کابل‌های فیبر نوری و کارکرد آن‌ها

 درآمدی بر کابل‌های فیبر نوری و کارکرد آن‌ها 

 

فيبر نوري (Optical Fiber) رشته باريک و بلندي از يک مادّه شفاف مانند شيشه يا پلاستيک است که داده‌ها به‌صورت نور با پهناي باند بالا از طریق آن منتقل می‌شوند. کابل‌های فیبر نوری برای مقاصد زیادی به کار می‌روند که مهمترین آن‌ها خدمات پشتیبانی شبکه و سخت افزار است. برجسته‌ترین قابلیت کابل‌های فیبر نوری انتقال حجم عظیم اطلاعات شبکه در مسافت‌های طولانی‌ است. این کابل‌ها با توجه به ساختار خود دارای کارکردهای متفاوتی هستند. 

در این مقاله انواع کابل‌های فیبر نوری و کارکرد آن‌ها را بر اساس شاخص‌های پیش‌رو بررسی می‌کنیم:

  •  انواع کابل فیبر نوری بر اساس انتقال اطلاعات
  • انواع کابل فیبر نوری بر اساس ضریب شکست نور
  • انواع کابل فیبر نوری بر اساس کاربرد در محیط
  • انواع کابل فیبر نوری بر اساس ساختار 
 

 

۱- انواع کابل فیبر نوری بر اساس انتقال اطلاعات

تک‌حالته یا Singlemode

این کابل‎‌ها نور را به‌صورت مستقیم ، بدون شکست و با زاویه خمش کم عبور می‌دهند. بنابراین کار با آن‌ها کمی سخت است. منبع نور این دسته از کابل‌ها نور لیزر مادون قرمز است (با طول موج ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) که شدت نور بالایی دارند. همچنین قطرهسته آنها بسیار کم و برابر ۹ میکرون است. حداکثر طول قابل استفاده با تجهیزات خاص توسط این کابل ۱۵۰ کیلومتر است. کابل‌های Singlemode به دو دسته OS1 و OS2 تقسیم می‌شوند که تفاوت آن‌ها در طول موج و نحوه انتشار نور در هسته است.

فیبرهای تک حالته سیگنال را در فواصل دور با کمترین اتلاف منتقل می‌کنند. این نوع کابل‌ها بیشتر در سیستم‌های مخابراتی استفاده می‌شوند. تعداد حالت‌هایی که در یک فیبر منتشر می‌شوند به طول موج نوری که حامل آن است بستگی دارد. کابل‌های تک‌حالته گران هستند و کمتر استفاده می‌شوند.

چندحالته یا Multimode

در کابل‌های چند حالته قطر هسته در مقایسه با کابل‌های تک حالته بسیار بزرگتر و برابر با ۶۲.۵ میکرون است. منبع نوری این کابل‌ها نور مادون قرمز LED ها هستند که نور را در پرتوهای متعدد با طول موج‌های مختلف (۸۵۰ تا ۱۳۰۰ نانومتر) منتشر می‌کنند. این پرتوها با توجه به نوع کابل، شکل انتشار مختلفی را در طول کابل دارند. فیبرهای مالتی مود می‌توانند در سرعت ۱۰۰ مگابیت تا مسافت ۲ کیلومتررا پاسخگو باشند. 

کابل‌های Multimode به پنج دسته OM1،OM2 ،OM3 ،OM4 ،OM5 تقسیم می‌شوند. در کابل‌های نوع OM1,OM2 نور با برخورد به دیواره clad شکسته می‌شود و طول کابل را طی می‌کند. به تکنولوژی ساخت هسته این کابل‌ها step-index گفته می‌شود. اما، در کابل‌های نوع OM3,OM4،OM5 نور پس از چندین بار شکست، هنگامی که به پوشش clad کابل برخورد کرد، با ضریب شکست و انحراف بسیار کمی در طول کابل منتشر می‎شود. به تکنولوژی ساخت هسته این کابل‌ها Graded-index یا تکنولوژی فیبرهای متحد المرکز گفته می‌شود.

کابل‌های Multimode بیشترین کاربرد را دارند اما با این حال برای فواصل دور مناسب نیستند و نسبت به کابل‌های تک‌حالته اتلاف بیشتری دارند. از آنجایی که این کابل‌ها از کابل مسی بهتر هستند، علیرغم کارایی کمتر نسبت به کابل‌های تک‌حالته بیشتر استفاده می‌شوند.  

در شکل‌ زیر نحوه شکست نور در کابل‌های Single mode و Multi mode و قطر هسته آن‌‌ها را مشاهده می‌کنید.

۲- انواع کابل فیبر نوری بر اساس ضریب شکست نور

فیبر نوری با ضریب شکست پله‌ای (Step index)

کابل‌های فیبر نوری با ضریب شکست پله‌ای به‌صورت Singlemode و یا Multimode موجود هستند که تفاوت آن‌ها در تعداد سیگنال‌هایی است که با خود حمل می‌کنند. 

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید فیبرهای نوری Singlemode تنها یک سیگنال را از خود عبور می‌دهند بنابراین حداقل تضعیف سیگنال را دارند.

فیبرهای Multimode توانایی عبور بیش از یک سیگنال را دارند و دارای پهنای باند کمتری هستند زیرا با اضافه کردن هر سیگنال تمرکز سیگنال‌ها از هسته کمتر و تضعیف نیز بیشتر می‌شود که به آن پراکندگی مالتی مدی نیز می‌گویند که سبب تاخیر در ارسال سیگنال می‌شود. بنابراین مزیت کابل‌های Singlemode نسبت به کابل‌های Multimode کم بودن میزان پاشندگی سیگنال در آن است. 

در فیبر نوری با ضریب شکست پله‌ای که به آن Step index نیز می‌گویند ابتدا لایه‌ی هسته را با ضریب شکست و قطر مشخص می‌سازند و سپس بر روی آن یک لایه روکش با ضریب شکست کمتر می‌نشانند. به این ترتیب فیبری به وجود می‌آید که ضریب شکست آن در مرز بین هسته و روکش به‌صورت ناگهانی تغییر می‌کند. 

 
فیبر نوری با ضریب شکست تدریجی (Graded index)

این نوع فیبر از یک مغزی با ضریب شکستگی تدریجی تشکیل شده است. ضریب شکست هسته در این فیبر به آرامی و با دور شدن از مرکز کم می‌شود و در مرز ۵۰ تا ۵.۶۲ میکرون از مرکز هسته به حداقل خود می‌رسد. به این ترتیب مرز بین هسته و روکش به‌صورت آینه عمل نمی‌کند بلکه پرتوهای نور منحنی‌وار شکسته می‌شوند و پس از رسیدن به زاویه بحرانی مجددا بر روی منحنی مشابه به‌سوی هسته بر می‌گردد.

 فیبرهای نوری Multimode از نوع OM3 و OM4 دارای ضریب شکست تدریجی هستند که ضریب شکست آن از مرکز فیبر به‌سمت پوسته به‌تدریج کاهش می‌یابد اما Cladding آن ثابت می‌ماند تا مانع از خروج نور از هسته شود. هر چه شاخص انعکاس بیشتر باشد سرعت عبور سیگنال نوری کاهش می‌یابد پس سیگنال نوری در نزدیک هسته با سرعت کمتری نسبت به اطراف آن عبور می‌کند، وقتی سیگنال نوری به‌سمت خارج هسته می‌رورد شاخص انعکاس پایین‌تر اطراف هسته سبب خم شدن سیگنال و بازگشت آن‌ها به‌سمت مرکز هسته می‌شود به این ترتیب سیگنال‌های نوری دقیقا از مرکز هسته عبور می‌کنند. 

هر چه قطر هسته در این کابل‌ها بیشتر باشد هزینه فیبر بیشتر اما هزینه تجهیزات آن کمتر خواهد شد.   

۳- انواع کابل فیبر نوری بر اساس کاربرد در محیط

 

کابل‌های (Indoor (Tight Buffer

کابل‌هایی که‌ برای داخل ساختمان استفاده می‌شوند Indoor هستند. این کابل‌ها به کابل‌های کانالی معروف هستند که در دو نوع کابل نوری خشک کانالی OCUC) Optical Conduit Unfilled Cable) و کابل نوری ژله فیلد کانالی OCFC) Optical Conduit Filled Cable) موجود هستند. 

پوشش درون این کابل‌ها ،Tight Buffer یا نخ‌هایی هستند که به دور کابل پیچیده شده‌اند. قطر این روکش ۹۰۰ میکرومتر است و به‌طور مستقیم روی فیبر قرار می‌گیرد و از ضربه‌های کوچک به فیبر جلوگیری می‌کند. این پوشش موجب انعطاف کابل شده و استفاده آن را برای کاربردهای متنوع آسان‌تر می‌کند. در این کابل‌ها می‌توان از ۶ تا ۱۴۴ تیوب استفاده کرد که در هر تیوب ۲۴ فیبر نوری قرار می‌گیرد. این کابل‌ها در صورت آتش گرفتن گاز سمی از خود متصاعد نمی‌کنند و در برابر شعله‌ور شدن و خمش مقاوم و در عین حال ظریف و منعطف هستند. 

فیبرنوری Indoor با مکانیزم Tight Buffer برای موارد زیر استفاده می‌شود:  

  • بک بن داخل ساختمان (اصطلاحاً کابل‌کشی ستون فقرات یا عمودی است)
  • کابل‌کشی افقی
  • پچ کوردها و کابل‌های تجهیزات

سه نوع کابل Tight-Buffer وجود دارد که عبارتند از:

  •  Breakout: برای هر فیبرنوری با مکانیزم بافرینگ سخت، یک پوشش جداگانه وجود دارد.
  • Mini-Breakout: یک پوشش واحد کل فیبر نوری را حفاظت می‌کند.
  •  Zip Cord: برای ساختن پچ کورد از آن استفاده می‌شود.

کابل‌های (Outdoor (Loose tube

پوشش این دسته از کابل‌ها Loose tube است و بیشتر در بیرون ساختمان‌ها و فضاهای باز به‌کار می‌روند. به این کابل‌ها فیبر خاکی نیز گفته می‌شود که در دو نوع کابل نوری ژله فیلد خاکی (Optical Buried Fiber Cable (OBFC و کابل نوری خشک خاکی (Optical Buried Unfilled Cable (OBUC موجود هستند. 

حداکثر فاصله‌ی مجاز برای ورود این کابل به ساختمان ۱۰ متر است. در روش Loose-Tube تارهای فیبر نوری در يك تيوب پلاستيكي به‌نحوی قرار می‌گيرند که آزادانه امکان حرکت داشته باشند. فضای آزاد درون تيوب برای جلوگیری از نفوذ رطوبت با يک نوع ژل تیروکسن پر می‌شود. 

در کابل‌های Loose-Tube به‌دليل آن‌که تارهای فیبر در داخل تيوب شناور هستند، نيروهاي مکانيکي بيرونی تاثیر کمی روی تارهای فيبر درون تيوب می‌گذارند. به همين دليل اين کابل‌ها معمولاً در برابر فشارهای بیرونی مقاوم‌تر هستند و می‌توانند در مکان‌هایی که کابل‌ها تحت فشار هستند استفاده شوند. کابل‌های Loose-Tube عملکرد مکانیکی، زیست محیطی و نوری استثنایی و قابل اعتمادی را از خود نشان داده‌اند که در مقایسه با سایر ساختارهای کابل فیبر نوری در انواع بسترهای دیگر نیز بی‌نظیرند.

چهار نوع کابل Loose Tube وجود دارد که عبارتند از:

۱- Central-Tube

این کابل‌ها، برای Backbone خارجی استفاده می‌شود که دارای یک لوله تو خالی است که فیبرهای نوری درون آن‌ها قرار دارد و اطراف آن با ژل تروکسین پر شده‌اند. نصب این کابل‌ها در داکت، تونل، تیوپ و شیارها آسان است. کابل کشی فیبرهای نوری Central-Tube می‌تواند تا ۵۰٪ نیاز به نیروی کار و تجهیزات لازم برای نصب کابل را کاهش دهد بنابراین باعث صرفه‌جویی در وقت، پول و زمان نصب و راه اندازی می‌شود. کابل‌های فیبر نوری Central-Tube گزینه مناسبی برای شبکه‌های Backbone و Campus است. 

۲- Stranded-Tube

کابل‌های Stranded-Tube، غیر رسانا و یا بدون هر گونه فلز هستند که با ظرفیت ۲۸۸ کر در سیستم‌های انتقال نیرو در مکان‌هایی که تداخل‌های الکترومغناطیسی بالا دارد و همچنین در صنعت مخابرات به خصوص پروژه‌های FTTH به‌طورگسترده استفاده می‌شود. این کابل‌ها از انعطاف‌پذیری بالایی برخوردارند و همچنین توان کششی مناسبی برای دمش (Air blown) در کانال‌های میکروداکت دارند، و بسیار مقرون به صرفه هستند. این کابل‌ دارای عایق مقاومت مرکزی است که از Kink یا خم شدن زیاد جلوگیری می‌کند.

۳- Multi Loose Tube 

کابل‌های فیبر نوری با تعداد تیوب‌های بیشتر Multi Loose Tube نامیده می‌شوند. دلیل اصلی طراحی این کابل‌ها نیاز به ظرفیت و تعداد تار‌های نوری بیشتر در قطر مناسب‌تر بود و بیشتر برای نصب در فضاهای باز Outdoor طراحی شدند و عمدتا به‌شکل کانالی و یا مستقیماً در خاک دفن می‌شوند. کابل‌های Multi Loose Tube در برابر آب و رطوبت به‌طور کامل مقاوم هستند، این خاصیت ضد آب معمولا با استفاده از ژله و یا لایه‌های پوششی با قابلیت تورم به‌دست می‌آید، که باعث مقاومت کابل  و جلوگیری از نفوذ آب به داخل آن در صورت مواجهه تصادفی با آب می‌شود. 

کابل‌های Multi Loose که در معادن و یا صنایع پتروشیمی و نفتی استفاده می‌شوند باید دارای هر دو خصوصیات مقاومت در برابر آب و مقاومت در برابر آتش LSZH-FR ( کم دود و بدون گازهالوژن ) باشند.

۴- Gel-free

کابل فیبر نوری Loose Tube از نوع بدون ژل یا Gel-free به کابل‌های تیوب خشک نیز معروفند که از فناوری مسدود‌کننده آب و بافر با قطر کم استفاده می‌کند. طراحی کابل خشک کاملاً عاری از ژل است، اما در عین حال پروژه‌های محیطی بیرونی (Outdoor) را در برابر نفوذ آب محافظت می‌کند. 

 کابل‌های Loose Tube از نوع Gel-free جایگزین کابل‌های Loose Tube با ژل شده‌اند همچنین این کابل‌ها پیشرفته‌ترین نوع کابل فیبر نوری حال حاضر هستند. ویژگی این کابل‌ها عبارت است از:

  • کاهش زمان آماده‌سازی کابل برای سربندی
  • فقدان نیاز به حلال‌های خطرناک 
  • مواد مصرفی کمتر
  • محیط کار تمیزتر و مناسب‌تر 
  • طول عمر بیشتر تجهیزات 
  • سادگی نظافت سایت کاری 
  • مسیریابی آسانتر داخل مفصل‌ها 
  • افزایش ظرفیت تارها و تیوب‌ها 
  • افزایش ظرفیت قرارگیری کابل روی قرقره 

کابل‌های Indoor & Outdoor

این دسته کابل‌هایی هستند که هم در داخل و هم در خارج ساختمان‌ها استفاده می‌شوند و برخی از ویژگی‌های هر دو نوع کابل‌های Indoor و Outdoor را دارند. کابل فیبر Drop Cable از این مدل است که باریک، محکم و ارزان قیمت است. کابل دراپ را به‌راحتی می‌توان لخت کرد و تارهای آن برای فیوژن و Optic Cable Distribution Frame در کاست باکس FAT یا (Fibre Access Terminal ) و OTO یا (Optical Telecommunication Outlet ) آماده خواهند شد. 

این کابل‌ ویژگی‌هایی از هر دو نوع کابل Loose-Tube و Tight-Buffer را دارد و برای داکت‌ها، تونل‌ها یا شیارها مناسب است که بسته به اینکه به کدامیک از ویژگی‌های این دو کابل نزدیک‌تراست دارای انواع متفاوت است:

  • Steel Wire Armored
  • Mini-Breakout
  • Anti-Rodent

۴- انواع کابل فیبر نوری بر اساس ساختار  

 

فیبر شیشه‌ای 

جنس هسته این کابل از نوع شیشه و بسیار ظریف است به این ترتیب قابلیت اصلاح، تقسیم و برش ندارد لذا دارای انعطاف‌پذیری کمی است. این فیبرها در برابر حرارت بالا، فشار مکانیکی و مواد شیمیایی مقاوم است و اتصالات انتهایی آن‌ها دارای انواع آداپتور است.

فیبر نوری پلاستیک

این کابل از مواد پلیمری یا به اصطلاح POF ساخته شده است و هسته آن از اکریلیک یا PMMA ساخته شده است. از آنجایی که قطر هسته این فیبرها یک میلی متر است نور در آن‌ها به‌سرعت و خیلی آسان عبور می‌کند. در این فیبر از نورهای قرمز و سبز بی‌ضرر استفاده می‌کنند که برای چشم آسیب‌زا نیستند از این رو برای مصارف خانگی استفاده می‌شود. 

این فیبرها برای روشنایی، تزئینات، دکوراسیون و شبکه بسیار کاربرد دارند. همچنین در تجهیزات پزشکی و بهداشتی نیز استفاده می‌شود.

فیبر نوری سیلیکا

به این کابل، فیبر نوری با روکش پلاستیکی هم می گویند که از جنس سیلیکا و پلیمر است. این فیبر دارای محدودیت کرنش الاستیک بالا، چقرمگی بالای شکستگی، انعطاف‌پذیری بسیار بالا در برابر خم شدن، حساسیت به کرنش نسبت به سیلیس و ضریب منفی گرماسنجی است. دوام این نوع فیبرهای نوری معمولا بیشتر از دو مورد بالایی است.

 جمع‌بندی

در این مقاله انواع کابل‌های فیبر نوری را بر اساس شیوه انتقال اطلاعات، ضریب شکست نور، استفاده در محیط و ساختار آن بررسی کردیم. با توجه به استفاده رو به گسترش این فناوری در منازل در مقاله بعد این تکنولوژی را در خانه‌ها بررسی می‌کنیم. به عبارتی با ما همراه باشید تا ببینیم منظور از “به خانه” در این زیرساخت ارتباطی خاص چیست. 

شرکت ارمغان اشراق همگام با پیشرفت تکنولوژی همواره تلاش کرده است در تامین تجهیزات و محصولات ارتباطات رادیویی پیشگام باشد. چنانچه برای تهیه، نصب و اطلاع از قیمت این محصولات نیاز به اطلاعات دارید با متخصصین و مشاورین ما در ارتباط باشید.  

اسکرول به بالا
Verified by MonsterInsights