كابل فيبر نوري و هرآنچه در رابطه با آن بايد بدانيد

فيبر نوري چيست؟

فيبر نوري يا optical-fiber رشته باريك و بلندي از يك ماده شفاف مانند شيشه يا پلاستيك است كه مي تواند نوري را كه از يك سمت وارد شده از سمت ديگر خارج كند. اين كابل ها در يك لوله محافظ مناسب در محيطي كه كابل نصب شده است، قرار مي گيرند.

پهناي باند كابل هاي فيبر نوري بسيار بيشتر از كابل هاي معمولي مي باشد، با فيبر نوري مي توانيد تلوزيون، تلفن، ويدئو كنفرانس و ساير داده ها را به آساني با پهناي باند بالا تا حداكثر 10 گيگابيت منتقل كنيد.

استفاده از كابل هاي فيبر نوري تقريباً روش جديدي است كه خانه و محل كار را به اينترنت متصل مي نمايد. وقتي اسمي از كابل هاي فيبر نوري به ميان مي آيد، اولين چيزي كه به ذهن هر كسي خطور مي كند سرعت بالاي انتقال مي باشد. در واقع ، كابلهاي فيبر نوري كه براي اينترنت استفاده مي شود داراي سرعت بالايي به خصوص در مسافت هاي طولاني هستند.

در واقع فيبر نوري اطلاعات را بصورت سيگنال هاي الكتريكي يا الكترومغناطيسي ارسال نكرده بلكه اطلاعات را بصورت نور با طول موج ليزر ارسال مي كند. بنابراين، شما از يك طرف سيگنال ديتاي خود را به پالس هاي نوري تبديل و بصورت ۰ و ۱ نوري ارسال كرده و از طرف ديگر اين صفر و يك ها را تشخيص داده و به سيگنال هاي الكتريكي تبديل مي كند.

تاريخچه كابل فيبر نوري:

از طرفي ديگر ايده استفاده از شكست براي هدايت نور براي اولين بار در سال 1840 توسط Daniel Colladon و Jacques  Babinet در پاريس پيشنهاد شد. شايد بتوان گفت كه اولين سير تكاميلي سيستم ارتباط نوري توسط الكساندر گراهام بل در سال 1880 صورت گرفت. گراهام بل اختراع تلفن نوري يا فوتون يا سيستمي كه صدا را تا فاصله چند صد متري منتقل مي كند به ثبت رساند.

كاكو و كوكهام انگليسي براي اولين بار استفاده از شيشه را بعنوان محيط انتشار مطرح كردند. آن‌ها مبناي كار خود را دستيابي به سرعتي حدود 100 مگابيت بر ثانيه و بيشتر بر روي محيط‌هاي انتشار شيشه قرار دادند. كه البته اين سرعت انتقال با تضعيف زياد انرژي همراه بود. اين دو محقق انگليسي، كاهش انرژي را تا آنجا مي‌پذيرفتند كه كمتر از 20 دسي بل نباشد.

اگر چه آنان در رسيدن به هدف خود ناكام ماندند، اما شركت آمريكائي (كورنينگ گلس) به اين هدف دست يافت. در اوايل سال 1960 ميلادي با اختراع اشعه ليزر ارتباطات فيبرنوري ممكن گرديد. در سال 1966 ميلادي، دانشمندان در اين نظريه كه نور در الياف شيشه‌اي هدايت مي‌شود پيشرفت كردند كه حاصل آن از كابلهاي معمولي بسيار سودمندتر بود. چرا كه فيبرنوري بسيار سبكتر و ارزانتر از كابل مسي است و در عين حال ظرفيت انتقالي تا چندين هزار برابر كابل مسي دارد.

توسعه فناوري فيبرنوري از سال 1980 ميلادي به بعد باعث شد كه همواره مخابرات نوري بعنوان يك انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال 1985 ميلادي در دنيا نزديك به 2 ميليون كيلومتر كابل فيبر نوري نصب شده و مورد بهره برداري قرار گرفته ‌است.

همچنين در اوايل دهه شصت فعاليت هاي پژوهشي در زمينه فيبر نوري صورت گرفت كه منجر به برپايي مجتمع توليد فيبر نوري در پونك تهران شد و در سال 1367 كارخانه توليد فيبر نوري در يزد به بهره برداري رسيد. از اين رو، استفاده از كابل‌هاي نوري در ديگر شهرهاي بزرگ ايران آغاز شد تا در آينده نزديك از طريق يك شبكه ملي مخابرات نوري به يكديگر بپيوندند. در همان سال نيز نخستين خط مخابراتي نوري بين تهران و كرج به كار افتاد و تا به امروز ادامه دارد.

آشنايي با ساختار كابل فيبر نوري :

ساختار كابل فيبر نوري با توجه به نوع و كاربرد داراي اجزاء مختلفي هستند كه اين اجزا شامل موارد زير است:

1. فيبر نوري
2. تيوب (محل قرار گيري فيبر نوري)
3. لايه هاي حفاظتي
4. روكش

1.فيبر نوري:

فيبر نوري به دو بخش اصلي تقسيم مي شود:

• هسته (core): فيبر نوري از جنس شيشه (يا پلاستيك) است كه سيگنال هاي نوري در آن حركت مي كنند.
• Cladding: كه از جنس شيشه يا پلاستيك مي باشد و داراي ضريب شكست متفاوتي است كه باعث برگشت نور منعكس شده به داخل هسته مي شود. فيبر نوري معمولا توسط Coting كه يك لايه ي محافظتي در برابر شرايط محيطي است، پوشيده شده است.

2. تيوب (Tube):

تيوب ها اولين لايه مركزي كابل هستند كه تارهاي فيبر طبق رنگ بندي هاي استاندارد درون آن قرار مي گيرند. تعداد تيوب ها حداكثر تعداد رشته هاي فيبر درون كابل را نشان مي دهد.

براي مثال هر تيوب مي تواند حداكثر تا 6 تار فيبر را درون خود جاي دهد پس اگر كابلي با 6 تيوب كه هر تيوب 6 فيبر در خود جاي مي دهد داشته باشيم ،اين كابل از حداكثر 36 تا هسته فيبر نوري پشتيباني مي كند. همچنين اگر تعداد تيوب ها از يك ميزاني بيشتر شود، از يك محوري كه معمولاً از جنس پلاستيكي (FRP) يا آهني (Steel) است، براي جلوگيري از به هم تابيدگي آن ها استفاده مي شود.

3ـ لايه هاي حفاظتي:

لايه هاي حفاظتي متنوعي وجود دارد كه هر كدام از آنها وظيفه ي خاصي بر عهده دارند كه عبارتند از:

• مواد ژله اي: اين لايه خاصيت ضد آب و ضدخورندگي توسط جانوران را داشته و از فيبر نوري در برابر آب و جويدگي جانوران موذي محافظت مي كند.
• لايه ها و يا نوارهاي جاذب رطوبت: اليافي است از جنس پلي استر شبيه به پارچه كه مهمترين وظيفه آن جذب رطوبت و جلوگيري از نفوذ آن به لايه هاي بعدي مي باشد.
• آرمورد: پوشش فلزي از جنس آهن يا آلومينيوم است كه از فيبر در برابر ضربات و صدمات محافظت مي كند.

4ـ روكش ها:

روكش ها بيروني ترين لايه هاي كابل هستند كه عموماً از جنس پلي اتيلن كه مقاومت و انعطاف پذيري بالايي دارند و PVC كه خصوصيت بارز آن انعطاف بالاي آن ها مي باشد، ساخته مي شوند. PE ها خود از چهار نوع High Density، Middle Density، Low Density، LSZH تشكيل مي شوند كه هر يك داراي ويژگي هاي خاصي هستند:

• High Density مقاومت بالايي دارد اما انعطاف پذيري آن ها پايين است.
• Middle Density كه مقاومت و انعطاف پذيري آن ها در يك سطح مي باشد.
• Low Density كه داراي مقاومت پايين و انعطاف پذيري بالايي هستند.
• LSZH ضد اشتعال مي باشد.

انواع كابل فيبر نوري:

كابل هاي فيبر نوري به طور كلي به دو دسته Single mode و Multi mode دسته بندي مي شوند:

• Single mode:

كابل هاي فيبر نوري Single mode يا تك حالته نور را به طور مستقيم و بدون شكست عبور مي دهند. قطر كابل هاي فيبر نوري تك حالته نسبتا باريك و تقريبا برابر 8.3 تا 10 ميكرون است، كه اجازه انتقال تنها يك حالت يا اشعه ي نور در فاصله ي 1310nm يا 1550nm مي دهد.

به همين دليل هنگامي كه نور در هسته ي فيبر نوري single mode جا به جا مي شود، يك انعكاس كوتاه توليد مي شود. اين امر باعث مي شود كه ضريب استهلاك فيبر كاهش يابد و اين توانايي را ايجاد مي كند كه سيگنال بتواند جلوتر برود.

در نتيجه كابل فيبر نوري تك حالته در مسافت هاي طولاني و اپليكيشن هايي كه داراي پهناي باند بالايي هستند، مورد استفاده قرار مي گيرد. همچنين اين كابل ها پهناي باند بالاتري نسبت به كابل هاي چند حالته دارند و به يك منبع نوري با عرض طيفي باريك نياز دارند. فيبرنوري تك حالته سرعت انتقال بالاتري را در اختيار شما قرار مي دهد و تا 50 برابر فاصله بيشتر از كابل هاي فيبر نوري چند حالته ارائه مي دهند، در نتيجه قيمت اين كابل ها بيشتر مي باشد.

• Multimode:

كابل هاي فيبر نوري چند حالته يا Multimode ازالياف شيشه اي ساخته شده اند كه  قطر هسته آن ها تقريبا برابر 50 تا 100 ميكرون است و سايز معمول آن ها تقريبا برابر 62.5 است. اين نوع كابل ها، چند حالت را به صورت همزمان انتقال مي دهند در نتيجه، داده هاي بيشتري مي توانند از هسته ي كابل فيبر نوري Multimode در يك زمان عبور كنند. منبع نوري اين كابل‌ها LED ها هستند و نور را در پرتوهاي متفاوت با طول موج‌هاي متنوعي منتشر مي‌كنند كه اين پرتوها بسته به نوع كابل، شكل انتشارهاي مختلفي را در طول كابل دارند.

 كابل‌هايSingle mode  به دو دسته OS1 و OS2 تقسيم مي‌شوند. كه تفاوت اين دو دسته در طول موج و نحوه انتشار نور در هسته آن ها مي‌باشد.

كابل‌هاي Multi mode به پنج  دسته OM1، OM2، OM3، OM4 و OM5 تقسيم مي‌شوند. در كابل‌هاي نوع OM1,OM2 نور با برخورد به ديواره clad شكسته مي‌شود و طول كابل را طي مي‌كند كه تكنولوژي ساخت هسته اين نوع كابل‌ها step-index ناميده مي شود.
اما، در كابل‌هاي نوع OM3,OM4 هسته كابل با تكنولوژي Graded-index توليد مي‌شود كه در اين نوع كابل ها نور پس از چندين بار شكست، زماني كه به پوشش clad كابل برخورد مي كند، با ضريب شكست و انحراف بسيار كمي در طي طول كابل منتشر مي شود. همچنين به تكنولوژي ساخت كابل‌هاي OM3,OM4، تكنولوژي فيبرهاي متحد المركز نيز گفته مي‌شود.

انواع فيبر نوري Single Mode:

كابل Single Mode داراي هسته بسيار كوچكتر (8-9um) نسبت به كابل Multimode است و از يك مسير (حالت) براي حمل نور استفاده مي كند. تفاوت اصلي بين OS1 و OS2، ساختار كابل است نه مشخصات نوري.

-OS1 Single Mode :

هر فيبر داراي پوشش دو لايه محافظ خاص خود (كدگذاري شده براي شناسايي) است. يك لايه پلاستيكي و ديگري آكريلات ضد آب است. بافر محكم اجازه مي دهد تا كابل سبك تر و انعطاف پذيرتر باشد و نسبت به خرد شدن مقاوم باشد. كاربرد اين كابل هاي فيبر نوري در داخل ساختمان حلقه هاي محلي از راه دور، LAN ها و پيوندهاي نقطه به نقطه در شهرها ، ساختمان ها ، كارخانه ها ، پارك هاي اداري يا پرديس ها مي باشد

-OS2 Single Mode:

همه فيبرها به غير از پوشش بيروني آنها لخت هستند. هر فيبر داراي يك پوشش رنگي براي شناسايي است. به غير از اين پوشش، فيبر درون يك لوله ناهموار و مقاوم در برابر سايش ، كه معمولاً با ژل نوري پر شده است و الياف را از رطوبت محافظت مي كند ، شناور مي باشد. OS2 مي تواند از سرعت بيش از 100G و مسافت بيش از 200 كيلومتر (124 مايل) پشتيباني كند. كابرد اين كابل هاي فيبر نوري در خطوط راه آهن و راه هاي باريك راه دور telco ، استفاده در خيابان ها و غيره مي باشد.

انواع فيبر نوري Multimode:

مشخصات الياف چند حالته توسط استاندارد ISO / IEC 11801 مشخص شده است. در كابل هاي نوري Multimode سيگنال هاي نوري هنگام حركت به سمت هسته، نور را در چندين مسير پراكنده مي كند. اين امر باعث پهناي باند بالاتر در مسافت هاي كوتاه تا متوسط مي شود.

با اين حال، در كابل هاي طولاني تر، چندين مسير از نور مي تواند باعث انحراف در انتهاي مسير شده و در نتيجه انتقال داده ها نامشخص و ناقص صورت گيرد. به همين دليل، Multimode ها تنها براي مسافت هاي كوتاه استفاده مي شود.

ـ OM1:

رنگ كاور: نارنجي

اندازه هسته: 62.5ميكرومتر

نرخ داده: طول موج 1Gb  850nm

فاصله: تا 300 متر

كاربرد: شبكه هاي مسافت كوتاه ، شبكه هاي محلي (LAN) و شبكه هاي خصوصي

ـ OM2:

رنگ كاور: نارنجي

اندازه هسته: 50ميكرومتر

نرخ داده: طول موج 1Gb  850nm

فاصله: تا 600 متر

كاربرد: شبكه هاي مسافت كوتاه ، شبكه هاي محلي (LAN) و شبكه هاي خصوصي

عموماً براي مسافت هاي كوتاهتر مورد استفاده قرار مي گيرد. و فاصله اي كه مي تواند طي كند دو برابر OM1 مي باشد.

ـ OM3:

رنگ كاور: آبي

اندازه هسته: 50ميكرومتر

نرخ داده: طول موج 10Gb  850nm

فاصله: تا 300 متر

از نور كمتري استفاده مي كند و باعث افزايش سرعت مي شود.

با استفاده از اتصال MPO قادر به اجراي 40 گيگابايت يا 100 گيگابايت تا 100 متر است.

كاربرد: شبكه هاي خصوصي بزرگتر

ـ OM4:

رنگ كاور: آبي

اندازه هسته: 50ميكرومتر

نرخ داده: طول موج 10Gb  850nm

فاصله: تا 550 متر

با استفاده از اتصال MPO قادر به اجراي 100 گيگابايت تا 150 متر هستيد

كاربرد: شبكه هاي پر سرعت ، مراكز داده ، مراكز مالي و شركت هاي بزرگ

ـ OM5:

رنگ كاور: سبز ليمويي

كاملاً با كابل كشي OM3 و OM4 سازگار است.

از طيف وسيع تري از طول موج بين 850nm و 953nm استفاده مي كند.

طراحي شده براي پشتيباني از چند طول موج كوتاه (SWDM).

مي تواند 40 گيگابايت بر ثانيه و 100 گيگابايت بر ثانيه را انتقال دهد.

كاربرد: شبكه ها و مراكز داده با سرعت بالا كه نياز به مسافت بيشتر و سرعت بالاتري دارند.

نحوه انتخاب صحيح كابل فيبر نوري Single mode و Multimode:

اين امر به فاصله انتقال تحت پوشش و همچنين بودجه كلي بستگي دارد. اگر فاصله از چند مايل كمتر باشد، كابل  فيبر نوري چند حالته انتخاب مناسبي است و هزينه هاي سيستم انتقال (فرستنده و گيرنده) پايين خواهد بود. اگر مسافت تحت پوشش بيش از 3 تا 5 مايل باشد، كابل فيبر نوري تك حالته گزينه ي مناسبي خواهد بود. سيستم هاي انتقال كه براي استفاده با اين فيبر طراحي شده اند ، معمولاً هزينه ي بالاتري به دليل افزايش هزينه ديود ليزر خواهند داشت.

كابل هاي فيبر نوري از نظر شيوه قرار گرفتن تارها، خصوصيات كابل و پوشش به سه دسته زير تقسيم بندي مي شوند:

• (Indoor (Tight Buffer
• (Outdoor ( Loose tube
• Indoor & Outdoor

ـ كابل هاي (Indoor (Tight Buffer :

اين دسته كابل‌هايي هستند كه در درون ساختمان (Indoor) مورد استفاده قرار مي گيرند. پوشش داخلي اين كابل‌ها، Buffer Tight است كه رشته نخ‌هايي هستند كه به دور كابل پيچيده شده‌اند و قطر اين روكش ها 900 ميكرومتر است. هسته اين كابل ها توسط پوشش دو لايه محافظت مي شود، لايه اول از جنس پلاستيك است و لايه دوم از جنس اكليريك ضد آب مي باشد كه به صورت مستقيم روي فيبر قرار مي‌گيرند و از ضربه‌هاي كوچك به فيبر جلوگيري مي‌كنند.

اين پوشش ها باعث افزايش انعطاف پذيري كابل مي‌شوند، در نتيجه استفاده از آن را براي كاربردهاي مختلف آسان تر خواهد بود. همچنين اين كابل ها بسيار مقاوم تر از كابل هاي loose-tube مي باشند. كابل هاي Tight Buffer مناسب براي اتصالات WAN يا LAN با طول متوسط، مسافت هاي داخلي طولاني و براي استفاده در زير آب مناسب مي باشند.

ـ كابل هاي (Outdoor (Loose tube :

پوشش اين دسته از كابل‌ها Loose tube است و براي استفاده در محيط هاي بيروني و فضاهاي باز طراحي شده اند. در روش Loose-Tube تارهاي فيبر نوري در يك تيوب پلاستيكي نسبتا سفت و سخت به‌ نحوي قرار مي‌گيرند كه آزادانه امكان حركت داشته باشند.

بسياري از كابل هاي Loose tube داراي ژل مقاوم در برابر آب در اطراف فيبرها مي باشند. اين ژل از فيبرها در برابر رطوبت محافظت مي كند، در نتيجه اين كابل ها براي محيط هايي با رطوبت بالا ايده آل مي باشند. لوله هاي پر شده با ژل نيز مي توانند با تغييرات دما گسترش يابد يا منقبض شوند. دو نوع كابل Loose Tube وجود دارد كه عبارتند از:

• Central-Tube :

اين كابل ها، براي Backbone خارجي كاربرد دارد و نصب و راه اندازي اين نوع كابل ها در داكت، تونل، تيوپ و شيارها آسان مي باشد. كابل هاي Central-Tube  داراي يك لوله تو خالي هستند كه فيبرهاي نوري درون آن‌ها قرار دارد و اطراف آن ها با ژل پر شده است.

• Stranded-Tube :

اين كابل ها، براي Backbone خارجي كاربرد دارد و نصب و راه اندازي اين نوع از كابل ها در داكت، تونل، تيوپ و شيارها آسان مي باشد و داراي چندين لوله تو خالي هستند كه فيبرهاي نوري درون آن‌ها قرار دارند كه اطراف آن ها با ژل پر شده است. اين كابل‌ها همچنين داراي عايق مقاوم مركزي هستند كه از Kink يا خم شدن زياد جلوگيري مي كند.

ـ كابل هاي Indoor & Outdoor:

اين دسته كابل‌هايي هستند كه هم در داخل و هم در خارج ساختمان‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند و برخي از ويژگي‌هاي هر دو نوع كابل‌هاي Indoor و Outdoor را دارند.

رنگ بندي كابل هاي فيبر نوري:

كد رنگ كابل فيبر نوري سيستمي است كه به ما كمك مي كند تا نوع فيبر را به صورت بصري از رنگ روكش فيبر، كانكتور فيبر، بوت فيبر و غيره تشخيص دهيم. رمزگذاري رنگ فيبر نوري براي مهندسين فيبر نوري در حين اتصال كاربردي مي باشد، زيرا فيبرهاي رنگي به اطمينان از تداوم كدهاي رنگي در طي اجراي كابل كمك مي كنند. بنابراين، كدگذاري رنگ كابل هاي فيبر در ارتباطات فيبر نوري مانند كدگذاري رنگ جفت هاي پيچ خورده در سيستم هاي سيم كشي مسي ضروري و مهم مي باشد. اين رنگبندي شامل دو بخش بيروني و داخلي:

ـ كد رنگ روكش خارجي:

رنگ روكش بيروني فيبر و همچنين چاپ روي كابل فيبر نوري در انواع كابل هاي نوري از جمله توزيع شده، كابل هاي به هم پيوسته و كابل هاي Breakout معيار مهمي جهت شناسايي نوع فيبر، اندازه قطر تارهاي نوري و تعداد فيبر مي باشد.

با توجه به استاندارد EIA/TIA-598 كد رنگ فيبر، كد هاي رنگ روكش را براي انواع فيبر تعريف مي كند. بنابراين شما مي توانيد كابل هاي فيبر نوري اي را كه تنها شامل يك نوع فيبر هستند به راحتي از روي رنگ روكش آن ها تشخيص دهيد.

منبع : همه چيزهايي كه شما بايد در مورد كابل هاي فيبر نوري بدانيد