دانلود تحقیق فیبر نوری و سالیتون

فوتونیک علم ایجاد ‌، کنترل و آشکار کردن فوتونهایی که کاربرد آن از زندگی روزمره گرفته تا علوم پیشرفته را شامل می شود .

از جمله نتایج خوبی که این علم به همراه داشته است اختراع فیبر نوری می باشد .
فیبر نوری هبزار ساخته شده از شیشه یا پلاستیک است به قطر تار موی انسان نور را در طول خود جا به جا می کند .

نور در داخل فیبر نوری بوسیله بازتاب کلی نگه داشته می شود .

فیبر نوری شامل سه بخش هسته ، روکش Clading و بافر رویه است .

از لحاظ کلی دو نوع فیبر داریم : تک حالتی و چند حالتی .

فیبر نوری کاربردهای فراوانی دارد .
شاید یکی از عوامل رخ دادن انقلاب در فوتونیک استفاده از نوعی موج به نام سالیتون نوری در فیبرهای نوری باشد .

سالیتونها نسل ویژه ای از پالسهای نوری هستند که جوابهای معادله غیر خطی شرودینگر (NLSE) که پالسهای درون فیبر توسط آن توزیح داده میشود ، می باشد .

سالیتون به موج منفردی می گویند که با شکل ، ارتفاع و سرعت ثابت به انتشار و پیشروی در محیط ادامه میدهند .
سالیتونها در بسیاری از زمینه ها مثل پلاسما ، زیست شناسی ، فیبرهای غیر خطی ، جو و ...

وجود دارد .
سالیتونها در فیبر نوری با به موازنه در آوردن دو نیروی مخالف ، پاشندگی و مدولاسیون خود فاز ایجاد میشود .

به این ترتیب که مدولاسیون خود فاز منجر میشود که فرکانسهای پایین تر در سمت پیشرو و فرکانسهای بالاتر در سمت دنباله پالس باشد و این سبب chirt شدن موج می شود .

در حالیکه در پاشندگی غیر عادی فرکانسهای پایین تر آرام تر از فرکانسهای بالاتر حرکت می کنند بنابراین موج کمپرس پالس می شود .

این کمپرس chirt موج را از بین می برد و پهنای ابتدایی پالس در تمام طول فیبر حفظ می شود و سالیتون نوری تشکیل می شود .
فیبر نوری و سالیتون
ظهور فیبرهای نوری انقلاب وتحولی در سیستم های ارتباط از راه دوردر تمام دنیا به وجود آورده است.

که تبادل حجم زیاد وبی سابقه ای از اطلاعات را با سرعت نور ممکن می سازد البته این انقلاب را می توان به عرصه علم فوتونیک نسبت داد.

همانطور که پدیده های الکترونیکی نوظهور کیفیت زندگی را در قرن 20 ارتقاء بخشید، ‌ علم فوتونیک هم قصد دارد این کار را در قرن 21انجام دهد.
فوتونیک
فوتونیک علم ایجاد، کنترل وآشکار کردن فوتون هاست.

اگر بخواهیم تعریف ماکروسکوپیک ازفوتونیک ارائه دهیم باید این طور تعریف کردکه:فوتونیک علم تابش، ‌ ارسال، ‌ تقویت، آشکار سازی وتعدیل نور است.

این شاخه از اپتیک نتایج بسیار خوبی راتا کنون در علم نور شناسی پدید آورده است، که اختراع نیمه رساناهای ساتع کننده نور در سال 1960 وفیبرنوری در سال 1970از جمله مهم ترین این یافته هاست.
فوتونیک ارتباط تنگاتنگی با اپتیک دارد، اگر چه در کشفیات گذشته اپتیکی، ‌ کوانتومی بودن نور طی آزمایش اثر فوتوالکتریک توسط اینشتین در سال 1905توضیح داده شد ووسایل اپتیکی همچون لنز ها وآیینه های انکساری ووسایل مختلف دیگری تا قبل از سال 1900شناخته شدند اما کلید اصلی علم اپتیک کلاسیک یعنی اصل هویگنس، ‌ معادلات ماکسول ومعادلات موج وابستگی به خصوصیات کوانتومی نو ندارد.

مفهوم فوتونیک تقریبا با اپتیک کوانتومی، ‌ الکترونیک کوانتومی، ‌ الکترواپتیک واپتو الکتریک که همگی جزء اپتیک مدرن می باشند، ‌ یکی است.
اگرچه مصارف مختلف آنها در زمینه های مختلف اعم از علمی، ‌ دولتی ومراکز خریدمتفاوت است.

از آن جاییکه اپتیک کوانتومی اغلب در جریان پروژه های تحقیقاتی بنیادی مورد استفاده قرار می گیرد
فوتو نیک هم به مصرف تحقیقاتی وتو سعه ایی می آید.

فوتونیک به طور ویژه به مباحث زیر توجه دارد:
1.

خواص ذرات نور
2.

استفاده از فوتون ها در فناوری ساخت دستگاهای پردازش سیگنال
3.

استفاده از فناوری اپتیک کوانتومی که ما در به ساخت دستگاهایی با هزینه کم است.
4.

ایجاد تناست با الکترونیک
دامنه کاربرد فوتونیک تا حدی گسترده است که از زندگی روزمره تاعلوم پیشرفته را شامل می شود، در این جا فقط به نام بردن برخی از این کار بردها می پردازیم:
1.

آشکار سازی نور
2.

ارتباطات از راه دور (فیبر های نوری مخابراتی، ‌ مبدل های نوری به میکرو ویو.

)
3.

پردازش اطلا عات
4.

روشنایی
5.

اندازه گیری (اندازه گیدی فرکانس وزمان و تخمین مسافت)
6.

طیف نمایی
7.

ایجاد تصاویر لیزری
8.

پزشکی (تصحیح ودرمان عیب بینایی، ‌ جراحی با لیزر، جراحی با آندسکوپی وایجاد ورفع خالکوبی های موضعی)
9.

نظامی( حسگرهای مادون قرمز(IR)، کنتر ل وفرماندهی، ‌ ناوبری، ‌ عملیات تجسس ونجات، ‌کشف وهدف گیری)
10.

هنرهای دیواری (نمایش های لیزری، تصویر سازی های سه بعدی، ‌ وسایل پرتوافکنی)
11.

ساخت روبات
12.

کشاورزی
13.

علوم زیستی
14.

هوانوردی (ژیروسکوپ فوتو نیکی فاقد بخش متحرک)و.

.

.
از جمله ابزارهای کاربردی که به لحاظ اقتصادی حائز اهمیت هستند نیمه رسانای فوتوتنیکی با کارایی مثبت اطلاعات اپتیکی توسط فیبر های نوری برای ارتبا طات از راه دور، چاپ لیزری (بر مبنای عکسبرداری)اجرای نمایش ها، ‌ لیزر های توان بالا با پمپ نوری)
فیبر نوری
فیبر نوری یک ابزار نوری شناخته شده از شیشه وپلاستیک است که نور را در طول خودجابه جا می کند.

فیبر های نوری نتیجه ی همکاری علوم کاربردی و مخصوصی در طراحی و کار برد است.
امروزه استفاده از فیبرهای نوری به دلیل مزیت های فوق العاده، ‌ در انتقال اطلاعات در طی مسیرهای طولانی باپهنای باند بسیار زیاد، ‌ بر دیگر ابزارهای ارتباطی گسترش یافته است.
بدلیل از دست دادن اطلاعات در طی مسیر در ساخت فیبرهای نوری از فلزات استفاده نمی شود، در صورتیکه این فیبرها کاملا از هر گونه تداخل های مغناطیسی مصون هستند.

طراحی فیبرها به گونه ای انجام شده که بتوان از آنها کاربردهای متنوعی همچون استفاده در فیبرهای لیزری وحسگرها را شاهد بود.
بدلیل از دست دادن اطلاعات در طی مسیر در ساخت فیبرهای نوری از فلزات استفاده نمی شود، در صورتیکه این فیبرها کاملا از هر گونه تداخل های مغناطیسی مصون هستند.

طراحی فیبرها به گونه ای انجام شده که بتوان از آنها کاربردهای متنوعی همچون استفاده در فیبرهای لیزری وحسگرها را شاهد بود.

نور در داخل فیبرهای نوری بوسیله باز تاب کلی نگاه داشته می شود واین سبب می شود که فیبر مثل یک مو جر عمل کند.

توضیح: ساختار یک موجبربر پایه هدایت امواج (الکترو مغناطیسی، ‌ صوتی و.

.) استوار است.

بسته به نوع موج مورد استفاده ساختار موجبرها متفاوت است که درزیر به نمونه ای مرتبط با بحث از این موجبرها اشاره می کنیم: موجبرهای نوری: موجبرهای مورد استفاده در محدوده فرکانسی امواج نوری از نوع موجبرهای نارسانا هستند که در آنها از مواد نارسانا با ثابت دی الکتریک زیاد وبنابر این با ضریب شکست بالا استفاده شده است که با موادی با ثابت دی الکتریک کم احاطه شده اند.

ساختار منتقل کننده های نوری بر اساس باز تاب کلی طراحی شده است .

یک موج بر نوری، ‌ در حقیقت یک لوله نوری است که ازبدنه داخلی کاملا صیقلی ومنعکس کننده نور تشکیل شده است که گاهی از آنها به عنوان نی های نوری در کاربرد های روشنایی استفاده می شود سطح داخلی فیبرها ی نوری اغلب توسط فلزات خاصی جلا داده می شود وگاهی ممکن است توسط پوشاندن چندین لایه در سطح داخلی آنها نور را بوسیله باز تاب براگ هدیت کنند (این یک مورد خاص از فیبرهای کریستال فوتونی است)، ‌ روش دیگری که برای انعکاس درو نی در لوله های موج بر وجود دارد این است که دربخش میانی لوله، از یک منشور استفاده شود بطوریکه در داخل لوله انعکاس داخلی رخ دهد؛البته در مورد منشور، نورازگوشه های منشور نشت می کند که ازآن می توان به عنوان یکی از معایب منشور یاد کرد.) فیبرهایی که باریکه های نوری درمسیرهای موازی ومتقا طع را از خود عبور میدهند، فیبرهای چند مددر (mmf)وفیبرهای نوری که تنها یک مد نوری را از خود عبور می دهند فیبرهای تک مد ((smf هستند.

فیبرهای نوری چند مد از ضخامت زیادی بر خوردارند واگر چه معمولا در مسیرهای کوتاه از آنها استفاده می شود ولی برای کاربردهای ارتباطی با توان بالا از آنها استفاده می شود.

فیبرهای تک مد در ارتباطات ازراه دور نقش عمده ای دارند وتا مسافت های بالاتر از 550 متر را تحت پوشش ارتباطی قرار می دهند.

پیوند زدن فیبرهای نوری بسیار پیچیده اتصال کابل ها یا سیم های الکتریکی است.

این فیبرهاباید با دقت بسیار بالایی به یکدیگر بپیوندند ودر اتصال آنها به هم لازم است که از روش مکانیکی یا ذوب دوسر آنها با استفاده از جرقه الکتریکی استفاده کنیم.

البته امروزه بست های ویژه ای ساخته شده است که قابلیت جدا شدن دارند.

تاریخچه فیبر نوری دنیل کلادن نخستین فردی است که در سال 1842 توانست فواره‌ی نوری یا فیبر نوری را اختراع کند.

تصویر بالا یک تصویر منحصر به فرد از آخرین رونمایی این اختراع توسط کلان است.

پس ازاختراع لیزر درسال 1960میلادی ایده به کار گیری فیبرنوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت.

خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال 1966هم زمان در انگلیس وفرانسه اعلام شد که عملا در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تااینکه در سال 1976با کوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فیبر نوری تولیدی شدیدا کاهش داده شد وبه مقداری رسید که قابل ملاحظه با سیم های هم محور به کار رفته در شبکه مخابرات بود.

فیبر نوری از پالس های نور برای انتقال داده هااز طریق تارهای سیلکون بهره می گیرد.

یک کابل فیبر نوری که کمتر ازیک اینچ قطر دارد می تواند صدها هزار مکالمه صوتی راحمل کند.

فیبرهای نوری تجاری ظرفیت 25گیگا بایت در ثانیه تا 10گیگابایت درثانیه را فراهم می سازند.

فیبر نوری ازچند ین لایه ساخته می شود.

درونی ترین لایه را هسته شامل یک تار کاملا بازتاب کننده ازشیشه خالص است.

هسته در بعضی از کابل ها از پلاستیک کاملا بازتابنده ساخته می شود، که هزینه ساخت را پایین می آورد.

با این حال، ‌ یک هسته پلاستیکی معمولا کیفیت شیشه را ندارد وبیشتر برای حمل داده ها در فواصل کوتاه به کار می رود.

حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می شودکه نور در هسته تابیده شود تااز سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دوباره به هم می رسند.

این عمل باز تاب نور به مرکز هسته را بازتاب داخلی کلی می نامند.

قطر هسته وپوسته باهم حدود 125میکرون است(هر میکرون معادل یک میلیونیوم متر است)که در حدود اندازه تار موی انسان است.

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

یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می دهد.

این لایه کل کابل را در خود نگه می دارد، که می تواند 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 حا لتی وچند حالتی.

فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را درهر زمان انتشار می دهد، درحا لیکه فیبر چند حالتی می تواند صدها حالت نور رابه طور هم زمان انتقال بدهد.

بنابر این اگر به صورت خلاصه بخواهیم بیان کنیم یک فیبر نوری ازسه بخش متفاوت تشکیل شده است: 1.

هسته(core):هسته نازک شیشه ای در مرکز فیبر که سیگنال های نوری در آن حرکت می نمایند.

2.

روکش cladding:بخش خارجی فیبر بوده که دور تا دور هسته را احاطه کرده است وباعث برگشت نور منعکس شده به هسته می گردد.

3.

با رویه (Buffer coating):روکش پلاستیکی که باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت وسایر موارد آسیب پذیر است.

صدها وهزاران از رشته های نوری فوق در دسته هایی سازماندهی شده وکابل های نوری را بوجود می آورند.

هر یک از کلاف های فیبر نوری توسط روکش هایی با نام (jacket)محافظت می شوند.

انواع کابل نوری: 1.

کابل نوری ژله فیلد کانالی (ocfc)عموما درشبکه های درون شهری و بین مراکز مخابراتی استفاده می شوند.

کابل نوری ژله فیلد خاکی (oBFc):معمولا در شبکه های زیر ساخت وبین شهری در مساحت های طولانی استفاده می شود.

کابل نوری مهار دار (ossc):در مناطق رو ستایی ومخابراتی مورد استفاده قرار می گیرد وشکل کابل به صورت 8می باشد.

کاربردهای فیبر نوری کاربرد در حسگرها:استفاده از حسگرها ی فیبر نوری برای اندازه گیری کمیت های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، ‌ میدان مغناطیسی، ‌ فشار، ‌ حرارت، جابه جایی، آلودگی آب های دریا، سطح مایعات تششعات پرتو های گاما وایکس در سال های اخیر شروع شده است.

در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره گیری می شودبدین ترتیب که ویژگی های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه گیری تغییر یافته وبا اندازه شدت کمیت تاثیر پذیر می شود.

کاربرد های نظامی:فیبر نوری کاربردهای بی شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می توان برقراری ارتباط وکنترل باآنتن رادار، ‌ کنترل وهدایت موشک ها، ارتباط زیر دریا ییها (هید روفون) را نام برد.

کاربردهای پزشکی: فیبر نوری در تشخیص بیماریها وآزمایش های گوناگون در پزشکی کاربردفراوان دارد که از آن جمله می توان چنده سنجی (دزیمتری)غدد سرطانی، ‌ شناسایی نارسایی های داخلی بدن، جراحی لیزری، ‌ استفاده در دندانپزشکی واندازه گیری