تاریخچه فیبر نوری

نحوه عملکرد فیبر نوری

فیبر نوری یکی از تکنولوژی‌های پیشرفته‌ای است که از نور برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند. عملکرد آن بر اساس پدیده‌ای به نام بازتاب داخلی کلی (Total Internal Reflection) صورت می‌گیرد. در این بخش، به طور دقیق‌تر به بررسی این فرآیند و چگونگی انتقال اطلاعات در فیبر نوری می‌پردازیم.

1. اصل بازتاب داخلی کلی

بازتاب داخلی کلی، اصل اساسی در عملکرد فیبر نوری است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که نور از محیطی با ضریب شکست بیشتر (مانند هسته فیبر نوری) به محیطی با ضریب شکست کمتر (مانند روکش فیبر) برخورد می‌کند. اگر زاویه برخورد نور با سطح مشترک بین هسته و روکش بزرگتر از یک زاویه بحرانی مشخص باشد، نور به طور کامل به داخل هسته بازتاب می‌شود و به مسیر خود در طول فیبر ادامه می‌دهد.

در نتیجه، نور نمی‌تواند از فیبر نوری خارج شود و به طور پیوسته در طول فیبر حرکت می‌کند. این ویژگی به فیبر نوری اجازه می‌دهد که داده‌ها را بدون افت شدید در کیفیت و با سرعت بسیار بالا منتقل کند.

2. ساختار فیبر نوری و نقش هر بخش در عملکرد آن

فیبر نوری از سه لایه اصلی تشکیل شده است که هرکدام نقش مهمی در عملکرد آن دارند:

• هسته (Core): هسته، مرکزی‌ترین بخش فیبر نوری است که نور در آن حرکت می‌کند. هسته از شیشه یا پلاستیک بسیار شفاف ساخته می‌شود تا نور را به راحتی هدایت کند. قطر هسته به نوع فیبر نوری بستگی دارد؛ فیبر نوری تک‌حالته (Single-mode) دارای هسته‌ای باریک‌تر و فیبر نوری چندحالته (Multi-mode) دارای هسته‌ای پهن‌تر است.
• روکش (Cladding): روکش، لایه‌ای است که هسته را احاطه می‌کند و ضریب شکست کمتری نسبت به هسته دارد. وظیفه اصلی روکش، انعکاس نور به داخل هسته و جلوگیری از خروج آن است.
• پوشش محافظ (Buffer Coating): این لایه، وظیفه محافظت از فیبر در برابر آسیب‌های فیزیکی و محیطی را بر عهده دارد و باعث افزایش مقاومت مکانیکی فیبر نوری می‌شود.
•  

3. انتقال داده به صورت سیگنال‌های نوری

در فیبر نوری، داده‌ها به صورت پالس‌های نوری منتقل می‌شوند. این داده‌ها می‌توانند از منابع مختلفی مانند دیودهای نوری (LED) یا لیزر تولید شوند. دستگاه‌های مبدل، داده‌های دیجیتال (مانند صفر و یک‌های باینری) را به پالس‌های نوری تبدیل می‌کنند و این پالس‌ها به هسته فیبر نوری تزریق می‌شوند. این نور، که حامل اطلاعات است، از طریق بازتاب داخلی کلی در طول فیبر حرکت می‌کند.

سرعت انتقال داده‌ها در فیبر نوری بسیار بالاست، زیرا نور با سرعت بسیار زیاد (نزدیک به سرعت نور) در محیط شفاف هسته حرکت می‌کند. علاوه بر این، در فیبر نوری، از تقویت‌کننده‌های نوری (Optical Amplifiers) نیز برای تقویت سیگنال‌های نوری در فواصل طولانی استفاده می‌شود. این تقویت‌کننده‌ها بدون نیاز به تبدیل سیگنال نوری به الکتریکی، پالس‌های نوری را تقویت می‌کنند و این امکان را می‌دهند که فیبر نوری بدون افت کیفیت در فواصل طولانی مورد استفاده قرار گیرد.

4. انتقال داده‌ها بدون تداخل و نویز

یکی از مزیت‌های بزرگ فیبر نوری نسبت به کابل‌های مسی، مقاومت در برابر نویز الکترومغناطیسی است. در کابل‌های مسی، سیگنال‌ها به صورت الکتریکی منتقل می‌شوند و در معرض تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و نویز قرار می‌گیرند. این تداخل‌ها می‌توانند باعث کاهش کیفیت سیگنال یا از دست رفتن داده‌ها شوند.

با این حال، در فیبر نوری، داده‌ها به صورت نور منتقل می‌شوند و هیچ‌گونه تداخلی با میدان‌های الکترومغناطیسی ندارند. این ویژگی باعث می‌شود که فیبر نوری برای محیط‌های صنعتی و پر نویز یا برای ارتباطات حساس، انتخاب بهتری باشد.

5. تقسیم‌بندی و چندگانه‌سازی سیگنال‌ها

یکی دیگر از ویژگی‌های جالب فیبر نوری، چندگانه‌سازی طول موجی یا Wavelength Division Multiplexing (WDM) است. این فناوری به فیبر نوری اجازه می‌دهد تا چندین سیگنال نوری را با طول موج‌های مختلف به طور همزمان از طریق یک فیبر منتقل کند. هر سیگنال نوری با طول موج مشخص خود داده‌های متفاوتی را حمل می‌کند، بدون اینکه با دیگر سیگنال‌ها تداخل پیدا کند.

به کمک این روش، پهنای باند فیبر نوری به شدت افزایش پیدا می‌کند و امکان انتقال داده‌های بیشتری از طریق یک خط فیبر نوری فراهم می‌شود. این قابلیت در شبکه‌های پر سرعت و زیرساخت‌های اینترنتی با ترافیک بالا بسیار کارآمد است.

6. تبدیل نور به داده‌های دیجیتال در مقصد

هنگامی که پالس‌های نوری به مقصد می‌رسند، یک دستگاه مبدل این پالس‌ها را به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کند. این فرایند برعکس فرایند تولید پالس‌های نوری است. این مبدل‌ها از سنسورهای نوری استفاده می‌کنند که نور را دریافت کرده و آن را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند، سپس این سیگنال‌ها به داده‌های قابل استفاده مانند متن، صدا، تصویر یا ویدئو تبدیل می‌شوند.