چه کسی فیبرهای نوری را اختراع کرده است؟
فیبرهای نوری
صدها سال است که انسان ها به کمک بازتاب نور خورشید در طی روز و استفاده از نور فانوس در شب ارتباط برقرار کرده است. سیگنال دهنده های نیروی دریایی هنوز هم به کمک چراغ های چشمک زن قدرتمند برای انتقال پیام های رمزگذاری شده به کشتی های دیگر استفاده می کنند. ارتباطات نوری محدود به نقاط و خطوط ساده نوری نشده است.این واقعیت جالب است که الکساندر گراهام بل اندکی پس از اختراع تلفن خود دستگاهی را به نام “فوتوفون” اختراع کرد. فوتوفون بل، پرتوی بازتاب شده ی نور خورشید را بر روی یک دتکتور سلنیومی در فاصله چند صد متری متمرکز می کرد.
درواقع فوتوفون،یک وسیله ارتباطی با قابلیت تراگسیل صدا از طریق یک پرتو نور بود.
با این دستگاه ، بل میتوانست یک پیام صوتی را از طریق پرتوی نور منتقل کند. این ایده برای سالهای طولانی باقی ماند. اخیرا ، ایده انتقال نور از طریق فیبر نوری نازک دوباره زنده شده و در فناوری ارتباطات مورد استفاده قرار می گیرد.
استفاده از نور به عنوان موج حامل در فیبر نوری نسبت به حامل های موج رادیویی برتری هایی از قبیل پهنای باند بسیار وسیع تر و مصونیت از تداخل الکترومغناطیسی دارد.
همچنین از فیبر های نوری برای انتقال نور به مکان های غیرقابل دسترس استفاده می شود . استفاده از ابزارهای دارای فیبر نوری در صنعت بسیار رایج است و اهمیت آنها به عنوان ابزارهای تشخیصی در پزشکی اثبات شده است.
اخیراً فناوری فیبر نوری به یک سیستم ارتباطی با قابلیت های بسیار عظیم تبدیل شده است.
یکی از ویژگی های چنین سیستمی ، توانایی آن در انتقال هزاران مکالمه تلفنی ، چندین برنامه تلویزیونی و سیگنال های بیشمار بین ایستگاه ها از طریق یک یا دو فیبر نوری انعطاف پذیر و نازک است. بدون شک به دلیل ظرفیت فوق العاده حمل اطلاعات ( پهنای باند) سیستم فیبر نوری ، دستگاه هایی نظیر تلویزیون دو طرفه طراحی شده است که قبل از توسعه فیبر نوری بسیار پرهزینه بوده است.
علاوه بر ارائه پهنای باند بسیار گسترده ، سیستم فیبر نوری دارای کابل های بسیار نازک و سبک وزن است. فیبر نوری به همراه محافظش معمولاً ?.? میلی متر قطر دارد ، اما می تواند با یک دسته سیم مسی به قطر ?.?? سانتی متر که اکنون برای حمل همان مقدار سیگنال استفاده می شود ، جایگزین شود.
فیبرهای نوری چگونه کار می کنند؟
انتشار نور در فیبر نوری مستلزم این است که نور کاملاً درون فیبر محدود شود.
این امر با انعکاس داخلی کامل و انکسار مداوم انجام می شود.
انواع مختلف فیبر های نوری
سه نوع فیبر نوری وجود دارد که بر اساس مدل پخش نور توسط آنها، طبقه بندی می شوند:
?. فیبر نوری تک حالتی یا سینگل مد (Single-mode)
?. فیبر نوری چند حالتی یا مالتی مد (Multimode)با ضریب شکست پله ای
?. فیبر نوری چند حالتی یا مالتی مد (Multimode)با ضریب شکست مرحله ای
?.فیبرهای نوری ریزساختار(microstructured) نوع جدیدی ازفیبر های نوری هستند که با سه مورد فوق تفاوت هایی دارند. تفاوت اصلی این دو ، در روش کنترل نور می باشد.
چرا باید درباره ی انواع مختلف فیبر های نوری اطلاع داشته باشید؟
استفاده از انواع مختلف فیبرهای نوری برای برقراری ارتباط ، به شناخت صحیح آنها وابسته است. مهندسان ارتباطات یا تکنسین های شبکه ، قبل از طراحی شبکه ای ازفیبر های نوری باید به خوبی از اصول اولیه فیبر های نوری و کارایی آنها آگاهی داشته باشند تا بتوانند به خوبی تصمیم گیری کنند.
شناختن فیبر های نوری به شما کمک می کند تا براساس نیاز خود یک تصمیم هوشمندانه بگیرید.
تک حالتی و چند حالتی بودن فیبر نوری یعنی چه؟ / نظریه حالت چیست؟
ما قصد داریم داده ها را با استفاده از نور انتقال دهیم. از این رو ، از فیبرهای نوری استفاده می کنیم . فیبر های نوری کابلهای مخصوصی هستند که می توانند پرتوی نور را هدایت کنند.
برای درک رفتار امواج الکترومغناطیسی در موج برها ، از نظریه ای استفاده می کنیم که به عنوان تئوری حالت شناخته می شود. تئوری حالت در اصل امواج الکترومغناطیسی را بر اساس طول موج به حالت های مختلف طبقه بندی می کند. شما می توانید در ادامه ی این مقاله تئوری حالت نور را یاد بگیرید.
فیبر نوری تک حالتی یا سینگل مد (Single-mode)
همان طور که از نام آن پیدا است ، این نوع فیبر نوری تنها یک حالت نور را منتقل می کند. به عبارت دیگر ، می تواند تنها یک طول موج از نور را در طول خود حمل کند.
این طول موج معمولاً ???? نانومتر یا ???? نانومتر است.
ممکن است شما فکر کنید که این امر ، قابلیت انتقال اطلاعات را محدود می کند. اما فیبر نوری تک حالتی بسیار بهتر ازفیبر های نوری چند حالتی کار می کند زیرا پهنای باند بیشتری دارد و بنابراین سرعت آن بی نظیر است.
جالب است که بدانید فیبر های تک حالتی بعد ازفیبر های چند حالتی به وجود آمده اند. درواقع آنها جدیدتر از کابل های چند حالتی هستند.
این کابل ها می توانند با داشتن یک هسته کوچک فقط یک حالت نور را انتقال دهند. درواقع می توانیم بگوییم که در اصل قطر هسته به اندازه ی طول موج نوری است که از آن عبور می کند.
فقط لیزرها به عنوان منبع نور استفاده می شوند. نور مورد استفاده درفیبر های تک حالتی در بخش مرئی طیف قابل رویت نیستند.
از آنجا که نور در یک مسیر مستقیم حرکت می کند ، تلفات کمتری دارد و می توان از آن در برنامه هایی که به مسافت طولانی تر نیاز دارند استفاده کرد.
یک نقطه ضعف فیبر تک حالتی این است که جفت شدن آنها سخت است.
فیبر نوری چند حالتی یا مالتی مد (Multimode)
همانطور که از نام آن پیدا است ، این نوع ازفیبر های نوری اجازه می دهند تا چندین حالت نور در امتداد محور آنها حرکت کنند.
برای توضیح بیشتر می توانیم بگوییم ، آنها می توانند این کار را با داشتن هسته قطورتر انجام دهند.
طول موج امواج نور درفیبر های چند حالتی در طیف مرئی از ??? تا ???? نانومتر قرار دارند.
بازتاب امواج داخل فیبر چند حالتی در هر حالت با زوایای مختلفی اتفاق می افتد. در نتیجه ، بر اساس این زاویه ها ، تعداد بازتاب ها می توانند متفاوت باشند.
از آنجا که اساس فیبر نوری برای برقراری ارتباط ، بازتاب داخلی است ، تمام حالت های دارای زاویه حادثه که باعث انعکاس کامل داخلی نمی شوند ، توسط روکش جذب می شوند.
ما می توانیم حالتی با مرتبه بالاتر داشته باشیم ، امواج عرضی بر محور موجبر موج می توانند بارها منعکس شوند. در حقیقت ، به دلیل افزایش بازتاب در زوایای غیرمعمول ، حالت های مرتبه بالاتر می توانند کاملاً درون کابل از بین بروند.
حالت های دارای مرتبه پایین نسبتاً عرضی یا حتی کاملاً مستقیم اند و از این رو نسبتاً بهتر هدایت می شوند.
دو نوع فیبر نوری چند حالتی وجود دارد:
- فیبر نوری چند حالتی یا مالتی مد (Multimode)با ضریب شکست پله ای
- فیبر نوری چند حالتی یا مالتی مد (Multimode)با ضریب شکست پله ای مرحله ای
- فیبر نوری چند حالتی یا مالتی مد (Multimode)با ضریب شکست پله ای
ضریب شکست هسته مولتی مد در کل کابل یکنواخت است.
- فیبر نوری چند حالتی یا مالتی مد (Multimode)با ضریب شکست پله ای مرحله ای
ضریب شکست هسته از شعاع مرکزی تا سطح آن تغییر می کند.
این موضوع چه اهمیتی دارد؟
اگر به شکل فیبر های چند حالتی با ضریب شکست پله ای و مرحله ای نگاه کنید ، متوجه خواهید شد که امواج موجود در فیبر چند حالتی با ضریب شکست پله ای در زمانهای مختلف به یک نقطه واحد می رسند. این امر به این دلیل است که حالت های مختلف ،سرعت های مختلفی دارند. در نتیجه این امر باعث کاهش پهنای باند می شود. به این کار پراکندگی یا تحریف میانی گفته می شود.
با این حال ، این مسئله با استفاده ازفیبر های مالتی مد با ضریب شکست مرحله ای قابل کاهش است.
فیبر های نوری ریزساختار
اینها انواع جدیدی از کابل های فیبر نوری هستند. آنها مفهومی کاملاً متفاوت از استفاده از نور برای برقراری ارتباط را بیان می کنند. در انواع فیبر های نوری که در بالا به آنها اشاره شد ، انتقال نور به دلیل وجود بازتاب کلی داخلی و شاخص های انکسار هسته و روکش انجام می شد. درفیبر های نوری ریزساختار ، از ساختار فیزیکی موج بر در مقیاس نانو برای هدایت نور استفاده می شود.
انواع مختلف فیبر های نوری ریزساختار عبارت اند از:
• کریستال های فوتونی
•فیبر های Air-clad یا double-clad
•فیبر های فرنل
منابع :
https://physicsabout.com/fiber-optic/
https://technobyte.org/types-of-optical-fibers-structure-of-optical-fibers/
The post چه کسی فیبرهای نوری را اختراع کرده است؟ appeared first on فروشگاه اینترنتی نود - Node Shop.