ساختار اصلی فیبر نوری

فیبر لخت فیبر نوری معمولاً به سه لایه تقسیم می شود: هسته، روکش و پوشش.

هسته فیبر و روکش فلزی از شیشه با ضریب شکست مختلف تشکیل شده است، مرکز یک هسته شیشه ای با ضریب شکست بالا (سیلیکا با ژرمانیوم دوپ شده) و وسط یک روکش شیشه ای سیلیکا با ضریب شکست کم (سیلیکا خالص) است. نور در یک زاویه تابش خاص وارد فیبر می شود و انتشار کلی بین فیبر و روکش رخ می دهد (چون ضریب شکست روکش اندکی کمتر از هسته است)، بنابراین می تواند در فیبر منتشر شود.

عملکرد اصلی پوشش محافظت از فیبر نوری در برابر آسیب های خارجی و در عین حال افزایش انعطاف پذیری فیبر نوری است. همانطور که قبلا ذکر شد، هسته و روکش از شیشه ساخته شده است و نمی تواند خم و شکننده باشد. استفاده از لایه پوشش باعث محافظت و افزایش طول عمر الیاف می شود.

لایه ای از غلاف بیرونی به الیاف غیر لخت اضافه می شود. علاوه بر محافظت از آن، از غلاف بیرونی رنگ های مختلف نیز می توان برای تشخیص فیبرهای نوری مختلف استفاده کرد.

فیبر نوری با توجه به حالت انتقال به فیبر تک حالته (Single Mode Fiber) و فیبر چند حالته (Multi Mode Fiber) تقسیم می شود. نور با زاویه تابش خاصی وارد فیبر می شود و گسیل کامل بین فیبر و روکش رخ می دهد. وقتی قطر کوچک است، فقط یک جهت نور اجازه عبور دارد، یعنی یک فیبر تک حالته. هنگامی که قطر فیبر بزرگ است، نور می تواند مجاز باشد. تزریق و انتشار در زوایای برخورد متعدد، این بار فیبر چند حالته نامیده می شود.

ویژگی های انتقال فیبر نوری

فیبر نوری دو ویژگی اصلی انتقال دارد: از دست دادن و پراکندگی. از دست دادن یک فیبر نوری به تضعیف در واحد طول فیبر نوری، بر حسب دسی بل در کیلومتر اشاره دارد. سطح تلفات فیبر نوری مستقیماً بر فاصله انتقال سیستم ارتباطی فیبر نوری یا فاصله بین ایستگاه های رله تأثیر می گذارد. پراکندگی فیبر به این واقعیت اشاره دارد که سیگنال ارسال شده توسط فیبر توسط اجزای فرکانس مختلف و اجزای حالت مختلف حمل می شود و سرعت انتقال اجزای فرکانس مختلف و اجزای حالت مختلف متفاوت است که منجر به اعوجاج سیگنال می شود.

پراکندگی فیبر به پراکندگی مواد، پراکندگی موجبر و پراکندگی مدال تقسیم می شود. دو نوع اول پراکندگی ناشی از تک فرکانس نبودن سیگنال است و نوع دوم پراکندگی ناشی از این است که سیگنال یک حالت واحد نیست. سیگنال یک حالت واحد نیست باعث پراکندگی حالت می شود.

فیبر تک حالته فقط یک حالت اساسی دارد، بنابراین فقط پراکندگی مواد و پراکندگی موجبر وجود دارد و پراکندگی مودال وجود ندارد. فیبر چند حالته دارای پراکندگی بین حالتی است. پراکندگی فیبر نوری نه تنها بر ظرفیت انتقال فیبر نوری تأثیر می گذارد، بلکه فاصله رله سیستم ارتباطی فیبر نوری را نیز محدود می کند.

فیبر تک حالته

فیبر تک حالته (Single Mode Fiber)، نور در یک زاویه برخورد خاص وارد فیبر می شود و گسیل کامل بین فیبر و روکش رخ می دهد. هنگامی که قطر کوتاه می شود، فقط یک جهت نور اجازه عبور می دهد، یعنی یک فیبر تک حالته. هسته شیشه ای مرکزی فیبر حالت بسیار نازک است، قطر هسته به طور کلی 8.5 یا 9.5 میکرومتر است و در طول موج های 1310 و 1550 نانومتر کار می کند.

فیبر چند حالته

فیبر چند حالته (فیبر چند حالته) فیبری است که امکان انتقال چند حالت هدایت شونده را فراهم می کند. قطر هسته یک فیبر چند حالته به طور کلی 50μm/62.5μm است. از آنجایی که قطر هسته یک فیبر چند حالته نسبتاً بزرگ است، می‌تواند اجازه دهد تا حالت‌های مختلف نور روی یک فیبر منتقل شود. طول موج استاندارد چند حالته به ترتیب 850 نانومتر و 1300 نانومتر است. همچنین یک استاندارد فیبر چند حالته جدید به نام WBMMF (Fiber Multimode Wideband) وجود دارد که از طول موج های بین 850 تا 953 نانومتر استفاده می کند.

فیبر تک حالته و فیبر چند حالته دارای قطر روکش 125 میکرومتر هستند.

فیبر تک حالته یا فیبر چند حالته؟

فاصله انتقال

قطر کوچک‌تر فیبر تک حالته، بازتاب را محکم‌تر می‌کند و تنها به یک حالت نور اجازه می‌دهد تا حرکت کند، به طوری که سیگنال نوری می‌تواند دورتر حرکت کند. با عبور نور از هسته، میزان انعکاس نور کاهش می‌یابد که باعث کاهش تضعیف و انتشار بیشتر سیگنال می‌شود. از آنجایی که فیبر تک حالته پراکندگی بین حالتی یا پراکندگی کوچک بین حالتی ندارد، می تواند 40 کیلومتر یا بیشتر را بدون تأثیر بر سیگنال ارسال کند. بنابراین فیبر تک حالته عموماً برای انتقال اطلاعات از راه دور استفاده می شود و به طور گسترده در شرکت های مخابراتی و ارائه دهندگان تلویزیون کابلی و دانشگاه ها و غیره استفاده می شود.

فیبر چند حالته هسته ای با قطر بیشتری دارد و می تواند نور را در حالت های مختلف منتقل کند. در انتقال چند حالته، به دلیل اندازه هسته بزرگتر، پراکندگی بین حالت بزرگتر است، یعنی سیگنال نوری سریعتر پخش می شود. کیفیت سیگنال در طول انتقال از راه دور کاهش می‌یابد، بنابراین فیبر چند حالته معمولاً برای برنامه‌های کاربردی صوتی/تصویری کوتاه و شبکه‌های محلی (LAN) استفاده می‌شود، و فیبر چند حالته OM3/OM4/OM5 می‌تواند بالا را پشتیبانی کند. -سرعت انتقال داده

پهنای باند، ظرفیت

پهنای باند به عنوان توانایی حمل اطلاعات تعریف می شود. عامل اصلی که بر عرض باند انتقال فیبر نوری تأثیر می گذارد، پراکندگی های مختلف است که پراکندگی مودال مهم ترین آنهاست. پراکندگی فیبر تک حالته کوچک است، بنابراین می تواند نور را در یک باند فرکانس وسیع برای مسافت طولانی منتقل کند. از آنجایی که فیبر چند حالته تداخل، تداخل و سایر مشکلات پیچیده ایجاد می کند، از نظر پهنای باند و ظرفیت به خوبی فیبر تک حالته نیست. آخرین نسل از پهنای باند فیبر چند حالته OM5 روی 28000 مگاهرتز بر کیلومتر تنظیم شده است، در حالی که پهنای باند فیبر تک حالته بسیار بزرگتر است.