مقاله فیبر نوری

در این مطلب از سایت دانلود مقالات فارسی مقاله فیبر نوری (دانلود تحقیق و مقالات رشته کامپیوتر و مخابرات) را به صورت فایل WORD  و قایل ویرایش برای شما کاربران گرامی گردآوری کرده ایم که دارای ۸۵ صفحه می باشد که بعد از پرداخت و خرید لینک دانلود مقاله فیبر نوری برای شما نمایش داده خواهد شد.

مقاله فیبر نوری

چکیده
از کجا مرور تاریخی این موضوع را شروع کنیم؟ نور همیشه با ما بوده است . مخابرات با استفاده از نور در اوائل دوران پیشرفت بشری ، از زمانی که بشر ابتدا با استفاده از علامت دادن با دست پیام خود را ارسال می‌کرد، شروع شده است . این خود بطور بدیهی یک نوع مخابرات نوری است و در تاریکی قابل اجرا نمی‌باشد . درخلال روز ،منبع نور برای سیستم مورد مثال خورشید است . اطلاعات از فرستنده به گیرنده روی پرتو نور خورشید حمل می‌گردد . نور برحسب حرکات دست تغییر وضعیت داده و یا مدوله می‌گردد . چشم پیام را آشکار کرده و مغز پردازش لازم را روی آن انجام می‌دهد . در این سیستم ، انتقال اطلاعات کُند ، میزان اطلاعات قابل انتقال در یک زمان معین محدود و احتمال خطا زیاد است . سیستم نوری دیگری که برای مسیرهای طولانی‌تر مفید است ارسال علائم دودی است . پیام با استفاده از تغییر شکل دود حاصل از آتش ارسال می‌گردیده است. در این سیستم به طرح و یادگیری یک رمز بین فرستنده و دریافت‌کننده نیاز می‌باشد. این سیستم  با سیستمهای جدید مخابرات دیجیتال که درآن از رمزهای پالسی استفاده می‌شود قابل قیاس است .
در سال ۱۸۸۰ الکساندر گراهام بل یک سیستم مخابرات نوری به نام فوتوفون را اختراع کرد . در این  سیستم ، بل از آئینه نازک که توسط صدا به لرزه در می‌آید استفاده نمود . نور خورشید منعکسه از این آئینه اطلاعات را حمل می‌کند . در گیرنده ، این نور خورشید مدوله شده به سلنیوم هادی نور اصابت می‌کند و در آن به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود . این سیگنال الکتریکی در یک تلفن مجدداً به سیگنال صوتی تبدیل می‌گردد . با وجودی که سیستم فوق نسبتاً خوب کار می‌کرد هرگز یک موفقیت تجارتی کسب نکرد . ابداع لامپهای ساخته بشر منجر به ساخت سیستمهای مخابراتی ساده مثل چراغهای چشمک زن بین دو کشتی و یا بین کشتی و ساحل ، چراغهای راهنمای اتومبیلها ویا چراغهای راهنمائی گردید . در واقع هر نوع چراغ راهنما در اصل یک سیستم مخابرات نوری است .
تمام سیستمهای شرح داده شده فوق دارای ظرفیت اطلاعاتی کمی هستند . یک جهش اساسی که منجر به ایجاد سیستمهای مخابرات نوری با ظرفیت زیاد شد کشف لیزر بود که اولین نوع آن در سال ۱۹۶۰ ساخته شد . لیزر یک منبع انتشار نور با عرض باند کم مناسب ، قابل استفاده به عنوان حامل اطلاعات را فراهم می‌آورد . لیزرها قابل قیاس با منابع فرکانس رادیوئی مورد استفاده در مخابرات معمولی هستند . سیستمهای مخابرات نوری هدایت نشده (بدون تار) کمی بعد از کشف لیزر توسعه یافتند . مخابره اطلاعات توسط پرتوهای نوری که در جو سیر می‌کنند به آسانی انجام گردید . نقاط ضعف عمده این سیستمها عبارتند از :نیاز به یک جوّ شفاف ، نیاز به داشتن دید و مسیر مستقیم به فرستنده و گیرنده ، و احتمال آسیب رسیدن به چشم بیننده‌ای که به طور ناآگاهانه ممکن است به پرتو نگاه کند . موارد استفاده اولیه سیستمهای نوری ، هر چند محدود ، باعث ایجاد علاقه به سیستمهای نوری شد که بتواند پرتو نور را هدایت کند و بر معایب ذکر شده در ارسال هدایت نشده نور غلبه نماید .
بعلاوه ، پرتو هدایت شده می‌تواند در گوشه‌ها (انحراف مسیر) خم شود و خطوط انتقال آن می‌توانند در زیر زمین کار گذاشته شوند . کارهای اولیه انجام شده روی سیستمهای لیزری جوی اکثر اصول نظری و خیلی از ادوات لازم برای مخابرات نوری را فراهم نموده‌اند . در خیلی از موارد دیودهای نورگسیل (LED ) که به باریکی لیزر هم نیستند مناسب می‌باشند .
در سالهای ۱۹۶۰ جزء کلیدی در سیستمهای عملی تاری ، یعنی یک تار با کارائی مناسب ، وجود نداشت . هر چند که ثابت شده بود نور می‌تواند توسط یک تار شیشه‌ای هدایت شود ، تارهای شیشه‌ای موجود بیش از اندازه نور را تضعیف می‌نمود . در سال ۱۹۷۰ اولین تار واقعی با افت کم ساخته شد و مخابرات تار نوری عملی گردید . این موضوع درست ۱۰۰ سال پس از آزمایش جان‌تیندال فیزیکدان انگلیسی بود که به مجمع سلطنتی نشان داد که نور می‌تواند در طول یک مسیر منحنی در بخار آب هدایت شود . هدایت نور توسط تارهای شیشه‌ای و توسط بخار آب شواهدی بر یک پدیده واحد هستند ( پدیده انعکاس داخلی کلی).

مقدمه
یک گرایش از مهندسی برق است که خود به دو زیر مجموعه میدان و امواج و سیستم تقسیم می‌شود. در گرایش سیستم هدف فرستادن اطلاعات از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر است. اطلاعات معمولاً به صورت سیگنال‌های الکترونیکی وارد ” فرستنده ” می‌شوند، با روشهای مختلف به “گیرنده” انتقال پیدا می‌کنند، و سپس دوباره به سیگنالهای الکترونیکی حامل اطلاعات فرستاده شده تبدیل می‌گردند. مدیومهای ( محیط‌های ، کانالهای ، رسانه‌های ) انتقال سیگنالها از فرستنده به گیرنده شامل سیم مسی ( زوج سیم ، کابل هم محور )، امواج رادیویی   ( بی‌سیم )، موجبرها ،و فیبرنوری می‌شوند.
سیگنالها و سیستم‌های مخابراتی به دو نوع تقسیم می‌شوند : آنالوگ و دیجیتال. سیگنال‌های آنالوگ دارای مقادیر پیوسته در زمانهای پیوسته هستند، در حالی که سیگنالهای دیجیتال فقط در زمانهای معینی ( samples ) دارای مقادیر گسسته ( مثلاً ۰یا ۱ ) هستند. رادیوهای AM و FM و تلفن‌های شهری نمونه‌هایی از سیستم‌های مخابراتی آنالوگ هستند. مودم‌های کامپیوتر، تلفنهای همراه جدید، و بسیاری از دستگاههای جدید دیگر مخابراتی با سیگنالهای دیجیتال کار می‌کنند.
اهداف اصلی مهندسی مخابرات عبارتند از فرستادن اطلاعات با بالاترین سرعت ممکن (برای‌سیسم‌های دیجیتال ) ، پایین ترین آمار خطا ، و کمترین میزان مصرف از منابع (انرژی و پهنای باند). برای دستیابی به این اهداف و تجزیه و تحلیل عملکرد سیستم‌های مخابراتی ، این رشته مهندسی از آمار و احتمالات بهره فراوانی می‌گیرد .

فیبر نوری
پس از اختراع لیزر در سال ۱۹۶۰ میلادی ، ایده بکارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت . خبرساخت اولین فیبر نوری در سال ۱۹۶۶ همزمان در انگلیس و فرانسه با تضعیفی برابر با ؟ اعلام شد که عملاً در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اینکه در سال ۱۹۷۶ با کوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فیبر نوری تولیدی شدیداً کاهش داده شد و به مقداری رسید که قابل ملاحظه با سیم‌های هم محور بکار رفته در شبکه مخابرات بود .

فیبر نوری از پالس‌های نور برای انتقال داده‌ها از طریق تارهای سیلکون بهره می‌گیرد . یک کابل فیبرنوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد می‌تواند صدها هزار مکالمه صوتی را حمل کند . فیبرهای نوری تجاری ظرفیت ۵/۲ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌سازند . فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود . درونی‌ترین لایه را هسته می‌نامند . هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب‌کننده از شیشه خالص (معمولاً) 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 . حول هسته 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 باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌رسند . این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) می‌نامند . 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، حول پوسته چند لایه محافظ ، شامل یک پوشش قرار می‌گیرد .

یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد . این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد ، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد . قطر یک کابل نمونه کمتر از یک‌اینچ است .

از لحاظ کلی ، دو نوع فیبر وجود دارد : تک حالتی و چند حالتی . فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌دهد ، در حالی که فیبر چند حالتی می‌تواند صدها حالت نور را به طور همزمان انتقال بدهد .

فیبر نوری در ایران
در ایران در اوایل دهه ۶۰ ، فعالیت پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه ، بر پائی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک را در پی داشت و عملاً در سال ۱۳۷۳ تولید فیبر نوری با ظرفیت ۵۰۰۰۰کیلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند.

فیبر نوری یک موجبر استوانه‌ای از جنس شیشه یا پلاستیک است که دو ناحیه مغزی و غلاف با ضریب شکست متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده است. برپایه قانون اسنل برای انتشار نور در فیبر نوری شرط : می‌بایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکست‌های مغزی و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعیف می‌شود. این عوامل عمدتاً ناشی از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند. منحنی تغییرات تضعیف بر حسب طول موج در شکل زیر نشان داده شده است. سیستم‌های مخابرات فیبر نوری گسترش ارتباطات و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم‌های انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت‌ترین موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی‌های مخابرات فیبر نوری می‌باشد. یکی از پر اهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال در فرستادن سیگنال‌های حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم‌بندی در حوزه زمانی را دارا می‌باشد. این به این معنی است که مخابرات دیجیتال تامین‌کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکیجهای کوچک انتقال در حوزه زمانی است. برای مثال عملکرد مخابرات فیبر نوری با توانایی ۲۰ مگاهرتز با داشتن پهنای باد ۲۰ کیلوهرتز دارای گنجایش اطلاعاتی ۱,۰% می‌باشد. امروزه انتقال سیگنالها به وسیله امواج نوری به همراه تکنیکهای وابسته به انتقال شهرت و آوازه سیستم‌های انتقال ماهوارهای را به شدت مورد تهدید قرار داده است. دیر زمانی است که این مطلب که نور می‌تواند برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قـرار گیرد به اثبات رسیده است و بشـر امـروزه توانسته است که از سرعت فوق‌العـاده آن به بهترین وجه استفاده کند. در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید، در ۱۵ سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان‌ یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبرهای نوری فاکتورهای جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده است. مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قراردادی تلقی می‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می‌شد. با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اما سیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم‌ مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی مانده است. از دلایل این امر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد : ۱) تکنیکهای مخابرات در سیستم‌های جدید مورد استفاده قرار می‌گرفت.         ۲) سیستم‌های جدید با بالاترین تکنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود. ۳) انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیکهای دیجیتال را فراهم می‌ساخت. این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات را به صورت بیت به بیت پاسخگو بود.

توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع : از آنجایی که مخابرات فیبر نوری دارای کارایی بالاتری نسبت به سیمهای مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته است.
آزادی از نویزهای الکتریکی : بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شیشه به دلیل رسانندگـی انتخاب می‌شود. در نتیجه یک حامـل موج نـوری مـی‌تواند از پتـانسیل مـوثـر

میدانهای الکتریکی در امان باشد. از قابلیت‌های مهم این نوع مخابرات می‌توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنالهای نام برده بدون آلودگی از پارازیت‌های الکتریکی و یا سیگنالهای مداخله‌گر به حداکثر کارایی خود خواهند رسید.

فیبرهای نوری نسل سوم
طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۵۵/۱ میکرون و از حداقل پاشندگی در طول موج ۳/۱ میکرون بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده ۳/۱ میکرون قرار داشت، به محدوده ۵۵/۱ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.

کاربردهای فیبر نوری
کاربرد در حسگرها : استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌های اخیر شروع شده است. در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره‌گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیرپذیر می‌شود.
کاربردهای نظامی : فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها، ارتباط زیردریاییها ( هیدروفون ) را نام برد.
کابردهای پزشکی : فیبر نوری در تشخیص بیماری‌ها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان چنده‌سنجی ( دزیمتری ) غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات و خون نام برد.

فن آوری ساخت فیبرهای نوری
برای تولید فیبر نوری،نخست ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش‌سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌شود. از سال ۱۹۷۰ روش‌های متعددی برای ساخت انواع پیش‌سازه‌ها به کار رفته است که اغلب آنها بر مبنای رسوب‌دهی لایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.

روشهای ساخت پیش‌سازه
روش‌های فرآیند فاز بخار برای ساخت پیش‌سازه فیبر نوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد :
رسوب‌دهی داخلی در فاز بخار
رسوب‌دهی بیرونی در فاز بخار
رسوب‌دهی محوری در فاز بخار

مواد لازم در فرایند ساخت پیش‌سازه
تتراکلرید سیلیکون : این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرایند مورد نیاز است.
تتراکلرید ژرمانیوم : این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش‌سازه استفاده می‌شود.
اکسی کلرید فسفریل : برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش‌سازه، این مواد وارد واکنش می‌شود.
گاز فلوئور : برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می‌شود.
گاز هلیم : برای نفوذ حرارتی و حباب‌زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.
گاز کلر : برای آب‌زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است.

کاربردهای فیبر نوری
کاربرد در حسگرها : استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح ضایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌های اخیر شروع شده است. در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره‌گیری می‌شود بدین‌ ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیرپذیر می‌شود.
کاربردهای نظامی : فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در و کنترل با آنتن
کابردهای پزشکی : فیبر نوری درتشخیص آن جمله می‌توان چنده‌سنجی ( دزیمتری ) غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، استفاده در فن‌ آوری ساخت فیبرهای نوری

برای تولید فیبر نوری، نخست ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش‌سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌شود. از سال ۱۹۷۰ روش‌های متعددی برای ساخت انواع پیش‌سازه‌ها به کار رفته است که اغلب آنها بر مبنای رسوب‌دهی لایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.

روش‌های ساخت پیش‌سازه
روش‌های فرآیند فاز بخار برای ساخت پیش‌سازه‌ فیبر نوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد :

رسوب‌دهی داخلی در فاز بخار
رسوب‌دهی بیرونی در فاز بخار
رسوب‌دهی محوری در فاز بخار
مواد لازم در فرایند ساخت پیش‌سازه

تتراکلرید سیلیکون : این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرایند مورد نیاز است.
تتراکلرید ژرمانیوم : این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش‌سازه استفاده می‌شود.
اکسی کلرید فسفریل : برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش‌سازه، این مواد وارد واکنش می‌شود.
گاز فلوئور : برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می‌شود.
گاز هلیم : برای نفوذ حرارتی و حباب‌زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.
گاز کلر : برای آب‌زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است.

مراحل ساخت
مراحل صیقل گرمایشی : پس از نصب لوله با عبور گازهای کلر و اکسیژن، در دمای بالاتر از ۱۸۰۰ درجه سلسیوس لوله صیقل داده می‌شود تا بخار آب موجود در جدار درونی لوله از آن خارج شود.
مرحله اچینگ : در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می‌شود تا ناهمواری‌ها و ترک‌های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند.
لایه‌نشانی ناحیه غلاف : در مرحله لایه‌نشانی غلاف، ماده تتراکلرید‌سیلیسیوم ‌و اکسی‌کلریدفسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیم و فرئون وارد لوله شیشه‌ای می‌شوند و در حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی ۱۲۰ تا ۲۰۰ میلی‌متر در دقیقه در طول لوله حرکت می‌کند و دمایی بالاتر از ۱۹۰۰ درجه سلسیوس ایجاد می‌کند، واکنش‌های شیمیایی زیر به ‌دست می‌آیند.

ذرات شیشه‌ای حاصل از واکنش‌های فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه    داغ‌پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب می‌کنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال می‌شود به طوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می‌گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت می‌شوند. بدین‌ ترتیب لایه‌های شیشه‌ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می‌گردند و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می‌دهند.
فیبر نوری بسترساز تبادل سریع و با کیفیت اطلاعات

در عصر کامپیوتر و ماهواره‌ها بشر می‌تواند در آن واحد تصویر، صدا و دیگر اطلاعات مورد نیاز خود را در حداقل زمان دریافت یا ارسال کند. همزمان با ورود به قرن ۲۱ توجه دست‌اندرکاران صنعت مخابرات و مراکز تحقیقاتی به فناوری روز دنیا یعنی فیبر نوری بیشتر شد به اعتقاد یکی از کارشناسان ارتباطات با استفاده از فیبر نوری زیرساخت‌های محلی و شهری ارتباطات قادر خواهد بود با سرعت‌های بیشتر و کیفیت برتر به یکدیگر و به زیرساخت‌های منطقه‌ای و جهانی اطلاعات بپیوندند.

با بکارگیری آخرین فناوری‌های انتقال نوری، زیرساخت لازم برای تمام کاربردهای الکترونیکی از قبیل تجارت الکترونیکی، دولت الکترونیکی و بانکداری الکترونیکی فراهم می‌شود و ارائه خدمات ارتباطی ارزان، پرسرعت، ایمن و با کیفیت عالی به همه اقشار امکان‌پذیر می‌گردد.

فیبر نوری چیست؟ ساختار فنی آن چگونه است و از چه موادی ساخته می‌شود؟
فیبر نوری یکی از محیط‌های انتقال هدایت شده است که در مخابرات مورد استفاده قرار می‌گیرد. محیط انتقال، جایی بین فرستنده و گیرنده است. وقتی پیامی مانند دیتا، تصویر، صدا و یا فیلم قرار است انتقال داده شود نیاز به محیط انتقالی مثل فضای آزاد که ارتباط « وایرلس » بی‌سیم را شامل می‌شود، خط دو سیمه تلفنی، کابل کواکسیال و یا فیبر نوری است. در حقیقت می‌توان گفت از نظر ساختاری فیبر نوری یک موج بر استوانه‌ای از جنس شیشه یا پلاستیک است که از دو ناحیه مغزی و غلاف یا هسته و پوسته با ضریت شکست متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده است فیبر نوری از امـواج نـور برای انتقـال داده‌هـا از طریق تـارهای شیشه‌ یا پلاستیک بهـره می‌‌گیرد. هر چند استفاده از هسته پلاستیکی هزینه ساخت را پایین می‌آورد، اما کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. مغز و غلاف یا هسته و پوسته با هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند. قطر هسته و پوسته حدود ۱۲۵ میکرون است ( هر میکرون معادل یک میلیونیوم متر است ) چند لایه محافظ در یک پوشش حول پوسته قرار می‌گیرد و یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد که می‌تواند شامل صدها فیبر نوری مختلف باشد. هر کابل نوری شامل دو رشته کابل مجزا یکی برای ارسال و دیگری دریافت دیتا در نظر گرفته می‌شود با گسترش فناوری‌های اطلاعات و ارسال پهنای باند بیشتر اطلاعات، ما احتیاج به محیط‌های انتقال هدایت شده‌ای داریم که بتواند پهنای باند بیشتری را هدایت کند. پهنای باند بیشتر به معنای ارسال اطلاعات بیشتر یا سرعت بالاتر اطلاعات است. در حقیقت می‌توان گفت ظرفیت و سرعت دو دلیل اصلی استفاده از شبکه فیبر نوری است. امروزه یک کابل مسی انتقال داده را تنها با سرعت یک گیگابایت در ثانیه ممکن می‌کند در حالی که یک فیبر نوری به ضخامت تار مو امکان انتقال‌های چندگانه را به طور همزمان با سرعتی حتی بیشتر از ۱۰ گیگابایت در ثانیه به ما می‌دهد که این سرعت روز به روز افزایش می‌یابد. از آنجایی که در فیبر نوری ما از امواج نوری یا لیزری استفاده می‌کنیم که دارای فرکانس بسیار بالاتری از ماکروویو است بنابراین می‌توان پهنای باند بیشتری را ارسال کرد. در مخابرات هر چه فرکانس امواجی که می‌خواهیم اطلاعات را روی آن ارسال کنیم بیشتر باشد پهنای باند بیشتری را می‌توانیم انتقال دهیم.
استفاده از فیبر نوری چه مزایایی دارد؟ آیا با انتقال امواج از طریق ماهواره قابل مقایسه است؟

اولین مزیتی که فیبر نوری دارد این است که از تمام محیط‌های انتقالی که وجود دارد چه وایرلس و سیمی، و چه هدایت شده و غیرهدایت شده پهنای باند بیشتری به ما می‌دهد یعنی در حقیقت می‌تواند اطلاعات بیشتری ارسال کند. ارتباطات ماهواره‌ای تنها فناوری است که می‌تواند با فیبر نوری در زمینه انتقال داده‌ها رقابت کند. ولی چون فرکانس لیزری که استفاده می‌شود از فرکانسی که در امواج ماهواره‌ای استفاده می‌شود بیشتر است بنابرین داده‌های بیشتری از طریق فیبر نوری انتقال داده می‌شود. استفاده از فیبر نوری یک روش نسبتاً ایمن برای انتقال داده است زیرا برعکس کابل‌های مسی که دیتا را به صورت سیگنا‌ل‌های الکترونیکی حمل می‌کنند فیبر نوری در مقابل سرقت اطلاعات آسیب‌پذیر نیست. یعنی کابل فیبر نوری را نمی‌توان قطع کرده و اطلاعات را به سرقت برد.

مسئله دیگر ارزان قیمت بودن آن است به ویژه در مقایسه با ارتباطات از طریق ماهواره. یکی دیگر از مزایای فیبر نوری در مقایسه با کابل‌های سیمی و کواکسیان سبک‌ بودن و راحتی تعبیه آن بین دو نقطه است. نکته بعدی این است که سیستم‌های کابلی در طول انتقال نیاز به تکرارکننده یا ریپیتر زیادتری برای تقویت امواج دارند در حالی که برای یک سیستم کابل نوری به علت افت بسیار کمی که دارد تعداد تکرارکننده کمتری استفاده می‌شود باید گفت هرچه فیبر خالص‌تر و دارای طول موج بیشتری باشد پورت‌های نور کمتری جذب و تضعیف سیگنال کمتر می‌شود و در نتیجه نیاز به تکرارکننده که یک سیگنال را دریافت کرده و قبل از ارسال به قطعه بعدی فیبر، آن را تقویت می‌کند کاهش می‌یابد و همین باعث می‌شود قیمت تمام‌شده سیستم پایین بیاید.

از طرف دیگر فیبرهای نوری از عوامل طبیعی کمتر تأثیر می‌پذیرند. بدین صورت که میدان‌های مغناطیسی و یا الکتریکی شدید بر آن هیچ تأثیری نمی‌گذارد و خطر تداخل امواج پیش نمی‌آید به همین دلیل می‌توان آنها را برخلاف کابل مسی از کنار کابل‌های فشار قوی یا ژنراتورهای برق عبور داد. همچنین خواصی همچون ضد آب بودن آن باعث شده تا از آن، روز به روز به طور گسترده‌تری استفاده شود.
آیا استفاده از فیبر نوری معایبی هم دارد؟

برای این که دیگر در فیبر نوری با سیگنال الکتریکی سروکار نداریم باید از ادواتی مثل تقویت‌کننده‌ها و آشکارسازهای نوری استفاده کنیم که تا حدودی گران است. از سوی دیگر از فیبرنوری فقط می‌توان برای انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع‌های نوری استفاده کرد و نمی‌توان برای انتقال الکتریسیته استفاده کرد.

اتصال فیبر نوری به یکدیگر بسیار مشکل و وقت‌گیر و نیاز به یک کادر فنی سطح بالا دارد یکی از ایرادهای مهمی که به فیبر نوری وارد می‌شود این است که به راحتی کابل‌ها را نمی‌توان پیچ ‌و خم داد زیرا زاویه تابش نور در داخل آن تغییر کرده و باعث می‌شود نور از سطح آن خارج شود و از طرف دیگر آنها را نمی‌توان به‌ راحتی قطع کرد و برای قطع آنها نیاز به تخصص ویژه‌ای است چون در غیراین صورت زاویه شکست عوض می‌شود.
استفاده از فیبر نوری چه تاثیری در گسترش فناوری اطلاعات و ارتباطات دارد ؟

امروزه با توجه به سرعت تولید علم و دانش نیاز به افزایش سرعت تبادل آنها بیشتر شده است . دنیا به سمتی می‌رود که از ابزاری استفاده کند که با ارائه پهنای باند بیشتر همزمان تعداد بیشتری به راحتی و با سرعت زیاد اطلاعات را در اختیار داشته باشند یا همزمان بتوانند به راحتی با موبایل یا تلفن صحبت کنند و به اینترنت وصل شوند و فیبر نوری یکی از فناوری‌هایی است که می‌تواند این امکان را فراهم کند .

بکارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات از سال ۱۹۶۶ شکل گرفت ولی تا سال ۱۹۷۶ عملاً در انتقال داده قابل استفاده نبود ولی اکنون شرکت‌های تلویزیون کابلی و شرکت‌های چند ملیتی جهت انتقال داده‌ها و اطلاعات مالی در سراسر جهان و … از فیبر نوری استفاده می‌کنند . اکنون در ایران با توجه به زیاد شدن کاربران اینترنت، استفاده کنندگان از تلفن ثابت و موبایل و مهمتر از همه به خاطر این که ایران در مسیر شاهراه اطلاعات بین اروپا و چین قرار دارد ضرورت استفاده از شبکه فیبر نوری حس شده و بهره‌برداری از آن اجرائی می‌شود . البته باید توجه داشت استفاده از فیبر نوری به موازات استفاده از بقیه سیستم‌های انتقال اطلاعات صورت می‌گیرد .
فیبر نوری چه کاربرد‌های دیگری دارد ؟

استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی ، میدان‌مغناطیسی ، فشار، حرارت و جابجائی آلودگی آب‌های دریا ، سطح مایعات ، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس بهره گرفته می‌شود . یکی دیگر از کاربردها فیبر نوری در صنایع دفاعی و نظامی است که از آن جمله می‌توان به برقراری اتباط و کنترل با آنتن رادار ، کنترل و هدایت موشک‌ها و ارتباط زیر دریایی‌ها اشاره کرد . فیبر نوری در پزشکی نیز کاربردهای فراوانی دارد از جمله در دزیمتری غدد سرطانی ، شناسائی نارسائی‌های داخلی بدن ، جراحی لیزری ، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری خون و مایعات بدن .

ظرفیت و سرعت زیاد و ایمنی اطلاعات از دلایل اصلی استفاده از شبکه فیبر نوری است .

فیبر نوری در اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی ، صنایع دفاعی و نظامی و پزشکی به کار گرفته می‌شود‌.

شبکه ملی فیبر نوری
با افتتاح شبکه ملی فیبر نوری کشور به طول ۵۷ هزار کیلومتر ، همه شهرها و مراکز استان‌ها و نقاط مرزی کشور از شبکه زیر ساختی لازم با کیفیت بالا برخوردار می‌شوند . این شبکه قرار است به شبکه فیبر نوری کشورهای همسایه نیز متصل شود .

سیستم‌های مخابرات فیبر نوری
در این بخش موضوع مخابرات تار نوری را تعریف کرده و نحوه برخورد خود با این بحث را توضیح خواهیم داد . ما در این بخش مزیتهای زیاد این سیستم مخابراتی را بر سایر روشهای ممکن مرور می‌نمائیم و موارد استفاده آن را تشریح می‌کنیم . این موارد شامل تارها ، نور ، مخابرات ، مخابرات نوری و بالاخره سیستمهای کامل مخابرات تار نوری هستند . وضعیت اجمالی یک سیستم کامل در این بخش نشان داده می‌شود .

سیستم مخابراتی پایه
یک سیستم مخابراتی ، ، شامل فرستنده ، گیرنده و کانال اطلاعات است .

در فرستنده ، خبر تولید شده و به شکل قابل انتقال توسط کانال اطلاعات در می‌آید . اطلاعات از فرستنده به گیرنده توسط این کانال ارسال می‌گردد . کانالهای اطلاعات می‌توانند به دو نوع تقسیم شوند : کانالهای هدایت نشده و کانالهای هدایت شده . جوّ ، مثالی از یک کانال هدایت نشده است که امواج در آن می‌توانند انتشار یابند .

سیستمهائی که از جوّ به عنوان کانال انتقال استفاده می نمایند شامل رادیوهای تجارتی ، فرستنده‌های تلویزیونی و خطوط رله ماکروویو می‌باشند . کانالهای هدایت شده شامل ساختارهای انتقالی متفاوتی هستند . چند تائی از این کانالها عبارتند از خط دو سیمه ، کابل هم محور و موجبر مستطیلی . نصب و سرویس خطوط هدایت شده بیش ازکانالهای جوی هزینه در بر دارد . مزایای کانالهای هدایت شده عبارتند از پنهانی بودن ، عدم وابستگی به هوا و قابلیت آن برای انتقال پیام از بین ، از زیر و یا از روی ساختارهای فیزیکی . موجبرهای تاری این مزایا و مزیتهای دیگری را دارا می‌باشند . بعداً در این بخش این مزایا را بر خواهیم شمرد . در گیرنده‌،خبر از کانال گرفته می‌شود و بصورت نهائی آن در می‌آید .

دیاگرام بلوکی مفصل‌تری ، ولی هنوز کاملاً کلی ، از یک سیستم مخابراتی  دیده می‌شود . توضیح مختصری از هر بلوک این شکل درک روشنی برای اجزاء یک سیستم مخابراتی به ما می‌دهد . در توصیفات ما از این اجزاء بر مواردی تأکید می‌شود که برای سیستمهای تاری مناسب هستند ، هر چند که این دیاگرام برای سایر خطوط مخابراتی نیز قابل استفاده می‌باشد .

منشاء پیام
منشاء پیام می‌تواند اشکال فیزیکی متفاوتی داشته باشد . در اغلب اوقات منشاء پیام یک مبدّل است که پیام غیر الکتریکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. نمونه‌های متداول شامل میکروفونها برای تبدیل امواج صوتی به جریانهای الکتریکی و دوربین‌های تلویزیونی برای تبدیل تصویر به جریان الکتریکی می‌باشند. در بعضی حالتها مثل انتقال داده‌ها بین کامپیوتر‌ها و یا بین قسمتهای مختلف یک کامپیوتر پیـام خود به خود به شکـل الکتریکـی می‌باشد . ایـن وضعیت در موقعـی که یک خط

ارتباطی نوری قسمتی از یک سیستم بزرگ باشد نیز پیش می‌آید . نمونه‌های این حالت شامل تارهائی هستند که در قسمت زمینی یک سیستم مخابراتی ماهواره‌ای بکار می‌روند و یا تارهائی که در رله‌های تلویزیون کابلی مورد استفاده قرار می‌گیرند . در هرحال ، چه در مخابرات نوری و چه در مخابرات الکتریکی ، اطلاعات قبل از ارسال، بایستی به شکل الکتریکی باشد .

مدولاتور
مدولاتور دو کار اصلی دارد . اول ، پیام الکتریکی را به شکل مناسبی تبدیل می‌کند . دوم ، این پیام الکتریکی را بر روی یک موج تولید شده توسط منبع حامل تأثیر می‌دهد . دو نوع مدولاسیون وجود دارد : آنالوگ و دیجیتال . سیگنال آنالوگ پیوسته است و فرم پیام اصلی را بطور دقیق بازسازی می‌کند . به عنوان مثال ، فرض کنید یک موج صوتی تک فرکانسی می‌خواهد ارسال گردد . اگر این موج به یک میکروفن وارد شود ، جریان الکتریکی تولید شده از آن ، همان شکل موج صوت ورودی را خواهد داشت . دراین حالت مدولاتور نیازی به تغییر شکل سیگنال ندارد . ممکن است مناسبت داشته باشد که سیگنال تقویت شود بطوری که به اندازه کافی قدرت داشته باشد تا بتواند منبع حامل را متأثر کند .

مدولاسیون دیجیتال مربوط به ارسال اطلاعاتی است که به شکل گسسته هستند . . این سیگنال یا روشن و یا خاموش است . حالت روشن معرف ۱ و حالت خاموش معرف صفر است. این حالتها رقمهای باینری ( یا بیتهای ) سیستم دیجیتال هستند. میزان یا سرعت داده تعداد بیتی است که در هر ثانیه ارسال می‌گردد. ممکن است که این رشته پالسهای روشن و خاموش، فرم رمز شده یک پیام آنالوگ باشد. یک مبدل آنالوگ به دیجیتال پیام آنالوگ را به یک رشته دیجیتالی تبدیل می‌کند. عکس این پردازش در گیرنده انجام می‌گردد که در آن رشته دیجیتالی به پیام آنالوگ تبدیل می‌شود. برای تأثیر دادن سیگنال دیجیتال روی یک موج حامل فقط کافی است که مدولاتور در مواقع مناسب، منبع تولید موج حامل را روشن و یا خاموش کند.

فهرست مطالب مقاله فیبر نوری:
چکیده
فصل ۱
فیبر نوری ۲
فصل ۲ ۱۴
سیستمهای مخابراتی ۱۵
مدولاتور ۱۶
تزویج کننده مدولاتور ۱۹
کانال اطلاعات ۲۰
پردازشگر سیگنال ۲۳
محاسبه سطوح توان بر حسب دسیبل ۳۲
فصل ۳ ۳۵
طبیعت نور ۳۶
طبیعت ذره ای نور ۳۸
مزایای تارها ۳۹
کاربردهای مخابرات تار نوری ۴۶
فصل ۴ ۶۳
ساختارهای مخابرات ۶۵
برج های خودپشتیبان ۶۵
سازمان ماهواره ای ارتباطات ۷۱
شرکت PANAM SMAT ۷۲
اتحادیه ارتباطات تلفنی بین الملل ۷۴
کنسول ITU ۷۵
بخش ارتباطات رادیویی ۷۵

---

این مقاله به صورت ورد (docx ) می باشد و تعداد صفحات آن ۸۵ صفحه آماده پرینت می باشد
چیزی که این مقاله  را متمایز کرده است آماده پرینت بودن مقاله  می باشد تا خریدار از خرید خود راضی باشد
مقاله را با ورژن office2007 به بالا بازکنید

---

مقاله فیبر نوری به صورت فایل دانلودی می باشد  شما بعد از پرداخت مبلغ مورد نظر می توانید در همان لحظه فایل را دریافت نمایید. در صورتی که به هر دلیلی موفق به پرداخت و یا دانلود نشدید از قسمت تماس با ما سایت، به ما اطلاع دهید تا در کمترین زمان ممکن به مشکلات شما رسیدگی کنیم.