کابل فیبر نوری چیست و چه کاربردهایی دارد؟

کابل فیبر نوری کالای پرکاربردی است که همه ما نام آن را شنیده ایم، اما ممکن است اطلاعات زیادی در مورد این نوع کابل ها نداشته باشیم. در این مطلب به معرفی کابل های فیبر نوری و کاربردهای آنها می پردازیم، با ما همراه باشید. 

فیبر نوری یا کابل فیبر نوری

کابل فیبر نوری Fiber-optic cable که به آن فیبر نوری هم گفته می شود، از فیبرهای انعطاف پذیری از جنس شیشه یا پلاستیک ساخته شده است. این کابل ها برای انتقال نور از یک منبع به یک مکان دور مورد استفاده قرار می گیرند. طول قطر این فیبرها به اندازه یک تار مو است. 

کابل فیبر نوری شامل یک هسته و یک پوشش است که نور را در دام انداخته و اجازه می دهد مسافت زیادی را طی کند. در منبع انتقال، سیگنال های نور به شکل داده کد گذاری می شوند، همان داده هایی که روی صفحه نمایش کامپیوتر خود می بینید. بنابراین فیبر داده را به کمک نور به یک گیرنده نهایی انتقال داده و در آنجا سیگنال های نور به شکل داده رمزگشایی می شوند. 

بنابراین کابل فیبر نوری در حقیقت نوعی ابزار انتقال است که داده ها را در یک مسافت طولانی و با سرعت خیلی بالا حمل می کند. 

کابل فیبر نوری اولین بار در دهه 1950 و برای گوشی های پزشکی تولید شدند. هدف از ساخت این کابل ها مشاهده داخل بدن بیمار بدون انجام جراحی بود. در دهه 1960 مهندسین مخابرات راهی پیدا کردند تا برای انتقال و دریافت تماس های تلفنی با سرعت نور از همان تکنولوژی استفاده کنند. 

سرعت نور در خلا معادل 186 هزار مایل در هر ثانیه است، اما این سرعت در یک کابل تا دو سوم کاهش پیدا می کند.

کابل فیبر نوری چطور کار می کند؟ 

فیبر نوری داده ها را به شکل ذرات جابه جا می کند که نام هر ذره فوتون نامیده می شود. فوتون ها که همان ذرات نور هستند، مسیر درون کابل نوری را طی می کنند؛ زمانی که سیگنال‌های نوری در داخل کابل فیبر نوری به حرکت در می‌آیند در واقع از سطح هسته و غلاف انعکاس پیدا می‌کند و مسیر را به صورت زیگزاگی در طول کابل فیبر نوری طی می‌نمایند.

کاربردهای فیبر نوری چیست؟

کابل‌های فیبر نوری مبنای ارتباطات و شبکه‌های کامپیوتری دنیای امروز هستند، اما مطمئنا این کابل ها را تاکنون از نزدیک ندیده اید. هزاران مایل فیبر نوری انواع اطلاعات را در زیر زمین، تونل‌ها، دیوار ساختمان‌ها، سقف و مکان‌های دیگر حمل می کنند. مهم ترین کاربردهای کابل‌های فیبر نوری به شرح زیر هستند: 

• ارتباطات: فیبرهای نوری به طور گسترده  برای انتقال داده‌ها با سرعت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله اینترنت، تلویزیون و مخابرات. 
   
• اسکن پزشکی: فیبرهای نوری در سیستم‎‌های تصویر‌برداری پزشکی، مانند آندوسکوپ و دوربین‌ها، برای مشاهده بافت‌ها و اندام داخلی استفاده می‌شوند. 
   
• تجهیزات نظامی: فیبرهای نوری در شاخه‌های اصلی تجهیزات نظامی (مانند ارتش، نیروی دریایی و نیروی هوایی) برای ارتباطات و انتقال داده استفاده می‌شوند، به عنوان مثال در ارتباط فرماندهی و کنترل در کشتی‌ها و هواپیماها و ارتباط بین ایستگاه‌های زمینی ماهواره‌ای و مرکز داده. 
   
• حسگرها: فیبر نوری در حسگرهای دما، فشار و لرزش مورد استفاده قرار می گیرند تا داده‌های واقعی ارائه کنند و به این ترتیب تحلیل به شکل ساده‌تر انجام شود. به عنوان مثال حسگرهای پایش سلامت سازه‌ای برای کنترل لرزش سازه‌هایی مانند پل‌ها و ساختمان‌های بلند استفاده می‌شوند. 
   
• امنیت: فیبرهای نوری در برنامه امنیتی مانند حصار محیطی مراکز داده، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این حصارها فیبرهای نوری حضور شخصی در نزدیکی مرکز و یا لمس حصار را حس می‌کنند. از طرفی سیستم‌های نظارتی با استفاده از فیبرهای نوری ویدئوهای با کیفیت بالا را به فواصل دور انتقال می دهند. فیبرهای نوری و دوربین مداربسته با قابلیت زوم سیستم امنیتی خوبی را فراهم می‌آورند. 
   
• اتوماسیون صنعتی: کابل‌های فیبر نوری در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی برای انتقال سیگنال‌ها و کنترل داده‌ها استفاده می‌شوند، به عنوان مثال در کنترل گر منطقی برنامه پذیر یا PLC. 
   
• انرژی: کابل‌ فیبر نوری در اتصال سکوهای نفت و گاز برای انتقال داده و کنترل شرایط چاه‌ها استفاده میشود. 

مزایای استفاده از فیبرهای نوری

استفاده از کابل فیبر نوری مزایا و معایبی هم به همراه دارد؛ استفاده از فیبرهای نوری در مقابل سیم‌های تلفن مسی و فیبرهای ترکیبی کواکسیال hybrid fiber-coaxial یا HFC مزیت‌های زیادی دارد که برخی از مهم‌ترین آنها به شرح زیر می‌باشند: 

• انتقال داده سریع‌تر: فیبرهای نوری در مقایسه با سیم های مسی پهنای باند بالاتری دارند که انتقال داده با سرعت بالاتری انجام می‌شود. در فیبرهای نوری از سیگنال‌های نور برای انتقال داده‌ها استفاده می‌شود که نسبت به سیگنال‌های الکتریکی استفاده شده در سیم‌های مسی، ظرفیت خیلی بالاتری دارند. 
   
• عدم بروز تداخلات الکترومغناطیسی: فیبرهای نوری از مواد دی‌الکتریک ساخته شده اند که در مقابل تداخلات الکترومغناطیسی ایمن هستند. تداخلات الکترومغناطیسی یک مشکل مهم در سیم‎‌های مسی هستند، چرا که سیم‌های ساخته شده از فلز مس الکتریسته را از خود عبور می دهند. 
   
• ایمنی: فیبرهای نوری به دلیل استفاده از مواد دی‌الکتریک از تداخلات احتمالی مخرب ایمن هستند. 
   
• وزن کمتر: این نوع کابل‌ها به میزان قابل توجهی سبک‌تر از سیم‌های مسی هستند. وزن کم این کابل‌ها در زمان نصب اهمیت ویژه‌ای پیدا می کند چرا که حمل آنها ساده‌تر انجام می‌شود و در نتیجه حجم کابل بیشتری در زمان کمتر قابل نصب خواهد بود. 
   
• عدم افت سیگنال: در کابل‌های فیبر نوری افت سیگنال (attenuation) کمتر اتفاق می افتد، زیرا سیگنال های نوری می توانند مسافت‌های طولانی را با کمترین تخریب طی کنند. 

معایب استفاده از فیبرهای نوری

استفاده از فیبر نوری در کنار تمام مزایا، معایبی هم دارد که بهتر است از آنها مطلع باشید. برخی از مهم ترین معایب استفاده از فیبرهای نوری به شرح زیر هستند: 

• نصب و تعمیر این نوع کابل‌ها چالش بزرگی است چرا که این اقدامات به تخصص و تجهیزات بالایی نیاز دارد، ضمن اینکه این چالش هزینه بالاتری هم در پی دارد.
   
• فیبرهای نوری تحت تاثیر عوامل محیطی قرار گرفته و آسیب می‌بینند. به عنوان مثال آب از طریق حفره‌های کوچک و حباب‌های هوا به روکش نفوذ کرده و بر روی انتقال سیگنال‌ها تاثیر می گذارد. همچنین آب نور را جذب می‌کند و باعث ایجاد ریز شکست‌هایی در شیشه می‌شود که هر دو عامل باعث افت سیگنال می‌شوند. از طرفی قرار گرفتن طولانی مدت در برابر نور UV خورشید باعث تخریب سطح فیبر نوری شده و مرز بین هسته و روکش فیبر شکسته و انتقال سیگنال ضعیف می‌شود. تهدید دیگر محیط زیستی بر روی فیبرهای نوری حیوانات هستند. حیواناتی مانند موش، خرگوش، سنجاب و ایگوانا می‌توانند فیبرها را جویده و به آنها آسیب بزنند. 
   
• خم شدن فیبرهای نوری یکی دیگر از مشکلاتی است که باعث افت سیگنال می‌شود. نور از طریق هسته فیبر نوری با انعکاس از مرز روکش، اما فقط در زاویه مناسب حرکت می‌کند. خم شدن فیبر منجر به نشت نور شده که افت سیگنال را در پی دارد. 

به هر حال با وجود تمام این معایب، مزیت‌های استفاده از فیبرهای نوری آنقدر بزرگ و حائز اهمیت هستند که باز هم باعث برتری کابل فیبر نوری به سایر کابل‌ها می‌شود.

کلام آخر 

تا پیش از مطالعه این مطلب احتمالا اطلاعاتی در مورد کابل های فیبر نوری نداشتید، اما اکنون با این نوع کابل ها، چگونگی عملکرد آنها و همچنین مزایا و معایب استفاده از آنها آشنا شده اید. برای ارتقا آگاهی خود در زمینه دوربین های مدار بسته و سایر فناوری های این حوزه با ما همراه باشید.