بـرقـــی بـامـا - فروشگاه اينترنتی كالای برقــی و ابزارآلات

فیبر نوری چیست؟ انواع، استانداردها و کاربردها

جمعه، ۲۱ شهریور ۱۴۰۴

فیبر نوری چیست؟ انواع، استانداردها و کاربردها

فیبر نوری چیست؟

یک کابل فیبر نوری شامل یک یا چند فیبر نوری است که توسط چندین لایه حفاظتی پوشانده می‌شوند و برای انتقال سیگنال‌های نوری استفاده می‌گردند. هدف اصلی کابل‌های فیبر نوری سرعت و پهنای باند است، زیرا سیگنال‌های نوری می‌توانند حجم بسیار زیادی از داده را در مدت زمان کوتاه‌تری نسبت به کابل‌های شبکه مسی که سیگنال‌های الکتریکی منتقل می‌کنند، انتقال دهند. فیبرهای نوری از هسته‌های شیشه‌ای یا پلاستیکی تشکیل شده‌اند که در لوله‌های غلافی از همان جنس قرار دارند؛ هسته و غلاف در کنار هم به باریکی یک تار مو هستند و هسته به قدری شفاف است که سیگنال‌های نوری می‌توانند به‌طور کامل از آن عبور کنند. هسته فیبر نوری به تنهایی قابل استفاده و جابجایی نیست، به همین دلیل همیشه درون یک لوله بافر کدگذاری‌شده رنگی قرار می‌گیرد. این فیبرهای نوری معمولاً توسط یک لایه تقویتی از جنس الیاف شیشه یا کولار (Kevlar) مستحکم می‌شوند و همیشه توسط یک روکش بیرونی رنگی محافظت می‌شوند. نوع و تعداد فیبرها؛ علاوه بر نوع هسته، غلاف، عنصر تقویتی و روکش بیرونی محافظ؛ از کابلی به کابل دیگر متفاوت است و به نوع استفاده، فاصله و محیط اطرافی که کابل قرار است در آن نصب شود، بستگی دارد. به همین دلیل، انواع مختلفی از کابل‌های فیبر نوری وجود دارند که برای محیط‌های نصب گوناگون مانند داخل ساختمان، فضای بیرونی، زیرزمینی یا هوایی طراحی شده‌اند.

کابل‌های فیبر نوری برای چه مواردی استفاده می‌شوند؟

کابل‌های فیبر نوری می‌توانند به‌طور مستقیم دو دستگاه را به هم متصل کنند، اما معمولاً برای اتصال بین شبکه‌ها از طریق پچ پنل‌ها و تجهیزات ارتباطی به کار می‌روند. کابل‌های فیبر نوری در کاربردهای متعددی استفاده می‌شوند که به یک اتصال با پهنای باند بالا برای انتقال صدا، تصویر و داده تقریباً به‌صورت آنی نیاز دارند. این کابل‌ها در ابتدا برای مصارف نظامی، دولتی و پخش (Broadcast) به کار می‌رفتند، اما امروزه در کاربردهای تجاری، صنعتی و حتی در تأمین اینترنت خانگی نیز بسیار رایج شده‌اند. کاربردهای کابل‌های فیبر نوری بی‌پایان هستند و در اینجا چند نمونه آورده شده است:

  • سیستم‌های تلویزیون مدار بسته (CCTV)

  • انتقال داده

  • برنامه‌های LAN و WAN و چندرسانه‌ای

  • اتصال نیروگاه‌ها

  • اتصال دستگاه‌های فعال شبکه با سرعت بالا در فواصل طولانی

  • تابلوهای تبلیغاتی

  • تجهیزات پزشکی

  • نیروگاه‌های هسته‌ای که در آن‌ها پرتوهای رادیواکتیو می‌توانند بر سیگنال‌های الکترونیکی اثر بگذارند

  • کاربردهای امنیتی نقطه به نقطه در مکان‌هایی که نویز الکتریکی وجود دارد

کابل فیبر نوری از چه چیزی ساخته شده است؟

یک کابل فیبر نوری معمولاً از چهار بخش اصلی تشکیل می‌شود: فیبرهای انتقال‌دهنده نور، لوله‌های پوشش داخلی اکریلیک محافظ، یک لایه تقویتی که به‌طور خاص طراحی شده است و یک روکش بیرونی محافظ.

اول، فیبرها بخش درونی و در واقع اصلی‌ترین عنصر مؤثر در یک کابل فیبر نوری هستند. اگرچه فیبرهای نوری داخلی بسیار نازک و در حد میکرومتر هستند، اما خودشان شامل سه لایه‌اند. هسته مرکزی همان محیط واقعی است که نور از طریق آن منتقل می‌شود و دارای ویژگی‌های دقیقی است تا فوق‌العاده شفاف و کارآمد باشد. هر هسته فیبر نوری دارای یک غلاف است که شاخص شکست کمتری ایجاد می‌کند و تضمین می‌کند که نور بازتاب شده و داخل هسته باقی بماند. لایه غلاف همیشه به هسته نوری چسبیده است و با هیچ ابزار دستی نمی‌توان آن‌ها را از هم جدا کرد. از طرف دیگر، لایه سوم که همان پوشش اکریلیک بافر است، قابل جدا شدن بوده و هدف آن حفاظت پایه‌ای و پشتیبانی است و در فرآیند انتقال نور نقشی ندارد. علاوه بر این، پوشش اکریلیک معمولاً با رنگ کدگذاری می‌شود تا جابجایی و مدیریت کابل‌های فیبر نوری چندگانه (که ممکن است صدها فیبر داشته باشند بسته به نوع کاربرد کابل) آسان‌تر گردد.

دوم، لایه میانی پوشش بافر یا همان لوله محافظ داخلی است که می‌تواند یک لوله شل (Loose Tube) باشد که تمام فیبرهای نوری را به‌طور آزاد درون خود جای می‌دهد، مانند کابل‌های فیبر نوری مقاوم مخصوص فضای بیرونی؛ یا می‌تواند شامل چندین لوله بافر باشد که هر فیبر را به‌صورت جداگانه در خود نگه داشته و محافظت می‌کنند، مانند کابل‌های فیبر نوری با عملکرد بالا برای محیط‌های داخلی. در کابل‌های فیبر نوری چندگانه Tight Buffer، لوله‌های بافر حاوی فیبرها به شکلی خاص دور یک عنصر مرکزی پشتیبان پیچیده می‌شوند، در یک آرایش SZ، تا توزیع یکنواخت و دسترسی آسان به فیبرها فراهم شود.

سومین عنصر یک کابل فیبر نوری، لایه تقویتی (Strength Element) است. این لایه می‌تواند از مواد گوناگونی مانند بافت‌های کولار (Kevlar)، الیاف شیشه، زره فلزی، زره غیر فلزی یا ژل ساخته شود؛ و همچنین می‌تواند شامل چینش‌های مختلفی باشد، مثل گروه‌بندی لوله‌های داخلی فیبر در پوسته‌های تکی یا چندگانه. لایه تقویتی میزان تحمل کشش کابل و انعطاف‌پذیری آن را مشخص می‌کند و تعیین می‌کند که ساختار کابل فیبر نوری چگونه باشد؛ چه کابل Tight، نیمه-Tight، شل (Loose)، زره‌دار یا مقاوم در برابر آب.

چهارمین لایه بیرونی کابل فیبر نوری، روکش محافظ بیرونی است. این لایه عمدتاً از کابل در برابر شرایط محیط اطراف محافظت می‌کند. اگر کابل برای استفاده در فضای بیرونی ساخته شده باشد، می‌تواند در برابر اشعه فرابنفش خورشید (UV)، آب، فشار و کشش مقاوم باشد؛ و اگر برای استفاده داخلی طراحی شده باشد، معمولاً بسیار بازتابی و دارای کارایی بالا است.

این چهار عنصر که یک کابل فیبر نوری را تشکیل می‌دهند، ممکن است از یک نوع کابل تا نوع دیگر و از یک تولیدکننده تا تولیدکننده دیگر متفاوت باشند. همچنین این تفاوت‌ها بسته به نوع نقطه انتهایی یا کانکتور موردنظر برای کابل فیبر نوری نیز تغییر می‌کنند؛ به این معنا که امکانات و قابلیت‌های کابل‌های فیبر نوری بی‌حد و مرز است و به‌خوبی پاسخگوی سرعت‌ها و نیازهای اتصالی هستند که برای آن‌ها ساخته شده‌اند.

ابعاد هسته‌ی یک فیبر نوری چقدر است؟

از آنجایی که هسته و غلاف همیشه به‌عنوان یک واحد با هم هستند، استاندارد اندازه‌گیری همواره بر اساس مقدار قطر هر دو عنصر به‌صورت نسبت در میکرومتر تعیین می‌شود. استانداردهای اصلی هسته و غلاف عبارت‌اند از: 62.5/125 میکرومتر یا 50/125 میکرومتر برای فیبرهای چندحالته (Multi-mode) و 9/125 میکرومتر برای فیبرهای تک‌حالته (Single-mode). لایه اکریلیک بیرونی متغیر است و ضخامت و رنگ آن توسط سازنده انتخاب می‌شود. تصویر زیر مقطعی از یک فیبر در هر سه استاندارد را نشان می‌دهد.

ابعاد هسته‌ی یک فیبر نوری

انواع هسته‌های فیبر نوری

همان‌طور که در بالا ذکر شد، فیبرهای نوری بر اساس تعداد سیگنال‌های هم‌زمان به دو نوع تقسیم می‌شوند: چندحالته (Multi-mode) و تک‌حالته (Single-mode).

فیبرهای نوری چندحالته (Multi-mode) دارای غلافی با قطر 125 میکرومتر در اطراف یک هسته‌ی 50 میکرومتر یا 62.5 میکرومتر هستند. قطر داخلی این هسته به‌اندازه‌ای بزرگ است که نور بتواند به‌طور هم‌زمان در چندین مسیر و با زاویه‌های بازتاب مختلف از آن عبور کند. به دلیل اینکه نور در فیبرهای چندحالته میلیون‌ها بار بازتاب یا شکست پیدا می‌کند تا به انتهای فیبر برسد، مسافتی که نور در واقع طی می‌کند طولانی‌تر از طول واقعی فیبر است و همین موضوع باعث ایجاد تأخیر در تحویل سیگنال می‌شود که به آن پراکندگی (Dispersion) گفته می‌شود.

فیبرهای نوری تک‌حالته (Single-mode) نیز همان قطر غلاف 125 میکرومتر را دارند، اما هسته‌ای بسیار باریک به قطر 9 میکرومتر دارند. این هسته فوق‌العاده نازک تنها امکان عبور یک مسیر خطی نور را فراهم می‌کند، به این معنا که فیبر تک‌حالته تنها یک مسیر مستقیم برای حرکت یک پرتو نور دارد. اما به دلیل اینکه هسته بسیار باریک است، نور در آن بدون زاویه‌های شکست محسوس حرکت می‌کند؛ یعنی مسافتی که نور طی می‌کند دقیقاً برابر طول واقعی فیبر است و در نتیجه سریع‌تر از فیبرهای چندحالته به مقصد می‌رسد و تأخیر ناشی از پراکندگی نیز بسیار کمتر خواهد بود.

انواع هسته‌های فیبر نوری

فیبر چندحالته (Multi-Mode Fiber)

فیبرهای چندحالته دارای دو استاندارد اصلی بر اساس قطر لایه‌ها (هسته، غلاف، بافر) هستند:

  • 62.5/125/250 میکرون

  • 50/125/250 میکرون

طول موج مناسب برای انتقال پرتوهای لیزری مادون قرمز در این فیبرها بین 850 تا 1300 نانومتر است.

از طرف دیگر، هزینه تولید فیبرهای چندحالته نسبت به فیبرهای تک‌حالته مقرون‌به‌صرفه‌تر است، با این حال میزان افت سیگنال نوری در آن‌ها نسبت به کابل‌های تک‌حالته بیشتر است. به دلیل همین عوامل، کابل‌های فیبر نوری چندحالته معمولاً برای انتقال داده در شبکه‌های محلی (LAN) ترجیح داده می‌شوند، جایی که تعداد اتصالات زیاد است، فاصله کوتاه است و مدیریت کاربر نهایی نیز در نظر گرفته می‌شود.

علاوه بر این، کابل‌های فیبر نوری چندحالته نیازی به کانکتورهای بسیار دقیق ندارند، زیرا قطر نسبتاً بزرگ‌تر هسته، خطای بیشتری را می‌پذیرد. بنابراین کانکتورها، تجهیزات، منابع نوری LED و سنسورهای چندحالته معمولاً اقتصادی‌تر و عملی‌تر هستند.

فیبرهای نوری چندحالته همچنین بر اساس ساختار شاخص شکست نور، به دو گروه تقسیم می‌شوند:

  • فیبر چندحالته Step-index

  • فیبر چندحالته Graded-index

فیبر چندحالته Step-Index چیست؟

فیبر نوری Step-index دارای هسته‌ای با یک چگالی یکنواخت و یک درجه شاخص شکست ساده است که با چگالی و شاخص شکست غلاف تفاوت دارد. بنابراین زمانی که پرتوهای نور درون هسته فیبر Step-index حرکت می‌کنند، در خطوط مستقیم حرکت کرده و هر بار که به دیواره داخلی غلاف فیبر برخورد می‌کنند، بازتاب می‌شوند؛ به عبارت دیگر، پرتوهای نور در فیبرهای Step-index به صورت زیگزاگ حرکت می‌کنند. به همین دلیل هسته فیبر نسبتاً عریض‌تر است و این موضوع اجازه می‌دهد تعداد زیادی پرتو نور از ابتدا و با زوایای مختلف وارد هسته شوند.

با این حال، اگر نور با زاویه‌ای بزرگ‌تر از زاویه بحرانی بازتاب وارد هسته شود، پرتو نور توسط غلاف بازتاب داده نمی‌شود بلکه دچار شکست شده و از غلاف عبور می‌کند، به دیواره داخلی لایه بافر برخورد می‌کند و در نهایت به‌طور کامل از بین می‌رود.

علاوه بر این، چون پرتوهای نور می‌توانند با زوایای مختلف وارد فیبر چندحالته Step-index شوند، طول مسیر نهایی طی شده توسط هر پرتو متفاوت خواهد بود و در نتیجه تأخیر تحویل ناشی از پراکندگی (Dispersion) طولانی‌تر و متغیرتر است. فیبر چندحالته Step-index می‌تواند داده‌ها را با پهنای باندی در محدوده 10 تا 50 مگاهرتز بر کیلومتر منتقل کند.

فیبر چندحالته Step-Index چیست؟

فیبر چندحالته Graded-Index چیست؟

فیبر نوری Graded-index دارای هسته‌ای با چندین لایه درونی است که هر لایه تراکم و درجه شاخص شکست کمی متفاوت دارد. یک هسته فیبر Graded-index می‌تواند بین 50 تا 400 لایه داشته باشد؛ تراکم و شاخص شکست در مرکز هسته کمترین مقدار است و در لبه‌های هسته بیشترین مقدار را دارد. در واقع، با حرکت از مرکز به سمت لایه‌های بیرونی، تراکم به‌تدریج افزایش می‌یابد و شاخص شکست نیز به همان ترتیب زیاد می‌شود.

به همین دلیل وقتی یک پرتو نور از درون هسته فیبر Graded-index عبور می‌کند، بارها درون خود هسته دچار شکست می‌شود و در یک مسیر موجی متقارن داخل هسته حرکت می‌کند. بسته به زاویه ورود نور به هسته، حتی ممکن است پرتو به دیواره داخلی غلاف فیبر هم نرسد. به همین علت، هسته فیبر نسبتاً پهن‌تر است و اجازه می‌دهد پرتوهای نور متعددی از ابتدا و در زوایای مختلف وارد آن شوند.

اما اگر پرتو نور با زاویه‌ای بیشتر از زاویه بحرانی بازتاب وارد هسته شود، دیگر توسط غلاف بازتاب نمی‌شود بلکه دچار شکست می‌گردد و از غلاف عبور کرده، به دیواره داخلی لایه بافر برخورد می‌کند و به‌طور کامل از بین می‌رود.

از سوی دیگر، با وجود اینکه پرتوهای نور می‌توانند با زوایای مختلف وارد هسته فیبر Graded-index شوند، همه‌ی آن‌ها در نقاطی موسوم به گره‌ها (Node Points) در میانه هر موج به هم می‌رسند. به علاوه، به دلیل حرکت موجی متقارن پرتوهای نور، تأخیر ناشی از پراکندگی (Dispersion Delay) خیلی طولانی نیست و مقدار آن در یک بازه کوچک و مشترک تغییر می‌کند.

در نتیجه، فیبرهای چندحالته Graded-index می‌توانند داده‌ها را با پهنای باندی در محدوده 200 تا 300 مگاهرتز بر کیلومتر تا 5 تا 6 گیگاهرتز بر کیلومتر منتقل کنند، که به‌طور قابل توجهی بالاتر از فیبرهای Step-index است.

فیبر چندحالته Graded-Index چیست؟

مزایا و معایب فیبر نوری چندحالته (Multi-Mode Fiber)

مزایا (Advantages)

معایب (Disadvantages)

به دلیل قطر بزرگ‌تر هسته، انتهای فیبرها در هنگام اتصال راحت‌تر هم‌راستا می‌شوند و زمان اتصال کوتاه‌تر است.

به دلیل محدودیت سرعت، برای کاربردهای بزرگ‌مقیاس مناسب نیستند.

کانکتورها، قطعات و عناصر فعال استفاده‌شده اقتصادی‌تر از فیبر تک‌حالته هستند.

کابل‌های چندحالته ضخیم‌تر بوده و قیمت آن‌ها حدوداً دو برابر کابل‌های تک‌حالته است.

از منابع نوری LED و حسگرهای ارزان‌تر برای انتقال نور استفاده می‌شود.

فاصله‌های دسترسی آن‌ها در مقایسه با کابل‌های تک‌حالته بسیار کوتاه‌تر است.

انواع فیبر چندحالته (Multi-Mode Fiber Types)

فیبرهای چندحالته در ابتدا بدون هیچ استانداردی استفاده می‌شدند و هر تولیدکننده قطرها و کانکتورهای متفاوتی داشت. فیبر چندحالته برای شبکه‌ها و منابع نوری مختلف به شکل متفاوتی بهینه‌سازی می‌شد.

در دهه ۸۰، صنعت مخابرات استاندارد را یکپارچه کرد و همه شروع به تمرکز روی استاندارد 62.5/125 میکرومتر کردند، و استاندارد 50/125 میکرومتر تنها برای مخابرات رادیویی به جای فیبر تک‌حالته استفاده شد. بعدها، استاندارد 62.5/125 میکرومتر OM1 نامیده شد و تنها قادر بود پهنای باند 100 مگابیت بر ثانیه را تا فاصله ۳۰۰ متر ارائه دهد. در دهه ۹۰، استاندارد OM2 50/125 میکرومتر دوباره معرفی شد که دارای پهنای باند 1 گیگابیت بر ثانیه و حداکثر فاصله ۶۰۰ متر بود. سپس در سال ۲۰۰۲ استاندارد OM3 ظاهر شد که امکان ایجاد اولین شبکه‌های فیبر نوری با سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه را فراهم کرد، اما فقط برای فاصله ۳۰۰ متر. در سال ۲۰۰۹، استاندارد OM4 شروع به استفاده شد؛ ابتدا فاصله بیشتری نسبت به OM3 ارائه داد (۴۰۰ متر با سرعت 10Gb/s) و سپس ارتقاء یافت تا انتقال با سرعت‌های 40Gb/s و 100Gb/s را نیز امکان‌پذیر کند، اما برای فاصله حدود 100-150 متر. استانداردهای OM3 و OM4 برای سال‌ها به‌ویژه در کاربردهای مرکز داده اصلی باقی ماندند.

سرانجام، استاندارد OM5 که در سال ۲۰۱۴ شروع شد اما تا ۲۰۱۶ به‌طور رسمی استاندارد نبود، ایجاد شد تا راهکاری اقتصادی‌تر از OM4 باشد و چندین کانال را در یک فیبر ارائه دهد.

OM1

  • رنگ: نارنجی

  • قطر هسته: 62.5 میکرومتر

  • سرعت انتقال داده: 1 گیگابیت بر ثانیه @ 850 نانومتر

  • حداکثر فاصله: تا 300 متر

  • کاربردها: شبکه‌های کوتاه‌برد، شبکه‌های محلی (LAN) و شبکه‌های خصوصی

  • نوع کابل: فیبر چندحالته

OM1

OM2

  • رنگ: نارنجی

  • قطر هسته: 50 میکرومتر

  • سرعت انتقال داده: 1 گیگابیت بر ثانیه @ 850 نانومتر

  • حداکثر فاصله: تا 600 متر

  • ویژگی‌ها: معمولاً برای فواصل کوتاه‌تر استفاده می‌شود؛ ظرفیت فاصله دو برابر OM1

  • کاربردها: شبکه‌های کوتاه‌برد، شبکه‌های محلی (LAN) و شبکه‌های خصوصی

  • نوع کابل: فیبر چندحالته

OM2

OM3 – فیبر چندحالته بهینه‌سازی شده برای لیزر

  • رنگ: فیروزه‌ای

  • قطر هسته: 50 میکرومتر

  • سرعت انتقال داده: 10 گیگابیت بر ثانیه @ 850 نانومتر

  • حداکثر فاصله: تا 300 متر

  • ویژگی‌ها: از حالت‌های سرعت پایین‌تر استفاده می‌کند و سرعت‌های بالاتر را فراهم می‌کند؛ قابلیت انتقال تا 40Gb/s یا 100Gb/s با کانکتور MPO

  • کاربردها: شبکه‌های خصوصی بزرگ

  • نوع کابل: فیبر چندحالته OM3 بهینه‌سازی شده برای لیزر (10Gigabit Laser Optimize)

OM3

OM4 – فیبر چندحالته بهینه‌سازی شده برای لیزر

  • رنگ: بنفش

  • قطر هسته: 50 میکرومتر

  • سرعت انتقال داده: 10Gb / 40Gb / 100Gb

  • فاصله و نرخ داده: 400 متر @10Gb / 150 متر @40Gb / 150 متر @100Gb

  • ویژگی‌ها: تا 150Gb تا فاصله 100 متر با استفاده از کانکتور MPO

  • کاربردها: شبکه‌های پرسرعت – مراکز داده، مراکز مالی و کمپ‌های شرکتی

  • نوع کابل: فیبر چندحالته OM4 50μ بهینه‌سازی شده 10G / 550 متر

OM4

OM5

فیبر OM5 اساساً برای پهنای باند 40Gb/s و 100Gb/s ساخته شده است؛ با این حال، از طول موج‌های متعدد (850 نانومتر، 880 نانومتر، 910 نانومتر و 940 نانومتر) استفاده می‌کند و از فناوری جدیدی به نام SWDM (Shortwave Wavelength Division Multiplexing) بهره می‌برد.

این فناوری اجازه می‌دهد که یک فیبر نوری درون همان هسته چندین کانال داشته باشد و پهنای باند را بین چهار اتصال توزیع کند. به این معنا که یک کابل OM5 با سرعت 40Gb/s مانند ۴ کابل جداگانه با سرعت 10Gb/s عمل می‌کند و یک کابل OM5 با سرعت 100Gb/s می‌تواند به‌عنوان چهار کابل 25Gb/s استفاده شود.

این پیشرفت باعث کاهش هزینه تجهیزات و کابل‌کشی در مراکز داده شد، به‌ویژه اینکه با OM3 و OM4 نیز سازگار است و نسل جدیدی با تعداد اتصال‌های بیشتر در یک کابل معرفی کرد.

OM5

فیبر تک‌حالته (Single-Mode Fiber)

فیبر نوری تک‌حالته دارای غلافی با قطر 125 میکرومتر است، اما هسته‌ای فوق‌العاده نازک با قطر 8 تا 10 میکرومتر دارد که پرتوهای نور را در یک مسیر واحد منتقل می‌کند. سیگنال نوری در فیبر تک‌حالته کمی در طول فیبر بازتاب می‌شود تا در هسته هم‌راستا باقی بماند. این بدان معناست که نور مسافتی تقریباً برابر با طول واقعی فیبر طی می‌کند، با تقریباً هیچ تأخیر ناشی از پراکندگی (Dispersion) و افت بسیار کم. از آنجایی که فقط یک حالت نور وجود دارد، مواد هسته متغیری است که سطح پراکندگی را تغییر داده و پهنای باند بالا را حفظ می‌کند، که می‌تواند به 100 ترا هرتز بر کیلومتر برسد. اگر کابل فیبر دارای چند فیبر تک‌حالته باشد، سیگنال‌های نوری از طریق آن‌ها عبور کرده و تقریباً هم‌زمان به انتها می‌رسند. علاوه بر این، فیبرهای تک‌حالته از طول موج‌های بلندتری استفاده می‌کنند؛ بین 1310 تا 1650 نانومتر و دارای افت انتشار کم و تقریباً بدون پراکندگی هستند. به دلیل افت کم و طول موج بلند، فیبرهای تک‌حالته نرخ انتقال بالایی ارائه می‌دهند و تا 50 برابر فاصله بیشتر نسبت به فیبر چندحالته امکان‌پذیر است.

 Single-Mode Fiber

مزایا و معایب فیبر تک‌حالته (Single-Mode Fiber)

مزایا (Advantages)

معایب (Disadvantages)

قابل استفاده برای سیستم‌های با فاصله بسیار طولانی، تا 100 کیلومتر.

به دلیل قطر کوچک هسته، تولید فیبر تک‌حالته نیازمند زمان و تلاش بیشتری است.

پشتیبانی از پهنای باند بالا و سرعت‌های بالا تا 10Gbps برای حدود 10 کیلومتر.

به دلیل قطر کوچک هسته، کانکتورها و کابل‌های پیکتیل تک‌حالته بسیار گران هستند.

قیمت کابل فیبر تک‌حالته نصف کابل فیبر چندحالته است.

برای نوردهی نیاز به دیود لیزری گران‌تر به جای LED است.

عملکرد بالا در فواصل طولانی، آن را به تنها گزینه برای توزیع شبکه فیبر تبدیل می‌کند.

تجهیزات فعال فیبر تک‌حالته، لوازم جانبی و دستگاه‌های تبدیل بسیار گران هستند.

انواع فیبر تک‌حالته (Single-Mode Fiber Types)

اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) از زمان معرفی فیبر تک‌حالته، انواع مختلفی از آن را بر اساس چندین عامل طبقه‌بندی کرده است. عواملی که یک فیبر نوری را از دیگری متمایز می‌کند عبارت‌اند از:

  • افت نوری (Attenuation): میزان کاهش شدت پالس نور هنگام عبور از فیبر.

  • حداکثر خمیدگی (Bend Limit): بیشترین حد خم شدن قبل از اینکه پالس‌های نور شروع به پراکندگی کنند.

  • پراکندگی مد قطبش (PMD – Polarization Mode Dispersion): پدیده‌ای که زمانی رخ می‌دهد که یک فیبر تک‌حالته برای انتقال دو سیگنال متناوب استفاده شود.

  • قله آب (Water Peak): افزایش افت پس از آلودگی با یون‌های هیدروکسیل (OH) در طی فرایند ساخت.

استانداردهای فیبر تک‌حالته

استاندارد

نوع فیبر

طول موج بهینه (nm)

ویژگی اصلی

کاربرد / مشخصه ویژه

G.652

NDSF

1310

پراکندگی غیرشیفت شده، قله آب پایین

قدیمی‌ترین و رایج‌ترین، چهار نوع (A,B,C,D) برای کاربردهای عمومی

G.653

DSF

1550

پراکندگی شیفت شده

حداقل پراکندگی و افت، مناسب برای کابل‌های طولانی‌تر

G.654

Single-Mode

1300 / 1550 / 1600

صفر پراکندگی در 1300nm

بهینه برای طول موج حدود 1600nm، مسافت‌های طولانی

G.655

NZ-DSF

1550

پراکندگی غیرصفر کنترل‌شده

جلوگیری از Four-Wave Mixing، مناسب WDM و DWDM، کابل‌های بین‌قاره‌ای

G.656

Single-Mode

گسترده

پراکندگی غیرصفر برای پهن‌باند

انتقال داده پهن‌باند با عملکرد بالا

G.657.A1

Bend-Insensitive

1310 / 1550

مقاوم به خمیدگی

حداقل شعاع خم 10 mm، فیبر انعطاف‌پذیر

G.657.A2

Bend-Insensitive

1310 / 1550

مقاوم به خمیدگی

حداقل شعاع خم 7.5 mm

G.657.B2

Bend-Insensitive

1310 / 1550

مقاوم به خمیدگی

حداقل شعاع خم 7.5 mm

G.657.B3

Bend-Insensitive

1310 / 1550

مقاوم به خمیدگی

حداقل شعاع خم 5 mm

مواد پوشش کابل فیبر نوری (Fiber Optical Cable Coating Materials)

مواد پوشش کابل فیبر نوری بر اساس کاربرد مورد نظر مشخص می‌شوند. نوع ماده مورد استفاده روی حمایت مکانیکی، مقاومت در برابر اشعه UV، مقاومت در برابر روغن و سایر ویژگی‌ها تأثیر می‌گذارد.

در ابتدا، کابل‌های فیبر نوری دارای پوشش خارجی از PVC بودند، اما اکنون به دلیل رعایت استانداردهای بهداشتی و ایمنی روزافزون، جای خود را به گزینه‌های بدون هالوژن داده‌اند.

ماده

بدون هالوژن

مقاومت در برابر UV

توضیحات

LSFH Polymer

بله

کم

مناسب برای استفاده داخلی

پلی‌اتیلن (PE)

بله

بله

مناسب برای استفاده خارجی

پلی‌اورتان (PUR)

بله

بله

کابل بسیار انعطاف‌پذیر

PBT

بله

متوسط

مناسب برای استفاده داخلی

PA

بله

بله

مناسب برای استفاده داخلی و خارجی

کدهای رنگی پوشش کابل فیبر نوری (Fiber Optic Cable Coating Color Codes)

کابل‌های فیبر نوری مورد استفاده در محیط‌های داخلی و خارجی معمولاً کد رنگی دارند تا نوع فیبر استفاده‌شده در داخل آن‌ها مشخص شود. همچنین، کاور کانکتور فیبر که از خم شدن بیش از حد انتهای فیبر جلوگیری می‌کند، نیز دارای رنگ‌بندی است تا نوع اتصال مشخص شود. علاوه بر این، پوسته پلاستیکی کانکتورها (مثل کانکتور SC) نیز معمولاً به عنوان پوشش رنگی در نظر گرفته می‌شود.

رنگ‌بندی استاندارد پوشش‌ها و کاورها به صورت زیر است:

رنگ پوشش خارجی

توضیح

نارنجی (Orange)

فیبر چندحالته (Multi-Mode)

فیروزه‌ای (Turquoise)

فیبر چندحالته OM3 و OM4 بهینه‌سازی شده برای لیزر 10G، 50/125 μm

بنفش (Violet)

فیبر چندحالته OM4

زرد (Yellow)

فیبر تک‌حالته (Single-Mode)

فیبر نوری یکی از پیشرفته‌ترین و پرکاربردترین فناوری‌های انتقال داده در دنیای امروز است که سرعت بالا، پهنای باند گسترده و کیفیت انتقال بی‌نظیری ارائه می‌دهد. در این بلاگ، ما به بررسی جزئیات فیبر نوری پرداختیم، از هسته و پوشش فیبر گرفته تا انواع Multi-Mode و Single-Mode، استانداردها (OM1 تا OM5 و G.652 تا G.657)، مواد پوشش و رنگ‌بندی کابل‌ها.

نکات کلیدی که باید به خاطر بسپارید:

  • Multi-Mode Fiber: مناسب شبکه‌های کوتاه‌برد با سرعت بالا، اقتصادی و انعطاف‌پذیر، اما محدودیت مسافت دارد.

  • Single-Mode Fiber: مناسب شبکه‌های طولانی، دارای پهنای باند بسیار بالا و افت کم، اما تجهیزات و کانکتورهای آن گران‌تر هستند.

  • استانداردها و رنگ‌بندی: انتخاب استاندارد مناسب (OM1-OM5 و G.652-G.657) و رنگ کابل، نقش مهمی در کارایی و شناسایی کابل‌ها دارد.

  • پوشش و مواد: مواد پوشش کابل، مقاومت در برابر UV، روغن و خمیدگی را تعیین می‌کنند و بسته به کاربرد داخلی یا خارجی متفاوت هستند.

با درک صحیح این جزئیات، می‌توانید کابل فیبر نوری مناسب برای هر نوع شبکه و کاربردی انتخاب کرده و عملکرد شبکه خود را بهینه کنید. فیبر نوری نه تنها یک ابزار انتقال داده است، بلکه ستون فقرات ارتباطات مدرن و زیرساخت اینترنت پرسرعت است.