برد.

فن آوري ساخت فيبرهاي نوري

براي توليد فيبر نوري، نخست ساختار آن در يک ميله شيشه اي موسوم به پيش سازه از جنس سيليکا ايجاد مي گردد و سپس در يک فرايند جداگانه اين ميله کشيده شده تبديل به فيبر مي شود. از سال ۱۹۷۰ روش هاي متعددي براي ساخت انواع پيش سازه ها به کار رفته است که اغلب آنها بر مبناي رسوب دهي لايه هاي شيشه اي در داخل يک لوله به عنوان پايه قرار دارند.

روشهاي ساخت پيش سازه

روش هاي فرآيند فاز بخار براي ساخت پيش سازه فيبر نوري را مي توان به سه دسته تقسيم کرد:

• رسوب دهي داخلي در فاز بخار
• رسوب دهي بيروني در فاز بخار
• رسوب دهي محوري در فاز بخار

موادلازم در فرايند ساخت پيش سازه

• تتراکلريد سيليکون: اين ماده براي تأمين لايه هاي شيشه اي در فرآيند مورد نياز است.
• تتراکلريد ژرمانيوم: اين ماده براي افزايش ضريب شکست شيشه در ناحيه مغزي پيش سازه استفاده مي شود.
• اکسي کلريد فسفريل: براي کاهش دماي واکنش در حين ساخت پيش سازه، اين مواد وارد واکنش مي شود.
• گاز فلوئور: براي کاهش ضريب شکست شيشه در ناحيه غلاف استفاده مي شود.
• گاز هليم: براي نفوذ حرارتي و حباب زدايي در حين واکنش شيميايي در داخل لوله مورد استفاده قرار مي گيرد.
• گاز کلر: براي آب زدايي محيط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلي مورد نياز است.

مراحل ساخت

1. مراحل صيقل گرمايشي: پس از نصب لوله با عبور گازهاي کلر و اکسيژن، در دماي بالاتر از ۱۸۰۰ درجه سلسيوس لوله صيقل داده مي شود تا بخار آب موجود در جدار دروني لوله از آن خارج شود.
2. مرحله اچينگ: در اين مرحله با عبور گازهاي کلر، اکسيژن و فرئون لايه سطحي جدار داخلي لوله پايه خورده مي شود تا ناهمواري ها و ترک هاي سطحي بر روي جدار داخلي لوله از بين بروند.
3. لايه نشاني ناحيه غلاف: در مرحله لايه نشاني غلاف، ماده تتراکلريد سيليسيوم و اکسي کلريد فسفريل به حالت بخار به همراه گازهاي [[هليموارد لوله شيشه اي مي شوند و در حالتي که مشعل اکسي هيدروژن با سرعت تقريبي ۱۲۰ تا ۲۰۰ ميلي متر در دقيقه در طول لوله حرکت مي کند و دمايي بالاتر از ۱۹۰۰ درجه سلسيوس ايجاد مي کند، واکنش هاي شيميايي زير به دست مي آيند.

ذرات شيشه اي حاصل از واکنش هاي فوق به علت پديده ترموفرسيس کمي جلوتر از ناحيه داغ پرتاب شده و بر روي جداره داخلي رسوب مي کنند و با رسيدن مشعل به اين ذرات رسوبي حرارت کافي به آنها اعمال مي شود به طوري که تمامي ذرات رسوبي شفاف مي گردند و به جدار داخلي لوله چسبيده و يکنواخت مي شوند. بدين ترتيب لايه هاي شيشه اي مطابق با طراحي با ترکيب در داخل لوله ايجاد مي گردند و در نهايت ناحيه غلاف را تشکيل مي دهند