کابل فیبر نوری چیست و چگونه ساخته می شود؟

بروزترین تکنولوژی های مورد استفاده در ایجاد این سری از کابل ها

 

کابل فیبر نوری چیست

کابل فیبر نوری نوعی کابل ارتباطی است که از رشته‌های باریک شیشه‌ای یا پلاستیکی تشکیل شده و برای انتقال داده‌ها از نور استفاده می‌کند. برخلاف کابل‌های مسی سنتی که سیگنال‌های الکتریکی را انتقال می‌دهند، در این کابل‌ها نور از طریق شکست داخلی کلی حرکت می‌کند و اطلاعات را با سرعت بسیار بالا منتقل می‌کند. این فناوری باعث شده که کابل‌های فیبر نوری بتوانند داده‌ها را در فواصل طولانی و بدون افت کیفیت انتقال دهند.

ساختار کابل فیبر نوری شامل هسته‌ای شفاف برای عبور نور، لایه‌ای بازتابنده برای نگه داشتن نور در مسیر، و یک روکش محافظ برای جلوگیری از آسیب‌های فیزیکی و محیطی است. این طراحی ویژه موجب شده تا این نوع کابل‌ها نسبت به کابل‌های مسی، نویز کمتری داشته باشند و بتوانند حجم زیادی از اطلاعات را در مدت‌زمان کوتاه انتقال دهند. همچنین، فیبرهای نوری در برابر تداخلات الکترومغناطیسی مقاوم هستند، که این ویژگی آن‌ها را برای محیط‌های صنعتی و شهری بسیار ایده‌آل می‌کند.

با رشد فناوری‌های ارتباطی، استفاده از کابل‌های فیبر نوری در سراسر جهان گسترش یافته است. شرکت‌های مخابراتی، دیتاسنترها و سازمان‌های بزرگ از این کابل‌ها برای برقراری ارتباطات پرسرعت استفاده می‌کنند. علاوه بر این، پیشرفت‌های جدید در زمینه فیبر نوری باعث شده که امکان استفاده از آن‌ها در کاربردهای خانگی نیز فراهم شود، به‌طوری‌که امروزه اینترنت فیبر نوری به یکی از سریع‌ترین روش‌های دسترسی به اینترنت تبدیل شده است.

 

کاربردهای کابل فیبر نوری

یکی از اصلی‌ترین کاربردهای کابل فیبر نوری در زیرساخت‌های مخابراتی و اینترنت پرسرعت است. این کابل‌ها به دلیل توانایی انتقال داده‌ها با سرعت بالا و حداقل تأخیر، در ارتباطات بین‌المللی، شبکه‌های بین شهری، و ارائه خدمات اینترنت خانگی و سازمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر این، بسیاری از شرکت‌های ارائه‌دهنده خدمات ابری و دیتاسنترهای بزرگ برای تضمین پایداری و امنیت ارتباطات خود از این نوع کابل‌ها بهره می‌برند.

فیبر نوری همچنین در صنایع مختلفی از جمله پزشکی، نظامی و اتوماسیون صنعتی کاربرد دارد. در تجهیزات پزشکی، فیبرهای نوری در دستگاه‌های آندوسکوپی برای تصویربرداری دقیق از اندام‌های داخلی بدن به کار می‌روند. در حوزه نظامی، از این فناوری برای ارتباطات امن و مقاوم در برابر تداخل‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌شود. همچنین، در صنایع پیشرفته، سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ مبتنی بر فیبر نوری به دلیل دقت بالا و حساسیت کم نسبت به نویز، به یکی از گزینه‌های محبوب تبدیل شده‌اند.

اجزاء داخلی کابل فیبر نوری

تنوع در بسته بندی

 

طراحی فیبر نوری

فیبر نوری از یک هسته (Core) و یک لایه روکش (Cladding) تشکیل شده است که به دلیل تفاوت در ضریب شکست بین این دو، برای انعکاس داخلی کامل انتخاب شده است. در فیبرهای کاربردی، روکش معمولاً با لایه‌ای از پلیمر آکریلات یا پلی آمید پوشانده می‌شود. این پوشش از فیبر در برابر آسیب محافظت می‌کند اما به خواص موج نوری آن کمک نمی‌کند. فیبرهای روکش‌دار تکی (یا فیبرهایی که به صورت نواری یا دسته‌ای تشکیل می‌شوند)، یک لایه حائل شده از رزین سخت یا تیوب (لوله) هسته‌ای شکل در اطراف خود دارند تا هسته کابل را تشکیل دهند. چندین لایه غلاف محافظ، بسته به نوع کاربرد، برای تعیین فرم کابل اضافه می‌شود. در مونتاژ فیبر گاهی شیشه‌های جذب کننده نور (تیره) را بین فیبرها قرار می‌دهند تا از نوری که از یک فیبر به داخل فیبر دیگر نشت می‌کند، جلوگیری کنند. با قرار دادن این قطعه در فیبر باعث کاهش تداخل داده در فیبرها یا کاهش تداخل نوری در پروسه انتقال نور در فیبر دسته‌ای (چندتایی) می‌شود.

 

برای کاربردهای داخلی (Indoor)، فیبرهای پوشش دار به طور کلی محصور شده است، و با یک دسته از پلیمرهای رشته‌ای انعطاف پذیر مانند آرامید (Aramid)، در یک پوشش پلاستیکی سبک ساخته شده است تا یک کابل ساده تشکیل شود. در انتهای هر کابل ممکن است با یک اتصال فیبر نوری تخصصی خاتمه یابد تا بتواند به راحتی از طریق تجهیزات انتقال و دریافت قطع و وصل شود.

 

برای استفاده در محیطهای سخت‌تر، ساخت کابل بسیار مقاوم تر مورد نیاز است. در ساخت فیبر با تیوب شل و سست، فیبر به صورت مارپیچ درون لوله های نیمه سخت قرار می‌گیرد و اجازه می‌دهد کابل بدون ایجاد کشش در فیبر، کشیده شود. این باعث می‌شود فیبر در هنگام قرار دادن داخل زمین (دفن کردن) و در اثر تغییرات دما از تنش محافظت شود. فیبر با تیوب شل و سست ممکن است “بلوک خشک” یا پر از ژل باشد. بلوک خشک محافظت کمتری نسبت به ژل دارد اما هزینه آن بسیار کمتر است. فیبر ممکن است به جای یک تیوب شل و سست در یک کاور پلیمری سنگین تعبیه شده باشد که معمولاً به آن ساختار بافر محکم (Tight Buffer) می‌گویند. کابل های Tight Buffer برای کاربردهای مختلفی ارائه می‌شوند، اما رایج ترین آنها “Breakout” و “Distribution” است.

 

کابل های Breakout به طور معمول شامل یک Ripcord، دو عضو تقویت کننده دی الکتریک غیر رسانا (به طور معمول یک اپوکسی میله شیشه‌ای)، یک نخ آرامید و یک لوله بافر 3 میلی متر با یک لایه اضافی Kevlar است که هر فیبر را احاطه کرده است. Ripcord یک سیم موازی از نخ محکم است که در زیر کاور(های) کابل برای از بین بردن کاور قرار دارد.

اجزاء کابل Breakout

 

کابلهای Distribution دارای یک پوشش Kevlar  کلی، یک Ripcord، و یک پوشش Bufferی 900 میکرومتر است که هر فیبر را احاطه کرده است. این واحدهای فیبری معمولاً به صورت دسته‌ای با اعضای اضافی مقاومت فولادی همراه هستند و دوباره با پیچ خوردگی مارپیچی امکان کشش دارند.

یک نگرانی اساسی در کابل کشی در فضای باز (Outdoor)، محافظت از فیبر در برابر آسیب های ناشی از آب است. این امر با استفاده از موانع جامد مانند لوله‌های مسی و ژله ضد آب یا پودر جاذب آب در اطراف فیبر حاصل می‌شود.

این کابل ممکن است زره پوش (مقاوم شده) باشد تا از آن در برابر خطرات زیست محیطی مانند کارهای ساخت و ساز یا گاززدن حیوانات محافظت کند. کابلهای مخصوص زیر دریا به شدت در بخشهای نزدیک ساحل، بشدت مقاوم و ضد ضربه می‌شوند تا از آنها در برابر لنگرهای قایق، وسایل ماهیگیری و حتی حمله کوسه‌ها محافظت کنند. دلیل جذب حیوانات به این نوع کابل بواسطه نیروی الکتریکی است که به تقویت کننده‌های برق یا تکرار کننده‌های کابل منتقل می‌شود.

یک نوع از کابل مخصوص نصب در دریا

 

کابلهای مدرن در غلافها و زره‌های بسیار متنوعی قرار دارند که برای کاربردهایی مانند دفن در زمین، استفاده دوگانه به عنوان خطوط برق، نصب در مجراهای برقی، نصب بروی تیرها و دکل‌های برقی، نصب کابل در زیر دریا و قرار دادن در آسفالت خیابان‌ها طراحی شده‌اند.

 

جنس فیبر نوری چیست

دو نوع ماده اصلی برای فیبرهای نوری وجود دارد: شیشه و پلاستیک. آنها خصوصیات کاملاً متفاوتی را ارائه می‌دهند و کاربردهای بسیار متفاوتی دارند. به طور کلی، فیبرهای پلاستیکی برای کاربرد در مسیرهای بسیار کوتاه و در حد مصرف کننده استفاده می‌شود، در حالی که فیبر شیشه برای ارتباطات از راه دور محدوده کوتاه/متوسط (multi-mode) و دوربرد (single-mode) استفاده می‌شود.

فیبر نوری از موادی مانند شیشه خالص یا پلاستیک مخصوص ساخته می‌شود که قادر به انتقال نور با کمترین میزان افت هستند. هسته فیبر که وظیفه هدایت نور را بر عهده دارد، معمولاً از شیشه سیلیکا (Silica) با خلوص بالا ساخته می‌شود تا شکست داخلی کلی را به حداکثر برساند. در برخی موارد، برای کاهش هزینه‌ها و افزایش انعطاف‌پذیری، از فیبرهای پلاستیکی استفاده می‌شود که نسبت به نمونه‌های شیشه‌ای ضخیم‌تر بوده اما ظرفیت انتقال داده پایین‌تری دارند. علاوه بر این، هر فیبر نوری دارای یک لایه بازتابنده به نام “روکش” (Cladding) است که از جنسی متفاوت با هسته ساخته شده تا نور را درون هسته نگه دارد و از هدر رفت آن جلوگیری کند. همچنین، برای محافظت در برابر آسیب‌های فیزیکی و محیطی، یک پوشش خارجی (Coating) از جنس پلیمرهای مقاوم مانند PVC یا تفلون روی فیبر کشیده می‌شود.

 

جنس کاور فیبر نوری چیست

متریال روکش بسیار مخصوص و کاربردی است. این ماده استاندارد میزان تحمل کابل را در برابر مقاومت مکانیکی، مواد شیمیایی و اشعه ماورا بنفش و غیره را تعیین می‌کند. برخی از مواد معمول روکش عبارتند از (Low smoke zero halogen) LSZH، پلی وینیل کلراید، پلی اتیلن، پلی اورتان، پلی بوتیلن ترفتالات و پلی آمید.

 

انواع کابل فیبر نوری

• OFC : فیبر نوری ، رسانا
• OFN : فیبر نوری ، غیر رسانا
• OFCG : فیبر نوری ، رسانا ، استفاده عمومی
• OFNG : فیبر نوری ، غیر رسانا ، استفاده عمومی
• OFCP : فیبر نوری ، رسانا ، plenum
• OFNP : فیبر نوری ، غیر رسانا ، plenum
• OFCR : فیبر نوری ، رساننده ، riser
• OFNR : فیبر نوری ، غیر رسانا ، riser
• OPGW : سیم زمینی کامپوزیت فیبر نوری
• ADSS : خود-پشتیبانی از تمام دی الکتریک
• OSP : کابل فیبر نوری ، خارج از زمین
• MDU : کابل فیبر نوری ، سکون چندگانه

 

قابلیت اطمینان فیبر نوری

فیبرهای نوری بسیار محکم هستند، اما مقاومت در برابر اشکالات سطح میکروسکوپی که ذاتاً اجتناب ناپذیر است به شدت کاهش می‌یابد و این وضعیت ناشی از فرآیند تولید است. مقاومت اولیه فیبر و همچنین تغییر آن با توجه به زمان، باید نسبت به تنش وارده بر فیبر در حین کار، کابل کشی و نصب برای مجموعه ای خاص از شرایط محیطی در نظر گرفته شود.

فیبرهای نوری به دلیل استفاده از مواد با خلوص بالا و تکنولوژی‌های پیشرفته در ساخت، از قابلیت اطمینان بسیار بالایی برخوردارند. این کابل‌ها در برابر تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) مقاوم هستند، زیرا برخلاف کابل‌های مسی، سیگنال‌ها را از طریق نور منتقل می‌کنند و هیچ‌گونه تشعشع الکتریکی ندارند. علاوه بر این، فیبرهای نوری به دلیل طراحی مقاوم خود، نسبت به شرایط محیطی مختلف مانند تغییرات دما، رطوبت، و نویزهای الکتریکی حساسیت بسیار کمی دارند. این ویژگی‌ها باعث شده‌اند که در صنایع مخابراتی، شبکه‌های داده، و زیرساخت‌های اینترنتی به‌عنوان یک گزینه قابل‌اطمینان استفاده شوند.

 

کیفیت فیبر نوری

کیفیت فیبرهای نوری به عواملی مانند خلوص شیشه یا پلاستیک مورد استفاده، میزان افت سیگنال، و دقت در فرآیند تولید بستگی دارد. فیبرهای نوری باکیفیت دارای هسته‌ای با حداقل ناخالصی هستند که باعث کاهش تضعیف سیگنال و افزایش فاصله انتقال داده می‌شود. همچنین، روکش (Cladding) این فیبرها به‌گونه‌ای طراحی شده است که بازتاب نور را بهینه کند و از نشت سیگنال جلوگیری نماید. در کنار این موارد، پوشش‌های محافظتی چندلایه که در برابر ضربه، خم‌شدگی، و شرایط محیطی مقاوم هستند، نقش مهمی در حفظ کیفیت و افزایش طول عمر فیبرهای نوری دارند. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که فیبرهای نوری بتوانند داده‌ها را با سرعت و دقت بالا و بدون کاهش کیفیت انتقال دهند.

 

ظرفیت و بازار

در سپتامبر 2012، NTT ژاپن یک کابل فیبر تکی را نشان داد که قادر به انتقال 1 پتابیت معادل 125هزار گیگابایت در ثانیه در مسافت 50 کیلومتر بود.

کابلهای فیبر مدرن می‌توانند تا هزار فیبر را در یک کابل داشته باشند که دارای پهنای باند بالقوه با ظرفیت ترابایت در ثانیه است. در بعضی موارد، ممکن است فقط بخش کوچکی از ظرفیت فیبر موجود در یک کابل نصب شده “روشن” شود. شرکت‌ها می‌توانند فیبر بلا استفاده را به سایر ارائه دهندگانی که به دنبال خدمات در یک منطقه یا از طریق آن هستند، اجاره دهند یا بفروش برسانند.

شرکت‌ها ممکن است شبکه‌های خود را به “ساخت بیش از حد”، به منظور خاص داشتن یک شبکه بزرگ از فیبر تیره (اصطلاحی برای فیبر استفاده نشده جهت واگذاری است) برای فروش، جهت کاهش نیاز کلی به حفر زمین و نصب این تجهیزات و مجوزهای لازم آن از شهرداری را در دستور کار قرار دهند.

بالاترین کابل فیبر تک حالت (single mode) با تعداد رشته، تعداد 864 عدد است که شامل 36 روبان و هر کدام شامل 24 رشته فیبر است.

 

نمونه سوئیچ شبکه با ورودی پورت SFP جهت اتصال کابل فیبر نوری

منبع : ویکی پدیا