داستان فیبر نوری
مقدمه
در زمان رومیان، شیشه تبدیل به الیاف شده است. با این حال، در دهه 1790 بود که برادران فرانسوی چاپه اولین “تلگراف نوری” را اختراع کردند. این سیستم متشکل از یک سری چراغ بود که روی برج‌ها نصب می‌شد و اپراتورها پیامی را از یک برج به برج دیگر منتقل می‌کردند. در طول قرن بعدی، گام های بزرگی در علم نوری برداشته شد.
شرکت فارس در زمینه مشاوره و طراحی و اجرای شبکه های فیبر نوری، فعالیت می نماید.
در دهه 1840، فیزیک دانان: دانیل کولودون و ژاک بابینه نشان دادند که نور می تواند در امتداد فواره های آب برای نمایش فواره ها هدایت شود.
در سال 1854، جان تیندال، فیزیکدان بریتانیایی، نشان داد که نور می تواند از طریق جریان منحنی آب عبور کند و در نتیجه ثابت کند که یک سیگنال نوری می تواند خم شود. جان تیندال نمایشی از آن را در سخنرانی های عمومی خود در لندن، 12 سال بعد، نشان داد، او این نمایش را با راه اندازی یک مخزن آب با لوله ای که یک طرف آن تمام شده بود ثابت کرد. هنگامی که آب از لوله جاری شد، وی نوری را به مخزن داخل جریان آب تاباند و با پایین آمدن آب، قوس نوری آب را دنبال کرد. تیندل همچنین در کتاب مقدماتی در مورد ماهیت نور در سال 1870 در مورد خاصیت بازتاب داخلی نوشت.
فیبر نوری واولین استفاده در مخابرات
الکساندر گراهام بل در سال 1880 یک سیستم تلفن نوری به نام فوتوفن ( یا سیستمی که صدا را تا فواصل چند صد متر دورتر منتقل می کردرا به ثبت رساند. تلفن نوری بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده از طریق به ارتعاش در آوردن آینه ای کار می کرد.گیرنده یک فتوسل بود که نور منتشر شده در هوا را دریافت می کرد. به دلیل انتشار نور در هوا امکان انتقال اطلاعات تا بیش از ۲۰۰ متر میسر نبود. بنابراین اگرچه دستگاه گراهام بل ظاهراً کار می کرد اما هیچ وقت از موفقیت تجاری برخوردار نشد.
در همان سال، ویلیام ویلر سیستمی از لوله‌های نور را اختراع کرد که با پوششی بسیار انعکاسی پوشانده شده بودند که با استفاده از نور یک لامپ قوس الکتریکی که در زیرزمین قرار داشت و نور را با لوله‌ها به اطراف خانه هدایت می‌کرد و خانه‌ها را روشن می‌کرد.
پزشکان راث و رویس از وین، در سال 1888 از میله های شیشه ای خم شده برای روشن کردن حفره های بدن استفاده کردند. مهندس فرانسوی هنری سن رنه، هفت سال بعد در تلاش اولیه در تلویزیون، سیستمی از میله های شیشه ای خمیده را برای هدایت تصاویر نور طراحی کرد. در سال 1898دیوید اسمیت آمریکایی برای ثبت اختراع یک روشن کننده دندان با استفاده از یک میله شیشه ای منحنی درخواست کرد. انتقال از طریق لوله ها به طور مستقل توسط آزمایشگر رادیویی کلارنس هانسل و پیشگام تلویزیونی جان لاگی برد در دهه 1920 نشان داده شد. در دهه 1930، هاینریش لام نشان داد که می توان تصاویر را از طریق بسته ای از فیبرهای نوری بدون پوشش منتقل کرد و از آن برای معاینات پزشکی داخلی استفاده کرد، اما کار او تا حد زیادی فراموش شد. در سال 1951، هولگر مولر برای ثبت اختراع دانمارکی در زمینه تصویربرداری فیبر نوری درخواست کرد که در آن او پوشش الیاف شیشه یا پلاستیک را با مواد شفاف با شاخص پایین پیشنهاد کرد، اما به دلیل حق ثبت اختراع بیرد و هانسل رد شد.دو سال بعد، آبراهام ون هیل و هارولد اچ. هاپکینز بسته‌های تصویری را در زمان‌های جداگانه در مجله بریتانیایی نیچر ارائه کردند. ون هیل بعداً یک سیستم فیبر روکش دار تولید کرد که تداخل سیگنال و تداخل بین فیبرها را تا حد زیادی کاهش داد به این ترتیب در سال 1953، دانشمند هلندی برام ون هیل برای اولین بار انتقال تصویر را از طریق بسته‌هایی از فیبرهای نوری با روکش شفاف را نشان داد. در همان سال، هارولد هاپکینز و ناریندر سینگ کاپانی در امپریال کالج لندن موفق به ساخت بسته‌های انتقال تصویر با بیش از 10000 فیبر شدند و متعاقباً به انتقال تصویر از طریق بسته‌ای به طول 75 سانتی‌متر که چندین هزار فیبر را ترکیب می‌کرد، دست یافتند. همچنین در سال 1954، “Maser” توسط چارلز تاونز و همکارانش در دانشگاه کلمبیا ساخته شد. میزر مخفف “تقویت مایکروویو با انتشار تحریک شده تشعشع” است.
اولین گاستروسکوپ نیمه انعطاف پذیر فیبر نوری عملی، توسط باسیل هیرشویتز، سی. ویلبر پیترز و لارنس ای. کرتیس، محققین دانشگاه میشیگان، در سال 1956 به ثبت رسید(گاستروسکوپی آندوسکوپی یک روش بسیار پرکاربرد در پزشکی برای بررسی موضوعات مختلف دستگاه گوارش بدون نیاز به برش یا جراحی است. آندوسکوپی یک روش بسیار مهم برای تشخیص زودرس بیماری های معده نظیر سرطان معده و کاهش مرگ و میر ناشی از آن است.
یک نمونه از گاسترو اسکوپ های امروزی
لیزر در سال 1958 به عنوان منبع نور کارآمد معرفی شد. این مفهوم توسط چارلز تاونز و آرتور شاولو معرفی شد تا نشان دهد که میزرها می توانند در مناطق نوری و مادون قرمز کار کنند. اساساً، نور در یک محیط پرانرژی به عقب و جلو بازتاب می‌شود تا نور تقویت‌شده تولید کند، برخلاف مولکول‌های گاز تحریک‌شده که برای تولید امواج رادیویی تقویت می‌شوند، همانطور که در مورد میزر”Maser” به عنوان یک کلمه مخفف وجود دارد. لیزر”Laser” مخفف :تقویت نور با انتشار تحریک شده تشعشع (light amplification by stimulated emission of radiation) است. در فرآیند توسعه گاستروسکوپ، کورتیس اولین شیشه را تولید کرد. الیاف روکش شده فیبرهای نوری قبلی بر روی هوا یا روغن‌ها و موم‌های غیرعملی به‌عنوان مواد روکش با شاخص پایین متکی بودند. کاپانی اصطلاح فیبر نوری را پس از نوشتن مقاله ای در سال 1960 در Scientific American که این موضوع را به مخاطبان زیادی معرفی کرد، ابداع نمود، او متعاقباً اولین کتاب را در مورد رشته جدید نوشت. در همان سال ها، کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را به عنوان محیط انتشار مطرح ساختند. آنان مبنای کار خود را بر آن گذاشتند که به سرعتی حدود ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه دست یابند. این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود. این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از ۲۰ دسی بل نباشد. اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکایی (کورنینگ گلس) به این هدف دست یافت. در اوایل سال ۱۹۶۰ میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن شد. در سال ۱۹۶۶ میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابل های معمولی بسیار سودمندتر بود. چرا که فیبرنوری بسیار سبک‌تر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد.
توسعه فناوری فیبرنوری از سال ۱۹۸۰ میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری به عنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. در اوایل قرن بیستم کاربردهای عملی مانند روشنایی نزدیک داخلی در طول دندانپزشکی دنبال شد.
تا سال ۱۹۸۵ میلادی در دنیا نزدیک به ۲ میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌است
اکنون از فیبر نوری (معمولاً از جنس سیلیسیم دی‌اکسید) برای انتقال داده‌ها توسط نور لیزر و نور LED استفاده می‌شود. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد از مجموعه‌ای از این فیبرها تشکیل شده و می‌تواند صدها هزار مکالمه صوتی و تصویری و اطلاعات در اینترنت و اینترانت را حمل کند. فیبرهای نوری تجاری ظرفیت ۲٫۵ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌سازند و این روند هم چنان رو به افزایش است. فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌نامند. هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب‌کننده (معمولاً) از شیشه خالص است. هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کاملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌آورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. دورهسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. هسته و پوسته به همراه هم، یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند که باعث می‌شود که نور در هسته تابیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته بازتابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌رسند. این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) می‌نامند.
ساختار کلی فیبر نوری
در نوع مرسوم فیبر نوری قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است) که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده و نوع مصرف، اطراف پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش معمولاً از جنس پلاستیک قرار می‌گیرد.یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد. این لایه تمام کابل را در خود نگه می‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است. به لحاظ کلی دو نوع فیبر وجود دارد: تک حالته (S/M) و چند حالته (M/M)که فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری (معمولا) لیزری را در هر زمان انتشار می‌دهد، در حالی که فیبر چند حالتی می‌تواند صدها حالت نور را به‌طور هم‌زمان انتقال بدهد. از فیبر های تک حالتی یا اصطلاحاً سینگل مود برای فواصل طولانی و از فیبر های چند حالتی یا اصطلاحاً مالتی مود برای فواصل کوتاه تر استفاده می شود.
پیشرفت تکنولوژی های نصب فیبر نوری
از ابتدا که کابل های فیبر نوری ساخته شدند، چالش های بسیاری برای نصب کابل فیبر نوری وجود داشته است، از آنجا که کابل های فیبر نوری می توانستند ارتباطات بین قاره ای و کشورها و شهرها را با سرعت بسیار و ایمنی بالا برقرار کنند، روش های نصب آنها نیز بر اساس نوع مسیر متنوع بوده و به بخش های: هوایی، دریایی و دفنی در خاک و نصب های خاص در داخل ساختمان ها و مراکز داده و سایر موارد تقسیم شده اند.
بدیهی است برای هر کدام از انواع کابل کشی ها هم روش های متفاوتی آغاز شده و هر کدام در نوع خود به روز رسانی شده و پیشرفت کرده اند. برای مثال در روش دفنی در زیر خاک، تکنولوژی های مختلفی اعم از دفن مستقیم، نصب در بستر های حفاری شده عریض و نصب در کانال ها یا داکت ها و در آخر نیز نصب به روش میکرو ترنچینگ یا شیار خطی و با استفاده از میکرو داکت و میکرو فیبر وجود دارد، لازم به ذکر نیست که برای هر کدام از روش های نصب، ماشین آلات و تجهیزات مرتبط با آن نوع نصب مورد نیاز است که در انواع خود تاکنون پیشرفت های چشمگیر و قابل تو جه ای داشتند.
شما می توانید در قسمت پروژه های فارس تنوع عملیات پروژه های فیبر نوری برای زیر ساخت صنایع مختلف را ببینیدویا با مراجعه به قسمت کتب و نشریات با کابل فیبر نوری و تجهیزات آن و فن آوری های نوین ارتباطات و شبکه بیشتر آشنا شوید.
مقالات بسیاری نیز در وبلاگ فارس برای آشنایی بیشتر شما با انواع فیبر نوری و الزامات نصب کابل های فیبر نوری منتشر شده که می تواند برای شما جالب باشد.
همچنین در قسمت آموزش شرکت فارس شما می توانید با دوره های آموزشی مرتبط با فیبر نوری آشنا شوید و یا با تماس با مشاوران شرکت قبل از اجرای پروژه خود از خدمات مشاوره شرکت فارس بهره مند شوید.