فیبر نوری به‌عنوان یک تکنولوژی جدید با هدف جایگزینی برای کابل‌های مسی روی کار آمده است. این کابل‌ها، هسته‌ای متشکل از تارهای نازک شیشه‌ای یا پلاستیکی دارند که نور را در خود منعکس می‌کنند.
این تارها با ضخامتی به اندازه یک تار موی انسان، توسط یک لایه شیشه‌ای دیگر پوشانده شدند تا نور دچار انحراف نشود. لایه نهایی «بافر رویه‌ای» است که جنسی پلاستیکی دارد. نقش لایه بیرونی «محافظت و جلوگیری از آسیب‌های خارجی مانند آب‌وهوا» است.
در سازوکار فیبر نوری، ابتدا سیگنال‌های نوری توسط ال‌ای‌دی‌ها و لیزرهای کوچک ایجاد می‌شوند؛ سپس فیبر نوری قادر است که داده‌هایی مانند تصاویر، صداها و… را به شکل پالس‌های نوری جابه‌جا کند.
برای توضیح مزایا و معایب کابل فیبر نوری باید بیان کرد که امروزه این فناوری جدید در تمامی صنایع کاربرد به سزایی دارد. خدمات مخابراتی اعم از شبکه تلفنی، تلویزیون و اینترنت با کابل‌های فیبر نوری بهتر عمل می‌کنند؛ حتی علم پزشکی نیز از این فناوری نو در عکس‌برداری‌های رادیولوژی و… بهره می‌برد. علت این امر، مزایا فیبر نوری نسبت به کابل‌های مسی است.
ازآنجایی‌که مواد غیر فلزی مانند شیشه و پلاستیک تحت تأثیر میدان‌های الکترومغناطیسی مانند رعدوبرق قرار نمی‌گیرند؛ فیبر نوری سرعت بیشتری نسبت به کابل مسی دارد. فیبرهای نوری به خاطر پهنای باند بیشتر، برای انتقال داده در مسافت‌های طولانی مناسب‌ترند.
انواع متداول فیبر نوری
کابل‌های فیبر نوری انواع مختلفی دارند. فیبر نوری چند حالته و تک حالته از لحاظ تعداد پالس‌های انتقالی با یکدیگر متفاوت‌اند؛ اما فیبر نوری پلاستیکی از نظر جنس تفاوت دارد.
کابل فیبر نوری سینگل مود (Single mode)
فیبر نوری single mode دارای هسته‌ای با قطر بسیار کوچک 9 میکرونی است. کوچک بودن هسته باعث می‌شود که سیگنال‌های نوری در مسافت بیشتری بدون انحراف یا پخش شدن منتقل شوند. به همین دلیل فیبر تک حالته قادر است اطلاعات را در فواصل چندین کیلومتری نیز منتقل کند. یک دیود لیزری به‌عنوان منبع نور در این کابل به کار گرفته شده که پهنای باندی در حدود 1310 و 1550 نانومتر دارد.
کابل فیبر نوری تک حالته برای انتقال داده در سرعت بالا استفاده می‌شود. معمولا خدمات اینترنتی، تلویزیون و مراکز داده و تصویربرداری پزشکی به این میزان سرعت انتقال در مسافت طولانی احتیاج دارند. فیبر نوری سینگل مود نسبت به مالتی مود از قیمت بیشتری برخوردار است و برای نصب و نگهداری به تجهیزات تخصصی نیاز دارد. البته با توجه به مزایای متعدد، این نوع فیبر نوری از ارزش خرید بالایی برخوردار است.
کابل فیبر نوری مالتی مود (Multi mode)
طراحی این نوع کابل فیبر نوری به‌گونه‌ای است که انتشار چندین پالس نوری را امکان‌پذیر می‌سازد. هسته فیبر نوری multi mode ضخامت نسبتا پهنی دارد که می‌تواند چندین جریان داده را همزمان در طول موج‌های 850 تا 1300 نانومتری حمل کند. با توجه به پراکندگی و ضعف بالای جریان‌های داده، فیبر چند حالته در فاصله‌های کوتاه‌تری کاربرد دارد. ساختمان‌های اداری، بیمارستان‌ها و مدارس محیط‌های مناسبی برای استفاده از این نوع فیبر نوری هستند.
به خاطر وجود هسته بزرگ‌تر در این فیبر نوری، استفاده از منابع نوری به‌صرفه در آن ممکن می‌شود. فیبر نوری مالتی مود، از لامپ‌های ال‌ای‌دی یا لیزر «VCSEL» به‌عنوان منابع نوری استفاده می‌کند.
این لامپ‌ها قابلیت انتقال داده تا چند صد متر را دارند. فیبر مالتی مود، قیمت پایین‌تری نسبت به فیبر نوری سینگل مود دارد و نصب و نگهداری آن از دردسرهای کمتری برخوردار است. البته این ارزانی به خاطر محدودیت بیشتر در سرعت انتقال، پهنای باند و مسافت انتقال تعریف می‌شود. این فیبرهای نوری در مسافت‌های طولانی قابلیت تخریب و تضعیف سیگنال‌های نوری را دارند.
فیبر نوری پلاستیکی (POF)
کلمه (POF) مخفف ترکیب “Polymer optical fiber” به معنی «فیبر نوری پلیمری» است. در این فیبر نوری، هسته از تارهای پلیمری نازک تشکیل شدند و روکش روی این تارها نیز از همین جنس است. پلاستیک استفاده شده در این نوع فیبر نوری «پلیمر شفاف» است تا بتواند به‌خوبی نور را در خود بازتاب دهد.
فیبرهای نوری شیشه‌ای که با نام “GOF” شناخته می‌شوند؛ دارای نقاط ضعفی همچون شکنندگی بالا هستند. فیبر نوری پلیمری برخلاف نوع شیشه‌ای در برابر کشش و خمیده شدن، مقاومت و انعطاف بیشتری از خود نشان می‌دهد. این نوع فیبر نوری از نظر قیمت نیز مقرون به‌صرفه‌تر است و فرایند نصب آسان‌تری دارد؛ بااین‌حال کیفیت انتقال فیبر نوری پلیمری به نسبت شیشه‌ای پایین‌تر است. فیبر نوری پلاستیکی در فواصل کوتاه عملکرد مناسبی دارند اما برای فواصل بیشتر از صد متر دچار مشکل می‌شوند؛ به همین دلیل این نوع فیبر نوری برای شبکه‌های خانگی و حسگرها به کار می‌رود.
مزایا فیبر نوری
همان‌طور که اشاره کردیم فیبر نوری به علت مزایای بی‌شمار خود نسبت به کابل‌های مسی، رواج پیدا کردند. در این بخش به چند مورد از این مزایا اشاره می‌کنیم تا اطلاعات بیشتری در رابطه با این تکنولوژی بدانید.
پهنای باند بالا و سرعت بیشتر
فرض کنید یک کابل مسی و یک کابل فیبر نوری با قطر یکسان دارید، بین این دو، فیبر نوری پهنای باند بیشتری را در انتقال داده فراهم می‌آورد؛ زیرا کابل‌های مسی بیشتر مناسب انتقال صدا هستند.
ارزان بودن فیبر نوری
مس، نوعی فلز رسانا است که در گذر زمان با کمبود و افزایش قیمت مواجه شد؛ اما مواد اولیه فیبر نوری شامل شیشه یا پلیمر می‌شود. این مواد، فراوانی و قیمت پایین‌تری دارند. به علت رواج بیشتر فیبر نوری انتظار می‌رود هزینه آن به زودی کاهش بیشتری پیدا کند.
سبک و باریک بودن
کابل‌های فیبر نوری بسیار سبک وزن و نازک‌تر از سیم‌های مسی هستند. کابل‌های مسی با ظرفیت کمتر از فیبر نوری هم فضای بیشتری را اشغال می‌کنند و هم نصب سخت‌تری در محیط‌های کوچک و محدود دارند. با وجود نازکی و وزن پایین، کابل فیبر نوری کشسانی بیشتری از خود نشان می‌دهد.
ظرفیت انتقال بالاتر
در واحد زمان، کابل فیبر نوری 26 هزار برابر بیشتر از کابل مسی، ظرفیت انتقال داده دارد. کیفیت انتقال این اطلاعات نیز با کابل فیبر نوری بالاتر است. ازآنجایی‌که فیبرهای نوری بسیار نازک هستند؛ تعداد بیشتری از آن را می‌توان در یک کابل جا داد و به همین نسبت کارایی آن نیز افزایش می‌یابد.
کاهندگی و اتلاف کمتر
میزان اتلاف توان فیبر نوری به‌صورت چشمگیری پایین است. در فواصل طولانی، کاهش توان جریان الکتریکی باعث ایجاد اختلال می‌شود؛ به همین خاطر شبکه کابل‌های مسی نهایتا تا صد متر کارایی دارند. این فاصله برای یک شبکه از کابل نوری تا دو کیلومتر تعریف شده است.
مقاومت خوب در برابر تداخل الکترومغناطیسی
شبکه کابل‌های فیبر نوری در برابر میدان‌های الکترو مغناطیسی، مصونیت صددرصدی دارند. این قابلیت امکان نصب این کابل‌ها را در محیط‌هایی با نویز الکتریکی فراوان فراهم می‌کند؛ بدون اینکه محیط بر سرعت شبکه تأثیری بگذارد.
طول عمر بالا
این کابل‌ها در صورت نصب مناسب، به‌طور حدودی تا 25 سال عمر مفید دارند؛ البته در عمل می‌توانند حتی بیشتر از این مدت کار کنند. تغییرات آب‌وهوایی، تغییرات دمایی و میکروترک‌ها در کاهش طول عمر و تخریب این کابل‌ها مؤثر هستند؛ اما اثر تخریبی این موارد بر کابل مسی بسیار بیشتر است.
پشتیبانی از مسافت طولانی
کابل‌های فیبر نوری سینگل مود تا کیلومترها اطلاعات را حمل می‌کند. این کابل‌ها می‌توانند 10 گیگ اطلاعات را در 1 ثانیه تا فاصله 40 کیلومتری حمل کنند.
ریسک امنیتی پایین
در مقایسه با جریان الکتریکی، امکان شنود داده‌هایی که با پالس‌های نوری منتقل می‌شوند بسیار پایین است. این موضوع به خاطر عدم وجود انرژی الکترومغناطیسی است و داده‌های حساس را در امنیت کامل انتقال می‌دهد.
معایب فیبر نوری
امروزه وجود فیبر نوری در صنعت امری ضروری است؛ اما این تکنولوژی جدید نیز، معایب خاص خود را دارد.
توان پایین
منابع نوری که در این کابل‌ها استفاده می‌شوند، توان محدودی دارند. البته برای بهبود این موضوع می‌توان از فرستنده‌های برق ولتاژ بالا استفاده کرد؛ اما برای عملی کردنش باید هزینه‌های جانبی را در نظر بگیرید.
فاصله
این کابل‌های نوری در فاصله‌های بیش از ده‌ها کیلومتر بین فرستنده داده و گیرنده، دچار اختلال می‌شوند. برای حل این مسئله باید در فواصل مشخص از تکرار کننده‌ها استفاده کرد تا سیگنال را تقویت کنند.
شکنندگی
شاید دور از ذهن باشد اما ظرافت، از معایب کابل فیبر نوری نیز به شمار می‌رود. این کابل‌ها نسبت به کابل‌های مسی، قطر کمتری دارند و بیشتر مستعد آسیب‌های فیزیکی هستند. الیاف شیشه‌ای داخل این کابل‌ها در صورت خم شدن بیش از حد یا فشار بالا می‌شکنند.
نصب سخت
برای نصب فیبر نوری به متخصصان و تکنیک‌های ویژه‌ای احتیاج خواهید داشت. نصب اشتباه و غیراصولی می‌تواند زیان زیادی به همراه داشته باشد. فیبرهای نوری ممکن است در فرایند نصب نادرست دچار شکستگی یا آسیب شوند.
هزینه بالا
کابل‌های نوری شاید در دراز مدت مقرون‌به‌صرفه شناخته شوند؛ اما هزینه اولیه بالایی دارند. کابل‌ها، تکنسین‌های متخصص نصب، تجهیزات و زیر ساخت‌ها در افزایش این هزینه‌ها نقش دارند. البته گذر زمان و رواج بیشتر کابل فیبر نوری نسبت به کابل مسی، این هزینه‌ها را کاهش می‌دهد؛ اما در حال حاضر هزینه نصب کابل فیبر نوری بسیار بیشتر از کابل مسی است.
نیازمند تجهیزات ویژه
نصاب‌های ماهری که در این زمینه متخصص هستند از تجهیزات خاصی برای تست شبکه فیبر نوری استفاده می‌کنند؛ حتی ممکن است هنگام بروز مشکل یا خرابی، برای تشخیص آن در شبکه فیبر نوری، به تجهیزات تخصصی نیاز باشد. به‌طورکلی هزینه تعمیرات این کابل‌ها بالا است.
نحوه انتخاب کابل فیبر نوری مناسب
اگر قصد خرید فیبر نوری را دارید ابتدا باید یک فروشنده یا مشاور مناسب پیدا کنید تا شما را با جزئیات خرید آشنا کند؛ اما برای انتخاب کابل فیبر نوری چند معیار مهم و اصلی وجود دارد که دانستن آن خالی از لطف نیست.
بررسی صلاحیت برند تولید کننده
صلاحیت تولید کننده مهم‌ترین پیش‌شرط داشتن کابل نوری باکیفیت و با دوام است؛ بنابراین انتخاب برندی معتبر که صلاحیت‌های لازم را داشته باشد، امری مهم است. برندهای معتبر از استانداردهای بین‌المللی مانند ISO، IEC، ITU-T و TIA-EIIA پیروی می‌کنند. این استانداردها تأیید می‌کنند که کابل از نظر کیفیت مواد، قدرت انتقال و اصول ایمنی در سطح مطلوبی قرار دارد. شرکت‌های نامدار از شیشه و پلیمر مرغوب برای ساخت کابل فیبر نوری استفاده می‌کنند که باعث کیفیت انتقال و افزایش طول عمر کابل می‌شود.
نوع فیبر نوری
همان‌طور که گفتیم، فیبر نوری مالتی مود برای مسافت‌های کوتاه‌تر مانند مصارف محدودتر مناسب‌اند. فیبر نوری سینگل مود قیمت بالاتری دارد؛ اما مسافت طولانی‌تری را پشتیبانی می‌کنند. انتخاب هر یک از این دو، بسته به نیاز شما دارد.
در انتخاب نوع فیبر نوری، شناخت نیازها و شرایط پروژه اهمیت بسیاری دارد. برای فواصل بلند و کاربردهای حساس، فیبر نوری سینگل مود مناسب‌تر است؛ درحالی‌که برای فواصل کوتاه‌تر و محیط‌های داخلی، فیبر مالتی مود یا پلیمری گزینه به‌صرفه‌تری هستند. البته نوع روکش کابل باید با توجه به شرایط محیطی و ایمنی محل نصب انتخاب شود؛ زیرا این بخش نقش مهمی در محافظت از ساختار حساس فیبر نوری دارد.
روکش‌های کابل نوری OFNR، OFNP، LSZH
کابل شبکه فیبر نوری مهم‌ترین بخش تشکیل دهنده شبکه است. روکش یا ژاکت فیبر نوری نقش حفاظت از این کابل‌ها را ایفا می‌کنند؛ پس نوع آن‌ها نیز حائز اهمیت است. این روکش‌ها از مواد به خصوصی ساخته شدند تا از رشته‌ها در برابر تغییرات دما، اشعه UV، خراشیدگی، رطوبت، ضربه، ولتاژ بالا و آتش‌سوزی محافظت کنند. این پوشش تحت تأثیر شرایط محیطی متفاوت در انواع مختلفی تولید می‌شود که در این بخش به توضیح مهم‌ترین آن‌ها می‌پردازیم.
ژاکت کابل فیبر نوری ofnr که بیشتر با نام “PVC” معروف شده، رایج‌ترین نوع روکش برای کابل‌های فیبر نوری است. PVC، مقاومت خوبی در برابر سایش و حرارت دارد. این روکش برای محیط‌های خشک یا با رطوبت پایین مناسب است. این جنس روکش هنگام وقوع آتش‌سوزی، دود سمی از خود تولید می‌کند؛ به همین علت از کابل‌های نوری با این نوع روکش در ساختمان‌های شهری استفاده نمی‌کنند.
نوعی دیگر از روکش این کابل‌ها، پلنوم غیر‌رسانای فیبر نوری یا ژاکت کابل فیبر نوری ofnp است. کابل‌هایی با این روکش در داخل ساختمان، فضای بین سقف و کف و مکانی که دارای تهویه مناسب باشد نصب می‌گردند. ژاکت کابل فیبر نوری OFNP، مقاومت بسیار بالایی در برابر آتش دارد و هنگام وقوع آتش‌سوزی دود بسیار کمی منتشر می‌کند. این روکش هیچ عضو رسانایی در خود ندارد و جایگزینی مناسبی برای کابل فیبر نوری OFNR به شمار می‌رود.
یکی دیگر از گزینه‌های با کیفیت، ژاکت کابل فیبر نوری lszh است. در ساختار این ژاکت از هیچ هالوژنی استفاده نشده؛ به همین دلیل مقاومت و دوام بالایی دارد. این روکش نیز هنگام آتش‌سوزی دود بسیار کمی تولید می‌کند و فاقد گاز سمی است. ژاکت LSZH در برابر سایش و حرارت نیز مقاومت خوبی نشان می‌دهد. این ژاکت برای ساختمان‌های شهری، مراکز داده و مناطق نیازمند به ایمنی مناسب است.
ساختار داخلی فیبر نوری
کابل فیبر نوری از سه بخش کلی تشکیل شده است. این سه بخش در کنار یکدیگر وظیفه دارند پالس‌های نوری را منتقل کنند.
هسته (Core)
هسته که بخش اصلی کابل نوری به شمار می‌آید از تعدادی رشته شیشه‌ای یا پلاستیکی با ضخامت تار موی انسان تشکیل شده و شیشه یا پلاستیک به کار رفته در این رشته‌ها به‌قدری شفاف است که در اندازه بزرگ‌تر و محیط بیرونی شاید با چشم انسان قابل‌تشخیص نباشد. مجموعه این رشته‌ها یک بخش «دی‌الکتریک» می‌سازند که نور را از خود عبور می‌دهد و ضریب شکست «انعکاس» بسیار بالایی دارد. هسته معمولا قطری به‌اندازه 8 تا 62 میکرون دارد.
روکش شیشه‌ای (Cladding)
روکش، فیبرهای نوری را در خود احاطه می‌کند و به‌عنوان مرزی عمل می‌کند که امواج نوری را در بر می‌گیرد. ضریب انکسار روکش شیشه‌ای به مقدار قابل‌توجهی از فیبرهای نوری پایین‌تر است و عملکرد فیبر نوری را ممکن می‌سازد.
پوشش یا ژاکت (Coat)
نقش اصلی ژاکت «محافظت از کابل» است. فیبر نوری بدون این پوشش به خاطر جنس حساسی که دارد به‌شدت آسیب‌پذیر است و در برابر ساییدگی، خراش، ضربه و رطوبت دچار تخریب می‌شود. توانایی فیبر نوری در انتقال نور به‌هیچ‌عنوان تحت تأثیر روکش قرار نمی‌گیرد. قطر پوشش معمولا از 250 تا 900 میکرون است و هیچ رنگ خاصی ندارد. معمولا برای محافظت بیشتر ابتدا یک روکش نرم و انعطاف‌پذیر روی کابل را می‌پوشاند؛ سپس روکشی سفت‌تر آن را در بر می‌گیرد.
سخن پایانی
فیبر نوری، تحولی عظیم در دنیای فناوری ارتباطات ایجاد کرد. این فناوری نسبت به کابل‌های مسی دارای مزایای چشمگیری است که باعث شده در اکثر صنایع جایگاه ویژه‌ای پیدا کند.
یکی از مهم‌ترین مزایای فیبر نوری، پهنای باند بالا و سرعت انتقال فوق‌العاده زیاد است؛ مزیتی که باعث شده این کابل‌ها به انتخاب اول شرکت‌های مخابراتی، شبکه‌های اینترنتی و مراکز داده تبدیل شوند. ویژگی‌هایی چون مصونیت در برابر تداخل الکترومغناطیسی، کاهش چشمگیر اتلاف انرژی، امنیت بالا در انتقال داده‌ها و وزن کم این کابل‌ها، آن‌ها را از بسیاری جهات نسبت به سیم‌های مسی برتر کرده است.
در نهایت، می‌توان گفت فیبر نوری در مسیر تبدیل شدن به یک استاندارد جهانی در ارتباطات و انتقال داده‌ها قرار دارد. با پیشرفت فناوری و کاهش هزینه‌ها، انتظار می‌رود که به‌زودی شاهد جایگزینی کامل کابل‌های مسی با کابل‌های فیبر نوری باشیم. آگاهی از ساختار، انواع، مزایا و معایب فیبر نوری نه‌تنها به انتخاب صحیح کابل کمک می‌کند، بلکه ما را برای ورود به دنیای ارتباطی آینده آماده‌تر می‌سازد.