X
تبلیغات
ღ.•*. .*•.(¯`•.* فیزیک *.•´¯).•*. .*•.ღ - تار نوری
 بسته ای از تارهای شیشه ای نیز

 

دارای این خاصیت هستند با این تفاوت که وقتی تارها نازک باشند ،

 

انعطاف نیز دارند. هر بسته ممکن است دارای هزاران تار نوری باشد که

 

قطر هر کدام mm 002/0 تا mm01/0 است. اگر تارها در یک بسته

 

به صورتی قرار گرفته باشند که وضع نسبی آنها در دو انتها تغییر نکند

 

(یا قرینه یکدیگر باشند) بسته می تواند تصویر جسمی را از یک طرف

 

به طرف دیگر منتقل کند.

 

امروزه از تارهای نوری در پزشکی ، ارتباطات وسایر جاها کاربرد دارند. در

 

آندسکوپی ، آندسکوپ را به درون نای ، مری ، معده ، روده ، مثانه و

 

مجراهای دیگر می فرستند و درون اعضا را مستقیما می بینند بسته ای از

 

تارهای نوری را به هم می بندند و با فرو بردن آن به زیر پوست بافتها و

 

رگها را مورد مطالعه قرار می دهند. در مورد ارتباطات نیز از پرتو لیزر

 

استفاده می شود. چون فرکانس موج حامل به مراتب بیشتر از فرکانس

 

های رادیویی است ، لذا تعداد بیشماری پیام را میتوان به کمک موج حامل

 

انتقال داد.

 

فیبر نوری

 

پس از اختراع لیزر در سال 1960 میلادی ایده بکارگیری فیبر نوری برای انتقال

 

اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال 1966 همزمان

 

در انگلیس و فرانسه با تصنعیفی برابر اعلام شد که عملا در انتقال

 

اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اینکه در سال 1976 با کوشش

 

فراوان پژوهند گان ، تلفات فیبر نوری تولیدی شدیدا کاهش داده شد و به

 

مقداری رسید که قابل ملاحظه با سیم های هم محور به کار رفته در

 

شبکه مخابرات بود.

 

مواد تشکیل دهنده فیبر

 

فیبر نوری از پالس های نور برای انتقال داده ها از طریق تارهای سیلکون

 

بهره می گیرد. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد

 

میتواند صد ها هزار مکا لمه ی  صوتی را حمل کند. فیبرهای نوری تجاری

 

ظرفیت 2،5  گیگا بایت در ثانیه تا 10 گیگا بایت در ثانیه را فراهم می

 

سازند . فیبر نوری از چندین لایه ساخته می شود. درونی ترین لایه را هسته

 

می نامند. هسته شامل یک تار کاملا بازتاب کننده از شیشه خالص

 

(معمولا) است. هسته در بعضی از کابل ها از پلاستیک کاملا بازتابنده

 

ساخته می شود ، که هزینه ساخت را پایین می آورد . با این حال ، یک هسته

پلاستیکی معمولا کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده ها در

 

فواصل کوتاه به کار می رود . حول هسته بخش پوسته قرار دارد ، که از

 

شیشه یا پلاستیک ساخته می شود . هسته و پوسته به همراه هم یک

 

رابط بازتابنده را تشکیل می دهند که باعث می شود که نور در هسته

 

تابیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته بازتابیده شود که در آن دو

 

ماده به هم می رسند . این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی

 

کلی) می نامند . قطر هسته و پوسته با هم حدود 125 میکرون است ( هر

 

میکرون معادل یک میلیونیم  است )،که در حدود اندازه یک تار موی

 

انسان است . بسته به سازنده ،  حول پوسته چند لایه محافظ ، شامل یک

 

پوشش قرار می گیرد.

 

از لحاظ کلی دو نوع فیبر وجود دارد : تک حا لتی و چند حا لتی. فیبر تک

 

حا لتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می دهد ، در حا لی که فیبر

 

چند حا لتی می تواند صد ها حا لت نور رابه طور همزمان انتقال بدهد.

 

 

 

 

 

فیبر نوری در ایران

 

در ایران در اوایل دهه 60 ، فعالیت های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در

 

پژوهشگاه بر پایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران را در پی داشت

 

و عملا در سال 1373 تولید فیبر نوری با ظرفیت 50000کیلومتر در سال در

 

ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل های نوری در دیگر شهرهای

 

بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات

 

نوری به هم بپیوند ند.

 

کاربردهای فیبر نوری

 

1-    کاربرد در حسگرها :  استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه

 

گیری کمیت های فیریکی مانند جریان الکتریکی ، میدان مغناطیسی ،

 

فشار حرارت ، جابجایی ، آلودگی آب های دریا ، سطح مایعات ،

 

تشعشعات پرتو های گاما و ایکس در سال های اخیر شروع شده است.

 

در این نوع حسگرها ، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره

 

گیری می شود بدین ترتیب که ویژگی های فیبر تحت میدان کمیت

 

مورد اندازه گیری تغغیر یافته و با اندازه شدت کمیت تاثیر پذیر می

 

شود.

 

2-    کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بیشماری در صنایع دفاع

 

دارد که از آن جمله می توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار ،

 

کنترل و هدایت موشک ها ، ارتباط زیر دریایی ها ( هیدروفون ) را نام

 

برد.

 

3-    کاربردهای پزشکی: فیبر نوری در تشخیص بیماری ها و آزمایشهای

 

گونا گون در پزشکی کاربرد فراوان دارد  کا از آن جمله می توان

 

دزیمتری غدد سرطانی ، شناسایی نارسایی های داخل بدن ، جراحی لیزری ،

 

استفاده در دندان پزشکی و اندازه گیری مایعات و خون نام برد.

 

 

 

فن آوری ساخت فیبرهای نوری

 

برای تولید فیبر نوری ، نخست ساختار آن در یک میله شیشه ای موسوم

به پیش سازه  از جنس سیلسکا ایجاد می گردد و سپس در یک فرآیند

 

جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می شود. از سال1970 روش

 

های متعددی برای ساخت انواع پیش سازه ها به کار رفته است که

 

اغلب آنها بر مبنای رسوب دهی لایه های شیشه ای در داخل یک لوله به

 

عنوان پایه قرار دارند.

 

 

مبانی فیبر نوری

 

فيبر نوری ، رشته ای از تارهای بسيار نازک شيشه ای بوده که قطر هر يک

 

از تارها نظير قطر يک تار موی انسان است . تارهای فوق در کلاف ها یی

 

سازماندهی و کابل های نوری را بوجود می آورند. از فيبر نوری به منظور

ارسال سيگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.

یک فيبر نوری از سه بخش متفاوت تشکيل شده است :

1-هسته (Core) . هسته نازک شيشه ای در مرکز فيبر که سيگنا ل های

نوری در آن حرکت می نمايند.

2-روکش (Cladding) . بخش خارجی فيبر بوده که دورتادور هسته را

احاطه کرده و باعث برگشت نورمنعکس شده به هسته می گردد.

3-بافر رويه (Buffer Coating) . روکش پلاستيکی که باعث حفاظت

فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير ، است .

صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی

شده و کابل های نوری را بوجود می آورند. هر يک از کلاف های فيبر

نوری توسط يک روکش هائی با نام Jacket محافظت می گردند.

فيبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:

1-فيبرهای تک حالته (Single-Mode) . بمنظور ارسال يک سيگنال در

هر فيبر استفاده می شود( نظير : تلفن )

2-فيبرهای چندحالته (Multi-Mode) . بمنظور ارسال چندين سيگنال در

يک فيبر استفاده می شود( نظير : شبکه های کامپيوتری)

فيبرهای تک حالته دارای يک هسته کوچک ( تقريبا" 9 ميکرون قطر )

بوده و قادر به ارسال  نور ليزری مادون قرمز ( طول موج از 1300 تا 1550

نانومتر) می باشند. فيبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر ( تقريبا"

5/62ميکرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED می

باشند.

 

ارسال نور در فیبر نوری

 

 

فرض کنيد ، قصد داشته باشيم با استفاده از  يک چراغ قوه  يک راهروی

بزرگ و مستقيم  را روشن نمائيم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ،

نور مربوطه در طول مسير مسفقيم راهرو تابانده شده و آن را روشن

خواهد کرد. با توجه به عدم وجود خم و يا پيچ در راهرو در رابطه با تابش

نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته  و چراغ قوه می تواند ( با توجه به

نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن کرد. در صورتيکه راهروی فوق

دارای خم و يا پيچ باشد ، با چه مشکلی برخورد خواهيم کرد؟ در اين حالت

می توان از يک آيينه در محل پيچ راهرو استفاده تا باعث انعکاس نور از

زاويه مربوطه گردد.در صورتيکه راهروی فوق دارای پيچ های زيادی

باشد ، چه کار بايست کرد؟ در چنين حالتی در تمام طول مسير ديوار

راهروی مورد نظر ، می بايست از آيينه استفاده کرد. بدين ترتيب نور

تابانده شده توسط چراغ قوه (با يک زاويه خاص)  از نقطه ای به نقطه ای

ديگر حرکت کرده ( جهش کرده و طول مسير راهرو را طی خواهد

کرد). عمليات فوق مشابه آنچيزی است که در فيبر نوری انجام می گيرد.

نور، در کابل فيبر نوری از طريق  هسته (نظير  راهروی مثال ارائه شده )

و توسط جهش های پيوسته با توجه به سطح آبکاری شده (

Cladding) ( مشابه ديوارهای شيشه ای مثال ارائه شده )  حرکت می

کند.( مجموع انعکاس  داخلی ) . با توجه به اينکه سطح آبکاری شده ،

قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد ، نور قادر به حرکت در

مسافت های طولانی می باشد. برخی از سيگنا ل های نوری بدليل عدم

خلوص شيشه موجود ، ممکن است  دچار نوعی تضعيف در طول هسته

گردند. ميزان تضعيف سيگنال نوری به درجه خلوص شيشه و طول موج

نور انتقالی دارد. ( مثلا" موج با طول 850 نانومتر بين 60 تا 75 درصد در هر

کيلومتر ، موج با طول 1300 نانومتر بين 50 تا 60 درصد در هر کيلومتر ، موج

با طول 1550 نانومتر بيش از 50 درصد در هر کيلومتر)

 

مزایای فیبر نوری

 

فيبر نوری در مقايسه با سيم های  های مسی دارای مزايای زير است :

ارزانتر. هزينه چندين کيلومتر کابل نوری نسبت به سيم های مسی کمتر

است.

نازک تر. قطر فيبرهای نوری بمراتب کمتر از سيم های  مسی است .

ظرفيت بالا. پهنای باند فيبر نوری  بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب  بيشتر

از سيم  مسی است .

تضعيف ناچيز. تضعيف سيگنال در فيبر نوری بمراتب کمتر از سيم مسی

 

است .

سيگنال های نوری . برخلاف سيگنال های الکتريکی در يک سيم مسی ،

سيگنا ل ها ی نوری در يک فيبر تاثيری  بر فيبر ديگر نخواهند داشت .

مصرف برق پايين . با توجه به سيگنال ها در فيبر نوری کمتر ضعيف می

 

گرد ند ، بنابراين می توان از فرستنده هائی با ميزان برق مصرفی پايين

 

نسبت به فرستنده های الکتريکی که از ولتاژ بالائی استفاده می نمايند ،

 

استفاده کرد.

سيگنال های ديجيتال . فيبر نور ی مناسب بمنظور انتقال  اطلاعات

ديجيتالی است .

غير اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الکتريسيته ، امکان بروز آتش سوزی

وجود نخواهد داشت .

سبک وزن . وزن يک کابل فيبر نوری بمراتب کمتر از کابل مسی (قابل

مقايسه)  است.

انعطاف پذير . با توجه به انعظاف پذيری فيبر نوری و قابليت ارسال و

دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين های ديجيتال با موارد

کاربردی خاص مانند : عکس برداری پزشکی ، لوله کشی و ...استفاده می

گردد.

با توجه به مزايای فراوان فيبر نوری ، امروزه از اين نوع کابل ها در موارد

متفاوتی  استفاده می شود. اکثر شبکه های کامپيوتری و يا مخابرات.

ازراه دور در مقياس وسيعی از فيبر نوری استفاده می نمايند

+ نوشته شده در  چهارشنبه نهم آبان 1386ساعت 12:0 بعد از ظهر  توسط سمیه شاهنوری-دبیر فیزیک دبیرستانهای آمل  |