اختراع تلگراف توسط مورس در سال 1838 یک واقعه مهم و تاریخی و یک گام جدید در امر مخابرات ، یعنی مخابرات الکتریکی بود که در سال 1844 اولین خط تلگراف با استفاده از سیمهای فلزی برقرار شد. استفاده از سیمهای فلزی برای انتقال اطلاعات و بعنوان یک کانال انتقال با نصب اولین مرکز تلفن در سال 1878 توسعه یافت و تا سال 1887 که امواج الکترومغناطیس توسط هرتز کشف شد سیمها تنها محیط انتقال موجود بودند. اولین سیستم مخابرات رادیویی در سال 1895 توسط مار***ی ارائه شد.
فرستنده –کانال – گیرنده سه رکن اصلی می باشد و بقیه در رابطه با اجزاء سیستم می باشد. در سیستمهای الکتریکی معمولاٌ انتقال اطلاعات پس از تبدیل سیگنال اطلاعات به یک موج الکترو مغناطیس که تغیرات سینوسی دارد و به آن موج حامل می گویند صورت می گیرد .
در سال 1985 تئوری آمپلی فایرهای لیزری ارائه شد.که دو سال بعد توسط علی جوان عملاٌ بوجود آمد و با این اختراع در سال 1960 منابع تشعشع الکترو مغناطیسی همدوس در دسترس قرار گرفته و باعث گردید تا طیف مرئی قابل استفاده گردد با اختراع لیزر و مشاهده اینکه نور منتشره از لیزر شباهت زیادی با امواج الکترومغناطیسی ارسالی از یک فرستنده رادیویی دارد فکر استفاده از لیزر برای انتقال اطلاعات بوجود آمد اولین محیطی که برای انتقال اطلاعات در سیستمهای مخابرات نوری مورد استفاده قرار گرفت اتمسفر بود که بهعلت اختلالات ناشی از شرایط جوی نظیر رعد و برق ، شب، روز، گرما، سرما و... ضریب شکست هوا فرق می کرد و تنظیم لنز عدسیها به هم می خورد. و شدت نور تغیر پیدا می کرد.
2
پس از اشکالاتی که در انتقال نور در هوا وجود داشت به فکر استفاده از هدایت نور توسط موجبر شدند در تلاشهای اولیه، اشعه نور در طول مسافت طولانی هدایت گردید و این عمل با بکارگبری عدسیهای که در لوله مناسبی قرار داده شده بودند انجام شد . ولی چنین سیستمی نیز بعلت لرزش عدسیها در هنگام زلزله مناسب نبوددر نتیجه استفاده از این روش برای مدت زمانی غیر قابل قبول متصور می ساخت به این ترتیب فکر استفاده از شیشه به عنوان محیط انتقال مطرح گردید. این فرضیه توسط کائو و هاکمن که در لابراتورهای مخابراتی انگلستان کار می کردند در مقاله ای مطرح شد.البته شیشهای معمولی تا چند متر قادر به انتقال نور بودند و با افزایش ضخامت آن نور در هنگام انتقال تضعیف می شود.بعدها در سال 1966 ثابت شد که آن تضعیف زیاد ناشی از کاربرد و انتخاب مواد فیبر شیشه نبوده ، بلکه مربوط به ناخالصیهای موجود در فیبر شیشه نظیر آهن و مس و سایر فلزات موجود در این مواد می باشد در سال 1970 کاپرون، کک و مایور موفق به تهیه چند صد مترفیبر تک مدی با
تضعیف کمتر از (km / dB20) گردیدند و در پایان سال 1972 فیبرهای چند مدی با تضعیفی کمتراز( dB/km4) نیز ساخته شد. که پیشرفتی در خور تقدیر بود زیرا چنین تضعیفی معادل با افت ناشی از کابلهای کواکسیال ساخته شده در آن زمان بود.
در سال 1983 فیبرهای با تضعیف حدود(km/ dB2./) در طول موج nm1550 (طول موج های که بعنوان پنجره های فبیر نوری معروف هستند. 850 -1310- 1550 نانومتر ) ساخته شد که کمترین تلفات در سیستمهای مخابراتی است.
فیبر نوری از تمام محیطهای انتقال شناخته شده دارای پهنای باند وسیعتر و افت کمتری می باشد این دو مزیت دو عامل عمده در ارزیابی سیستمهای مخابراتی بشمار می رود. فیبر نوری که در سال 1980 صرفاًٍٍ جنبه آزمایشگاهی داشت امروز نتنها به مرحله تولید و ساخت رسیده بلکه تا پایان سال 1985 در حدود 1.5 میلیون کیلومتر در سراسرگیتی نصب شده است.
برای اولین بار در امریکا در سال 1983 یعنی بین دو شهر واشنگتن و نیویورک بطول km 400 فیبر نوری بعنوان محیط انتقال بکار گرفته شدو در تابستان سال 1984 به بهره برداری رسید در ایران نیز اولین بار در سال 1367 بین تهران و کرج فیبر تک مدی بطول km 45 با همکاری شرکت زیمنس آلمان و با افت dB/km 36./ به صورت کانالی کشیده شد.
فیبر نوری (Fiber optic )
3
فیبرنوری یک موجبر عایق است که در فرکانسهای نوری کار می کند و این موجبر معمولاٌ بشکل استوانه است . انرژی الکترومغناطیس بصورت نور در بین سطوح آن هدایت می شود ونور موازی با محور استوانه منتشر می گردد. خصوصیات انتقال در یک موجبر نوری به مشخصات ساختمانی آن بستگی دارد ساختمان فیبر نوری تعیین کننده ظرفیت اطلاعات و همچنین میزان اعواجاج و پاشندگی فیبر است به عبارات دیگر ظرفیت فیبر نوری به نحوه ساخت و جنس مواد تشکیل دهنده آن و پهنای طیف منبع نور آن بستگی دارد. ساختمان یک فیبر نوری رشته بسیار نازکی است بصورت استوانه جامد و عایق بنام هسته که کُر(Core) که مغزی فیبر نامیده می شود. و توسط یک لایه خارجی جامد و عایق بنام پوشش(Cladding) احاطه شده است .پوشش را غلاف فبیر نیز می گویند . غلاف موجب می شود که تلفات پراکندگی ناشی از ناپیوستگیهای سطح مغزی کاهش پیدامی کند و نیز قدرت تحمل مکانیکی فیبر را افزایش می دهد و بالاخره از ورود وجذب عوامل خارجی به سطح مغزی جلوگیری می نماید.بعلاوه فیبرها را در یک حفاظ پلاستیکی بنام روکش حافظ قرار می دهندتا مقاومت فیبر نوری در مقابل تنشهای مکانیکی افزایش دهد این روکش مانعی برای تغییر شکل فیبر ومعوج شدن آن و خراشیدگی سطح فیبر می گردد.
در فیبرهای با تضعیف کم ویا حتی متوسط معمولاً مغزی از شیشه ساخته می شود که غلاف آن از شیشه یا پلاستیک می تواند باشد فیبرهای با مغزی پلاستیکی و غلاف از جنس پلاستیک نیز مورد استفاده دارد که بخاطر افت زیاد آن معمولاً در مسافتهای بسیار کوتاه مانند داخل ساختمان مورد استفاده واقع می شود
انواع فیبرهای نوری
با تغییر در ترکیب مواد مربوط به مغزی ، دو نوع فیبر ساخته می شود.
صحفه ای
1- فیبرهای معمولی پله ای ( تک مدی و چند مدی )
تدریجی ( تک مدی و چند مدی )
4
2- فیبرهای پیشرفته( دوغلافی، فیبر با پاشندگی شیفت داده شده ، فیبر با پاشندگی صاف شده، فیبر حافظ پلاریزاسیون و فیبر با پاشندگی شیفت داده شده زیر صفر)
از فیبرهای صحفه ای جهت ساخت ابزار نوری استفاده می شود و کاربردی در شبکه های مخابراتی ندارد.
فیبر های نوری با ضریب شکست پله ای (Step index )
ضریب شکست مغزی یکنواخت و ثابت و در مرز غلاف و مغزی ضریب شکست بطور ناگهانی تغیر می کند. از این نوع فیبر در شبکه های مخابراتی یافت می شود.
فیبر های نوری با ضریب شکست تدریجی (Graded index )
آن دسته از فیبرهای نوری هستندکه تغیرات ضریب شکست مغز آن از محور فیبر تا فصل مشترک مغز و پوشش آن بطور تدریجی کم می شود یعنی ظریب شکست مغزی بصورت تابعی از شعاع مغزی تغییر می کند
فیبر های نوری را با توجه به انواع اشعه ای که از آنها عبور می کند می توان به دو بخش تقسیم کرد
1- فیبرهای نوری تک مدی single mode 2- فیبر های نوری چند مدی multi mode
فیبر های نوری تک مدی آنهای هستند که تنها یک شعاع نورانی را از خود عبور می دهند و فیبرهای چند مدی قادر به انتقال یک دسته اشعه نوری می باشد با توجه به تقسیم بندی فوق چهار دسته فیبر نوری به شرح زیر بوجود می آید.
1- فیبر های نوری تک مدی با ضریب شکست پله ای Single mode Step index
2- فیبرهای نوری چند مدی با ضریب شکست پله ای Multi mode Step index
5
3- فیبر های نوری تک مدی با ضریب شکست تدریجیSingle mode Graded index
4- فیبرهای نوری چند مدی با ضریب شکست تدریجی indexMulti mode Graded
عملاً دسته سوم از فیبرهای نامبرده بدلیل عدم استفاده در شبکه فیبر مخابرات سا خته نمی شود.
فیبرهای پیشرفته
این فیبرها در مقایسته با فیبرهای معمولی دارای تلفات بسیار کمی می باشد.و بیشترین کاربرد را در شبکه مخابرات امروزه سهیم می باشند.
1- فیبر دو غلافی: این نوع فیبر با غلاف تو رفته دارای تضعیف پایین ، بالاترین پهنای باند و کمترین پاشندگی در طول موج 1310 دارا می باشد. جهت شناختن این نوع فیبر کارخانه سازنده روی کابلهای مربوطه حرف اختصاری( sm )درج مینماید.
2- فیبر با پاشندگی شیفت داده شده: این نوع فیبر در طول موج 1550 اپتی موم شده است کارخانه سازنده روی کابلهای مربوطه حرف اختصاری( DSF) درج می نماید.
3- فیبر با پاشندگی صاف شده: این فیبر دارای پهنای باند بسیار بالا بوده و رنج عملیاتی آن وسیع می باشد و کارخانه سازنده از حروف اختصاری( DFF) برای شناخت آن استفاده می نمایید
4-
فیبر حافظ پلاریزاسیون: پلاریزاسیون سیگنال در طول مسیر حفظ می شود ودر گیرنده های بسیار حساس به فاز استفاده می شود (PMF )علامت اختصاری این نوع فیبرها می باشد.
5- فیبر با پاشندگی شیفت داده شده زیر صفر: در این نوع فیبر که جدید ترین محصول کارخانه جات فیبر سازی می باشد پاشندگی سیگنال به صفر می رساند این نوع فیبرها به فیبر(NZ ) معروف می باشند.
اجزای مختلف یک سیستم انتقال فیبر نوری
تبدیل اطلاعات بشکل انتشار نور در مسیر یک فیبر نوری را می توان بهترین تعریف از یک سیستم انتقال فیبر نوری دانست . واضح می باشد که به جهت برقراری ارتباط توسط نور خلاء مناسبی نیاز می باشد که بتوان نوری را که حامل اطلاعات می باشد انتقال دهد . رشته های نازک فیبر نوری با توجه به ساختمان آنها محیط مناسبی جهت انتقال امواج نورانی می باشد و می توان با استفاده از یک منبع نورانی در محدوده طول موج های0.8 و 1.7 چندین هزار کانال تلفنی را توسط دو رشته فیبر نوری بسادگی منتقل کرد .
7
در سیستم ارتباط نوری منبع خبر سیگنالهای الکتریکی را که همان اخبار می باشد به قسمت الکتریکی فرستنده می فرستد. این قسمت منبع نور را بکار انداخته و مدولاسیون سیگنالهای خبر را بر روی موج نوری سبب می گرددمنبع نوری متناسب با سیگنال الکتریکی ورودی سیگنال نوری خروجی ایجاد می کند که معمولاٌ لیزر ویا LED می باشد، سیگنال نوری وارد فیبر نوری می شود که برای حفاظت فیبر نوری از آسیبهای که ممکن است در موقع نصب و بکارگیری آن وارد شود آنرا با پوششهای مختلف بصورت کابل در می آورند. در یک رشته کابل نوری چند رشته فیبر نوری قرار می گیرد که از هریک از فیبرها یک کانال ارتباطی مستقل محسوب می شود .
8
کابل نوری ، سیگنال نوری را در مقصد یا در محل تقویت کنندها (Regenerator) به گیرنده می رساند که گیرنده نیز شامل اشکار ساز نوری و گیرنده الکتریکی می باشد، در آشکار ساز نوری ،سیگنال الکتریکی تبدیل می گردد. جهت این تبدیل از فتودیود pin و APD استفاده می شود سپس آشکارکننده نوری سیگنال الکتریکی را به گیرنده الکتریکی داده به این طریق دمدولاسیون موج نوری را سبب می گردد. در قسمت گیرنده سیگنال الکتریکی تا حد لازم جهت قسمتهای بعدی تبدیل می شود .
سیگنال خبری که بر روی موج نوری مدوله می گردد انالوگ ویا دیجتال می تواند باشد در سیستم آنالوگ محدودیت مسافت و کم بودن پهنای باند در مقایسته با سیستم انتقال دیجیتال قابل توجه است.
مزایای سیستم انتقال فیبر نوری
1- پهنای باند بسیار زیاد، در نتیجه ظرفیت انتقال بیشتر که در مقایسه با سیستمهای کابلهای فلزی قابلیت بسیار زیادی ارائه می دهد فرکانس نور مورد استفاده در این سیستم ارتباطی معمولاًنزدیک به اشعه مادون قرمزو در حدود 10به توان 5 گیگا هرتز می باشدجهت مقایسه بهتر است بدانید که کابل کواکسیال داری پهنای باند mhz 500و سیستم امواج رادیوئی در حدود700 مگا هرتز می باشد بنابراین حجم اطلاعاتی که توسط فیبر نوری قابل انتقال است خیلی بیشتر از بهترین کابلهای مسی می باشد.
2- تضعیف بسیار کم، تضعیف بسیار کم فیبر های نوری از امتیازات مهم آن بشمار می آید که در مورد آن در ادمه بحث شده است.
3- 9
وزن کم و قطر کوچک،کوچک بودن قطر کابل که باعث کمتر اشغال نمودن کانل می گردد . قطر رشته های فیبر نوری در حدود قطر موی سر بوده و هنگامی که تعدادی از این رشته ها مجتمع در یک پوسته قرار می گیرند بعنوان کابل مورد استفاده قرار می گیرد باز هم قطر بسیار کمی را دارا خواهد بود. وزن بسیار کم فیبر باعث شده است که طول زیادی از کابل روی یک قرقره بسته شود وبه سادگی نیز حمل می گردد.بهتر است بدانید که 40کیلومتر فیبر نوری دارای وزنی معادل یک کیلو گرم است در صورتی که 1.5 کیلو گرم سیم مسی با قطر 0.32 میلی متر دارای یک کیلو گرم وزن می باشد.
4- ایزولاسیون کامل الکتریکی، عدم تاثیر جریانات القائی الکتریکی بر روی موجبر های نوری نیز یکی از خواص بسیار مهم فیبر بشمار می رود.
5- مصونیت در برابر تداخل و هم شنوائی، امواج الکترومغناطیسی و امواج با فرکانس رادیوئی اثری بر روی کابلهای فیبر نوری ندارد بنابراین سیستم انتقال فیبر نوری در مقابل محیط آلوده به نویز مصون بوده .
6- امنیت سیگنال ، نوری که از فیبرهای نوری عبور می کند فاقد پدیده تشعشع بوده و بنا براین اطلاعات ارسالی از طریق سیستم ارتباطات فیبر نوری در مسیر انتقال قابل بهره برداری و استفاده های استراق سمع نمی باشد و برای مقاصد نظامی ایده آل می باشد.
7- فراوانی و ارزان بودن مواد، یکی دیگر از مزایای فیبر نوری این است که ماده اولیه آن شیشه سیلیکا است و آنرا در همه جا می توان یافت.
8- نگهداری آسان، با توجه به تضعیف کم این کابلها نیاز کمتری به وجود ریپیتر در طول مسیر می باشد. یعنی فواصل تکرار کنندها به نسبت سیستمهای کابل مسی بیشتر است .
9- ظرافت و قابلیت انعطاف ، این ویژگی باعث شده است خمش در این کابلها راحت ایجاد شودو این امر در امر جابجای و انبار نمودن و کابلکشی بسیار موثر می باشد.
10-مصونیت در برابر عوامل جوی و رطوبت، در حرارتهای 30-الی 70+ درجه سانتیگراد بازدهی خود را از دست نمی دهند.
اما در برابر مزایای ذکر شده فیبر نوری دارای معایب ناچیزی از قبیل موارد زیر می باشد:
1. دقت کامل در هنگام کابلکشی این نوع کابلها بسیار ضروری بوده.
2. اگر زاویه خمش آن از حد معین تجاوز کند باعث شکستن فیبر می شود.
3. 10
با هر گونه ضربه بیجا و کشش بیش از حد در هنگام کابلکشی باعث شکستن فیبر نوری می شود.
مکانیزم تلفات " تضعیف " Attenuation
بطوریکه قبلاً گفته شد تلفات (افت) و پهنای باند دو عامل مهم در ارزیابی سیستمهای مخابراتی به حساب می آیید به همین دلیل این قسمت از تحقیق را به افتهای موجود در شبکه فیبر نوری اختصاص می دهیم.
تضعیف در فیبر نوری یکی از عوامل در پهنای باند انتقال اطلاعات است که در میزان فاصله ریپتری اثر می گذارد. یعنی تا فاصله ای که شکل سیگنال در حد قابل برداشت باشد ، به عبارت دیگر حداکثر فاصله بدون اینکه از اطلاعات ارسالی چیزی حذف گردد .
این پارامتر در تعیین ماکزیمم فاصله بین گیرنده و فرستنده نقش عمده ای را ایفا می کند و مقدار تضعیف با مقایسه با کابل مسی خیلی کم بوده و در نتیجه فواصل ریپترها خیلی زیاد خواهد شد. و فاکتور بسیار مهمی را برای تعیین مقرون به صرفه بودن در استفاده از سیستمهای فیبرنوری بیان می کند . در حال حاضر از نظر تئوری مقدار تضعیف به dB/km0.2در طول موج 1550 نانو متر می باشد .
مکانیزم های اصلی تلفات فیبر نوری عبارتند از:
1- تلفات جذبی:
پدیده جذب باعث تبدیل مقداری انرژی نورانی به حرارتی می گردد. این پدیده در اثر مواد تشکیل دهنده فیبر بوجود می آید .
الف) جذب ذاتی:
11
این جذب به جنس شیشه فیبر بستگی دارد و با هیچ نوع ترکیبی از مواد مختلف نمی توان آن را از بین برد . شیشه از جنس Geo2 و Sio، در طول موجهای مختلف دارای جذبی متفاوتی است یکی در اثر ارتعاش و انتقال الکترونهای اتم شیشه از مداری با انرژی بیشتر است که در این حالت انرژی کمی مورد نیاز است . این جذب در منطقه ماوراءبنفش یعنی در طول موج کمتر از 700نانومتر صورت می گیرد.
ب) جذب عارضی که این جذب توسط اتمهای مواد ناخالص موجود در مواد شیشه صورت می گیرد. مانند آهن ، کرم و مس
2- تلفات پراکندگی بعلت ناهمگونی ضریب شکست هسته (رایلی)
تلفات پراکندگی علاوه بر مواد ساخت فیبر به غیر یکنواختی ساختمان فیبر نیز بستگی دارد این تلفات عمدتا از عواملی نظیر تغییرات و نوسانات دانسیته (چگالی) مواد و تغییرات جزئی در حجم محتوا و ترکیب مواد فیبر و ناهمگونیهای ساختمانی فیبر نوری که در موقع ساخت آن بوجود می آید ناشی می شود.
3-تلفات خمش
عبور نور از یک خمش تند با شعاع بسیار کم موجب تلفات تشعشع می گردد. خمیدگی هایی که در فیبر بوجود می آید به دو دسته تقسیم می شود
الف) درشت خمها :
خمشهای هستند که شعاع آنها در مقایسه با قطر فیبر بزرگ هستند نظیر خمشهای که در کابلها و در موقع عبور آنها از مسیر های مختلف بوجود می آید و می توان جزء افت عارضی دانست چون این افتها توسط خودمان بوجود می آید
ب)ریز خمها
12
خمشهای میکروسکوپی هستند که معمولاً در موقع قرار دادن فیبر در کابل حاصل می شود این نوع تلفات تشعشعی ، در اثر ریز خمشهای موجود در فیبر نوری در مراحل تولید و در زمان پوشش و یا کابل نمودن آن بوجود می آید. فیبر واقعی بصورت کاملاً صاف نیست و دارای انحناء می باشد
این نوع تلفات جزء افت ذاتی فیبر می باشد.
4- تلفات بعلت اتصال فیبرهای مرز میان هسته و غلاف (تلفات مرزی)
5- تلفات در ورودی و خروجی فیبرنوری: پیکتیلهای که در مخابرات کابل نوری را به سیستمها متصل می کند چنین تلفاتی موجود می باشد.
6- تلفات اتصال و مفصل (شرح داده خواهد شد)
ساخت فیبرنوری
موادی که برای ساخت فیبرنوری استفاده می شود باید دارای خواص زیر باشند:
1- باید امکان ساخت فیبرنوری طولانی و نازک با قابلیت انعطاف زیاد با آنها ممکن باشد.
2- مواد باید درطول موج نور مورد نظر کاملاً شفاف باشند تا بتوانند نور با راندمان بالا هدایت کنند.شفافیت مواد باید به حدی باشد که بطور مثال اگرشیشه ای به قطر Km 25 داشته باشیم، بتوان اجسام را به وضوح از ان طرف شیشه تشخیص داد.
13
3- بطور فیزیکی بتوان با افزودن مقدارکمی از مواد مشابه دیگر ضریب شکست آنرا برای مغزی و غلاف تغییرداد.
خواص فوق عمدتاً درماده شیشه قابل دستیابی است . تا به حال بیشتر از همه از شیشه های اکسیدی که کاملاً از نظر نوری شفاف هستند برای ساخت فیبرنوری استفاده شده است و معمول ترین این اکسیدها ، سیلیکا یا اکسید سیلیسیم است ( Sio2 ) که ضریب شکست آن در طول موج 85/0 نانومتر برابر 458/1 می باشد.
همچنین این ماده یکی از ثابت ترین مواد از نظر شیمیایی است و دارای نقطه ذوب بسیار بالا بوده و از ضریب انبساط حرارتی کم برخوردار است و قدرت مکانیکی کافی دارد و روشهای تولید سریع آن وجود دارد و قیمت آن نسبتاً پایین است و به طور کلی ماده ای است که با از بین بردن ناخالصیها ، فیبرنوری با تضعیف dB/Km 2/0 بدست می آید و تنها عیب این ماده ( سیلیکا ) ، زیانهای پدیده جذب می باشد.برای تولید فیبردو ماده مشابه که ضریب شکست آنها قدری با هم تفاوت داشته باشد لازم است درصدی از مواد دیگرکه به مواد افزودنی مشهورند نظیر( F ) فلوئور و یا اکسید های مختلف مانند B2o3( اکسید بر )اکسید ژرمانیم اکسید فسفرو اکسید های دیگر به سیلیکا اضافه گردد.اضافه شدن یا موجب افزایش ضریب شکست و تزریق فلوئور یا موجب کاهش آن می شود.
مواد افزودنی را مواد تراز کننده یا دوپانت (Dopant) نیز می گویند مواد افزودنی به صورت درصد مول بیان می شود.
روش << تکنیک>> ساخت فیبر
برای ساخت فیبر از انواع مواد، عمدتاً از دو تکنیک استفاده می شود.
1- روش MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) یا به بیان دیگر رسوب بخار شیمیایی تعدیل یافته و یا کنترل شده می باشد.
14
2- روش (Vapor Axial Deposition ) VAD یا به بیان دیگر رسوب بخار در محور عمودی نامیده می شود.
1- روش MCVD درسال 1974 در آزمایشگاه بل عرضه گردید و در حال حاضر این تکنیک درحد وسیعی درجهان کاربرد دارد.این تکنیک بعضی اوقات به نام اکسیداسیون درونی بخار ( Vapor Phase Oxidation Process) نیز نامیده می شود دراین روش موادی نظیر کلرور سیلیسیم و کلرور ژرمانیوم را که کاملاً خالص شده اند، تبخیرکرده و اکسید عناصر فوق یعنیsio2 و Geo2 که به صورت پودر می باشد بدست می آید
گازهای حاصل به وسیله کنترل جریان مواد تنظیم می شوند.جریان گازهای به دست آمده به درون لوله شیشه ای ( Silica Tube ) که با سرعتی ثابت می چرخد اعمال شده روی سطح داخلی رسوب می کند.لوله شیشه ای روی نگه دارنده ای قرار دارد.فعل و انفعال با حرارت دادن لوله شیشه ای توسط مشعل متحرک ( burner ) که از سوخت اکسیژن و هیدروژن بدست می آید آغاز شده و حاصل آن تشکیل لایه شیشه ای ژرمانیوم می باشد.لازم به ذکراست که لوله شیشه ای که نقش پوشش را در فیبر دارد از نوع شیشه خالص است و مواد افزودنی که از آنها یاد شد برای ساخت هسته فیبر و کنترل پروفایل ضریب شکست هسته افزوده می گردد.
15
درجه حرارت لازم برای نشاندن لایه ها درداخل لوله حدود 1500 درجه سانتیگراد است و ضخامت هر لایه بین 5 تا 50 میکرومتر است و برای ساخت هسته ای با ضریب شکست تدریجی که به صورت سهمی باشد بیشتر از 50 لایه متوالی لازم است.پروفایل ضریب شکست تدریجی به وسیله تغییر منظم و کنترل شده جریان گاز ژرمانیوم انجام می گردد.پس از تشکیل مناسب هسته و لایه ها( به حد کافی)
15
عمل بعدی فرو ریختن لوله شیشه ای و متراکم سازی آن است که در طی آن لوله شیشه ای بین 1700 تا 1900 درجه سانتیگراد حرارت می بیند و لایه ها روی همدیگر متراکم شده و به صورت میله
جامد در می آیند.قطر لوله شیشه ای قبل از این مرحله حدود mm25 است که پس از عمل فروپاشی میله جامد حاصل دارای قطرmm 10 تا mm 20 می شود.این میله جامد اولیه را پیش سازه یا پریفورم می گویند و معمولاً حدود 60 الی 100 سانتی متر طول دارد.فیبرمورد نظر از پیش سازه ساخته
می شود و به خاطر این منظور از دستگاهی استفاده می شود که دراین دستگاه پیش سازه با دقت و به تدریج به یک کوره که کوره کشش نامیده می شود وارد شده و انتهای پیش سازه تا حدی که قابل کشش باشد گرم می گردد و در اثرکشیدن به تار بسیار نازکی که همان فیبرنوری است تبدیل می گردد.مثلاً برای ساخت فیبرهای چند مدی ، پریفورم را آنقدر می کشیم تا قطر آن به 125 میکرومتر برسد.
بنابراین از میله اولیه ساخته شده چندین کیلومتر فیبر بدست می آید.برای پریفورم و فیبر می توان رابطه زیر را نوشت:
حجم فیبر×چگالی حجمی فیبر= حجم پریفورم × چگالی حجمی پریفورم
چون چگالی حجمی پریفورم و فیبریکسان می باشد پس می توان نوشت:
چون پریفورم و فیبر به شکل استوانه ای هستند می توان نوشت:
سطح قاعده فیبر× طول فیبر= سطح قاعده پریفورم × طول پریفورم
کلیه عوامل دیگر به وسیله کامپیوتر کنترل می شود.
16
درسال 1979 یک شرکت ژاپنی اعلام کرد موفق به ساخت یک فیبر تک مدی با روش MCVD با کمترین تلفات شده است این فیبر دارای قطر هسته Mm 4/9 و قطر پوشش Mm 125 و پوشش آن از جنس شیشه خالص و هسته از ژرمانیوم تراز شده با سیلیکا بود همچنین برای چند مدی با ضریب شکست تدریجی توانسته فیبرهایی با افت dB/km 8/2 و dB/km45/0 و dB/km 33/0 به ترتیب در طول موجهای Mm 82/0 و Mm 3/1 و Mm 5/1 با روش MCVD بدست بیاورند.
2- روش VAD در سال 1977 به وسیله شرکت NTT ژاپن ابداع و عرضه گردید.پریفورم که در این روش از رسوب مواد روی سطح خارجی میله نگهدارنده طی یک فعل و انفعالات شیمیایی حاصل می شود یک پریفورم متخلخل (Porous Preform) است ، سپس این پریفورم متراکم شده و به صورت پریفورم شفاف (Transporent Preform ) در می آید.ذرات شیشه که بوسیله سنتز مواد خام طی عمل هیدرولیز در مجاورت شعله اکسی هیدروژن حاصل و در انتهای میله نگه دارنده رسوب داده می شوند این ذرات با رسوب روی میله ، پریفورم متخلخل را می سازند. در حالیکه پریفورم در جهت عمودی به سمت بالا حرکت و در حال تشکیل است، میله نگه دارنده به دور محور خود دوران می کند تا یکنواختی رسوب را تامین نماید، کشیده شدن میله نگهدارنده در جهت عمودی به سمت بالا باعث می شود که افزایش ضخامت مواد در پایین میله بطور ثابت باقی مانده و پریفورم متخلخل حاصل دارای ضخامت یکسان در تمام طول خواهد شد
17
پریفورم متخلخل تا 1550 درجه سانتیگراد حرارت داده می شود تا متراکم و پیوسته شده و به صورت پریفورم شفاف در آید این عمل در کره های کربن انجام می گیرد پریفورم متخلخل دارای مقدار زیادی آب است . یکی از دلایلی که امکان ساخت فیبرهای با تضعیف پایین را میسر ساخته ، دسترسی به تکنیک کاهش آب در آنها است در این روش آب می تواند به سادگی طی عمل دهیدروژن کردن یا آب زدای حذف گردد. این عمل در سیستم VAD در مقایسه با سیستمMCVD یک مرحله اضافی است. چنانچه اگر این عمل بطور کامل انجام گردد و لایه پوشش بقدر کافی ضخیم باشد از نفوذ OH به هسته جلوگیری می کند و تلفات حاصل از یون OH بسیار کم خواهد شد.
بررسی کابلهای موجود:
برای شناخت بیشترشکل ظاهری و دسته بندی آنها به معرفی کابلهای فیبرنوری که اکنون در استان و در شبکه فیبرنوری استان خراسان شمالی به کارگرفته شده است می پردازیم.
1- کابل هوایی Sm 4*1:
ساده ترین و معمولی ترین کابل فیبرنوری و همچنین پرمصرفترین کابل،کابل Sm 4*1 بوده است بدین جهت پرمصرفترین نوعی است که درارتباط روستایی استفاده می شود.امروزه تقریباً تمامی روستاهای استان از فیبرنوری 4*1 استفاده می کنند زیرا با توجه به ترافیک شبکه نیازی به کابلهای با ظرفیت بیشتر نمی باشد.اما هدف از نامگذاری این کابل و دیگر کابلهــای مشابه به این ترتیب می باشد
قبلاً با اصطلاحاتی چون ( کر ) و ( لوز ) آشنا شده اید( شکل صحفه 7 ) کابل 4*1 به معنای این است که کابل مورد نظر از یک لوز ( غلاف ) و چهارعدد کرتشکیل شده است که لوز مربوطه به رنگ قرمز خواهد بود و کرهای موجود همیشه به رنگهای سفید، قرمز، سبز و آبی خواهد بود.درارتباط روستایی همیشه ازدوکر استفاده می شود در نتیجه از این کابل برای ارتباط دو روستا می توان استفاده نمود.
2- کابل هوایی 6*2:
18
یکی دیگر از کابلهای موجود درشبکه فیبرنوری استان کابل هوایی6 *2 می باشد.این کابل درسطح ارتباطات پرترافیک استفاده می شود.کابل مورد نظراز دو لوز( غلاف) به رنگهای قرمز و آبی تشکیل شده است و از 12 کرتشکیل شده است که درهرلوز 6 عدد کرقرارگرفته است یعنی در لوز قرمزکرهایی به رنگ سفید، قرمز، سبز، آبی، زرد و مشکی و درلوز آبی نیز به همین ترتیب خواهد بود.
3- کابل خاکی 6*2:
تنها تفاوت کابل خاکی 6*2 با کابل هوایی 6*2 ساختار ظاهری کابل مربوط می باشد.کابلهای خاکی در مقایسه با کابلهای هوایی مقاومتر و فاقد مهارکابل موجود درکابلهای هوایی می باشد ولی این کابلها Ds 6*2 و Nz 6*2 موجود می باشد.
4- کابل خاکی 4*1+6*2:
این کابل به جهت ساختاری سه لوز 1- قرمز2- آبی 3- زرد رنگ می باشد.درلوزهای قرمز و آبی آن 6 کر موجود می باشد ولی در لوز زرد آن 4 کر موجود می باشد به این کابلها ،کابلهای 16 کرنیز گفته می شود.از این کابلها در شبکه های پرترافیک و اصلی یا به عبارتی Back.Bon ( بین شهری ) استفاده می شود.
چگونگی توسعه و نگهداری شبکه فیبرنوری:
به فرض مثال اگربخواهیم یک روستا و یا یک شهر به شبکه فیبرنوری اضافه گردد یک سری مراحل خاص خود را باید طی نماید که بطور خلاصه وار جهت آشنایی بیشتر به آن می پردازیم.
اولین مرحله:
اولین گام طراحی مسیرفیبرنوری می باشد که پس از طراحی نقشه و کارهای اداری، خود طرح به پیمانکار واگذار می شود و ناظرین مخابرات به طرح مورد نظر درطول اجرا نظارت های فنی می نمایند دربخش توسعه چندین امر بسیار مهم انجام می پذیرد که به اختصار بررسی می شود.
1- کابل کشی فیبرنوری:
دربخش کابل کشی بسته به طرح ممکن است طرح هوایی باشد یا خاکی و البته در مواردی معدود ( فقط ارتباط بین کشوری دریایی ) و یا کانالی باشد.
19
کابل کشی مربوطه باید درکمال دقت انجام شود که به فیبر آسیبی نرسد.باید بدانید که قرقره های
فیبرنوری Km 4 می باشد یعنی هر چهار کیلومتر باید یک عدد مفصل زده شود تا هشت کیلومتر فیبرنوری به یکدیگر متصل شوند که بسته به کابل کشی ازمفصل هوایی و یا زمینی( خاکی ) استفاده می شود.
مفصلبندی:
عملیات مفصلبندی شامل فیوژن کردن کرهای مربوطه و قراردادن کرها درون مفصل می باشد.عملیات فیوژن کردن توسط دستگاه حساس و گرانقیمت فیوژن ( جوش مذاب ) انجام می شود.
دستگاه Fasion splicer (فیوژن)
از این دستگاه برای مفصلبندی فیبر نوری که یکی از مهمترین و حساسترین بخش می باشد استفاده می شود. اساس کار این دستگاه برمبنای جوش مذاب می باشد در نقطه جوش افتی بوجود می آید که این افت نباید بیشتر از dB 0.5 باشد. از سیتمهای موجود در این دستگاه می توان به سیستم LID
20
20
اشاره نمود تراز این سیستم تراز دقیق فیبرهای نوری را ممکن می سازد که شامل یک فرستنده نوری و یک گیرنده نوری می باشد. رشته های فیبر نوری که باید به هم جوش داده شوند درون واحدهای فرستنده .و گیرندهای آن سیستم باید قرار داده شوند. از این سیستم برای تراز فیبرها ، نظارت فرایند جوش و ارزیابی افت پیوند مورد استفاده قرار می گیرد.سیستم ویدئوی دستگاه فیوژن از دیگر سیستمهای موجود در این دستگاه حساس می باشدداری واحد بزرگنمای ، د و دوربین عمود بر هم در راستای محورهای x وy ، آینه و لنز بوده و از طریق ارسال تصاویر انتهای دو رشته فیبر به میکروپروسور عمل جابجای آنها انجام شده
و بعد از جوش افت پیوند توسط همین سیستم ارزیابی و تخمین زده می شود. البته تراز به صورت دستی نیز مقدور می باشد که به مهارت مفصلبند بستگی دارد.این دستگاه مجهز به انواع برنامه های نرم افزاری جهت جوش دادن فیبر های نوری گردیده تا اینکه مفصلبند نسبت به فیبرهای مختلف برنامه مناسب را انتخاب کند
دستگاه مفصلبندی بسیار گرانقیمت میباشد این دستگاه از کشورهای ژاپن و یا آلمان وارد کشور می شود.
مفصلبندی لازم است در محیط بسته و عاری از رطوبت و گرد و غبار مانند ماشینهای ون و چادرهای مخصوص انجام پذیرد. قبل از گذاشتن تارهای فیبر نوری درون دستگاه می بایستی تارهای فیبر را با
21
الکل پروپانول تمیز گردد کرهای هر لوز رادرون یک کاست از مفصل قرار می دهند بعد از اتمام عملیات فیوژن تارها در شانه کاست به ترتیب رنگ بندی از بیرون کاست انجام می شود فرم بندی تارهای داخل کاست از انتها و در کف آن ضروری می باشد زیرا در غیر این صورت باعث افت در مسیر می شود.
بعد از اتمام کابلکشی و مفصل بندی طرح آماده آزمایش ، تست و تحویل می شود.این مرحله توسط اکیپ نگهداری شبکه فیبرنوری و توسعه طی می شود.هدف از این مرحله اطمینان از اینکه کابلکشی و مفصلبندی و کلیه کارها طبق دستورالعمل های اعلام شده انجام شده است.
نگهداری از فیبرهای نوری
نگهداری ازفیبر نوری شامل جلوگیری از خرابی فیبرنوری (قطع شدن فیبر) و رفع خرابی در صورت بروز خرابی و همچنین آزمایشات ادواری می باشد.از مهمترین دستگاه های مورد نیاز نگهداری علاوه بر فیوژن دستگاه OTDR می باشد.
دستگاه OTDR
مخفف عبارت Otical Time Domaine Reflectometr می باشد که به آن دستگاه انعکاس سنج نوری در حوزه زمان می گویند.
از این دستگاه برای مشخص کردن نقاط افت دار مسیر، مقدار افت موجود در مسیر و همچنین برای پیدا کردن محل قطعی فیبر نوری و مقدار افت مفصلهای مســیر استفاده می شودتوضیح کامل اساس
کار این دستگاه خارج از این بحث می باشد. و فقط به ذکر این نکته بسنده می کنیم که اشعه لیزر فرستاده شده با طول موج و کیلومتر و زمان مشخص شده توسط اپراتور و یا بوسیله خود دستگاه افتهای مسیر و پایان خط مسیر را مشخص می کند در پایان این جزوه یک نمونه تست گرفته شده توسط دستگاه را قرار داده ایم که پرینت گرفته شده است
