چرا طول موج در فیبر نوری از اهمیت بالایی برخوردار است؟
فیبر نوری، فناوری انتقال اطلاعات با پهنای باند نامحدود و گسترده است. در این فناوری پالس‌های نوری از رشته‌های بلند و باریکی که از جنس شیشه یا پلاستیک هستند، عبور می‌کنند و با سرعتی بسیار بالاتر از سایر کابل‌ها، داده‌های تصویری، صوتی و سایر اطلاعات را منتقل می‌کنند. سرعت انتقال داده‌ها و پهنای باند فیبر نوری در مقایسه با کابل‌های مسی بسیار بالاتر است و به این دلیل اطلاعات با تأخیر کمتری انتقال می‌یابند.
طول موج یکی از اصطلاحات رایج در فیبر نوری است که برای اندازه‌گیری رنگ تابش استفاده می‌شود. در واقع طول موج و فرکانس، دو اصطلاح مرتبط به هم هستند. طول موج برای تابش‌هایی با طول موج کوتاه مثل نور، اشعه ایکس و اشعه ماوراءبنفش استفاده می‌شود و فرکانس برای تابش‌هایی با طول موج بالاتر مثل امواج رادیویی و تلویزیونی کاربرد دارد.
در فیبر نوری از طول موج‌های nm850، nm1300 و nm1550 استفاده می‌شود چرا که کمترین افت را در هنگام انتقال اطلاعات دارند. در این مقاله به بررسی کابل فیبر نوری و عملکرد آن و اهمیت طول موج در فیبر نوری می‌پردازیم.
فیبر نوری چیست و چگونه کار می‌کند؟
فیبر نوری، محیط انتقال داده‌ها است که در آن اطلاعات به‌وسیله نور منتقل می‌شوند. این داده‌های از طریق کابل‌های پلاستیکی یا شیشه‌ای که هر کدام از 100 فیبر نوری بسیار نازک تشکیل شده، انتقال می‌یابند. هر کدام از رشته‌های فیبر نوری ضخامتی معادل یک دهم موی انسان دارند. روکش این کابل‌ها به‌گونه‌ایست که از خروج نور و اعوجاج طول موج جلوگیری کرده و علاوه‌بر آن فیبر را در مقابل آسیب‌های فیزیکی و رطوبت محافظت می‌کند.
از آنجایی که در این فناوری از نور برای انتقال داده‌ها استفاده می‌شود، بنابراین اطلاعات باید به نور تبدیل شوند یا در اصطلاح به‌صورت اپتیکی مدوله شوند تا بتوان آنها را انتقال داد. در اینجا منظور از نور، طیف اپتیکی شامل اشعه مادون قرمز، اشعه مرئی و اشعه فرانبفش است.
فیبر نوری از سه لایه هسته، پوسته و لایه محافظ ساخته می‌شود. در کابل فیبر نوری، نور از طریق هسته حرکت کرده و مسیر را به‌صورت زیگزاگی در طول کابل طی می‌کند. عمل انتقال در فیبر نوری به دامنه طول موج وابسته است. اگر طول موج کمترین میزان افت در شبکه را داشته باشد، بهترین دامنه طول موج برای فرایند انتقال نوری را ایجاد می‌کند.
برای انتقال داده‌ها در فیبر نوری با فیبر شیشه‌ای از نور مادون قرمز که بیشترین طول موج را دارد استفاده می‌شود. سرعت انتقال سیگنال‌های نوری به دو عامل خلوص شیشه و طول موج نور بستگی دارد. در محدوده‌ای که طول موج نوری کمتر دچار تضعیف و اعوجاج شود، بهترین دامنه برای انتقال اطلاعات پدید می‌آید. محدوده طول موج در صنعت مخابرات بین 1260 نانومتر تا 1625 نانومتر است که کمترین میزان افت نوری را دارد.
اهمیت طول موج در فیبر نوری
مهمترین هدف در زمان انتخاب طول موج، توانایی ارسال بیشترین داده به دورترین فاصله با کمترین میزان افت یا تضعیف سیگنال است. برای انتقال فیبر نوری از سه طول موج اصلی 850، 1300 و 1550 نانومتر استفاده می‌شود. این طول موج‌ها دارای کمترین تضعیف نوری هستند. طول یک موج رابطه مستقیمی با نرخ تضعیف دارد، به این معنا که هر چه موج طولانی‌تر باشد، دچار افت یا تضعیف کمتری می‌شود.
یکی از علل مهم تضعیف سیگنال، عواملی نظیر جذب اشعه فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی است. جذب یکی از عوامل مهم تضعیف سیگنال می‌باشد. در کابل فیبر نوری، نور از طریق هسته و با جهش‌های پیوسته حرکت می‌کند. در صورت عدم خلوص شیشه یا کوتاهی طول موج، سیگنال‌های نوری دچار تضعیف می‌شوند.
یکی دیگر از عوامل مهم در کیفیت انتقال و نرخ تضعیف، کیفیت مواد فیبر و میزان خمش آن است. اگر کابل فیبر نوری در قسمتی دچار خمش شود، نور توسط روکش جذب می‌شود یا به منبع بازمی‌گردد. در ادامه به بررسی انواع طول موج در فیبر نوری می‌پردازیم.
انواع طول موج در فیبر نوری
طول موج به این دلیل حایز اهمیت است که به ما امکان محاسبه فرکانس انرژی الکترومغناطیسی را می‌دهد. این شامل تعداد موج‌هایی است که در یک ثانیه از یک نقطه معین عبور می‌کند. مهمترین شاخصه‌ها در ارتباطات فیبر نوری، توضیح فرکانس و طول موج است. طول موج‌های بلندتر نسبت به طول موج‌های کوتاه‌تر به انرژی کمتری برای انتشار نیاز دارند که این در صنعت مخابرات از اهمیت زیادی برخوردار است.
در شبکه فیبر نوری از طول موج‌هایی استفاده می‌شود که بهترین عملکرد را برای انتقال داده‌ها ارائه می‌دهند. طول موج 1550 نانومتر دچار افت کمتری می‌شود و برای فواصل طولانی گزینه مناسبی محسوب می‌شود. در مقابل، طول موج‌های 1300 کمتر دچار پراکندگی می‌شوند.
- طول موج 850 نانومتر
طول موج 850 نانومتر در فیبرهای چندمد و نسل اول مخابرات فیبر نوری مورد استفاده قرار گرفتند. کیفیت نامطلوب فیبرهای نوری، پهن شدگی سیگنال و افت زیاد در این طول موج، موجب می‌شد که ارتباط پایدار و مطلوبی برقرار نشود. در ناحیه طول موجی 800 تا 900 نانومتر، پاشندگی سیگنال اپتیکی و تضعیف توان بسیار زیاد است و مانع برقراری ارتباط پایدار می‌شود.
- طول موج 1300 نانومتر
در نسل دوم سیستم‌های مخابراتی از طول موج 1300 نانومتر استفاده شد. پاشندگی در این طول موج تقریبا صفر است که موجب افزایش سرعت انتقال داده‌ها می‌شود. در این زمان به دلیل کیفیت کم فیبرهای نوری و افت توان، امکان استفاده از سیستم‌های مخابرات نوری برای مسیرهای طولانی میسر نبود.
- طول موج 1550 نانومتر
امروزه برای از بین بردن مشکل تضعیف سیگنال، از فیبرهای نوری تک‌مد و طول موج 1550 نانومتر استفاده می‌شود. این طول موج امکان انتقال داده‌ها در مسیرهای طولانی با سرعت بالا را فراهم می‌کند. طول موج 1550 نانومتر، طول موج استاندارد مخابرات فیبر نوری است که می‌توان از ان برای انتقال ویدئو نیز استفاده کرد. با توجه به موارد ذکر شده می‌توان گفت که هر چه طول موج بیشتر باشد، پاشندگی و افت سیگنال کمتر می‌شود، در نتیجه داده‌ها با سرعت بیشتری انتقال می‌یابند، همچنین امکان استفاده از سیستم‌های مخابراتی برای مسیرهای طولانی نیز مهیا می‌شود.
مزایا استفاده از فیبر نوری
فیبر نوری، فضایی برای انتقال داده‌ها با سرعت بالا و در مسیرهای طولانی است. امروزه از فیبر نوری برای شبکه‌های مخابراتی، شبکه‌های رایانه‌ای و اینترنت استفاده می‌شود. مزایا استفاده از فیبر نوری عبارتند از:
- قیمت مقرون‌به‌صرفه
هزینه کابل‌های فیبر نوری برای مسیرهای طولانی بسیار ارزانتر از سیم‌های مسی است.
- حجم کم
فیبر نوری از کابل‌های مسی نازکتر است و حجم کمتری اشغال می‌کند.
- ظرفیت بالا
فیبر نوری ظرفیت بالایی برای انتقال داده‌ها دارد و می‌تواند حجم زیادی از اطلاعات را به صورت همزمان منتقل کند.
- عدم افت سیگنال
افت سیگنال در فیبر نوری در مقایسه با کابل مسی بسیار کمتر است.
- عدم تداخل سیگنال‌ها
در فیبر نوری، سیگنال‌های نوری با هم تداخل نمی‌کنند و هیچ‌گونه نویزی به‌وجود نمی‌آورند.
- کاهش مصرف برق و انرژی
از آنجایی‌که در فیبر نوری، امواج کمتر دچار تضعیف می‌شوند، می‌توان از فرستنده‌هایی با میزان برق مصرفی کم در آنها استفاده کرد.
- انتقال داده‌های دیجیتال
فیبر نوری گزینه بسیار مناسبی برای انتقال داده‌های دیجیتال است.
- وزن پایین
وزن کابل‌های فیبر نوری در مقایسه با کابل‌های مسی، بسیار پایین است.
- انعطاف‌پذیری
ار فیبر نوری می‌توان در صنایع مختلفی از قبیل پزشکی، لوله‌کشی و دوربین‌های دیجیتال استفاده کرد.
- غیر اشتعال‌زا بودن
در فیبر نوری از سیگنال‌های نور به جای الکتریسیته استفاده می‌شود و به همین دلیل در مکان‌هایی که کابل‌کشی فیبر نوری وجود دارد، امکان بروز آتش‌سوزی صفر است.
- اینترنت فیبر نوری
اینترنت فیبر نوری دارای پهنای باند بالا، سرعت دانلود و آپلود فوق‌العاده و امنیت خوبی است.
- استفاده در فواصل طولانی
از فیبر نوری می‌توان برای اتصال شبکه‌هایی که فاصله زیادی از هم دارند، استفاده کرد.
- ثبات و پایداری
کابل‌های فیبر نوری کمتر دچار اختلال در انتقال داده‌ها می‌شوند و از تأثیر وتداخل نویزهای رادیویی و نویزهای الکترومغناطیسی روی سرعت انتقال داده‌ها جلوگیری می‌کنند، بنابراین اطلاعات را با سرعت بالایی منتقل می‌کنند.
نتیجه‌گیری
فیبر نوری به فناوری انتقال داده‌ها با پهنای باند نامحدود اطلاق می‌شود. در این فناوری، اطلاعات از طریق کابل‌های شیشه‌ای یا پلاستیکی از طریق سیگنال‌های نوری با سرعت بسیار بالایی منتقل می‌شوند. طول موج یکی از اصطلاحات رایج در فیبر نوری است که برای اندازه‌گیزی رنگ تابش نور استفاده می‌شود.
در فیبر نوری از سه طول موج 850، 1300 و 1550 نانومتر برای انتقال اطلاعات استفاده می‌شود. هر چه طول موج بیشتر باشد، امکان پاشندگی و افت سیگنال کاهش می‌یابد، در نتیجه داده‌ها با سرعت بیشتری منتقل می‌شوند. از کابل‌های فیبر نوری می‌توان برای انتقال اطلاعات در مسیرهای طولانی استفاده کرد.
از جمله مزیت‌های کابل‌های فیبر نوری در مقابل کابل‌های مسی می‌توان به سرعت بالای انتقال داده‌ها، امکان استفاده از فواصل طولانی، انعطاف‌پذیری، وزن کم و عدم تداخل سیگنال‌ها اشاره کرد.
