فیبر نوری تک حالته Single mode چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

فیبر تک حالته

ساختار یک فیبر تک حالته :

1. قطر هسته 9 – 8 میکرون
2. قطر 125 میکرون
3. قطر بافر 250 میکرون
4. قطر روکش (ژاکت) 900 میکرون

شرح

در ارتباطات فیبر نوری، کابل فیبر تک حالته که به آن single-mode هم می گویند فیبر نوری است که فقط برای حمل یک حالت نور به صورت حالت عرضی (transverse mode) طراحی شده است. حالت ها (modes) راه حل های ممکنی هستند که براساس معادله هلمولتز (Helmholtz equation) برای امواج و با ترکیب معادلات ماکسول (Maxwell’s equations) و شرایط مرزی بدست می آیند. این حالت ها نحوه حرکت موج در فضا (خلاء) را تعریف می کنند، یعنی نحوه توزیع موج در فضا. امواج می توانند حالت یکسانی داشته باشند اما با فرکانسهای مختلف. این مورد در فیبر تک حالته وجود دارد، جایی که می توانیم موجهایی با فرکانسهای مختلف، اما از حالت یکسان داشته باشیم، به این معنی که آنها به همان شیوه در فضا توزیع می شوند و این به ما یک پرتوی نور می دهد. اگرچه پرتو به موازات طول فیبر حرکت می کند، اما از آنجایی که نوسانات الکترومغناطیسی آن عمود بر طول فیبر اتفاق می افتد، اغلب حالت عرضی (transverse mode) نامیده می شود.

تفاوت فیبر Single mode با Multi mode

ویژگی ها

مانند فیبر نوری چند حالته، فیبر تک حالته پراکندگی معین حاصل از چندین حالت فضایی اما با پراکندگی معین باریک تر از خود نشان می دهند. به همین دلایل، فیبر تک حالته می تواند پهنای باند بیشتری نسبت به فیبر چند حالته داشته باشد. تجهیزات فیبر تک حالته گرانتر از تجهیزات فیبر نوری چند حالته است، اما فیبر تک حالته معمولاً به طور عمده ارزان تر است.

یک فیبر نوری تک حالته به طور معمول دارای قطر هسته بین 8 تا 10.5 میکرومتر و قطر روکش 125 میکرومتر است. تعدادی نوع خاص از فیبر نوری تک حالته وجود دارد که از نظر شیمیایی یا فیزیکی تغییراتی داده شده‌اند تا خصوصیات خاصی از جمله dispersion-shifted fiber به اختصار (DSF) و nonzero dispersion-shifted fiber به اختصار (NZDSF) را فراهم کنند. نرخ داده توسط polarization mode dispersion به اختصار (PMD) و chromatic dispersion محدود می شود. از سال 2005، سرعت داده ها تا 10 گیگابایت در ثانیه در مسافت های بیش از 80 کیلومتر با گیرنده های تجاری موجود (Xenpak) امکان پذیر بود. با استفاده از تقویت کننده های نوری و دستگاه های جبران کننده انتشار، پیشرفته ترین سیستم های نوری DWDM می توانند هزاران کیلومتر با سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه و چند صد کیلومتر با سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه را طی کنند.

اتصالات (کانکتورها)

کانکتورهای فیبر نوری برای اتصال فیبرهای نوری در مواردی که به قابلیت connect / disconnect نیاز است، استفاده می شود. واحد اتصال دهنده اصلی مونتاژ یک کانکتور است. این اتصال از یک آداپتور و دو شاخه اتصال تشکیل شده است. با توجه به روش های پیچیده صیقل دادن و تیون کردن که ممکن است در ساخت اتصال نوری استفاده شود، اتصالات به طور کلی بر روی فیبر نوری در مرحله تولید مونتاژ می شوند.

اتصالات فیبر نوری در مراکز مخابراتی، در تاسیسات محلی سمت مشتری و در مواردی که نیاز است بروی زمین (نه درون خاک) نصب شود، استفاده می شود. موارد استفاده آنها شامل موارد زیر است:

• ایجاد ارتباط بین تجهیزات و مخابرات در دفاتر مرکزی مخابرات
• اتصال فیبرهای نوری بین شبکه های شهری
• ایجاد کراس نوری در شبکه های محلی
• ایجاد پنل های فیبر نوری برای ایجاد انعطاف پذیری در معماری و اتصال فیبرهای متعلق به ارائه دهندگان خدمات اینترنتی (ISP)
• اتصال جفت کننده ها، تقسیم کننده ها و مالتی پلکسرهای تقسیم طول موج (WDM) به فیبرهای نوری
• اتصال تجهیزات آزمایش نوری به فیبرها برای آزمایش و نگهداری.

عملکرد مالتی پلکسرهای تقسیم طول موج (Wavelength Division Multiplexers)

کاربردهای خارج از زمین (بدون نیاز به قراردادن درون خاک) ممکن است شامل قرار دادن اتصالات زیرزمینی در محفظه های زیرسطحی باشد که ممکن است در معرض آبگرفتگی، دیوارهای مانع درون زمین یا تیرهای تاسیسات قرار گیرند. در صورت قرار دادن در محفظه ممکن است یک فضای کیپ و بدون نفوذ  باشد یا بالعکس ممکن است آن محفظه “تنفس آزاد” داشته باشد. در صورت کیپ بودن باعث می شود اتصالات در معرض تغییرات دمایی محیط قرار نگیرند، مگر اینکه این وضعیت محصور شده شکسته شود. محفظه هایی هم که تنفس آزاد دارند، در معرض تغییرات دمایی و رطوبت قرار می گیرند و احتمالاً در اثر انبساط وانقباظ در طول زمان این تجهیزات آسیب ببینند و حتی عمل بیولوژیکی باکتری های منتقل شده در هوا، باعث ایجاد حشرات شود.

یک کانکتور multi-fiber optical برای اتصال همزمان چندین فیبر نوری به یکدیگر طراحی شده است، که هر فیبر نوری فقط به یک فیبر نوری دیگر متصل می شود. توجه داشته باشید که کانکتورهای multi-fiber با کانکتور جفت کننده (coupler) اشتباه گرفته نشود. کانکتور جفت کننده یک فیبر نوری را به دو یا چند فیبر نوری دیگر متصل می کند.

کانکتورهای multi-fiber به گونه ای طراحی شده اند که در هر کجا که connects و disconnects سریع و یا تکرار گروهی از فیبرها مورد نیاز باشد، مورد استفاده قرار گیرند. این نوع اتصالات بسیار پر کاربرد در مخابرات و مجموعه های فراهم کننده خدمات اینترنتی است.

کانکتورهای multi-fiber می تواند در ایجاد یک سوئیچ کم هزینه برای استفاده در آزمایش فیبر نوری استفاده شود. کاربرد دیگر، در کابلهای تحویل داده شده به کاربر با جامپرهای مالتی فیبر است. این امر باعث بهینه شدن پیوندها می شود، که می تواند تعداد ساعات لازم برای قرار دادن کابل فیبر نوری در یک شبکه مخابراتی را تا حد زیادی کاهش دهد. این به نوبه خود باعث صرفه جویی در هزینه نصب این گونه کابل ها می شود.

مزایا

• تخریب سیگنال وجود ندارد
• پراکندگی کم (Low dispersion)
• برای ارتباطات در مسافت های طولانی مناسب است

معایب

• ساخت و رسیدگی کردن به آن دشوارتر است
• قیمت بالاتر
• اتصال نور به فیبر دشوار است

منبع : ویکی پدیا