دانلود تحقیق فیبر نوری

پس از اختراع لیزر در سال ۱۹۶۰ میلادی، ایده بکارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت.

خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال ۱۹۶۶ هم‌زمان در انگلیس و فرانسه با تضعیفی ۱۰۰۰ db/km اعلام شد که عملا در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اینکه در سال ۱۹۷۶ با کوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فیبر نوری تولیدی شدیدآ کاهش داده شد و به مقداری رسید که قابل ملاحظه با سیم‌های هم‌محور بکاررفته در شبکه مخابرات بود.

فیبر نوری از پالس‌های نور برای انتقال داده‌ها از طریق تارهای سیلکون بهره می‌گیرد.

یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد می‌تواند صدها هزار مکالمهٔ صوتی را حمل کند .

فیبرهای نوری تجاری ظرفیت ۲٫۵ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌سازند .

فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود.

درونی‌ترین لایه را هسته می‌نامند.

هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص (معمولاً) است.

هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کا ملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌آورد.

با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود.

حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود.

هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند که با عث می‌شود که نور در هسته تا بیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌رسند.

این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) می‌نامند.

قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است.

بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش قرار می‌گیرد.

یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد.

این لایه کل کابل را در خود نگه می‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد.

قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است .

از لحاظ کلی، دو نوع فیبر وجود دارد: تک حالتی و چند حالتی.

فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌دهد، در حالی که فیبر چند حالتی می‌تواند صدها حالت نور را به طور هم‌زمان انتقال بدهد .

فیبر نوری در ایران در ایران در اوایل دهه ۶۰، فعالیت‌های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران را درپی داشت و عملا در سال ۱۳۷۳ تولید فیبر نوری با ظرفیت ۵۰٫۰۰۰ کیلومتر در سال در ایران آغاز شد.

فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند.

اولین پروژه فیبرنوری با اجرای ۷۰۰ کیلومتر کابل با ۱۳ هزار کانال بین چندین مسیر با هزینه‌ای بالغ بر ۴۰ میلیارد ریال بین سالهای ۶۹ تا ۷۳ انجام شد.

در برنامه دوم توسعه پروژه فیبرنوری با ۱۱۶۰۰ کیلومتر کابل با ۶۲۰ هزار کانال بین شهری با هزینه ۶۵۴ میلیارد ریال در سالهای ۷۴ تا ۷۸ به انجام رسید و نهایتا در برنامه سوم توسعه ۱۷۸۵۰ کیلومتر تا ۲ میلیون کانال با پروتکشن بین شهرهای کشور با هزینه‌ای بالغ بر ۱۰۳۵ میلیارد در سالهای ۷۹ تا ۸۳ اجرا شد.

فیبرنوری یک موجبر استوانه‌ای از جنس شیشه یا پلاستیک است که دو ناحیه مغزی و غلاف با ضریب شکست متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده‌است.

برپایه قانون اسنل برای انتشار نور در فیبر نوری شرط: می‌بایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکست‌های مغزی و غلاف هستند.

انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعیف می‌شود.

این عوامل عمدتآ ناشی از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند.

سیستم‌های مخابرات فیبر نوری گسترش ارتباطات و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم‌های انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت‌ترین موارد مورد بحث در جهان امروز است.

سرعت دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی‌های مخابرات فیبر نوری می‌باشد.

یکی از پر اهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال در فرستادن سیگنال‌های حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی در حوزه زمانی را دارا می‌باشد.

این به این معنی است که مخابرات دیجیتال تامین کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکیجهای کوچک انتقال در حوزه زمانی است.برای مثال عملکرد مخابرات فیبر نوری با توانایی ۲۰ مگا هرتز با داشتن پهنای باند ۲۰ کیلو هرتز دارای گنجایش اطلاعاتی ۰٫۱٪ می‌باشد.

امروزه انتقال سیگنالها به وسیله امواج نوری به همراه تکنیکهای وابسته به انتقال شهرت و آوازه سیستم‌های انتقال ماهوارهای را به شدت مورد تهدید قرار داده‌است.

دیر زمانی ست که این مطلب که نور می‌تواند برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد به اثبات رسیده‌است و بشر امروزه توانسته‌است که از سرعت فوق العاده آن به بهترین وجه استفاده کند.

در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید.

در ۱۵ سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبرهای نوری فاکتورهای جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده‌است.

مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قرار دادی تلقی می‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می‌شد.

با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اما سیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی مانده‌است.

از دلایل این امر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱)تکنیکهای مخابرات در سیستم‌های جدید مورد استفاده قرار می‌گرفت ۲)سیستم‌های جدید با بالاترین تلنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود.

۳)انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیکهای دیجیتال را فراهم می‌ساخت.

این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات رابه صورت بیت به بیت پاسخگو بود • توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع: از آنجایی که مخابرات فیبر نوری دارای کارایی بالاتری نسبت به سیمهای مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته‌است • آزادی از نویزهای الکتریکی:بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شییشه به دلیل رسانندگی انتخاب می‌شود.در نتیجه یک حامل موج نوری می‌تواند از پتانسیل موثر میدانهای الکتریکی در امان باشد.

از قابلیت‌های مهم این نوع مخابرات می‌توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان یک میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنالهای نام برده بدون آلودگی از پارازیت‌های الکتریکی و یا سیگنالهای مداخله گر به حد اکثر کارایی خود خواهند رسید.

فیبرهای نوری نسل سوم طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند.

برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج 1550 نانومتر و از حداقل پاشندگی در طول موج 1310 نانومتر بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود.

در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده 1.3 میکرون قرار داشت، به محدوده 1.55 میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.

کاربردهای فیبر نوری 1.

کاربرد در حسگر ها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌های اخیر شروع شده‌است.

در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره‌گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیرپذیر می‌شود.

1.

کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌های اخیر شروع شده‌است.

2.

کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها، ارتباط زیردریاییها (هیدروفون) را نام برد.

3.

کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماری‌ها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان دُزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات و خون نام برد.

4-کاربرد فیبرنوری درروشنائی * از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم بعنوان یک فناوری روشنایی متداول شده ودر چند سال قرن اخیر توسعه ورشد فراوانی پیدا کرده است کاربرد آن درسیستم های روشنایی است.

دراین فناوری نور از منبع نوری که میتواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی)ویا نور طبیعی (نور خورشید)باشد وارد فیبر نوری شده وازاین طریق به محل مصرف منتقل میشود.به این ترتیب نوربه هرنقطه ای که درجهت تابش مستقیم آن نمی باشد منتقل میشود .امتیاز این نور که موجبات رشد سریع بکارگیری وتوجه زیاد به این فناوری شده است این است که فاقد الکتریسیته گرما وتشعشعات خطرناک ماورائ بنفش بوده(نور خالص وبی خطر)و دیگر اینکه بااین فناوری میشود نور روز(بدون گرما واشعه های ماورائ بنفش)راهم به داخل ساختمانهاو نقاط غیر قابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.

برای اطلاعات بیشتر در مورد فیبرهای نوری وکاربردآن درسیستم های روشنایی به سایت انجمن فیبر نوری به ادرس www.thefoa.org/tech ونیز کتاب : fiber optic lighting a guide for specifiers نوشته Russel L Deveau مراجعه کنید.

" سیستم روشنائی فیبر نوری بر چه اساسی کار میکند." سیستمهای روشنائی فیبر نوری بر اساس سیستمهای هدایتگر کار می کنند.

از جمله سیستمهای هدایتگر یک سیستم ساده انتقال آب جهت آبیاری), شامل پمپ – شلنگ و آب پاش) میباشد در این سیستم ساده آب توسط پمپ داخل شلنگ پمپاژ میشود سپس آب ازطریق شلنگ به محل مصرف منتقل میشود در محل مصرف آب توسط آبپاش سرشلنگ به مصرف آبیاری میرسد.

سیستم روشنائی فیبر نوری نیز یک سیستم هدایتگر نور (Light Guide) میباشد.یک سیستم فیبر نوری شامل سه جزء مولد نور، فیبر نوری و چراغ نوری یا فیکسچر میباشد در این سیستم, نور توسط قسمتی که به آن نورده (Illuminator) یا ژنراتور میگویند تولید میشود.

نور تولید شده وارد فیبر نوری میشود، فیبر نوری نور را به محل مصرف (که جائی غیر از محل تولید نور میباشد), منتقل میکند.

محل مصرف نور در هر جایی نسبت به نورده میتواندواقع شود و معمولاً این محل در نقطه ای خارج از دسترس و تشعشع مستقیم نور تولیدی نورده قرار دارد.

نور منتقل شده در محل مصرف، توسط فیکسچر یا چراغ نوری متناسب با نوع مصرف به منظور روشنائی، نورپردازی, علایم نوری و, تابلوی نوری و یا هر مصرف دیگری مورد استفاده قرار میگیرد.

چون مشخصه اصلی سیستمهای هدایتگر نوری انتقال نور به محلی جدا و دور از محل تولید نور میباشد به آنها سیستمهای روشنائی با منبع نوری مجزا( Remote Source Lighting) هم میگویند.

این سیستمها بسته به نوع مولد نوری که میتواند منبع نور طبیعی (مثل نور روز یا نور خورشید) و یا منبع نور مصنوعی (نور انواع لامپهای الکتریکی) باشد و بسته به نوع هدایتگر نوری که میتواند فیبر نوری و یا لوله نوری( Light PipeیاLight Tube )باشد تقسیم بندی میشود.

البته سیستم روشنائی فیبر نوری از متداولترین سیستمهای روشنایی بامنبع نوری مجزا هستند; که هم برای انتقال نور طبیعی و هم برای انتقال نور مصنوعی کاملا مناسب می باشند وبا توجه به این مشخصات و بدلیل امتیازات فراوانی که دارند امروزه اشاعه فراوانی پیدا کرده اند و بدلیل قابلیت های زیاد این سیستمها, از آنها بعنوان روشنائی آینده نام برده میشود.

در سیستم های لوله نوری هم که اساس مشترکی با سیستم روشنائی فیبر نوری دارند، انتقال و هدایت نور توسط لوله هائی که داخل آنها صیقلی بوده و یا یک لایه شفاف (Prismatic) جهت انعکاس در داخل آنها قرار دارد انجام می گیرد.در لوله های نوری هم انتقال نور براساس پدیده انعکاس کامل داخلی انجام می پذیرد در این سیستمها محیط هدایتگر هوای داخل لوله نوری میباشد.

"روشنائی فیبر نوری دارای چه خصوصیاتی میباشد؟" عمده ترین خصیصه روشنائی فیبر نوری که آنرا از سایر تکنولوژیها و روشهای طراحی روشنائی متمایز میسازد جداسازی نور از سایر مولفه های الکترومغناطیسی آن میباشد.

به عبارت دیگر تمام اشعه های نوری که تاکنون بطور متداول بکار رفته اند علاوه بر نور مرئی شامل مولفه های دیگری چون حرارت - تشعشعات ماوراء بنفش uv، تشعشعات مادون قرمز IR (در مورد نورهای طبیعی)هستند و روشنائی الکتریکی علاوه بر این مولفه ها امواج الکترومغناطیسی و الکتریسیته را نیز شامل میشود.

اما نور فیبر نوری فاقد تمام این گونه تشعشعات است و خالصترین نور جهت مصارف روشنائی و سایر موارد استفاده اختصاصی