فیبر نوری, مقالات

انواع کابل فیبر نوری

آیا با انواع کابل فیبر نوری آشنایی دارید؟ کابل فیبر نوری که به عنوان بافه تار نوری نیز شناخته می شود، مجموعه ای شبیه به کابل برق است، اما حاوی یک یا چند فیبر نوری است که برای انتقال نور استفاده می شود. عناصر فیبر نوری معمولاً به صورت جداگانه با لایه های پلاستیکی پوشانده می شوند و در یک لوله محافظ مناسب برای محیطی که کابل در آن استفاده می شود قرار می گیرند. انواع مختلف کابل برای کاربرد های مختلف وجود دارد. به عنوان مثال، برای ارتباطات راه دور یا ارائه یک اتصال داده با سرعت بالا بین بخش‌ های مختلف ساختمان، از کابلی با سرعت بالا استفاده می‌ شود.

درباره انواع کابل فیبر نوری

در سال های اخیر آشکار شده است که فیبر نوری به طور پیوسته جایگزین سیم مسی به عنوان یک وسیله مناسب برای انتقال سیگنال ارتباطی می شود. آنها فواصل طولانی بین سیستم های تلفن محلی را در بر می گیرند و همچنین ارتباطات اصلی بسیاری از سیستم های شبکه را فراهم می کنند. سایر کاربران سیستم عبارتند از خدمات تلویزیون کابلی، پردیس های دانشگاه، ساختمان های اداری، کارخانه های صنعتی و شرکت های خدمات برق.

سیستم فیبر نوری مشابه سیستم سیم مسی است که فیبر نوری جایگزین آن می شود. تفاوت این است که فیبر نوری به جای استفاده از پالس های الکترونیکی برای انتقال اطلاعات به خطوط مسی، از پالس های نور برای انتقال اطلاعات به خطوط فیبر استفاده می کند. نگاهی به اجزای یک زنجیره فیبر نوری درک بهتری از نحوه عملکرد سیستم در ارتباط با سیستم های مبتنی بر سیم به دست می دهد.

در یک انتهای سیستم یک فرستنده قرار دارد. این محل مبدا اطلاعاتی است که به خطوط فیبر نوری می رسد. فرستنده اطلاعات پالس الکترونیکی رمزگذاری شده از سیم مسی را می پذیرد. سپس آن اطلاعات را به پالس های نوری کدگذاری شده پردازش می کند و ترجمه می کند. برای تولید پالس های نور می توان از دیود ساطع نور (LED) یا دیود لیزر تزریقی (ILD) استفاده کرد. با استفاده از یک لنز، پالس‌ های نور به داخل محیط فیبر نوری هدایت می‌ شوند، جایی که در کابل حرکت می‌ کنند. نور (نزدیک مادون قرمز) اغلب 850 نانومتر برای فواصل کوتاهتر و 1300 نانومتر برای فواصل طولانی در فیبر چند حالته و 1300 نانومتر برای فیبر تک حالته و 1500 نانومتر برای فواصل طولانی تر استفاده می شود.

یک کابل فیبر را از نظر رول مقوایی بسیار بلند (از رول داخلی دستمال کاغذی) که داخل آن با آینه پوشانده شده است، در نظر بگیرید.

اگر یک چراغ قوه را به یک طرف بتابانید، می توانید نور را در انتهای آن ببینید – حتی اگر در گوشه ای خم شده باشد.

پالس های نور به راحتی به سمت پایین خط فیبر نوری حرکت می کنند، زیرا اصلی به نام بازتاب داخلی کل شناخته می شود. این اصل بازتاب داخلی کلی بیان می‌ کند که وقتی زاویه تابش از یک مقدار بحرانی فراتر رود، نور نمی‌ تواند از شیشه خارج شود، در عوض، نور به داخل باز می گردد. وقتی این اصل برای ساخت رشته فیبر نوری اعمال شود، امکان انتقال اطلاعات به خطوط فیبر به شکل پالس های نور وجود دارد. هسته باید یک ماده بسیار شفاف و خالص برای نور یا در اکثر موارد نزدیک به نور مادون قرمز (850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1500 نانومتر) باشد. هسته می تواند پلاستیکی باشد (استفاده می شود). برای فواصل بسیار کوتاه) اما بیشتر آنها از شیشه ساخته می شوند. فیبر های نوری شیشه تقریباً همیشه از سیلیس خالص ساخته می شوند، اما برخی از مواد دیگر مانند شیشه های فلوروزیرکونات، فلورآلومینات و کالکوژنید برای کاربرد های مادون قرمز با طول موج بلندتر استفاده می شوند.

طراحی کابل های فیبر نوری

فیبر نوری از یک هسته و یک لایه روکش تشکیل شده است که به دلیل تفاوت در ضریب شکست بین این دو، برای بازتاب کلی داخلی انتخاب شده است. در الیاف پر استفاده، روکش معمولاً با لایه ای از پلیمر آکریلات یا پلی آمید پوشانده می شود. این پوشش از فیبر در برابر آسیب محافظت می کند اما به ویژگی های موجبر نوری آن کمکی نمی کند. الیاف پوشش داده شده منفرد (یا الیافی که به صورت نوار ها یا بسته ‌ها شکل می‌ گیرند) سپس یک لایه بافر رزین سخت یا لوله (های) هسته‌ ای در اطراف آنها اکسترود شده تا هسته کابل را تشکیل دهند. چندین لایه روکش محافظ، بسته به کاربرد، برای تشکیل کابل اضافه می شود. مجموعه های الیاف سفت و سخت گاهی اوقات شیشه جاذب نور (“تیره”) را بین الیاف قرار می دهند تا از ورود نوری که از یک فیبر به بیرون نشت می کند به فیبر دیگر جلوگیری کند. این امر تداخل بین فیبر ها را کاهش می دهد، یا شعله ور شدن را در برنامه های تصویربرداری بسته فیبر کاهش می دهد.

برای کاربرد های داخلی، فیبر روکش دار به طور کلی همراه با بسته‌ ای از اعضای پلیمری انعطاف‌پذیر پلیمری مانند آرامید (مانند Twaron یا Kevlar)، در یک پوشش پلاستیکی سبک قرار می‌ گیرد تا یک کابل ساده را تشکیل دهد. هر انتهای کابل ممکن است با یک کانکتور فیبر نوری تخصصی خاتمه یابد تا به آسانی از تجهیزات ارسال و دریافت جدا شود.

برای استفاده در محیط های سخت تر، ساخت کابل بسیار قوی تری مورد نیاز است. در ساخت لوله شل، فیبر به صورت مارپیچ در لوله های نیمه سفت قرار می گیرد و به کابل اجازه می دهد بدون کشش خود فیبر کشیده شود. این امر فیبر را از کشش در طول زمان و به دلیل تغییرات دما محافظت می کند. فیبر شل لوله ممکن است “بلوک خشک یا dry block” یا پر از ژل باشد. بلوک خشک محافظت کمتری از الیاف را نسبت به ژل پر می کند، اما هزینه بسیار کمتری دارد. به جای یک لوله شل یا loose tube، فیبر ممکن است در یک کاور و پوشش پلیمری سنگین قرار گیرد که معمولاً به آن ساختار “بافر محکم یا tight buffer” می گویند. کابل‌ های بافر محکم برای کاربرد های مختلف ارائه می‌ شوند، اما دو مورد از رایج‌ترین آنها عبارتند از Breakout و Distribution. کابل های بریک اوت معمولاً شامل یک ریپ کورد، دو عضو تقویت کننده دی الکتریک غیر رسانا (معمولا یک میله شیشه ای اپوکسی)، یک نخ آرامید و یک لوله بافر 3 میلی متری با یک لایه کولار اضافی در اطراف هر فیبر است. ریپ کورد یک طناب موازی از نخ قوی است که در زیر پوشش(های) کابل برای برداشتن آن قرار دارد. کابل های توزیع دارای یک پوشش کلی کولار، یک ریپ کورد و یک پوشش بافر 900 میکرومتری در اطراف هر فیبر هستند. این واحد های الیافی معمولاً با اعضای استحکام فولادی اضافی همراه می‌ شوند، که مجدداً دارای پیچش مارپیچ هستند تا امکان کشش را فراهم کنند.

یک نگرانی مهم در کابل کشی در فضای باز، محافظت از فیبر در برابر آسیب آب است. این امر با استفاده از موانع جامد مانند لوله ‌های مسی و ژل های دافع آب یا پودر جاذب آب در اطراف فیبر انجام می‌ شود.

در نهایت، کابل ممکن است برای محافظت از آن در برابر خطرات محیطی، مانند کار های ساختمانی یا جویدن حیوانات، شیلد دار شود. کابل‌ های زیردریایی در بخش‌ های نزدیک به ساحل خود به شدت شیلد دار هستند تا از آن‌ ها در برابر لنگر های قایق، وسایل ماهیگیری و حتی کوسه ‌ها محافظت کنند، که ممکن است جذب نیروی الکتریکی شود که به تقویت‌ کننده‌ ها یا تکرار کننده‌ های کابل منتقل می‌ شود.

انواع کابل های فیبر نوری بر اساس روکش و متریال

مواد پوشش و روکش مخصوص کاربرد است. این ماده استحکام مکانیکی، مقاومت شیمیایی و اشعه UV و غیره را تعیین می کند. برخی از مواد رایج به عنوان کاور عبارتند از LSZH، پلی وینیل کلراید، پلی اتیلن، پلی اورتان، پلی بوتیلن ترفتالات و پلی آمید.

دو نوع اصلی از مواد مورد استفاده برای فیبر های نوری وجود دارد : شیشه و پلاستیک. آنها ویژگی های بسیار متفاوتی را ارائه می دهند و در کاربرد های بسیار متفاوت کاربرد دارند. همان‌طور که از نامش پیداست جنس هسته‏ نوع فیبر نوری شیشه ای از شیشه است. این نوع فیبر ظریف بوده و امکان بریدن آن وجود ندارد از طرفی قابلیت اصطلاح و تقسیم ندارد. همچنین از انعطاف‌ پذیری کمتری برخوردار است. این نوع کابل‌ های شیشه‌ای تنوع زیادی داشته و ترکیبی از تنظیمات، اتصالات انتهایی و دارای انواع آداپتور هستند. فیبر های نوری شیشه‌ای در برابر حرارت بالا، استرس مکانیکی و مواد شیمیایی عملکردی طبیعی دارند. به طور کلی، فیبر پلاستیکی برای کاربرد های بسیار کوتاه برد و مصرف کننده استفاده می شود، در حالی که الیاف شیشه برای ارتباطات راه دور برد کوتاه/متوسط ​​(چند حالته) و برد بلند (تک حالته) استفاده می شود.

‏POF هم نوعی فیبر نوری است که از مواد پلیمری یا به اصطلاح POF ساخته شده و هسته آن از اکرلیک یا PMMA است. قطر هسته (Core) این فیبر ها معمولا 1 میلیمتر است که همین امر سبب انتقال آسان و سریع نور از آن می‌ شود. فیبر های نوری پلاستیکی از نور سبز یا قرمز بی‌ ضرر استفاده می‌ کنند که با چشم به راحتی می‌ توان آن‌ها را مشاهده کرد و هیچ ضرری ندارد. الیاف فیبر نوری پلاستیکی را می‌ توان برای مصارف خانگی مورد استفاده قرار داد بدون اینکه ضرری برای کودکان و سایر افراد حساس ایجاد کند. فیبر نوری پلاستیکی در ایجاد روشنایی و تزئینات و دکوراسیون و لینک‌های دیتا با سرعت پایین کاربرد دارد. همچنین فیبر های مذکور در دستگاه های از بین برنده مو (لیزر موهای زائد) در  صنعت بهداشتی و آرایشی و همچنین تجهیزات پزشکی نیز کاربرد دارند.

الیاف شیشه ای یا پلاستیکی شفاف که اجازه می دهد نور از یک سر به سر دیگر با حداقل تلفات هدایت شود.

کابل‌ های مدرن در طیف گسترده‌ ای از روکش‌ ها و شیلد ‌ها عرضه می‌ شوند که برای کاربرد هایی مانند دفن مستقیم در سنگر ها، استفاده دوگانه به عنوان خطوط برق، نصب در مجرا، اتصال به تیر های تلفن هوایی، نصب زیردریایی و قرار دادن در خیابان‌ های آسفالت‌ شده طراحی شده ‌اند.

کابل فیبر نوری به عنوان یک “راهنمای نور” عمل می کند و نور وارد شده در یک سر کابل را به انتهای دیگر هدایت می کند. منبع نور می تواند یک دیود ساطع کننده نور (LED)) یا یک لیزر باشد.

منبع نور به صورت پالسی روشن و خاموش می شود و یک گیرنده حساس به نور در انتهای دیگر کابل، پالس ها را دوباره به پالس های دیجیتال و صفر سیگنال اصلی تبدیل می کند.

حتی نور لیزری که از طریق کابل فیبر نوری می تابد نیز در معرض از دست دادن قدرت است، عمدتاً از طریق پراکندگی و پراکندگی نور در خود کابل. هر چه لیزر سریعتر نوسان کند، خطر پراکندگی بیشتر است. تقویت‌کننده‌ های نور، که تکرارکننده نامیده می‌ شوند، ممکن است برای تازه کردن سیگنال در کاربرد های خاص ضروری باشند.

کابل فیبر نوری سینگل مد Single Mode

کابل Single Mode یک پایه تک پایه (اکثر کاربرد ها از 2 فیبر استفاده می کنند) از فیبر شیشه ای با قطر 8.3 تا 10 میکرون است که دارای یک حالت انتقال است. فیبر تک حالته با قطر نسبتاً باریک که از طریق آن فقط یک حالت معمولاً 1310 یا 1550 نانومتر منتشر می شود. پهنای باند بالاتری نسبت به فیبر چند حالته دارد، اما به منبع نور با عرض طیفی باریک نیاز دارد. مترادف فیبر نوری تک حالته، فیبر تک حالته، موجبر نوری تک حالته، فیبر تک حالته است.

فیبر تک مودم در بسیاری از برنامه ها استفاده می شود که در آن داده ها در چند فرکانس ارسال می شوند (WDM Wave-Division-Multiplexing) بنابراین فقط یک کابل مورد نیاز است – (تک حالت روی یک فیبر واحد)

فیبر تک حالته سرعت انتقال بالاتر و تا 50 برابر فاصله بیشتر از چند حالته را به شما می دهد، اما هزینه بیشتری نیز دارد. فیبر تک حالته هسته بسیار کوچکتری نسبت به چند حالته دارد. هسته کوچک و تک موج نور عملاً هرگونه اعوجاج ناشی از تداخل پالس های نور را از بین می برد و کمترین تضعیف سیگنال و بالاترین سرعت انتقال را در بین هر نوع کابل فیبری ایجاد می کند.

فیبر نوری تک حالته یک فیبر نوری است که در آن تنها حالت کران پایین‌ترین مرتبه می‌تواند در طول موج مورد نظر معمولاً 1300 تا 1320 نانومتر منتشر شود.

کابل فیبر نوری مالتی مد Multi Mode

کابل چند حالته قطر کمی بزرگتر دارد، با قطر های رایج در محدوده 50 تا 100 میکرون برای جزء حمل سبک (در ایالات متحده رایج ترین اندازه 62.5um است). اکثر برنامه هایی که در آنها از فیبر چند حالته استفاده می شود، از 2 فیبر استفاده می شود (WDM به طور معمول در فیبر چند حالته استفاده نمی شود). POF یک کابل پلاستیکی جدیدتر است که عملکردی مشابه کابل شیشه ای را در مسیر های بسیار کوتاه، اما با هزینه کمتر، نوید می دهد.

فیبر چند حالته پهنای باند بالایی در سرعت های بالا (10 تا 100 مگابایت – گیگابیت تا 275 متر تا 2 کیلومتر) در فواصل متوسط ​​به شما می دهد. امواج نور در مسیر ها یا حالت‌ های متعددی پراکنده می‌ شوند که از هسته کابل معمولاً 850 یا 1300 نانومتر عبور می‌ کنند. قطر هسته فیبر چند حالته معمولی 50، 62.5 و 100 میکرومتر است. با این حال، در مسیر های کابلی طولانی (بیشتر از 3000 فوت [914.4 متر)، مسیر های متعدد نور می تواند باعث اختلال سیگنال در انتهای گیرنده شود و در نتیجه انتقال داده نامشخص و ناقص باشد، بنابراین طراحان اکنون فیبر حالت تک حالت را در برنامه های جدید با استفاده از گیگابیت بالاتر مورد استفاده قرار می دهند.

انواع کابل فیبر نوری بر اساس ترکیب مواد مربوط به هسته

فیبر نوری با ضریب شکست پله ای : در ایـن  نـوع  فیبـر کـه  اصـطلاحا  بـه Step index معروف است، ابتدا لایه هسته را با ضریب شکست و قطر مشخص می سازند، و سپس بر روی آن  یک لایه روکش با ضریب شکست کمتر می نشانند. بـدین  ترتیـب  فیبـری داریم  کـه  ضـریب شکست آن در مرز بین هسته و روکش به صورت ناگهانی (پلکانی) تغییر می کند.

فیبرنوري با ضریب شکست مرحله‌ ای ( تدریجی ) : در این نوع فیبر کـه  اصـطلاحا  بـه Graded Index شهرت یافته ، ضریب شکست هسته به آرامی و با دور شدن از مرکز رو به کاهش می‌ رود و در مرز 50 تا 5.622 میکرون از مرکز هسته، به حداقل خود می رسد. چنین وضعیتی باعث خواهد شد که مرز بین ناحیه هسته و روکش به صورت یـک  سـطح  آینـه‌ مانند عمل نکند بلکه پرتو های نور همانند پدیده سراب به صـورت  منحنـی  وار شکسـته  شـده  و پـس  از رسیدن به زاویه بحرانی مجددا بر روی منحنی مشابه به هسته برگردند.

انواع کابل فیبر نوری بر اساس محیط و کاربرد

اما انواع کابل فیبر نوری بر اساس محیط و کاربرد می تواند به دو دسته زیر تقسیم شود:

کابل‌ های فیبر نوری جهت کاربرد در بیرون ساختمان (Outdoor)

این مورد جهت ارتباط بین ساختمان ها در خارج از ساختمان بکار می رود، حداکثر فاصـله  ای کـه مجاز است تا این کابل در داخل ساختمان وارد شود 10 متر است. این کابل ها را به نام فیبر های خاکی نیز می‏ شناسند.  کابل های خاکی در دو نوع OBUC (Optical Buried Unfilled Cable) و OBFC (Optical Buried Filled Cable) موجودند.

کابل‌ های فیبر نوری جهت کاربرد در درون ساختمان ( Indoor)

از این کابل‌ ها جهت استفاده از ستون فقرات شبکه در داخل ساختمان استفاده می شود، دارای محافظت های فیزیکی مناسبی می باشند، می توان از 6 تا 144 تیوب استفاده کرد که در هر تیوب 24 فیبر نوری قرار دارد، داخل هر تیوب ژل بی رنگ قرار دارد تا باعث شود قابلیت انعطاف فیبر بالا رفته و در برابر ضربه مقاوم باشد. این کابل ها به کابل های فیبرنوری کانالی معروف هستند و در دو نوع OCUC(Optical Conduit Unfilled Cable) و OCFC (Optical Conduit Filled Cable) موجود هستند.

کلیات انواع کابل های فیبر نوری

‏OFC : فیبر نوری، رسانا

‏OFN : فیبر نوری، غیر رسانا

‏OFCG : فیبر نوری، رسانا، استفاده عمومی

‏OFNG : فیبر نوری، غیر رسانا، استفاده عمومی

‏OFCP : فیبر نوری، رسانا، پلنوم

‏OFNP : فیبر نوری، نارسانا، پلنوم

‏OFCR : فیبر نوری، رسانا، رایزر

‏OFNR : فیبر نوری، غیر رسانا، بالابر

‏OPGW : سیم زمین بالای کامپوزیت فیبر نوری

‏ADSS : تمام دی الکتریک خود پشتیبانی

‏OSP : کابل فیبر نوری، محوطه بیرونی

‏MDU : کابل فیبر نوری، چند واحد مسکونی

منابع: arcelect و wikipedia