تاریخچه فیبرنوری

روایت های زیادی از تاریخچه فیبرنوری روایت میشود. اگر ارتباط راه دور بصری را مبدا ارتباط نوری در نظر بگیریم , دستگاه سمافور (Semaphore) که در دهه 1790 مورد استفاده قرار میگرفت اولین دستگاه ارتباط راه دور بصری بوده است. اما ما با کابل فیبرنوری سروکار داریم لذا اولین کاربرد کابل فیبر نوری در ارتباط دو نقطه را مبدا تاریخ این فن اوری در نظر میگیریم.

سال 1952 فیزیکدان ناریندر سینگ کاپانی ( Narinder Singh Kapany ) اولین کابل فیبرنوری را اختراع کرد.

سال 1961 اقای الیسا سنیتزر(Elias Snitzer) مقاله ای ارایه داد که در آن توضیح داده بود اگر تار فیبرنوری را انقدر کوچیک درست کنیم تا یک طول موج نوری به انتهای آن برسد, قابلیت انتقال امواج را دارد.

با دانش افراد قبل در سال 1965 کارلس کوا و جورج هوکمن ( Charles Kao and George Hockman) با سیستم های استادارد تلفن کار میکردند متوجه شدند که دلیل موفقیت کم افراد قبلی افت بالای کابل مورد استفاده بوده و اگر درمرحله تولید افت کابل کمتر شود واقعا فیبرنوری می نواند محیط خوبی برای انتقال سیگنال باشد.

سال 1970 شرکت کورنینگ اولین کابل فیبرنوری با افت 20dB در هر کیلومتر را تولید کرد.

و نهایتا در سال 1988 اولین سیستم مخابراتی با پایه فیبرنوری عملیاتی شد.

ساختار فیبرنوری

ماده تشکیل دهنده اصلی تارهای فیبرنوری سیلیکا یا دی اکسید سیلسکون می باشد. این ماده بطور طبیعی در آب , بافت گیاهان و حیوانات و پوسته زمین یافت می شود.

از انجایی که ما قصد تولید تار فیبرنوری را نداریم و مخاطبین این مقاله بیشتر کسانی هستند که کار فروش ,نصب و یا اپراتور سیستم های فیبرنوری را هستند, از مقوله روش تولید میگذریم و ساختار فیزیکی را فقط در حدی که برای مخاطبین نیاز است مورد بررسی قرار میدهیم.

تار فیبرنوری که شالوده اصلی کابل های فیبرنوری است استوانه بلندی است که از در مدل های سینگل مد (حدود 9 میکرون) و مولتی مد( 50 یا 62.5 میکرون ضخامت) عرضه می شود.

برای اینکه سیگنال نوری همواره داخل تار فیبرنوری یا هسته مرکزی کابل (کر فیبرنوری) حرکت کند نیاز دارد تا از مسیر خود منحرف نشود. به این منظور دور هسته اصلی را یک لایه ضخیم تر فراگرفته بنام کلد (Cladding) این لایه با ضریب شکستی متفاوت نسبت به ضریب شکست هسته ساخته شده (عموما ضریب شکست کلد کوچک تر). با این تکنیک کلد حکم ایینه را دارد که دور هسته را فراگرفته و مانع خروج سیگنال می شود. جمع ضخامت خارجی کلد در هر دو مدل  سینگل و مولتی مد حدود 125 میکرون است.

بدلیل اینکه کار با هسته بدون ماشین الات فوق دقیق میسر نیست و همچنین هسته بسیار شکننده است. برای سربندی و یا اتصال دو تار فیبرنوری روکش ها را تا رسیدن به لایه کلد برمیدارند و بعد از آن عملیات مورد نظر را روی تار فیبرنوری انجام میدهند.

بعد از لایه کلد لایه دیگری روی تار قرار میگیرد که در کابلهای چند رشته معمولا رنگی است. نام این لایه , لایه پوش یا کوتینگ است. در کابلهای چند رشته که تار ها کنار هم قرار میگیرند.( به اصطلاح به این کابلها لوز تیوب گفته می شود و گاهی تا 144 تار در یک کابل قرار داده می شود.) برای تشخیص تارهای فیبر نوری از یکدیگر لایه کوتینگ با رنگ متفاوت برای هر تار در نظر گرفته می شود. رنگ های مورد استفاده استادارد بین اللملی دارند ولی برخی از شرکت های مخابراتی بزرگ کد رنگی خود را مورد استفاده قرار میدهند.

در کابلهای فیبرنوری ظرفیت بالا تعداد 6 یا 8 تار را در یک غلاف قرار میدهند. و تعداد غلاف ها را که در اصطلاح انرا تیوب می نامند افزایش میدهند. مثلا برای کابل 48 کر یا 48 تار 6 تیوب 8 تایی مورد استفاده قرار میگیرد.

گاهی برای کابل های تا 24 کر تمامی تار ها در یک تیوب تعبیه می شوند. برای تمییز دادن کر ها از هم  12 رنگ استاندارد را یکبار بصورت ساده و یکبار دیگه با خط های مشکی روی رنگ ها (به اصطلاح گورخری ) رنگ میکنند. فقط برای خود رنگ مشکی از رنگ سفید برای ایجاد تمایز استفاده می شود.

نحوه جا به جایی سیگنال در فیبرنوری

همانطور که در عکس مشاهده میکنید سیگنال نوری در کابل های مختلف به روش های مختلف ارسال می شود.

در سیستم های سینگل مود چون مقطع کر فیبرنوری بسیار کوچک است سیگنال مسافت زیادی را بدون تماس با کلد میتواند طی کند. این امر باعث می شود که ساختار سینگل مود مناسب ارسال سیگنال به نقاط دورتر باشد.  بخش تزریق کننده نور در کابلهای سینگل مود معولا لیزرها هستند. در اصطلاح فنی اپتیکال به آنها LD که مخفف laser diodes می باشد. اما در سیستم های مخابراتی طول موج تولید شده توسط منبع نوع آنرا به کارشناسان معرفی میکند. طول موج مورد استفاده در سیستم های سینگل مد بین 1310 نانومتر تا 1550 نانومتر است.

جهت آشنایی با انواع فیبر نوری سینگل مد این لینک را کلیک نمایید.

نکته: این طول موج ها حامل نور مرئی نیستند, هرگز داخل تار نوری که از غیر متصل بودن آن به منبع مطمئن نیستید را نگاه نکنید.

در سیستم های مولتی مود , همانطور که در شکل میبینید همزمان چند طیف نوری از مبدا به سمت مقصد حرکت میکنند. در این ساختار پیام ارسالی به تکه های کوچکتر تبدیل می شود و همزمان با طول موج های مختلف ارسال می شود. طول موج در سیستم های مولتی مود کوتاه تر از سینگل مود می باشد. منبع تولید کننده نور نیز با سیستم سینگل مود متفات است. معمولا LED ها که مخفف light emitting diode میباشد منبع نور لینک های ارتباطی مولتی مود هستند.

طول موج تولید شده توسط این منابع بین 850 نانومتر تا 1300 نانومتر می باشد.

نکته : در طیف نور 850 نانومتر مقداری نور قرمز رنگ مرئی موجود است. با وجود مرئی بودن این طیف مجدد اخطار داده می شود که هرگز داخل فیبرنوری را نگاه نکنید زیرا مقدار انرژی نور ممکن است به شبکیه چشم اسیب غیر قابل جبران وارد کند.

تنها نکته حایز اهمیت ارسال پیام در این سیستم ها این است که تقدم و تاخر رسیدن به مقصد باید مانند تقدم و تاخر مبدا باشد. به دلیل اینگه چند سیگنال با هم گسیل می شوند اگر در دریافت کننده ترتیب دریافت مانند ترتیب ارسال نباشد پیام دریافتی در مقصد برای گیرنده قابل شناسایی نیست.

کابل های پلاستیکی که عموما در صنعت برای ارتباطات کوتاه و یا صنایع خاص دقیق مانند پزشکی برای مورد استفاده قرار میگیرند نیز در دسته کابل های مولتی مد قرار میگیرند.

برای مدتی کابل های فیبرنوری پلاستیکی برای انتقال صدا (Audio fiber optic cable) در منازل و دستگاه های حرفه ای صوتی مورد استفاده قرار گرفت.باظهور سیستم های اچ دی ام ای (HDMI) و مزیت انتقال تصویر و صدا بصورت همزمان استفاده از دسته کابل ها کمتر شد.

تا اینجا انواع تار فیبرنوری را خدمتتان معرفی کردیم. تارهای فیبرنوری بدون غلاف و سربندی به ندرت مورد استفاده قرار میگیرند.

وقتی تار فیبر نوری به روکش مجهز می شود, دیگر به آن تار اطلاق نمی شود و تبدیل به کابل فیبرنوری می شود.

انواع کابل فیبرنوری

کابلهای لوزتیوب (Loose tube)

کابلهای لوز تیوب و تایت بافر پر مصرف ترین انواع کابل فیبرنوری هستند. تنوع در روکش و ساختار کابل های فیبرنوری محدودیتی ندارد , لذا در این مقاله به پر مصرف ترین انواع آن خواهیم پرداخت.

کابلهای لوز تیوب خود به زیر دسته های متنوع تقسیم می شود. این دسته کابلها عموما برای کاربردهای خارج از ساختمان پیشنهاد می شوند.(Outside plant-OSP)

به اشتباه بین بعضی از همکاران تمامی این نوع کابل ها برای دفن مستقیم در زمین به پروژه ها ارایه می شوند.

عکس بالا کابل تک روکش Single jacket می باشد. این کابل برای استفاده در بیرون و خارج از ساختمان قابل استفاده است. اما در هر دو حالت باید کابل داخل داکت نصب شود.

کابل دو روکش (Double jacket ) این کابل با وجود یک روکش اضافه نسبت به کابل تک روکش باز هم باید داخل داکت استفاده شود. این کابل نیز برای نصب در داخل و خارج ساختمان مناسب است.

در این بخش به تعداد تارهای فیبرنوری در کابل اشاره ای نکرده ایم زیرا ساختار فیزیکی و روکش های کابل های فیبرنوری مد نظر بوده.

تعداد تار و ساختار داخلی کابل فیبرنوری بنا به کاربرد و در هنگام سفارش باید مد نظر قرار گیرند.

کابل فیبرنوری لوز تیوب با روکش فلزی از جنس الومینیوم مناسب برای کاربرد داخل و خارج سختمان و قابل نصب در داکت. روکش کابل های فیبرنوری به دلیل حساسیت تار از جنس پلی اتیلن PE می باشند.

کابلی که با دوروکش پلی اتیلنی باشد انعطاف کمتری نسبت به کابل با یک روکش پلی اتیلنی و یک فویل الومنیوم دارد.

تنها کابل فیبرنوری لوزتیوب که طبق استاندارد میتواند مستقیم زیر خاک دفن شود کابل زیر است.

نام این کابل Armourd double sheath است . محافظ فلزی آن که بصورت هفت , هشتی شکل داده شده و در مقابل فشارهای وارده به سطح کابل بسیار مقاوم است.

همچنین در مقابل حمله جوندگان نیز دارای مقاومت قابل قبول است.

کابلهای تایت بافر (Tight Buffered)

این دسته کابل ها عوما برای مصارف داخل ساختمانی مورد استفاده قرار میگیرند. در اصطلاح فنی به کابل هایی که داخل ساختمان استفاده می شوند INDOOR گفته می شود.

بشترین مصرف کابل های تایت بافر در تهیه پیگتیل و پچکرد (پچ کورد) ها است. این کابل قابلیت نصب مستقیم کانکتور را دارد.

کابلهای تایت بافر را گاهی کابل رایزر هم مینامند. البته پروژه های خاصی هم وجود دارند که کابل تیات بافر را برای مسافت های بلند ( در حد کیلومتر) استفاده میکنند. ولی از انجایی که ضخامت کابل تیات بافر نسبت به لوز تیوب بیشتر است. هزینه ساخت کابل با تار تایت بافر بیشتر خواهد شد.

اما انعطاف پذیری کابل های Tight Buffered در مقایسه با کابل های Loose tube بهتر است و در پیچ و خم های داخل ساختمان راحتتر نصب می شوند.

کابل هایی که برای تولید پچکرد ها استفاده می شوند به شرح زیر هستند.

کابل تکی تایت بافر (Simplex)

کابل دوتایی تایت بافر (Duplex)

کابل زیپ کرد تایت بافر (Zipcord)

کابل هایی که در زیر معرفی می شوند میتوانند به عنوان پچکرد چند تار (بیش از دو تار) مورد استفاده قرار بگیرند.

کابل بریک اوت (Breakout)

کابل توزیع تایت بافر (Distribution)

کابل تک لایه برای انتقال دیتا یک لینک (FDDI)

کابل های FDDI که به نوعی پدر پچکردهای یونی بوت امروزی محسوب می شوند برای اتصال ارتباط دو دستگاه مورد استفاده قرار میگرفته اند. امروز هم برای همین منظور از همین ساختار کابل با کمی تغییر استفاده می شود.

بطور خلاصه مزیت کابل های تایت بافر به شرح زیر است:

  • به دلیل ساختار و نوع روکش قابل انعطاف تر از کابل های لوز تیوب هستند.
  • چون روکش از نوع پی وی سی یا روکش بدون گازهای سمی (LSZH) دارند راحتتر روکش پلی اتیلنی کابل را میتوان لخت کرد و سربندی سریعتر انجام می شود.
  • به دلیل ساختار روکش که در بند بالا ذکر شد, زمان فیوژن کردن کوتاهتر از سایر انواع کابل فیبرنوری است.
  • هزینه نگهداری و تعمیر آن پایین است.

روش های مختلف سربندی فیبرنوری

در اصطلاح فنی به سربندی فیبرنوری ترمینیشن (termination) نیز گفته می شود. کابل های فیبرنوری بدون سربندی قابل استفاده نیستند. البته طبق استاندارد تمامی کابل ها اعم از مسی و فیبرنوری یابد با اصول استاندارد سربندی شوند. اما گاهی در در صنایع دیگر ماند برق کاربر میتواند با اتصال سیم به کابل اصلی وسیله مد نظرش را روشن کند. در حالیکه در ارتباطات مبتنی بر فیبرنوری استفاده از کابل ها نیازمند سربندی مناسب با کاربرد آنها است.

روش نصب مستقیم کانکتور بر روی فیبر

در این روش نصاب کانکتور را مستقیم بر روی تار فیبرنوری نصب میکند.

نصب مستقیم کانکتور بر روی فیبر نوری نیازمند تجهیزات فراوانی است. از چسب های مخصوص تا پولیش هایی که برای صیقل دادن سطح کانکتور مورد استفاده قرار میگیرند.

اما مهمترین پارمتر تجربه و تخصص اپراتور است. باید به این نکته نیز توجه کنید که غبار محیط بر روی نتیجه کار شما تاثیر بسزایی خواهد داشت.

نصب کانکتور مستقیم به دو دسته کلی تقسیم می شود. کیت های نصب کانکتور برای تعداد کم (نصب در محل ) و نصب کانکتور در مقیاس زیاد (کارگاه تولید پیگتیل و پچکرد).

کیت های نصب کانکتور کوچک شامل چند دستگاه محدود هستند. معمولا امروزه این کیت ها برای مواقع ضروری و اورژانس مورد استفاده قرار میگیرند. لینک های ارتباطی مناطق دور در صورتیکه دچار صانحه بشوند ماموران محلی با صرف هزینه کم در حدی که لینک فعال باقی بماند می توانند از این کیت استفاده کنند.

از انجایی که هر روز اهمیت ارتباطات مبتنی بر فیبرنوری افزایش پیدا میکند, روش های ساده تری برای نصب کانکتور مستقیم بر روی فیبرنوری به بازار عرضه شده که مزیت و معایب خود را دارد. برای حل مشکل پولیش سر کانکتور که مهمترین پارامتر در سربندی نصب مستقیم است راهکارهایی ارایه شده از جمله سربندی در کانکتوری که از قبل پولیش خورده. (جهت آشنایی با این تکنولوژی به بخش کانکتورهای سریع مراجعه کنید.) این روش ها به کانکتور سریع مشهور شده اند. هر برند بزرگی برای خود روش منحصر به فرد کانکتور سریع خود را دارد. برای اجرا این کانکتور های خاص هم معمولا ابزار خاصی مورد نیاز است. معروف ترین آنها در بازار یونیکام، کرنینگ و فست کانکتور شرکت AFL می باشند.

روش سربندی با دستگاه فیوژن و پیگتیل

مزیت استفاده از این روش در پیگتیل نهفته است. از انجایی که تولید پیگتیل در کارخانه های مجهز انجام می شود (دستگاه های سربندی تولید انبوه), پولیش انتهای کانکتور بهترین حالت ممکن را دارد. سر دیگر پیگتیل ازاد است و میتوان آنرا توسط دستگاه فیوژن فیبرنوری به انتهای کابل متصل کرد. روش فیوژن خود به دو دسته فیوژن گرم و فیوژن مکانیکی تقسیم می شوند.

فیوژن مکانیکال

شاید این نام برای این روش سربندی خیلی اغراق امیز باشد. اما تعریف فیوژن فیبرنوری قرار دادن دوسر کابل آماده شده در راستای یگدیگر است بطوریکه سیگنال ارتباطی بتواند با کمترین افت از محیط اول به محیط دوم وارد شود.  در این تعریف هیچ نکته ای در مورد روش اتصال دو تار گفته نشده.

روش مکانیکال اسپلایس در حال حاضر محدود به چند تولید کننده است. در این روش نقطه تماس باید توسط وسیله ای بنام نگهدارنده اسپلایس (Splice protector) محافظت شود.

نگهدارنده های اسپلایس مکانیکی ساختارهای متفاوتی دارند که باعث می شود سایز های متفاوتی نیز داشته باشند.بعلاوه برای استفاده از انواع خاصی از آنها نیازمند ابزار خاص نیز هستید. چون در این روش تارهای فیبرنوری عملا یکپارچه نمی شوند, داخل اسپلایس پروتکتور مکانیکی از ژلی با ضریب شکست نزدیک به تارهای فیبرنوری قرار داده شده. این ژل کمک میکند فضای خالی بین دو تار روبروی هم قرار گرفته پر شود و از اتلاف توان سیگنال جلوگیری شود.

پس مکانیکال اسپلایس پروتکتورها علاوه بر یکبار مصرف بودن تاریخ مصرف نیز دارند. در صورتیکه مقداری از ژل داخل قطعه کم شود.(در اثر خروج تار فیبرنوری و ورود تار دیگر), یا ژل داخل قطعه خشک شود ممکن است نتیجه اتصال رضایت بخش نباشد.

برای دیدن فیلم روش کار با اسپلایس مکانیکی این لینک را کلیک کنید.

فیوژن گرم روشی است که در لینک های مخابراتی و ارتباطات دیتا بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد. دلیل عمده آن نیز افت کمتر نسبت به روش مکانیکی می باشد.

این روش نیاز به تجهیزات گران قیمت دارد ولی نتیجه کار بسیار قابل قبول است. سرعت اجرا این روش نیز سریع تر از روش کانکتور مستقیم است.

نکته جالب توجه این است که در تمام روش های سربندی آماده سازی کابل فیبرنوری یکسان است و ممکن است فقط مقدار تاری که باید آماده شود از نظر طول متفاوت باشد.

دستگاه های فیوژن اسپلایس گرم فیبرنوری به علت استفاده از قوس الکتریکی در محل جوش به اسپلایس گرم مشهور شده اند. آنها به دو دسته عمده تقسیم می شوند.

دستگاه هایی که ارزان قیمت تر هستند و تکنولوژی ساده ای دارند به نام وی گروو (V-Groove) . در این دستگاه محلی که فیبرنوری داخل آن قرار میگیرد حفره ای است شب به حرف وی انگلیسی. چون روکش تارهای فیبرنوری را تا مقطع 125 میکرون در هنگام اتصال بر میداریم لذا تارها در این حفره مقداری پایین رفته و پس از آن ثابت در محل خود قرار میگیرند.

در صورتیکه ابزار روکش بردار مورد استفاده دقت لازم را نداشته باشد و یا اپراتور کار را بدون دقت کافی انجام دهد عمل اتصال با افت زیادی انجام می شود.

دستگاه هایی که از این تکنولوژی استفاده میکنند برای اتصالات کابل های مولتی مود بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند. البته برای پروژه های اتصال فیبرنوری به خانه FTTH نیز از این دسته از ماشین ها بهره گیری می شود.

دسته دوم دستگاه های فیوژن مبتنی بر تنظیم فعال تار فیبرنوری هستند.

در این دسته دو تکنولوژی مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از این تکنولوژی ها منحصر به شرکت کرنینگ است. ال ای دی (LID) نام تجاری این تکنولوزیست . در آن تار فیبرنوری را در مسیری قرار میدهند که تار در نقطه ای به شکل موج سینوسی قرار میگیرد. در طرف دیگر نیز همین اتفاق میافتد. (دستگاه های تشخیص تارهای فیبرنوری Fiber identifier نیز از همین روش استفاده میکنند.)

همانطور که در شکل مشاهده می کنید از نقطه خم تار اول سیگنالی داخل تار فیبرنوری تزریق می شود. در نقطه مقابل تار روبرویی این سیگنال را دریافت میکند و سیستم با کمک سنسورهای موجود دو تار فیبرنوری را طوری روبروی هم نگه میدارد که بیشترین انرژی به گیرنده برسد. سپس دو تار فیبرنوری را با کمک قوس الکتریکی به هم جوش میدهد. در اینجا باید خاطر نشان کنیم که دستگاه های تولید شرکت کرنینگ علاوه بر روش عادی عکس برداری و تنظیم بر اساس محل قرار گیری تار , سیستم LID را نیز دارند. اپراتور میتواند بین این دو سیستم یکی را انتخاب کند. در برخی از کابلهای موجود در بازار به دلیل استفاده از فرمول رنگ غیر قابل نفوذ سیستم ال ای دی نمیتواند طیف نور را به تار فیبرنوری تزریق کند.

اما روشی که عموم دیگر تولید کنندگان از آن استفاده میکنند روش عکاسی از تارهای فیبرنوری و تنظیم لایه 125 میکرونی تار روبروی همدیگر است.

این روش با وجود اینکه ساده به نظر میرسد هر روز در حال بهتر شدن است. پیچیدگی های خاص این روش مدیون روش های نوین عکاسی فیکروسکوپی و سنسورهای حساس تشخیص جزییات عکس است. روش کار به این شکل است که نور از پشت تار فیبرنوری به آن تابانده می شود. نور در تماس با اشیا غیر مسطح جمع یا پراکنده می شود. در مورد تار فیبرنوری چون بدنه تار به شکل استوانه است نور را جمع میکند.

روش استفاده از کابل آماده شده (Pre-terminated Fiber)

در این روش PTF مقدار دقیق کابل مورد نیاز ,تعداد لینک ها و نوع کانکتور مد نظر را باید بدانیم. چون هر دو سر کابل در کارخانه اماده سازی میشود , جای هیچ اشتباهی نیست. کابل به متراژ دقیق سفارش شما اماده میشود. کانکتور بر ریو آ نصب می شود. تست گرفته می شود و در پوش برای جلوگیری از نفوذ غبار روی آن قرار میگیرد. کافسیت کابل را در محل نصب کنید و ابتدا و انتهای آن را به سیستم متصل کنید.

مزیت این سیستم نصب ساده, راه اندازی سریع و کمترین مقدار افت در کل سیستم رعایت خواهد شد.

اما معایب آن نیاز به طراحی دقیق است. در حدی این پارامتر مهم است که اگر در محاسبه کابل را مقدار ناچیز کوتاه در نظر گرفته باشید, راه حلی برای جبران اشتباه نخواهید داشت و باید مجدد کابل را سفارش دهید.

جدول مقایسه روش های سربندی:

مقایسه روش های سربندی فیبرنوری
 PTFکانکتور مستقیماسپلایس
انجام اسپلایسنداردندارددارد
پولیش کانکتورنداردداردندارد
اندازه گیری افتکالا همواره با نتیجه تستبسیار حیاتیمتوسط
انعطاف پذیریکممتوسطبالا
نیاز به طراحیزیادمتوسطمتوسط
نیاز به تجربهکمخیلی زیادزیاد
سرمایه گذاری در ابزارکممتوسطبسیار پرهزینه