فیبر نوری چیست؟ – آشنایی با فیبر نوری و تاریخچه تکامل آن
فیبر نوری یا تار نوری رشتهٔ باریک و بلندی از یک مادّهٔ شفاف مثل شیشه یا پلاستیک است که می تواند نوری را که از یک سرش به آن وارد شده، از سر دیگر خارج کند.
فیبر نوری داری پهنای باند بسیار بالاتر از کابل های معمولی می باشد و با آن می توان داده های تصویر، صوت و داده های دیگر را به راحتی با پهنای باند بالا تا ۱۰ گیگابیت بر ثانیه و بالاتر انتقال داد.
امروزه مخابرات فیبر نوری، به دلیل پهنای باند وسیعتر در مقایسه با کابلهای مسی، و تأخیر کمتر در مقایسه با مخابرات ماهواره ای از مهمترین ابزار انتقال اطلاعات محسوب می شود.
تاریخچهٔ ساخت فیبر نوری
بعد از اختراع ليزر در سال 1960 میلادی، ایده بکارگیری فيبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولين فيبر نوری در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با ضعفهای بسیار بالایی اعلام شد که عملا در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود؛ تا اينکه در سال 1976 با کوشش فراوان محققين تلفات فيبر نوری توليدی شدیداً کاهش داده شد و به مقداری رسيد که قابل ملاحظه با سيم های کواکسيال مورد استفاده در شبکه مخابرات بود.
اولین کسانی که در قرون اخیر به فکر استفاده از نور برای انتقال اطلاعات افتادند، انتشار نور را در جو زمین تجربه کردند؛ اما وجود موانع مختلف نظیر گرد و خاک، دود، برف، باران، مه و… انتشار اطلاعات نوری در جو را با مشکل مواجه ساخت. بعدها استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح گردید. نور در داخل این کانالها بوسیله آینه‌ها و عدسی‌ها هدایت می‌شد، اما از آنجا که تنظیم این آینه‌ها و عدسی‌ها کار بسیار مشکلی بود این کار نیز غیر عملی تشخیص داده شد و مردود ماند.
مراحل تکامل فیبر نوری
اختراع تلفن نوری
شاید اولین تلاش در سیر تکاملی سیستم ارتباط نوری به وسیله الکساندر گراهام بل صورت گرفت که در سال ۱۸۸۰، درست ۴ سال پس از اختراع تلفن، اختراع تلفن نوری (فوتوفون) یا سیستمی که صدا را تا فواصل چندین صد متر منتقل می‌کرد، به ثبت رساند. تلفن نوری بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده با به ارتعاش در آوردن آینه ای کار می‌کرد. گیرنده یک فتوسل بود.
در این روش نور در هوا منتشر می‌شد و بنابراین امکان انتقال اطلاعات تا بیش از ۲۰۰ متر میسر نبود. به همین دلیل، اگرچه دستگاه بل ظاهراً کار می‌کرد اما از موفقیت تجاری برخوردار نبود.
استفاده از شکست نور
ایده استفاده از انکسار (شکست) برای هدایت نور (که اساس فیبرهای نوری امروزی است) برای اولین بار در سال ۱۸۴۰ توسط Daniel Colladon و Jacques Babinet در پاریس پیشنهاد شد. همچنین John Tyndall در سال ۱۸۷۰ در کتاب خود ویژگی بازتاب یکلی را شرح داد: «وقتی نور از هوا وارد آب می شود به سمت خط عمود بر سطح خم می شود و وقتی از آب وارد هوا می شود از خط عمود دور می شود.
اگر زاویه ی پرتو نور با خط عمود در تابش از داخل آب بزرگتر از ۴۸ درجه شود هیچ نوری از آب خارج نمی شود در واقع نور به طور کامل از سطح آب منعکس می شود. زاویه ای که انعکاس کلی آغاز می شود را زاویه بحرانی می نامیم».
استفاده از شیشه و لیزر
کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح ساختند. آنان مبنای کار خود را بر آن گذاشتند که به سرعتی حدود ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط های انتشار شیشه دست یابند. این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود.
این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می پذیرفتند که کمتر از ۲۰ دسی بل نباشد. اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکایی (کورنینگ گلس) به این هدف دست یافت.
در اوایل سال ۱۹۶۰ میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبر نوری ممکن گردید. در سال ۱۹۶۶ میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه ای هدایت می شود پیشرفت کردند، که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود؛ چرا که فیبرنوری بسیار سبکتر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی را دارد.
توسعه فناوری فیبر نوری از سال ۱۹۸۰ میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال ۱۹۸۵ میلادی در دنیا نزدیک به ۲ میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته است.
فیبر نوری در ایران
در ایران در اوايل دهه 60 ، فعاليت های تحقيقاتی در زمينه فيبر نوری در مرکز تحقيقات منجر به تأسيس مجتمع توليد فيبر نوری در پونک تهران گرديد و عملاً در سال 1373 توليد فيبر نوری با ظرفيت 50000 کيلومتر در سال در ایران آغاز شد.
نخستين فيبرنوري بين شهري به طول ۴۵ كيلومتر بين تهران و كرج در سال 1368 اجرا شد و درادامه آن طرح فيبرنوري چهار مسير به طول 516 كيلومتر در مسيرهاي تهران – ساوه، تهران – گرمسار، تهران – قزوين و ساختمان امام – مجتمع مخابراتي انقلاب اسلامي به اجرا گذاشته شد.
در برنامه دوم توسعه اقتصادي كشور، پروژه فيبر نوري با 11600 كيلومتر كابل كشي و با صرف 654 ميليارد ريال اعتبار در سال هاي 74 تا 78 به انجام رسيد؛ در برنامه سوم توسعه نيز (سال هاي 79 تا 83)، 17850 كيلومتر شبكه فيبر نوري با هزينه اي بالغ بر 1035 ميليارد ريال اجرا شد.
طول شبكه فيبرنوري در پايان برنامه سوم توسعه (سال 1383) حدود 30000 كيلومتر بود؛ در برنامه چهارم توسعه نيز قرار شد 15000 كيلومتر ديگر به شبكه ملي فيبرنوري كشور اضافه شود و طول اين شبكه به 45000 كيلومتر برسد كه اين امر در دولت نهم محقق شد.
ضرورت استفاده از شبكه فيبر نوری
عصر اطلاعات كه با نام عصر رايانه و عصر ديجيتال نيز شناخته مي‌شود، در واقع عصر انتقال سريع و دسترسي سريع به اطلاعات است كه با ابزارها و زيرساخت هاي مختلفي انجام مي‌شود، يكي از زيرساخت هاي مورد نياز براي انتقال سريع و حجيم اطلاعات، شبكه هاي فيبر نوري است.
به اعتقاد كارشناسان ارتباطات، استفاده از فيبر نوري امكان برقراري ارتباط و تبادل اطلاعات صوتي، تصويري و ديتايي را با سرعت بيشتر و كيفيت برتر به در سطح كشوري، منطقه‌اي و جهاني فراهم مي سازد؛ همچنين با به كارگيري آخرين فناوري هاي انتقال نوري، زيرساخت لازم براي تمام كاربردهاي الكترونيكي از قبيل تجارت الكترونيك، دولت الكترونيك و بانكداري الكترونيك فراهم مي‌شود.
افزايش كاربران اينترنت و استفاده كنندگان از تلفن هاي ثابت و همراه و مهمتر از همه قرار گرفتن ايران در مسير شاهراه اطلاعات بين اروپا و چين، استفاده از شبكه فيبرنوري را به يك ضرورت تبديل كرده است.
فيبر نوري داراي پهناي باند بسيار بالاتر از كابل‌هاي معمولي است، با فيبرنوري مي توان تصوير، صوت و داده هاي ديگر را به راحتي با پهناي باند بالا تا ۱۰ گيگابيت انتقال داد. به دليل اين ويژگي ها فيبرنوري مي‌رود كه جاي كابل هاي مسي را در صنعت مخابرات بگيرد.
