کابل های فیبر نوری در سال 2024
مقدمه ای بر کابل های فیبر نوری
کابل های فیبر نوری از اواسط دهه 2000 به دلیل پهنای باند، امنیت و سرعت بالای خود برای انتقال اطلاعات در فواصل طولانی، کاربرد تجاری گسترده ای برای شبکه های باند پهن داشته اند. فیبر نوری امنیت داده را افزایش داده و دارای امتیازتأخیرکمتربرای ارسال داده ها است وکابل های فیبر نوری کمترازهمتایان مسی خود به سرقت می روند.
اما آغاز داستان این کابل‌های پلاستیکی، شیشه‌ای وسیلیسی با کیفیت بالا که می‌توانند سیگنال‌های نوری را با قدرت بیشتر، منتقل کنند، بیشترازآغاز هزاره جدید بوده است. در سال 1961شرح تئوری توسط آقای «الیاس اسنیتزر» از امریکن اپتیکال در مورد فیبرهای سینگل مود یا تک حالته(Single Mode) با هسته بسیارکوچک منتشرشدکه قادر به حمل نور تنها با یک حالت هدایت موج بود. این صنعت قبل از این تئوری با اقدام پدر فیبر نوری، آقای «چارلز کائو» که در دهه 1960 کشف کرد که با خالص‌سازی دقیق شیشه، می‌توان دسته‌هایی از رشته ها یا الیاف نازک راتولید کردکه قادر به انتقال حجم عظیمی از اطلاعات هستند، با سرعت روند رشد خود را آغازکرده بود.
در سال 1970برای ارسال داده ها توسط کابل فیبرنوری درفواصل طولانی با حداقل تضعیف سیگنال، تیمی از دانشمندان در کارخانه تولید شیشه کورنینگ روشی را برای دوپینگ شیشه سیلیکا با تیتانیوم برای ساخت تارهای فیبر نوری سینگل مود (Single Mode) یا همان تک حالته با تضعیف کمتر از 20dB/km ارائه کردند.
دو نوع اصلی فیبرنوری مورد استفاده در حال حاضر، فیبرهای نوری مالتی مود (Multi-Mode) یا همان چند حالته وفیبرهای نوری (Single-Mode)یا همان تک حالته هستند. فیبرهای نوری مالتی مود (M/M) دارای (Core)یا هسته بزرگتری هستندتا نور بتواند درپرتوها (یا حالت‌های) زیادی حرکت کندو به صورت کلی برای ارتباط در فواصل کوتاه تر استفاده می شوند. فیبرهای نوری سینگل مود(S/M) دارای (Core)یاهسته کوچکتری هستند، که البته این تفاوت برای تار فیبر نوری که به قطر تار موی انسان است، درحد چند میکرون بوده و نورلیزر یا خطی فقط دریک حالت و به صورت مستقیم در آنها حرکت می کند و بدین ترتیب، معمولاً برای انتقال نور درمسافت های طولانی ترو بیش از یک کیلومتر استفاده می شوند.
شرکت فارس برای آموزش، مشاوره، طراحی و اجرا، پشتیبانی و بهینه سازی و تامین کالای فیبر نوری در کنار شماست.
دانشمندان، محقیقن و تولید کنندگان فیبرهای نوری در طی سال هایی که از عمر کابل های فیبر نوری می گذرد پیشرفت های زیادی را برای بهینه سازی فیبر نوری رقم زده اند و فیبرنوری طی سال های اخیر جهش های تکنولوژی بسیاری مانند:
ظهورفیبر نوری چند هسته ای و یا فیبرهای باند فوتونیک هسته توخالی و فیبر های نوری کم تلفات، یا فیبر نوری ریبون یانواری و میکرو فیبرها و یا فیبرهای نوری با حالت انعطاف پذیری بیشترو باحساسیت کمترو توان بیشتربرای خم شدن و با (MFD) Mode Field Diameter بالاتر را پشت سر گذاشته است.
در ادامه به استفاده فیبر نوری در صنایع مختلف و انواع کابل های فیبرهای تکامل یافته و نوظهور می پردازیم، با ما همراه باشید.
1- جهش های تکنولوژی در استفاده ازکابل های فیبر نوری
همان‌گونه که قبل از این اشاره شد، فناوری فیبر نوری، برای صنایع متعددی در توسعه و قابلیت‌های تکنولوژیکی، پیشروی قابل توجهی فراهم کرده است. در طول قرن بیستم و تا قرن بیست و یکم، استفاده ازکابل‌های فیبر نوری به پیشرفت‌های گسترده در زمینه‌های فناوری پزشکی، مخابراتی، نظامی، آموزشی، اتوماسیون و هوشمند سازی و بسیاری از صنایع دیگر منجر شدند.
فناوری فیبر نوری با گام های بلندی، به ویژه در توسعه مواد پیشرفته فیبر نوری به رشد خود ادامه می دهد، در ابتدا فیبرهای نوری عمدتاً از شیشه تشکیل شده بودند که پایه و اساس ارتباطات فیبر نوری مدرن را فراهم می کردند.
طبق گزارش Globe Newswire پیش بینی می شود که بازار فیبر نوری از 4.9 میلیارد دلار در سال 2022 به 8.2 میلیارد دلار تا سال 2027 رشد کند. صنعت کابل های فیبر نوری با فرصت های زیادی روبرو است وبا ادامه توسعه اینترنت و ایجاد فناوری های جدید مانند هوش مصنوعی و صنعت رباتیک و شهر های هوشمند، نیاز به فناوری فیبر نوری نیز افزایش می یابد.
خوشبختانه به نظر نمی رسد پیشرفت فیبر نوری به این زودی ها کند شود. با نگاهی به آینده، صنایع مختلف از پزشکی گرفته تا علوم داده، از ارتباطات گرفته تا صنعت تولید و حمل ونقل و اداره اجتماع توسط حکومت ها، می‌توانند انتظار پیشرفت‌های مداوم در قابلیت‌های فناوری فیبر نوری را در چند سال آینده داشته باشند.
تغییر به سمت مواد بادوام تر و کارآمدتر:
در سال های اخیر، تغییر قابل توجهی به سمت استفاده از مواد بادوام تر و کارآمدتر برای ساخت کابل های فیبرنوری صورت گرفته است. سازندگان در حال بررسی پلیمرهای پیشرفته و مواد کامپوزیتی هستند که دوام و قابلیت‌های انتقال سیگنال را ارائه می‌دهند. این مواد نه تنها عملکرد کلی فیبرهای نوری را بهبود می بخشند، بلکه به طول عمر و قابلیت اطمینان آنها نیز کمک می کنند. گام‌های اخیر در توسعه افزایش دوام فیبر نوری، از جمله پوشش‌های محافظ و طرح‌های مقاوم که آنها را در برابر عوامل استرس‌زا خارجی تقویت می‌کند، انجام شده است. علاوه بر این، پیشرفت‌های علم مواد منجر به ایجاد الیاف مقاومی شده است که قادر به مقاومت در برابر محیط‌های خشن، بدون به خطر انداختن کیفیت سیگنال هستند. این نوآوری ها در گسترش کاربرد فیبر نوری در حالت های مختلف، از کابل کشی زیر دریا گرفته تا اتوماسیون صنعتی، مفید هستند.
پیشرفت های کلیدی تاریخی:
در طول تاریخ، چندین نقطه عطف کلیدی در نوآوری های کابل نوری، از جمله اختراع فیبرهای نوری کم تلفات و توسعه فناوری تقسیم طول موج متراکم (DWDM) وجود داشته است. این پیشرفت ها به طور قابل توجهی ظرفیت و کارایی سیستم های ارتباطی نوری را افزایش داده است.
نقش فیبر نوری در فناوری های نوظهور:
از آنجایی که جهان به سرعت غیرقابل توصیف و درهرلحظه به سمت عصر پیشرفت فناوری بی سابقه می رود، نقش فیبر نوری در ایجاد این تغییرات نمی تواند اغراق آمیز باشد. ادغام یکپارچه آن با فناوری‌های نوظهور مانند هوش مصنوعی، خودروهای خودران وصنعت رباتیک و IoT (اینترنت اشیا) و شبکه‌های 5G آماده است تا اتصال و ارتباطات را در مقیاس جهانی تغییر دهد
نسل های بعدی فیبر نوری:
حرکت به سمت سرعت وکارایی بالاتر وپیگیری بی‌وقفه انتقال سریع‌تر داده‌ها باعث توسعه نسل بعدی فیبر نوری شده است. مهندسان و محققان بر روی پیش بردن مرزهای سرعت و کارایی متمرکز هستند و هدف آنها پیشی گرفتن ازقابلیت‌های فعلی و برآورده کردن تقاضاهای روزافزون برای برنامه‌های کاربردی با پهنای باند فشرده است. این حرکت به سمت سرعت‌های بالاتر با رشد تصاعدی مصرف داده در بخش‌های مختلف، از رایانش ابری تا تجربیات چند رسانه‌ای همه جانبه، تقویت می‌شود.
مواد و فناوری های بالقوه در افق آینده
پیش‌بینی می‌شود که نوآوری‌ها در علم مواد، نقشی اساسی در شکل‌دهی وچشم‌انداز آینده فناوری فیبر نوری ایفا کنند. پلیمرها، نانوموادها و فراموادهای پیشرفته به عنوان نامزدهای بالقوه برای افزایش انتقال سیگنال و دوام در حال بررسی هستند. علاوه بر این، فناوری‌های نوظهور مانند ادغام فوتونیک و ارتباطات کوانتومی، نویدبخش انقلابی در اصول اساسی ارتباطات نوری هستند و راه را برای عملکرد و امنیت بی‌نظیر هموار می‌کنند.
اپلیکیشن ها یابرنامه های کاربردی
نوآوری هایی که می توانند صنعت را بیش از این متحول کنند، پلتفرم هایی هستند برای همگرایی فوتونیک، نانوتکنولوژی و پردازش سیگنال های پیشرفته که باعث ایجاد فناوری های نو ظهور و پیش گامانه ای شده اندکه پتانسیل ایجاد یک انقلاب را در صنعت فیبر نوری دارند. از دستگاه‌های فوتونیک بسیار فشرده گرفته تا شبکه‌های نوری قابل تنظیم مجدد وپویا، پیشرفت‌هایی برای بازتعریف نحوه انتقال، پردازش و توزیع داده‌ها هستند. علاوه براین، پیشرفت‌های فوتونیک یکپارچه، درهایی را به روی کاربردهای جدید در سنجش، تصویربرداری و پردازش اطلاعات کوانتومی باز می‌کند و نشان‌دهنده تغییر الگو در فناوری فیبر نوری است.
اهمیت روزافزون فیبر نوری در مراکز داده
امروزه نقش فیبر نوری به عنوان سنگ بنا و زیرساخت برای مرکزداده (Data Center)مدرن پدیدار شده است، این زیر ساخت برای انتقال یکپارچه حجم وسیعی ازداده‌های ضروری برای محاسبات ابری، تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ(Big Data) و برنامه‌های کاربردی حیاتی است. پهنای باند بی‌نظیر و تأخیرکم ارائه‌شده توسط کابل‌های فیبر نوری در برآوردن نیازهای روزافزون برای اتصال پرسرعت در مراکز داده، امکان پردازش وذخیره‌سازی کارآمد داده‌ها، بسیار مؤثر است. این امر برای محاسبات لبه و دیتا سنترها یا مراکز داده لبه (edge Data Center) که برای شهرهای هوشمند بسیار مورد نیاز است، نمود بیشتری پیدا می کند.
گسترش جهانی شبکه های فیبر نوری
گسترش جهانی شبکه های فیبر نوری در حال تغییر شکل پارادایم های ارتباطی درمناطق مختلف جهان است. از کلان شهرها گرفته تا مناطق روستایی دور افتاده، استقرار زیرساخت های فیبر نوری شکاف های ارتباطی را پر می کند و جوامع را با دسترسی به اینترنت پرسرعت توانمندتر می کند. این گسترش نه تنها تجارب دیجیتالی پیشرفته را تسهیل می‌کند، بلکه رشد اقتصادی را با تقویت نوآوری و کارآفرینی در مناطقی که قبلاً فاقد خدمات بودند، تسریع می‌کند.
2- جهش های تکنولوژی درتولیدکابل های فیبر نوری
فیبرهای نوری تو خالی ( Anti-Resonant Hollow Core Cables)
یکی از پیشرفت‌های نسبتاً جدید، تولید فیبرهای نوری توخالی است که از گاز یا خلاء به جای هسته‌های فیبرنوری سنتی استفاده می‌کنند تا ویژگی‌هایی مانند سرعت نور سریع‌تر و کاهش حساسیت به تغییرات محیطی را فراهم کنند.این نوع فیبرتوسط برخی از تولید کنندگان برتر جهانی به عنوان طیف جدیدی ازکابل‌های فیبر نوری با نام فیبر نوری توخالی دارای خلاء Anti-Resonant Hollow Core Cables تولید و به بازار عرضه شده است. این فیبرهای نوری، سه مورد پرچالش موجود در فیبرهای نوری فعلی مانند: انتقال داده با تاخیربسیار کم، اتصالات با پهنای باند بالا و میزان تلفات کم را ترکیب می کنند. این سه ویژگی بسیار مورد توجه بخش هایی است که نیازمند سرعت زیاد برای انتقال داده با فرکانس بالا هستند.
سیگنال نوری در یک فیبرنوری Anti-Resonant در یک هسته توخالی Hollow Core که توسط حلقه واحدی از عناصر لوله Anti-Resonant احاطه شده است منتشر می شود. هدایت بر اساس یک ضد تشدید کننده از غشاهای شیشه ای نازک است که توسط لوله های غیر قابل لمس در اطراف هسته توخالی تشکیل شده است. هم پوشانی بسیار کم، توان هدایت شده با سیلیس اطراف، اضافه شدن به ناحیه موثر حالت MFD، به این ماده پرچم داری و رکورد طراحی فیبر غیرخطی را می‌دهد.
انتقال داده با تاخیر کم، انتقال پهنای باند بالا، ادغام آسان در شبکه های موجود، سهولت در انتخاب طول سفارشی و تعداد رشته های فیبر نوری از مزایای این نوع فیبر بوده و موارد استفاده آن برای مخابرات و شبکه های تلفن همراه 5G و مراکز تجارت مالی حساس مانند بانک ها و بورس جهت انتقال وپردازش سریع اطلاعات و داده های کلان، مراکز داده، رایانش ابری وارتباطات کوانتومی است.
فیبرهای نوری چند هسته ای (Fiber Optic Multi Core Cable)
در این فن آوری جدید، نوزده هسته فیبر نوری در یک فیبرنوری قرار گرفته است که رکوردهایی را برای فیبر نوری با قطر استاندارد برای فاصله انتقال و نرخ داده ثبت می کند.تیمی از مؤسسه ملی فناوری اطلاعات و ارتباطات ژاپن (NICT) و یک شرکت تولید کننده صاحب نام ژاپنی و دانشگاه مک کواری در سیدنی استرالیا، با استفاده از فیبر با 19 هسته به این موفقیت دست یافته اند. این بیشترین تعداد هسته های قرار گرفته شده در یک کابل با قطر روکش استاندارد 0.125 میلی متر است.اعتقاد سازندگان بر این است که تاکنون تعداد 19هسته بالاترین تعداد هسته ها یا کانال های است که می توانیم درکابل فیبرنوری با قطر روکش استاندارد داشته باشیم و البته هم چنان انتقال اطلاعات را با کیفیت خوبی حفظ کنیم.بنابراین بسیاری از محققان به فیبر چند هسته ای در ارتباط با مالتی پلکسی تقسیم فضا (SDM) که یک تکنیک انتقال برای استفاده از کانال های فضایی متعدد در یک کابل است، علاقه مند هستند. ظرفیت فیبرنوری جدید جفت شده در کنار هم شاید چندان قابل توجه نباشد چون قبلاً هم با در کنار هم قرار گرفتن رشته های فیبر نوری ارتباطات پر ظرفیت را داشته ایم. نکته قابل توجه این است که این فیبر نوری جدید، از روکش با قطر استاندارد استفاده می کند.
فیبرهای نوری ریبون Ribbons
کابل فیبرنوری ریبون یا نواری دقیقاً همان چیزی است که نام آن می گوید، نواری از فیبرهای نوری که به صورت مسطح شکل می گیرد. این کار با ساخت یک سری فیبرهای نوری مجزا و صاف قرار دادن آنها در کنار یکدیگرو اتصال آنها به هم انجام می شود. با استفاده از این فناوری می توان 24 فیبر نوری را در کنار هم قرار داد. الیاف به طور معمول در کنار هم قرار می گیرند و یک نوار مسطح را تشکیل می دهند. هرزمان که نصاب‌ها برای نصب فضای کمی دارند مانند موقعیت هایی که در بسیاری از مراکز داده وجود دارد، این نوع کابل معمولاً می‌تواند یکی از راه‌حل‌ها باشد. به دلیل طراحی کابل نواری، اتصال فیوژن بسیار آسان تر می شود که باعث صرفه جویی در زمان و هزینه است.
فیبر غیر حساس به خمش Bend-Insensitive Fiber
فیبر نوری به تنش به ویژه خمش حساس است. هنگامی که باخم شدن تحت فشار قرار می گیرد، نور از قسمت بیرونی هسته فرار کرده و درهسته فیبر هدایت نمی شود، بنابراین مقداری از آن از بین می رود، در حالت خم کردن فیبرنوری، هسته به روکش متصل می شود و تلفات بیشتری را در بخش تحت فشار فیبر ایجاد می کند. اگرنوریک لیزر را به داخل یک رشته از فیبر نوری بتابانید و آن را خم کنید، می توانید نور از دست رفته در اثر استرس را درآن مشاهده کنید. در عین حال، الیاف حساس به خم برای غلبه بر مشکل حساسیت فیبر هسته بزرگتر هنگام کار در محیط های زمینی طراحی شده است. اگر کابل فیبر بیش از حد خم شود، سیگنال نوری می تواند شکسته شده و از روکش خارج شود. خم شدن همچنین می تواند باعث آسیب به الیاف و در نتیجه از دست دادن خم شود. الیاف حساس به خمش دارای یک لایه شیشه در اطراف هسته الیاف هستند که ضریب شکست کمتری دارد. این بدان معنی است که اساساً می تواند حالت های هدایت ضعیف را در هنگام بروز استرس به هسته منعکس کند.
در سال 2007 نوع جدیدی از فیبرسینگل مود (S/M) یاتک حالته “غیر حساس به خم شدن” معرفی شد و به دنبال آن فیبرمالتی مود (M/M) یاچند حالته در سال 2009 عرضه شد. تولیدکنندگان دوست داشتند این فیبر را با خم کردن آن در حالت های خم‌های غیرممکن کوچک، یا منگنه کردن آنها به یک تکه چوب به نمایش بگذارند. در سمینارها نشان داده شد که این الیاف می‌توانند در شعاع‌های بسیار کوچکی بدون اتلاف نور قابل توجه خم شوند، اگرچه متخصصان هنوز در مورد اثرات این نوع استفاده از فیبر نوری برای قابلیت عدم آسیب دیدگی تحت فشار در دراز مدت فکر می‌کردند ولی این روند نیز تا سال 2024 نیز به صورت تدریجی کامل تر شد.
سخن پایانی
شرکت فارس ضمن کسب رتبه یک شبکه داده‌ها با دریافت استاندردهای ISO، گواهی‌نامه‌های انجمن فیبر جهانی FOA، گواهی‌نامه تایید صلاحیت ایمنی HSE، اجرای شبکه‌های فیبر نوری شهری (OSP) یا Outside Planet Fiber مبتنی بر تکنیک کانال‌های خطی کوچک (Micro Trenching) و اجرای متعدد پروژه‌های شبکه‌های محلی رایانه‌ای و مراکز داده در کشور بر اساس استانداردهای موسسه بین‌المللی BICSI، طی چندین سال متوالی توانسته است بیش از پیش جایگاه خود را برای اجرای پروژه‌ها ارتقا دهد.
همچنین این شرکت طی ده سال گذشته با برگزاری دوره‌های آموزشی خصوصی در ارتباط با اصول، مفاهیم اجرایی و کابلکشی فیبر نوری، آشنایی تخصصی با محصولات شبکه های فیبرنوری، استانداردهای فیبر نوری، انواع پیکر بندی زیر ساخت شبکه های فیبر نوری، فیوژن و مفصل بندی فیبر نوری و سایر دوره های آموزش تخصصی فیبر نوری به صورت خصوصی در محل کارگاه های مجهز برای تیم‌های اجرایی، پیمانکاران و اعضای معرفی شده از طرف کارفرمایان محترم، نفرات و گروه های توانمند بسیاری را برای اجرای پروژه های زیر ساخت شبکه‌های حیاتی و ارتباطی رایانه‌ای و مخابراتی به بازار کار کشور معرفی کرده است.