תקשורת או תקשורת במרחקים אפשריים הודות לקווי השידור השונים הקיימים. בין אלה, אחד האמינים ביותר הוא סיב אופטי. למד באמצעות מאמר זה, כיצד עובד אופטיק הסיבים המאפשר לך להשתמש באינטרנט ובהטבות רבות אחרות בבית ובמשרד.
סיב אופטי
סיבים אופטיים הם נימה גמישה העשויה בדרך כלל מסיליקון, אם כי ישנם גם סיבים אופטיים העשויים מפלסטיק. זהו חומר עדין מאוד, עם קוטר כמעט כמו של קווצת שיער. זה שקוף, כדי להיות מסוגל להעביר אור מבלי שתדירות של צבע אחד מעוות את האחרים.
סיבים אופטיים הופיעו כתחליף פוטנציאלי לכבל קואקסיאלי. בדומה לכבל נחושת, סיבים משמשים להעברת נתונים בין שני קצותיו, תוך שימוש באור כאמצעי תחבורה.
כיום, סיב אופטי הוא אחד ממנגנוני התקשורת הנפוצים ביותר. הסיבה לכך היא שהמידע יכול לנסוע למרחקים ארוכים מבלי להזדקק להרבה, או אולי ללא מגברים, כך שהאות לא יאבד. יש לו גם רוחב פס או מהירות נתונים גבוהה יותר מכבלי נחושת.
בין שאר הסיבות מדוע סיבים אופטיים משמשים להחלפת כבל נחושת, היא שיש פחות הפחתת האות לקילומטר נסיעה. ועוד אחד מהיתרונות שלו הוא שהסיבים האופטיים חסינים מפני הפרעות אלקטרומגנטיות, כך שכמעט בלתי אפשרי להפר את האבטחה.
כמו כן, מקובל למצוא סיבים אופטיים לתאורה. זאת בשל העובדה שכרגע באמצעות הסיבים ניתן היה לספק את האור בעוצמה הגבוהה ביותר מבין כל צורות מתן האור המלאכותי.
המבנה של סיב אופטי מורכב מליבה, שהיא הסיב עצמו שדרכו המידע עובר. הליבה מכוסה בציפוי, המאופיין בעל אינדקס השתקפות נמוך יותר מהליבה. הדבר נעשה מתוך כוונה למנוע מקרן האור הנוסעת בגרעין לעזוב את הגרעין ולאבד את המידע, כלומר, זוהי דרך להגביל את המידע בגרעין באמצעות תופעת ההשתקפות.
לאחר מכן, הציפוי מוקף במעטפת, ומעטפת זו של קבלר. ולבסוף, מכסה מנוע, בדרך כלל צהוב או כתום, המזהה את סוג הסיבים. שניהם משמשים להעניק לסיבים הגנה וקשיחות מכנית, שכן אחרת הסיב יהיה שביר ביותר, אפילו יותר ממה שהוא כבר.
בתוך הסיב האופטי ניתן לשלוח יותר מקרן אור אחת מכיוון שישנם מסלולים שונים או דרכים אפשריות לעשות זאת. סוג זה של סיבים אופטיים נקרא multimode, ושמו נובע ממה שיש לו מספר מצבים לשליחת קרן האור בו זמנית. במקום זאת, סיב במצב יחיד משתמש בנתיב ליניארי יחיד להעברת קרן האור. מבחינה פיזית הם בדרך כלל נבדלים על ידי צבע מכסה המנוע שלהם, בדרך כלל כתום עבור ריבוי מצבים וצהוב עבור מצב יחיד.
בעת שחבור הסיב האופטי חשוב לזכור כי יישורו בין הליבות חייב להיות מדויק ביותר, שכן אחרת יהיו הפסדים עקב צימוד שווא. זה מרמז כי המפרקים בין סיבים אופטיים מורכבים יותר מאלו המשמשים בכבלי נחושת רגילים.
היסטוריה של סיבים אופטיים
בסיבים אופטיים ישנם שני אלמנטים בסיסיים שהציגו התקדמות להשגת הטכנולוגיה שאנו מכירים כיום מבחינת העברת נתונים דרך אור. יסודות אלה הם הסיב האופטי והאור הנוסע בו. בקטע זה, נטייל בהיסטוריה של סיבים אופטיים וכיצד היא התפתחה לאורך זמן.
ביוון העתיקה, אור שמש המוחזר מהמראות שימש לשליחת הודעות או לחסימת ראיית אויביך. אותה מערכת יושם על ידי קלוד צ'אפה בשנת 1792 ליישום טלגרפיה אופטית באמצעות מגדלים ומראות שהופצו על פני 200 ק"מ. הוא הצליח להעביר מסר בזמן שיא למשך 16 דקות.
בשנת 1910 היו דמטריוס הונדרוס ופיטר דביה הראשונים ליישם לכידת אור בתוך כבלים עשויים זכוכית. זה מוזר שהניסוי הזה ארך כל כך הרבה זמן, כי עד שנת 1820 כבר היו קיימות המשוואות שקבעו את התופעה.
עיקרון זה נקרא כליאת האור על ידי שבירה. זכור ששבירה היא תופעה הגורמת לקרן אור לשנות כיוון כאשר היא עוברת מקו שידור אחד למשנהו שיש להם מדדי שבירה שונים מכיוון שיש להם צפיפות שונה.
בשנות ה -1840 של המאה ה -1870, ז'אן דניאל קולאדו וז'אק באבינט הצליחו להוכיח עקרון זה. באופן דומה, בשנת XNUMX ציין ג'ון טינדל שאור יכול לנוע במים, וכי האור נשבר בתוך המדיום הזה. הצעדים הראשונים הללו אפשרו לבצע את המחקרים שיאשרו את הפוטנציאל של זכוכית כחומר מצוין להעברת אור למרחקים ארוכים. בתחילה היישום שלה היה להדלקת מזרקות מים.
מאוחר יותר, ג'ון לוגי, מהנדס סקוטי, רשם פטנט על מערכת אלקטרומכנית לטלוויזיה צבעונית, שהשתמשה במוטות עשויים זכוכית המעבירים אור. מערכת זו לא הייתה מוצלחת במיוחד בשל ההנחתה שהייתה לה בגלל החומרים והטכניקות שהיא יישמה, כך שלא ניתן היה לאור לעבור למרחקים גדולים. כמו כן, למערכת שלהם לא היו מצמדים אופטיים.
בשנת 1952 הודות למחקרים הקודמים שביצע ג'ון טינדל, הפיזיקאי נרינדר סינג קפאני הצליח להמציא את הסיב האופטי. יש לציין כי זה היה בשנות החמישים כאשר המחקר בנושא סיבים אופטיים הועמק. למעשה, בשנת 1950 ייצר בזיל הירשוביץ אנדוסקופ חצי גמיש באמצעות סיבים אופטיים. הוא הצליח לשלוח תמונות והאנדוסקופ הזה הוא כלי נוח יותר לניתוחים.
אוניברסיטת מישיגן מציעה בגרסתו לאנדוסקופ למחצה גמישה שימוש בחומר בעל אינדקס שבירה נמוך יותר מהליבה, במקום להשתמש בשמנים או בשעווה כפי שהיה בשימוש בעבר. בנוסף, יוצרו גם גדילים סיבים אופטיים דקים בהרבה, כמו עובי שיער. עם זאת, האור נחלש או אבד לאחר 9 מטרים של נסיעה עם סיב אופטי זה. זה היה צ'ארלס ק 'קאו, שהציג שהנחתה התיאורטית המקסימלית שסיבים אופטיים צריכים לקבל היא 20 דציבלים כדי שהיישום שלה יהיה ריאלי, בעבודת הדוקטורט שלו
שוב, צ'ארלס ק 'קאו יחד עם ג'ורג' הוקאם הצהירו כי ניתן לייצר סיבים עם אחוז שקיפות גבוה יותר. באופן דומה, הם היו אלה שהציעו שימוש בסיבים אופטיים להעברת הודעות טלפוניות במקום להשתמש במשתכנעים בכבלי נחושת וחשמל.
היה צורך לשפר את הסיב האופטי, אשר כרגע היה בעל הנחתה של 100 dB / ק"מ, רוחב פס קטן ושבריריות מכנית רבה. כדי להשיג זאת, יש לבצע מחקרים וחקירות בלתי פוסקים ומעמיקים, מה שאפשר לקבוע כי הגורם שאליו יש רמת אובדן זו באור הוא הזיהומים הפנימיים הקיימים בסיליקון או בזכוכית.
הודות לגילוי זה החלו לייצר סיבים עם הפחתת הנחתה של עד 20 dB / ק"מ ועם רוחב פס גדול יותר. בנוסף, עובי הליבות היו בעובי של 100 מיקרון, אשר היו מכוסים בחוט ניילון בכדי לכבד את בסיס מדד השבירה, אך הם יכולים גם לספק קשיחות מכנית רבה יותר, דבר שלא יאפשר לשבור את הסיב בידיים.
עבודתם של קאו והוקמן שימשה בסיס לחקירות שבוצעו על ידי רוברט מאורר, דונלד קק, פיטר שולץ ופרנק צימר שהציעו וייצרו את הסיב האופטי הראשון עם זיהומים של טיטניום. זיהומים אלה שולבו בכוונה בסיליקון בכדי להגביר את השבירה בסיבים. סיב זה אפשר לאור לנוע בסיב האופטי עם הנחתה של 17 dB / ק"מ בלבד. באותו עשור של 1970 ניתן היה לייצר סיבים אופטיים עם הפסדים של 0.5 dB / ק"מ בלבד.
התקדמות חשובה נוספת שנעשתה בטכנולוגיית העברת הנתונים באמצעות אור, נעשתה בזכות הפיזיקאים מורטון בי פאניש ואיזואו היישי שפיתחו לייזר מוליכים למחצה שיכול לפעול ללא הרף מבלי להגדיל את הטמפרטורה שלו. יחד ג'ון מקצ'ני ומשתפי פעולה אחרים יצרו שיטות להכנת סיבים.
שידור הטלפון הראשון באמצעות קו ההולכה נעשה ב -22 באפריל 1977 על ידי חברת ג'נרל טלפון ואלקטרוניקה בצפון אמריקה, והגיעה למהירות של 6 מגה -ביט לשנייה.
עד 1980 לסיבים הייתה שקיפות כזו שהם יכולים לשלוח אותות דרך סיב אופטי לנתיב של עד מאתיים וארבעים קילומטרים לפני שהם אבדו לגמרי. סיבים אלה קמו כאשר החוקרים הבינו כי סיליקון טהור ללא מתכת ניתן לייצר רק באמצעות כלים ורכיבים שמשתמשים בקיטור. זה מנע ממזהמים טבועים להתעורר בתהליך הייצור.
AT&T הגישה את הפרויקט שלה למערכת סיבים אופטיים במרחק של כ -1980 קילומטרים זה מזה לוועדת התקשורת הפדרלית בשנת XNUMX. מערכת זו תעבור ותחבר בין הערים בוסטון וושינגטון הבירה. לאחר ארבע שנים בהצגת הפרויקט הזה, המערכת החלה להפוך לפעולה. כבל זה היה בקוטר של עשרה סנטימטרים והיה מסוגל לספק עד שמונים אלף ערוצי קול לשיחות טלפון בו זמנית.
הסיב האופטי הראשון שהותקן טרנסו -סינית הפך לפעול בשנת 1988, השקיפות של ליבתו הייתה כה מושלמת עד שהיה צורך להציב מגברים אופטיים כל ארבעים קילומטרים בלבד. לאחר מכן, נוצרו קשרים נוספים מסוג זה ונעשו סיורים נרחבים יותר בין ערים ליבשות.
כל ההתקדמות הזו אפשרה לסיבים אופטיים להמשיך ולשפר את השקיפות שלה וניתן ליישם אותם בתקשורת בשוק ולא רק ברמת ניסוי. למעשה, טלפון כללי ואלקטרוניקה ב- 22 באפריל 1977 הצליחו לבצע את שידור הטלפון המוצלח הראשון במהירות של 6 Mbits / s, תוך שימוש בסיב אופטי כקו ההולכה.
תהליך ייצור
במעבדות בל פותחו שיטות עצמאיות לייצור סיבים אופטיים. משם, ישנם ארבעה תהליכים לייצור סיבים אופטיים
MCVD (תצהיר אדי כימי שונה)
שיטה זו פותחה במקור על ידי חברת קורנינג גלאס והתאמה על ידי מעבדות בל ליישום תעשייתי. הם מורכבים מצינור קוורץ טהור, בו מעורבב סיליקון דו חמצני עם אלמנטים אחרים כדי לסמם את התכשיר. צינור זה ממוקם לאחר מכן על מחרטה מסתובבת.
לאחר מכן, הוא מובא לטמפרטורות של עד 1600 מעלות צלזיוס עם מבער מימן וחמצן. הדבר נעשה על ידי סיבוב המחרטה בעוד צינור הקוורץ מחומם לכל אורכו. בשלב זה מתווספים התוספים, שהם אלו שיתרום למדד שבירה טוב יותר בליבה, בקצה אחד של הצינור.
השכבות הבאות משולבות גם כן, בשל הכפיפה המתמשכת של המבער. טכניקה זו מאפשרת לסנתז את הגרעין. לאחר מכן, מבער הביא לטמפרטורה של 1800 מעלות צלזיוס, שהיא הטמפרטורה המאפשרת לקוורץ להתרכך ובכך להשיג את הטופס.
ה preform מתייחס למוט הזכוכית או הצינור המשמש ליצירת סיבים אופטיים. כלומר, הצינור המוצק מתקבל לאחר שיטה זו. בדרך כלל מידותיו מעט יותר ממטר אחד וקוטרן סנטימטר אחד.
VAD (Vapor Axial Deposition)
טכניקה זו מבוססת על זו שפותחה על ידי ניפון טלפון וטלגרף. הוא נמצא בשימוש נרחב ביפן בחברות העוסקות בייצור סיבים אופטיים. הוא משתמש באותם חומרים בסיסיים כמו בשיטת MCVD. עם זאת, הם שונים בכך שהאחרון, רק הליבה הונחה. כעת, הבטנה ממוקמת בנוסף
לכן שיטה זו מעט עדינה יותר בזמן הסיום, שכן חייבים לשלב גרמניום דו חמצני בחלק גדול יותר בליבה מאשר בציפוי. לייצור זה, תוכנה משמשת כעוזרת חיונית בה נקבעים הפרמטרים.
לוקח עם מוט זכוכית או צינור עזר, תהליך preform מתחיל. צינור עזר זה משמש כתמיכה בו. הוא מתחיל בשילוב החומרים השונים בצורה מסודרת מסוף הגליל, קבלת המצע המקדים הנקבובי, אשר ככל שהוא גדל, מתנתק מצינור הזכוכית העזר.
לאחר מכן מתבצע תהליך הקריסה, המורכב מהעלאת הטמפרטורה עד 1700 מעלות צלזיוס על מנת להשיג ריכוך הקוורץ. זה נעשה כדי לעבור מתבנית נקבובית חלולה פנימית לגליל מוצק ושקוף.
אם נשווה שיטה זו לשיטה הקודמת, לשיטת VAD יש את היתרון כי מתקבלים קידמי אורך באורך ובקוטר גדול יותר, וגם הפחתת קלט האנרגיה. עם זאת, החיסרון שלו הוא שהוא דורש ציוד ייצור הרבה יותר מתוחכם.
OVD (תצהיר אדים מחוץ)
שיטה זו פותחה על ידי Corning Glass Work. במקרה זה, חומר הגלם שלך מתחיל בצילינדר מצע קרמי ובמבער. כלוריד האדי מונח על אש המבער, והאש מחממת את המוט. בשלב זה מתבצעת סינתזה של הטרפפורם. הליך זה כולל ייבוש המוט באמצעות כלור גזי, כדי לבצע את תהליך ההתמוטטות מאוחר יותר באותו אופן כמו אלה שבוצעו בשיטה הקודמת. כך מסונתזים הליבה וחיפויו, תוך קבלת התבנית.
חלק מהיתרונות של שיטה זו הוא שניתן לייצר סיבים אופטיים בעלי הנחתה נמוכה מאוד ואיכות טובה, הודות לאופטימיזציה של תהליך הייבוש. אופטימיזציה זו מאפשרת להשיג פרופילים חלקים ללא מבנה טבעתי חשוב.
PCVD (הפקדת כימי אדים פלזמה)
שיטה זו מפותחת על ידי חברת פיליפס בהולנד. באופן דומה, הוא מאופיין בפרופילים החלקים שלו וללא מבנה טבעתי מזוהה. העיקרון של בסיס זה מבוסס על חמצון של סיליקון כלוריד וגרמניום כלוריד. על ידי חלודה של כלורידים אלה, מתקבל מצב פלזמה, ואחריו תהליך הסיום של הפנים.
שלב מתיחה מראש
ללא קשר לסוג השיטה בה נעשה שימוש, מקובל בין כל אלה כי תהליך מתיחת הפרפורם מתבצע. כדי להשיג מתיחה של הטופס יש צורך בתנור צינור פתוח. בתוך תנור זה הטרם מונח ונתון לטמפרטורות של עד 2000 מעלות צלזיוס, זאת על מנת לרכך את התבנית ולהיות מסוגל לתפעל אותה.
בתהליך זה, קוטר הסיב האופטי מושג, וחשוב ביותר לשמור על מתח קבוע כך שהקוטר לכל אורך הסיב האופטי לא ישתנה. הדרך להבטיח שלליבה אין וריאציות כאלה בקוטר שלה היא לשמור על מתח אחיד קבוע. בנוסף, יש להבטיח היעדר זרמי הסעה בתנור.
כמו כן, ישנה חשיבות עליונה שכאשר התבנית מתרככת שוב, נמנעת כניסת חומרים העלולים לזהם או ליצור מיקרו -סדקים, דבר שיגרום לאובדן היחלשותו ואף לשבירה בסיב האופטי.
במהלך תהליך זה, חומר סינטטי נוסף גם לדמות, בדרך כלל מדובר בפולימר צמיג. חשיבותו של פולימר זה היא שהוא מאפשר למתוח את הסיב האופטי במהירויות גבוהות יותר. זה יוצר שכבה אחידה וללא טומאה מסביב לסיב. לבסוף, הגנה זו מיובשת ומתקשת, באמצעות תהליכים תרמיים או תגובות כימיות באמצעות קרינה אולטרה סגולה.
יישומי סיבים אופטיים
יש לסיבים צדדיות מרשימה, המאפשרים ליישם אותו בין היתר בתקשורת דיגיטלית, תכשיטים, חיישנים, תאורה, קישוטים. להלן כמה מהיישומים הנפוצים ביותר של סיבים אופטיים ואפשרויות נוספות.
תקשורת סיבים אופטיים
השימוש בקנה מידה או בעוצמה הגדולה ביותר של סיבים אופטיים הוא לתקשורת. בשל גמישותו, ניתן לקבץ מספר חוטים ליצירת כבלי סיבים אופטיים. בדרך כלל, הסיבים המשמשים לכך עשויים פלסטיק או זכוכית, ולפעמים אפילו משני החומרים.
חיישני סיבים אופטיים
ניתן להבחין בין חיישנים סיבים אופטיים בין חיישנים פנימיים לחיישנים חיצוניים. חיישנים פנימיים מתייחסים לדמות עצמה כחיישן. מצד שני, בחיישנים חיצוניים, הסיב הוא האמצעי להעברת האותות שחיישן פולט למערכת המעבדת את האותות.
מכיוון שאין זרימת זרם חשמלי בסיבים אופטיים, יש להם יתרון בהשוואה לחיישנים חשמליים. אפילו חוט הסיבים הוא כשלעצמו חיישן מצוין למדידת עיוותים, טמפרטורה, לחץ אטמוספרי, לחות, שדות חשמליים, שדות מגנטיים, גזים, רעידות, בין היתר.
יישום נוסף של סיבים אופטיים ביישום מיקרופונים ימיים לאיתור רעידות אדמה או יישומי גל שנוצרים על ידי סונאר. לשם כך, יותר מאלף חיישנים המיוצרים בעזרת סיבים אופטיים שימשו ליצירת מערכות הידרופוניות. מערכת מסוג זה משמשת בעיקר את תעשיית הנפט וארגוני הביטחון וכמה מדינות. כמו כן, חברת Sennheiser מגרמניה יצרה מיקרופון הפועל עם אור לייזר וסיבים אופטיים.
במובן זה, חיישני סיבים אופטיים המודדים טמפרטורה ולחץ אטמוספרי משמשים בארות נפט. סוגים אלה של חיישנים מסוגלים לעמוד בתנאים קיצוניים יותר בהשוואה לחיישנים המיוצרים עם מוליכים למחצה.
בתעופה קיים גירוסקופ העשוי מסיבים אופטיים, כמו גם מיקרו -חיישנים של מימן.
חיישנים פוטוניים אלה העשויים מסיבים אופטיים מכילים בדרך כלל ארבעה חלקים בסיסיים, שהם:
- החיישן: הוא המתמר
- החוקר: פולט ומקבל את האות המגיע מהסיב האופטי.
- הכבל האופטי: זהו הסיב האופטי
- מצמדים, מרבבים, מגברים או מתגים אופטיים: האלמנטים המסייעים למערכת האופטית והחשמלית להתחבר מבלי לאבד את האות, והם מסוגלים לטפל באותות שונים ממקורות שונים.
פעולתה או תפקודה של מערכת זו מתחילה ביצירת אות אופטי שנוצר על ידי החוקר, זאת על מנת לבקש מידע מהמקלט. מידע זה עובר דרך הסיב האופטי של החיישן. כאשר הוא ממשיך למדוד תנאים סביבתיים כגון גזים, לחץ אטמוספרי, טמפרטורה וגורמים אחרים, יש שונות בעוצמת האור, או שאורך הגל שלו מושפע ולכן יש בו שינוי..
שינוי זה, באורך הגל או בעוצמת האור, מוחזר חזרה דרך הסיב האופטי לחוקר. לאחר מכן, אומדן אחוז השונות של השינויים הללו. על ידי יישום אלגוריתמים וכלים שונים כגון מצמדים אופטואלקטרונים, ניתן להמיר אותות אופטיים לאותות אלקטרוניים, כך שמערכות החשמל הנמצאות בקצוות יוכלו לפרש את המידע, כגון מערכת בקרה או תצוגה. נתונים בזמן אמת.
באופן דומה, בהתאם לכמות תעבורת הנתונים כגון אלה שעוברים ברשת אינטרנט, ייתכנו מרבבים אופטיים, מתגים אופטיים, מגברים אופטיים או מצמדים אופטיים שונים באותו אופן.
באופן דומה ניתן לסווג מערכות חיישן סיבים אופטיים כנקודות או להפיץ אותן.
מערכות חיישן נקודות אופטיות
מערכת מסוג זה משתמשת בחיישנים מבוזרים במיקומים מוגדרים בתוך רשת חיישנים המאפשרים מעקב אחר הפרמטרים בנפרד. בגלל זה, מערכות נקודה מאפשרות מדידה של פרמטרים נוספים בו זמנית. בניגוד למערכות מבוזרות, ניטור מערכות נקודות יכול להימשך עד 250 ק"מ.
מערכות חיישן אופטיות מבוזרות
במקרה זה, המדידות וגילוי הווריאציה של הפרמטר האופטי שמקבל החוקר, מגיעים מהנתונים המתקבלים לאורך הסיב האופטי כולו. זה מהווה יתרון שכן זהו אזור גדיל סיבים אופטיים המשמש כמתרגם המערכת. המערכת האופטית המבוזרת יכולה להשתרע עד לטווח של 120 ק"מ.
תאורה
היישומים הראשונים שהיו לסיבים אופטיים היו בדיוק תאורה של חללים. גם כיום, יישום זה עדיין קיים עבור סיבים אופטיים. זאת בשל העובדה שהסיב האופטי מאפשר להאיר אזורים מבלי לייצר חום וללא סיכון לקצרים, מכיוון שהסיב האופטי מיועד להעברת קרני אור.
אפשר אפילו, על ידי שינוי התדר, לשנות את צבע התאורה. זה שימושי מאוד למשל אם משתמשים בתאורה במנורה, מכיוון שניתן לשנות את הצבע מבלי להחליף את המנורה.
באופן דומה, ניתן להרחיב את אזורי התאורה מכיוון שניתן למקם סיבים אופטיים שונים במספר מקומות, באמצעות מקור אור יחיד.
שימושים נוספים בסיבים אופטיים
הוא משמש כמדריך גל לקורות אור הנפלטות על ידי ציוד רפואי או תעשייתי הדורשות אזורים מאירים בהם קו הראייה אינו נגיש ישירות או בקלות.
אנו יכולים להשתמש כדוגמה באנדוסקופ הגמיש למחצה המשמש ברפואה, העושה שימוש בסיבים אופטיים יחד עם עדשות כדי להיות מסוגל לדמיין את פנים האיברים ללא צורך בניתוחים פולשניים במיוחד. במקרה של תעשיות, לבדוק ציוד כגון טורבינות.
למעשה, סיבים אופטיים משמשים כיום כאלמנטים דקורטיביים, כפי שקורה בעצי חג המולד שבענפיהם יש סיבים אופטיים המאירים את העץ, ואפשר גם לגוון את צבעם.
דוגמה נוספת ליישום בסיבים אופטיים היא זו המיושמת במבנים מסוימים, הלוכדים אור טבעי מגגותיהם ובזכות סיבים אופטיים אור זה יכול לעבור לחללים הפנימיים של הבניין.
ולבסוף, היום יש תערובת בין בטון לסיבים אופטיים שמביאה לבטון שקוף. חומר זה נוצר על ידי האדריכל רון לוסונצ'י, והדבר המדהים בבטון זה הוא שהוא עדיין יכול להיות בעל חוזק הבטון ובנוסף, את איכות הסיבים האופטיים להעברת אור.
מאפייני סיבים אופטיים
סיבים אופטיים הם קו שידור דיאלקטרי הפועל בתוך הספקטרום האלקטרומגנטי ברצועה האופטית. בפס האופטי הזה ניתן למצוא את הצבעים, אך יש גם את פס האינפרא אדום הקרוב ואת פס האינפרא אדום. בסיבים אופטיים משתמשים בדרך כלל בחלק מתדרים אלה.
לכל גדיל סיבים אופטיים יש ליבה במרכז העשויה פלסטיק או זכוכית, כלומר סיליקון ותחמוצת גרמניום. ליבה זו בעלת מדד שבירה גבוה ומכוסה בציפוי בעל מדד שבירה נמוך יותר. זה מאפשר לאור לנוע רק דרך הליבה ולא לברוח כלפי חוץ. מקובל ששכבת ציפוי זו עשויה פולימר או פלסטיק.
הבדל זה בין מדדי שבירה שחייבים להתקיים בין הליבה לחיפויו נובע מעקרונות שבירת האור. עקרון זה קובע שכאשר משטח בעל אינדקס שבירה מסוים גובל במשטח אחר בעל מדד שבירה נמוך יותר, האור משתקף וככל שההבדל בין מדדים אלה גדול יותר, כך זווית השכיחות גדולה יותר, כך תהיה השתקפות פנימית מוחלטת. .
בסיבים אופטיים האור קופץ או משתקף בתוך הגרעין, וזוויות ההשתקפות האלה רחבות מאוד, כך שניתן להניח כמעט כי האור נע בקו ישר דרך מרכזו, ומאפשר לו לנסוע למרחקים גדולים ללא דוֹהֶה.
ביצועי סיבים אופטיים
חוקי הגיאומטריה האופטית הם אלה שקובעים את הפעולה ואת העקרונות הבסיסיים של פעולת הסיב האופטי. הסיב האופטי מוסדר בעיקר על פי חוק השבירה, על פי העיקרון של השתקפות פנימית מוחלטת.
אלומות האור מועברות על ידי ליבת הסיב האופטי, נתתי את ההבדל במדדי השבירה, קרן זו אינה יכולה לעבור דרך החיפוי אך למעשה משתקפת עליו וממשיכה להתפשט דרך הליבה.
לאחר מכן, נציג את היתרונות והחסרונות של טכנולוגיית סיבים אופטיים.
יתרון
- יש לו רוחב פס גדול מאוד, המאפשר מהירויות שידור מהירות מאוד
- זוהי טכנולוגיה מינימליסטית, כלומר היא תופסת מעט מאוד מקום.
- הוא קל, מכיוון שהוא שוקל רק כמה גרם לקילומטר. בניגוד לכבל החשמל שיכול לשקול אפילו פי 9 מהסיב האופטי.
- הוא חסין לחלוטין לזיהום אלקטרומגנטי. אז יש לו איכות שידור עדיפה על קווים קונבנציונאליים, מכיוון שהוא לא מופרע למשל על ידי קצר חשמלי חיצוני או סערות חשמליות.
- בדיוק מכיוון שהוא חסין מפני הפרעות, סיבים אופטיים מבטיחים רמה גבוהה של אבטחת מידע. הסיבה לכך היא שהדרך היחידה להיכנס למערכת ההולכה הסיב אופטית היא על ידי החלשתה ואפילו הפרעה שלה, מה שהופך אותה לזיהוי בקלות.
- הוא אינו מייצר הפרעות למערכות אחרות.
- היא אינה מושפעת מאותות טפילים, ולכן במערכות כמו הרכבת התחתית שבהן יש מערכות שיכולות להפריע בקלות לתקשורת, סיבים אופטיים הופכים לחלופין.
- הנחתה שלו קטנה משמעותית בהשוואה לכבלים הקונבנציונאליים, כך שניתן לנסוע למרחקים ארוכים ללא צורך לכלול אלמנטים פעילים כגון מגברים כדי לשמור על האות.
- בהתאם לחומרים שאיתם מיוצרים מעטפת ומכסה המנוע, הסיב האופטי יכול להיות בעל עמידות מכנית טובה.
- הוא עמיד בפני קורוזיה.
- יש לה מערכת שנקראת רפלקטיומטריה אופטית המאפשרת זיהוי קל של נקודות חולשה או חיתוך סיבים לאורך המסלול.
חסרונות
מכיוון שאנו מציגים את כל היתרונות של סיבים אופטיים, נמשיך להציג את החסרונות של טכנולוגיה זו בהשוואה לקווי שידור אחרים.
- שבירות סיבים גבוהה.
- זה דורש ציוד שידור וקליטה יקר יותר.
- חבורות המיוצרות בעזרת סיבים אופטיים מורכבות יותר לביצוע, במיוחד בשטח, כך שהתיקונים קשים יותר.
- מכיוון שהוא אינו יכול להעביר חשמל, הוא אינו תואם ישירות למערכות קצה, שהן בדרך כלל אלקטרוניות.
- הוא לא יכול להעביר סמכויות גבוהות מאוד.
- הוא אינו יכול לאחסן מידע באופן אופטי.
- הוא מושפע מטמפרטורות גבוהות או נמוכות, ולכן המעיל והציפוי חייבים להיות חומרים עמידים לטמפרטורה.
- רטט יכול להשפיע בצורה נכונה על העברת הנתונים.
סוגי סיבים אופטיים
בתוך ליבת הסיב האופטי ישנם נתיבים שונים שאליהם קרן האור יכולה לעקוב. כל אחד מהנתיבים הללו נקרא אופן התפשטות. ניתן לסווג סיבים אופטיים כסיבים מרובי אופנים או סינגל -אונדיים.
סיבים מרובי אופנים
סיב רב -מצב מתייחס לאחד שבו האור יכול לעבור יותר מנתיב או מצב אחד. גדיל אחד של סיבים מרובי אופנים יכול להיות בעל עד 1000 מצבי התפשטות של קרני האור. זה מרמז שקורות האור אינן מגיעות בו זמנית. סוג זה של סיבים משמש בדרך כלל למרחקים קצרים, כמרחקים פחות מ -2 קילומטרים.
מדד השבירה של הליבה של סיב רב -מצב הוא מעט גבוה יותר ממד השבירה של החיפוי. בנוסף, עובי הליבה של סיב מולטי -אופטי גדול מזה של סיב יחיד -מצב, הדבר מאפשר לו להתחבר בקלות רבה יותר מכיוון שהוא אינו דורש דיוק כה מדויק.
ניתן לסווג סיבים מרובי -מצבים לשתי צורות בהתאם לסוג מדד השבירה של ליבתו, שהם:
מדד מדורג: במקרה זה, מדד השבירה קבוע לאורך כל הגרעין, ובכך יש לו פיזור מודאלי גבוה
מדד הדרגתי: במקרה זה הליבה מורכבת מחומרים שונים כך שמדד השבירה אינו קבוע לאורך כל הסיב ולכן יש לו פיזור מודאלי נמוך יותר.
באופן דומה, התקן שנקבע ב- ISO 11801, מציין את הסיווג של סיבים אופטיים מרובי אופנים על פי רוחב הפס ומקור האור שיש להשתמש בו, לומר אם הוא רב -אופני על לייזר, או מולטי -מוד על אור לד.
- OM1: סיבים 62.5 / 125 מיקרון, 1 ג'יגה -ביט (1 Gbit / s), LED.
- OM2: סיבים 50 / 125 מיקרון, 1 ג'יגה -ביט (1 Gbit / s), LED.
- OM3: סיבים 50/125 מיקרון, 10 ג'יגה -ביט (300 מ '), לייזר.
סיבים מסוג Singlemode
כפי שהסברנו בעבר, המונח mode מיושם כדי לציין את מספר המסלולים שיכולים להיות לקורות האור. בסיבים במצב יחיד, יש רק מצב אחד שאור יכול לעבור דרכו. פירוש הדבר אז שקוטר הליבה קטן יותר. באופן דומה, האור עובר באופן תיאורטי במרכז הסיבים בניגוד לרב -אופנים שקופצים מקירות הליבה. סוג זה של סיבים משמש בעיקר לנתיבים למרחקים ארוכים.
כבל מבנה רופף
כמו כן ניתן לסווג סיבים אופטיים לפי עיצובו, וישנם גם שני סוגים של סיבים אופטיים לפי סיווג זה.
סוג זה של סיבים ניתן ליישם בחוץ ובפנים ומורכב מכמה חוטי סיבים המחולקים לקבוצות המוחדרים לצינורות המקיפים חיזוק מרכזי, ובתורם מכוסים במעיל מגן.
המונח מבנה רופף נובע מכך שחוטי הסיבים האופטיים נמצאים באופן רופף בתוך הצינורות שדרכם הם מונחים. צינור זה יכול להיות חלול או שיש בו חומר הידרופובי בפנים, כך שהוא משמש הגנה על הסיב האופטי מפני לחות.
בנוסף, הוא היה צריך להיות רופף, הוא מאפשר לבודד את הסיב האופטי מהכוחות המכניים החיצוניים המופעלים על הכבל.
הפלט המרכזי גמיש בדרך כלל ומספק כוח לכבל. זה יכול להיות עשוי מחומר מתכתי או דיאלקטרי.
כבל בעל מבנה הדוק
לכבל זה יש יישומים בעיקר לפנים המבנים מכיוון שהוא גמיש יותר ומאפשר רדיוס עיקול קטן יותר מכבלי מבנה רופף.
כבל זה מורכב מאיחוד של כמה גדילי סיבים אופטיים אשר בנפרד כוללים מעטפת וז'קט. חוטים אלה מקיפים חלק מרכזי וכל המערך הזה בתורו מוגן על ידי שכבה חיצונית. שמו נובע מכך שכל חוטי הסיבים צמודים מאוד, מה שמספק תמיכה פיזית טובה.
רכיבי סיבים אופטיים
במערכת תקשורת המיוצרת על ידי סיבים אופטיים ישנם כמה מרכיבים הדרושים כדי שהשידור יצליח. רכיבים אלה כוללים משדרים אופטיים, גלאים אופטיים, מחברים או סיבים אופטיים, בין היתר.
משדרים אופטיים
אלה הם האלמנטים האחראים על הפיכת המידע או הנתונים שמגיעים ממקור אלקטרוני לנתונים אופטיים או אלומות אור. כדי להשיג זאת, המשדר משתמש באלקטרונים בתדר מסוים כדי להתרגש בתוך חומרים כגון סיליקון, המייצר לעתים קרובות קרן אור, הנקראת פוטונים, בצורה של אנרגיה. פוטונים הם החלקיק הקוונטי היסודי של האור. למשדר יש מאפנן שממלא את הפונקציה של הפיכת אנרגיה אלקטרונית לאנרגיה אופטית.
פולטות קורות
במשדרים אופטיים ישנם שני סוגים של פולטים הפולטים אותות אופטיים, שהם:
נוריות.
זוהי דיודה שפולטת אור, או דיודה פולטת אור. סוג זה של פולט אור משמש בעיקר בסיבים מרובי אופנים בשל קלות השימוש וזמן החיים שלו. למרות שחשוב לציין כי אור מסוג זה אינו מסוגל לנסוע למרחקים ארוכים, ולכן הוא משמש למרחקים קצרים מכיוון שהם ממלאים את הפונקציה ומפחיתים עלויות.
לייזרים
זהו קרינת האור הספונטנית המוגברת של האור. הוא פולט אור קוהרנטי ביותר ומשתמש במוליכים למחצה לפליטת אור. ניתן להשתמש באור לייזר בסיבים רב-מודיים ובסיבים חד-מצביים, אם כי בדרך כלל משתמשים בהם רק בסיבים חד-מצביים, מכיוון שהמעגל שלהם מורכב יותר ולכן יקר יותר. אורך חיי הלייזר, אם כי ארוך, בדרך כלל מתחת לממוצע של נוריות הלדים.
ממירים זרם אור חשמלי
בשידורי סיבים אופטיים יש צורך ברכיב שמזהה נוכחות של פוטונים. בדרך כלל, מדובר בפוטודיודה שאחראית להמרת אותות אופטיים לאותות אלקטרוניים. הוא עושה זאת על ידי תרגום נוכחות או היעדר של אור לאותות בעלי עליות ושפל או כאלה ואפסים.
וגם, הם מיושמים לתהליך ההפוך, כלומר להמיר אותות חשמליים לאותות אופטיים. למרות שאפשר להפוך אור לאותות חשמליים, ואלו פולטים כוח מסוים, לא מספיק להניע את ציוד הטרמינל. ציוד מסוף זה בדרך כלל חשמלי, כך שכמעט תמיד נדרש מקור כוח חלופי.
כפי שהזכרנו קודם, בדרך כלל ממירים אופטו-חשמליים אלה מורכבים מפוטודיודה או מוליך למחצה. כדי להבטיח את הפעולה הנכונה של מוליכים למחצה אלה, חייבים להתקיים תנאים מסוימים, שהם:
- כאשר אין אור, אסור שהזרם ההפוך יהיה גבוה במיוחד על מנת להיות מסוגל לזהות אותות אופטיים חלשים מאוד.
- היא חייבת להיות בעלת רוחב פס גדול כדי להיות מסוגלת לספק מהירות תגובה.
- רמות הרעש שנוצרות על ידי מוליכים למחצה אלה צריכות להיות מינימליות.
בתורו, ישנם שני סוגים של גלאים, פוטודיודות PIN ופוטודיודות של מפולת מפלסים.
גלאי PIN
סוג גלאים זה מורכב ממוליך למחצה המורכב משלוש שכבות, שתי השכבות החיצוניות הן אחת מסוג P ואחת מסוג N והאחת באמצע היא מוליך למחצה פנימי. מכאן מקור השם שלו. חומר פנימי זה בפועל ממוקם בדרך כלל כהרחבה של חומר P או חומר N.
גלאי APD
אלה מוליכים למחצה מפולת שלגים. פוטודיודות אלה, כאשר מופעל עליו מתח הפוך, מייצרות רווח זרם. הפעולה של גלאי מפולת מוליכים למחצה אלה מורכבת מביצוע נסיעה של אלקטרונים והוא פוגש אטום כך שהוא יכול לשחרר אלקטרון נוסף. הסיבה לשימוש במוליכים למחצה מפולתיים היא מכיוון שהאלקטרון הזה שנשלח נדרש לטיפול בכמות מספקת של אנרגיה.
ניתן לסווג גלאי APD לשלושה סוגים, על פי החומר ממנו הוא עשוי:
גלאי סיליקון
סוגים אלה של גלאים בעלי ביצועים גבוהים ומייצרים רמות רעש נמוכות. אספקת גלאים מסוג זה היא בטווח של 200 V עד 300 V
גלאי גרמניום
באופן כללי, הוא עובד עם אורכי גל בטווח של 1000 ו -1300 ננומטר, אם כי ביצועים מעט נמוכים יותר.
גלאים חומרים אחרים
גלאים אלה מורכבים מחומרים או כימיקלים הנמצאים בקבוצות III ו- V בטבלה המחזורית.
סוגי ליטוש סיבים אופטיים
סוגי הליטוש יהיו תלויים במחברים הנמצאים בקצות הסיב האופטי, ניתן לסווג אותם בהתאם לסוג הליטוש שלהם. ליטוש מסוג זה ישתנה בהתאם לאופן החיבור שלו.
Plano: ליטוש זה משאיר את קצות הסיב חלקים וניצבים לציר שלו, כלומר שטוח לחלוטין.
מחשב (מגע פיזי): הסיבים מסתיימים בצורה קמורה, ומביאים את ליבות שני הסיבים למגע.
SPC (מחשב על): הוא דומה ל- PSP, הקצוות מעט סידיים כך שהוא נראה כמו דמות משולשת ללא נקודה במרכז, אך היא שטוחה.
מעבד (UltraPC): שווה ל- SPC אך הקצוות נקראים עוד כך שרק מרכז הסיב הוא השטוח.
UPC משופר: זוהי גרסה פרופילית יותר מהקודמת, כך שעל איש הקשר להיות בעל דיוק קיצוני.
APC (PC זוויתי): פוליש מסוג זה מורכב מיצירת פרופיל בעל זווית מסוימת, זווית זו מאפשרת להבטיח בדייקנות רבה יותר את המגע הפיזי בין ליבות שני החלקים.
מחברי סיבים אופטיים
המחברים הם האלמנטים המאפשרים לחבר את הסיב האופטי לציוד הטרמינל. לציוד הסופי הזה יש יציאות תקשורת מחשבים לחיבור סיבים אופטיים. בהתאם לסוג היציאה, לאחר מכן נעשה שימוש במחבר מסוג מסוים לחיבור הסיבים. זה דומה למה שקורה עם כבלים קונבנציונאליים, למשל עם כבל קואקסיאלי ישנם סוגים שונים של מחברים וכל אחד ממלא תפקיד.
בקיצור, סוגי המחברים לסיבים אופטיים הם:
- FC
- FDDI
- LC ו- MT-Array
- SC ו- SC-Duplex
- ST או BFOC
המחברים המשמשים בדרך כלל בסיבים אופטיים, במיוחד לרשתות מקומיות הם מחברי ST, LC, FC ו- SC.
חוטי סיבים אופטיים
כבל סיב אופטי מורכב מקבוצת מספר סיבים אופטיים שדרכם נראים אותות שונים. כל סיב יכול לשלוח כמויות גדולות של נתונים ממקורות שונים, כך שכבל סיב אופטי יכול לשלוח מידע משירותים שונים בו זמנית.
כבלי סיבים אופטיים הם האלטרנטיבה האפשרית ביותר להחלפת כבלים קואקסיאליים בתעשיית הטלקומוניקציה ובתעשיית האלקטרוניקה. אפילו כבל עם 8 סיבים אופטיים עדיין קטן בהרבה מכבלים רגילים. כבל סיב אופטי יכול לשלוח את המידע המקביל למי שנשלח על ידי 60 כבלי נחושת של 1623 זוגות, או 4 כבלים קואקסיאליים של 8 צינורות. בנוסף, סיבים אופטיים יכולים לשלוח מידע על מרחקים גדולים יותר ללא צורך בהצבת מספר רב של משחזרים או מגברים כפי שיקרה במקרה של שימוש בכבלי נחושת.
כמו כן, חשוב להדגיש את ההבדל במשקל הקיים בין כבל הסיבים האופטיים לכבל הנחושת. לדוגמה, כבל 8 סיבים אופטיים יכול לשקול עד 30 ק"ג לקילומטר, בעוד שכבל קואקסיאלי יכול לשקול עד 45 ק"ג לקילומטר. וכמו כן, סיב אופטי מאפשר ריצה בודדת בהפרש של 2 עד 4 קילומטרים. במקרה של כבל קואקסיאלי, הוא מאפשר ריצות של 250 עד 300 מטרים בלבד.
עם זאת, נכון גם שסיבים אופטיים דורשים ציפוי נוסף ואלמנטים אחרים המספקים חיזוק בהתקנתו. הדבר נעשה על מנת לא לסכן את ההטלה ובעתיד עלולים להיווצר שברים בשל שבירותם.
תכונות כבלים
לכבלי סיבים אופטיים אלה יש פונקציות שונות. מלכתחילה, אנו יכולים להזכיר כי הוא פועל כאלמנט המגן על הסיבים האופטיים הפנימיים כך שהם לא יסבלו מנזקים או שברים שעלולים להתרחש בזמן התקנת הכבלים או במהלך חייו השימושיים, שהם בדרך כלל 20 שנה. ...
שנית, כבלי סיבים אופטיים מספקים קשיחות מכנית לסיב האופטי הפנימי, כך שהוא יכול לעמוד בתנאי פיתול דחיסה מתיחה ובגורמים הסביבתיים שאליהם הוא עלול להיחשף. לכן בנוסף לכבל משולבים גם אלמנטים נוספים לחיזוק ובידוד הסיב האופטי מהסוכנים והכוחות החיצוניים הללו אליהם הוא נתון.
לכבלים אלה יכולה להיות התקנה תת -קרקעית, צוללת או טרנסו -סינית או אווירית. אחת הנקודות הקריטיות ביותר במערכת עם כבלים סיבים אופטיים היא בזמן ההתקנה, ובגלל זה משתמשים באלמנטים מסוימים כדי להגן על הסיב מפני נזקים.
עיצוב ואלמנטים של כבל סיב אופטי
התפקיד אותו ימלא כבל סיב אופטי יקבע את מבנהו. עם זאת, למרות שניתן ליישם אותם לתפקודים שונים, לכל כבלי הסיבים האופטיים יש אלמנטים רבים במשותף, שהם הציפוי המשני, הסיבים הפנימיים, האלמנטים התורמים לחיזוק ולמבנה הכבל, המעיל המתקבץ יחדיו. כל חוטי הסיבים וחומרים מבודדי לחות. ניתן לחלק ציפויים משניים לשלושה סוגים:
אניה צמודה
אניה זו היא בדרך כלל כתר טבעתי מוצק העשוי ניילון או פוליאסטר המכסה את הציפוי העיקרי. לכן ציפוי משני זה מגדיל את הקוטר הסופי של הסיב האופטי. תפקידו של ציפוי זה הוא לספק הגנה מפני מיקרו -כפיפות שעלולות להתקיים בסיב האופטי. עם זאת, למרות שציפוי זה מגן מפני עיקולים אלה, חשוב להיות ערניים בעת התקנת הסיב האופטי, מכיוון שהם עדיין יכולים להתרחש בזמן ההתקנה.
אניה רופפת חלולה
אניה זו כוללת חלל גדול מדי, המורכב מצינור חלול העשוי מתכת ומשולב בפלסטיק. זה הופך את הצינור הזה לחומר קשה, אך בו זמנית גמיש. מטרת ייצור חיפוי גדול מדי היא שהוא מגן על הסיב האופטי מפני רעידות, טמפרטורות וכוחות מכניים.
בטנה רופפת עם ריפוד
זהו אותו ציפוי שהוזכר לעיל, אך בפנים מוצג חומר המסוגל לבודד לחות. על ידי החדרת חומר הידרופובי בפנים, הוא מונע ממים להגיע לסיב האופטי. בנוסף למתן הגנה מפני רעידות וסוכני סביבה אחרים, הוא מסוגל לעמוד גם בטמפרטורות מסוימות. מקובל להשתמש בחומרים שמקורם בנפט או מסיליקון.
אלמנטים מבניים
אלמנטים אלה הם המבנים המשמשים מנחה מרכזית לנתיב שעליו הסיב האופטי חייב ללכת. סיבים אופטיים מופצים לאורך המבנה הזה או צמים סביבו. באופן כללי, למבנים אלה יש תעלות או חריצים המשמשים כמדריך נוסף לסיב האופטי.
חיזוק אלמנטים
כפי ששמם מעיד, ייעודם לספק חיזוק נוסף לכבל הסיבים האופטיים על מנת לבודד, ככל האפשר, את כוחות המתיחה שאליהם הסיבים עלולים להיחשף ובנוסף לכך אין התארכות משמעותית שיכולה לגרום לקרעי ליבה. בנוסף להגנה על התארכות, הוא מגן גם על כבלי סיבים אופטיים מפני התכווצויות ורעידות. החומרים הנפוצים ביותר המשמשים למבני חיזוק הם פיברגלס ופלדה של קבלר מכיוון שהם חומרים גמישים אך גם בעלי יציבות.
נדן
לכל כבל הסיבים האופטיים יש ז'קט שעשוי בדרך כלל מפלסטיק. מעטפת זו היא הכיסוי החיצוני של הכבל הסיב אופטי ותפקידה לספק הגנה לליבה מפני גורמים חיצוניים, כוחות ותופעות, כגון לחות, טמפרטורה, רעידות, בין היתר.
החומרים שירכיבו את המכסים שלנו ישתנו בהתאם להתקנתם וליישומם, למשל הכבלים האופטיים שהם בין -יםיים חייבים לספק הגנה מפני לחות, לחץ אטמוספרי ואפילו מפני עקיצות כרישים. אם מדובר בכבל סיב אופטי שיותקן באוויר, על הנדן להגן על הליבה מפני רעידות וקינקים הנוצרים מהרוח, וגם מפני טמפרטורות ולחות. או שאם סוף סוף ההתקנה שלו תהיה תת קרקעית, אז המכסה חייב להיות מעט כבד יותר כדי לעמוד בפני זעזועים ולחצים הניתנים, למשל, בתנועת כלי רכב.
טכניקות שחבור
מקובל שבריצות גדולות מאוד, עד יותר מ -120 קילומטרים, יש צורך לבצע סדקים בין הסיבים, מכיוון שכמעט ואין סיב רציף שאורכו כזה. ואפילו במקרה של שבירה, יש צורך לבצע תיקון מסוג זה.
הסוגים השונים של הקבוצות הקיימות הם כדלקמן:
שחבור מכני
סוג זה של שחבור מורכב ממעין שרוול שבו שני הסיבים מוכנסים ונעשה טוויסט מכני כדי לחבר את שתי הליבות. בדרך כלל משתמשים בסחפים אלה באופן זמני או כאשר שחבור היתוך נחשב מיותר. ההפסדים הקשורים לזמן שחבור זה הם בסדר גודל של 0,5 dB.
שחבור עם דבקים
במקרה זה, מוחל דבק שקוף מיוחד המאפשר לחבר את שני קצות הסיב ואיחוד זה מוגן בחיזוק חיצוני כלשהו. יש לו הפסדים של 0.2 dB, אך בדרך כלל הוא אינו אמין במיוחד מכיוון שהדבק עלול להתקלף שוב.
שחבור היתוך
נעשה שימוש בכלי הנקרא מפצל היתוך במקום בו מתבצעת עבודה עדינה ומדויקת יותר. בעבודה זו, על המפעיל להכין בעבר את הסיב לפני הכנסת הקצוות למפצל הזה. לכלי זה יש יכולת לדמיין אם יש בקצוות חומר זיהום כלשהו או אם נדרש ליטוש עדין יותר, או אם צריך להיות יישור טוב יותר בין הסיבים. אם מתקיימות כל הדרישות הללו, הוא ממשיך לחמם רק את האזור הזה, להמיס את הסיבים ובכך לחבר את ליבותיו. ההפסדים של חבור זה הם 0.02 dB.
הנחתה בכבלי סיבים אופטיים
המונח הנחתה פירושו הפסדי הספק המתרחשים בקו ההולכה. יחידת המדידה שלה היא הדציבלים (dB). בסיבים אופטיים ישנן סיבות שונות לכך שהנחתה מתרחשת בכבל. ישנם שני סוגים של הפסדים, שהם אובדן או הפסד מהותיים ואובדן חיצוני.
היחלשות מהותית הן אלה שנוצרות על ידי הרכב כימי וגורמים אחרים לייצורו. כלומר, אותם גורמים שהם חלק מההרכב של הסיליקון והגרמניום ותהליכי ייצור החוטים. לא משנה כמה התהליכים יכולים להמשיך ולשפר, לא ניתן יהיה להגיע לחוט סיבים ללא היחלשות.
מאידך גיסא, היחלשות חיצונית הן אלה שנוצרות על ידי גורמים חיצוניים, כגון זיהומים, קשרים גרועים, ליטוש לא נכון של הפרופילים שלהם, מפרקים, בין היתר. ניתן לסווג את הירידה או הפסדים אלה בתורם כדלקמן:
הפסדי קליטה
סוג זה של היחלשות מתרחש כאשר יש נוכחות של זיהומים בתוך הסיב. זיהומים אלה סופגים או מפריעים למעבר האור. ספיגה זו הופכת בדרך כלל את האור לאנרגיית חום, ויוצרת הפסדים מ -1 עד 1000 dB / ק"מ.
אובדן ריילי
כאשר הסיב האופטי מיוצר, יש רגע של קירור שלו שהסיב אינו במצב נוזלי ומוצק, וייתכן כי יש יישום שגוי של המתח כאשר הוא נמתח, זה יכול ליצור אי סדרים מיקרוסקופיים. אי סדרים אלה גורמים להתפרקות קרני האור כאשר הן עוברות דרכן.
פיזור
הפיזור מתרחש כאשר יש שונות במדד השבירה ולכן האור נשבר בצורה שונה מהצפוי, זה קורה בגלל מיקרו-סדקים בתוך הסיב, מזהמים או סיבות מהותיות של הסיב.
פיזור אינטרמודאלי
סוג זה של פיזור מתרחש כאשר יש הבדל בזמן התפשטות האור כאשר הם נוקטים נתיבים שונים בתוך ליבת הסיב. זה יכול להיות ידוע גם בשם פיזור אופנתי. סוג זה של פיזור קורה רק בסיבים מרובי אופנים.
פיזור כרומטי של החומר: זוהי תוצאה של אורכי הגל השונים של האור המתפשטים במהירות שונה באמצעות מדיום נתון.
פיזור כרומטי של מדריך הגלים: הוא פונקציה של רוחב הפס של אות המידע ותצורת המדריך בדרך כלל קטנה יותר מהפיזור הקודם ולכן ניתן להזניח אותו.
הפסדי קרינה
הפסדים אלה נוצרים על ידי התכווצויות או עיקולים בכבל הסיבים האופטיים. זה קורה בדרך כלל בזמן ההתקנה או כאשר מתרחשות עיקולים בתוך הנתיב של הסיב האופטי.
הפסדי צימוד
בעת שחבור או בנקודות מסוף בהן נדרשים מחברים, הנחתה תמיד תתקיים. היחלשות אלה בדרך כלל נמוכות, אך אינן זניחות. כמו כאשר יש יישור שגוי בין הגרעינים, אולם יש לתקן זאת כדי להימנע מחזרת גלים.
חלונות סיבים אופטיים עובדים
חלונות עבודה אלה מאפשרים לנו לנצל חלק מרצועת האור האינפרא אדום של הספקטרום האלקטרומגנטי. במקרה זה הם חלונות בהם אורכי הגל בסדר גודל של ננומטר. הוכח בהזדמנויות שונות שכאשר פועלים בחלונות עבודה אלה יש פחות הנחתה. באופן ספציפי, ישנם שלושה חלונות:
- חלון עבודה ראשון: אורך הגל הוא בסדר גודל של תשע מאות ושמונים ננומטר.
- חלון עבודה שני: במקרה זה אורך הגל הוא 2 ננומטר.
- חלון עבודה שלישי: אורך הגל הוא בסדר גודל של אלף וחמש מאות וחמישים ננומטר. חלון אחרון זה מחולק ללהקת S, להקת C ו- L.
חיבורי סיבים אופטיים
ישנן שתי צורות של חיבורי סיבים אופטיים במערכת רשת. טופולוגיות אלה הן רשתות נקודה לנקודה ורשתות מנקודה לרב.
רשתות נקודה לנקודה הן אלה שבהן נוצר צומת ממקור המידע ישירות לחברות, הבית או המשתמשים הדורשים את השירות. במילים אחרות, אין צומת מתווך או אחר ברשת בין המשתמש לשירות.
רשתות נקודה-מרובת נקודות הן אלה הדורשות מפצל או מפרידים אופטיים, בדומה לאלה המשמשות לטלוויזיה המאפשרות לנו לחבר טלוויזיות שונות גם כאשר חברת הכבלים מספקת רק כבל קואקסיאלי. ואז, מהפולט יוצא סיב אופטי המחלק את האות דרך המפצלים האופטיים בין שניים, ארבעה, שישה ועד שמונה משתמשים. ברשתות רחבות מאוד, אחת משמונה החטיבות הללו נלקחת לשילוב מפצל אופטי נוסף ברשת שיכול להזין עוד 8 משתמשים. עם זאת, לחטיבות אלה יש גבול ודורשות מגברים בדרכן.
מגברים אופטיים
הם עדיין מורכבים מסיבים אופטיים אך בתהליך הייצור הם מסוממים עם רכיבים כימיים שונים, במיוחד אדמות נדירות. אחד ממגברי הסיבים האופטיים הנפוצים ביותר הוא סימום ארביום.
מגבר זה מצוי בדרך כלל כ EDFA בקיצורו באנגלית. מגבר זה פועל בחלון העבודה השלישי, במיוחד בפס C ו- L. עם זאת, הוא יכול לפעול גם בפס S, אך הוא דורש סוכנים אחרים או רכיבים כימיים נוספים.
הרווח שהוא מספק לאות האופטי יכול להיות בין חמישה עשר לארבעים דציבלים. בדרך כלל הוא מורכב מסיב אופטי המאוחסן בבית מלבני ויכול להיות באורך של עשרה עד שישים מטרים של סיבים מסוממים.
תקציר
סיבים אופטיים הם אמצעי שידור ששולח נתונים דרך אלומות אור. העקרונות עליהם מבוסס הסיב האופטי הם בחוקי הגיאומטריה האופטית, במיוחד בחוק השבירה.
בתחילת דרכו נערכו מחקרים שונים המשלימים זה את זה עד שניתן היה לפתח את הסיב האופטי המוכר כיום. במחקרים אלה, נצפה כי השקיפות של הסיב או חוט הליבה חיונית להפחתת היחלשות ולהשגת ההפסדים המינימליים כיום של 0.02dB / Km.
הרכיבים הנפוצים של סיבים אופטיים הם תחמוצת סיליקון וגרמניום. רכיבי החיפוי המכסים את הליבה הם בדרך כלל סוג של פלסטיק. ואז מגיע מעטה המספק קשיחות מכנית שיכולה להיות עשויה מניילון או מקבלר, ולבסוף מעיל פלסטיק המגן על כל הכבל ומבודד את הסיבים מסוכנים חיצוניים.
ישנן שיטות ייצור שונות שהן:
- MCVD (תצהיר אדי כימי שונה)
- VAD (Vapor Axial Deposition)
- OVD (תצהיר אדים מחוץ)
- PCVD (הפקדת כימי אדים פלזמה)
ללא קשר לסוג השיטה בה נעשה שימוש, מקובל בין כל אלה כי תהליך מתיחת הפרפורם מתבצע.
היישומים של סיבים אופטיים הם מגוונים. בתקשורת, הם הפכו לאחד האמצעים או לקווי השידור מצטיינים, בשל רוחב הפס הרב שלהם ומהירות השידור אליה היא יכולה להגיע, והאמינות או האבטחה של המידע שמערכת זו מספקת. בחיישנים המאפשרים לזהות תנאים או פרמטרים כגון: טמפרטורה, לחות, לחץ אטמוספרי ואפילו למערכות סונאר.
כמו כן, הוא משמש להארה, כגון האנדוסקופ הגמיש שמשתמש בסיבים אופטיים כמנחה לאור על מנת להאיר איברים ולבצע ניתוחים פחות פולשניים או מדויקים בצורה נוחה יותר. באופן דומה, לאפקטים דקורטיביים כגון עצי חג המולד.
אפשר לשנות את הצבעים שסיב אופטי מציג או משקף על ידי שינוי אורך הגל או התדר שעובר דרכו.
חלק מהיתרונות החשובים ביותר של סיבים אופטיים ושימושיהם הם רוחב הפס שלו, מהירות השידור אליה הנתונים יכולים להגיע, חסינות אלקטרומגנטית, הפחתת שטח ומשקל תפוס ואבטחת מידע גבוהה.
למרות שמצד שני מדובר בטכנולוגיה מתקדמת יותר, ולכן יקרה יותר, ההתקנה והתחזוקה מורכבים יותר ממערכות קונבנציונאליות, הם שבירים ביותר ואינם סובלניים במיוחד לטמפרטורות, לחות, רעידות והתארכות.
ישנם שני סוגים של אופטיקה בהתאם לכמות הרעש או המצבים שהם יכולים לשדר.
סיבי מולטי -מצב הם אלה שיכולים לשלוח אורכי גל שונים בו זמנית באמצעות מצבים שונים, ומכאן שמם. בהשוואה לסיבי סינגל -מוד, לסיבי מולטי -מוד יש ליבה גדולה יותר ומדד השבירה בין הליבה לחיפוי שונה, אך רק במעט. כך שהגלים נעים בגרעין המקפץ מקירות הגרעין. הם משמשים לנתיבים או רשתות למרחקים קצרים. בדרך כלל הוא מזוהה מכיוון שהמעיל החיצוני בדרך כלל כתום.
סיבים במצב יחיד הם אלה שיש להם רק נתיב שידור אחד והליבה שלהם קטנה יותר בהשוואה לסיבים מרובי מצבים. אופן השידור הוא בדרך כלל הציר המרכזי של הליבה, מכיוון שהוא קופץ בזוויות גדולות מאוד. הם בדרך כלל שונים מרוב אופנים מכיוון שהם משתמשים במעיל חיצוני צהוב.
כעת, על פי עיצובו, ישנם גם שני סוגים. סיבים אופטיים בעלי מבנה רופף הם אלה שבהם חוטי הסיבים האופטיים נמצאים באופן רופף בתוך הצינורות שדרכם הם מונחים. צינור זה יכול להיות חלול או שיש בו חומר הידרופובי בפנים, כך שהוא משמש הגנה על הסיב האופטי מפני לחות.
לעומת זאת, כבלי מבנה הדוק מורכבים מאיחוד של כמה גדילים סיבים אופטיים המכוסים בנפרד במעטפת וז'קט. חוטים אלה מקיפים חלק מרכזי וכל הסט הזה בתורו מוגן על ידי שכבה חיצונית.
במערכת תקשורת המיוצרת על ידי סיבים אופטיים ישנם כמה מרכיבים הדרושים כדי שהשידור יצליח. בין רכיבים אלה יש משדרים אופטיים כגון נוריות LED או לייזרים, ממירים אופטו-חשמליים האחראים להפוך אותות חשמליים לאופטיים שיישלחו דרך הסיב ובהמשך להמיר את האותות האופטים המתקבלים לאותות חשמליות שוב.
כמו כן, ישנם הגלאים האופטיים שהם:
- קוד אישי
- APD
- סיליקון
- גרמניום
- חומרים אחרים
סוגי הליטוש יהיו תלויים במחברים הנמצאים בקצות הסיב האופטי, ניתן לסווג אותם בהתאם לסוג הליטוש שלהם.
- Plano
- מחשב (מגע פיזי)
- SPC (מחשב על)
- מעבד (UltraPC)
- UPC משופר
- APC (PC זוויתי)
המחברים הם האלמנטים המאפשרים לחבר את הסיב האופטי לציוד הטרמינל. המחברים המשמשים בדרך כלל בסיבים אופטיים, במיוחד לרשתות מקומיות הם מחברי ST, LC, FC ו- SC.
כבל סיב אופטי מורכב מקבוצת מספר סיבים אופטיים שדרכם נראים אותות שונים. כל סיב יכול לשלוח כמויות גדולות של נתונים ממקורות שונים, כך שכבל סיב אופטי יכול לשלוח מידע משירותים שונים בו זמנית.
כבלי סיבים אופטיים הם האלטרנטיבה האפשרית ביותר להחלפת כבלים קואקסיאליים בתעשיית הטלקומוניקציה ובתעשיית האלקטרוניקה. אפילו כבל עם 8 סיבים אופטיים עדיין קטן בהרבה מכבלים רגילים. כבל סיב אופטי יכול לשלוח את המידע המקביל למי שנשלח על ידי 60 כבלי נחושת של 1623 זוגות, או 4 כבלים קואקסיאליים של 8 צינורות.
מקובל שבריצות גדולות מאוד, עד יותר מ -120 קילומטרים, יש צורך לבצע סדקים בין הסיבים, מכיוון שכמעט ואין סיב רציף שאורכו כזה. ואפילו במקרה של שבירה, יש צורך לבצע תיקון מסוג זה.
שחבור מכני: סוג זה של שחבור מורכב מעין שרוול שבו שני הסיבים מוכנסים ונעשה טוויסט מכני כדי לחבר את שתי הליבות. ההפסדים הקשורים לזמן שחבור זה הם בסדר גודל של 0,5 dB.
שחבור בעזרת דבקים: במקרה זה מוחל דבק שקוף מיוחד המאפשר לחבר את שני קצות הסיב והמפרק הזה מוגן בחיזוק חיצוני כלשהו. יש לו הפסדים של 0.2 dB, אך בדרך כלל הוא אינו אמין במיוחד מכיוון שהדבק עלול להתקלף שוב.
שחבור היתוך: לחבור יש יכולת לדמיין אם יש בקצוות חומר זיהום כלשהו או אם נדרש ליטוש עדין יותר, או אם צריך להיות יישור טוב יותר בין הסיבים. לאחר מכן, הוא ממשיך לחמם רק את האזור הזה, להמיס את הסיבים ובכך לחבר ליבותיו. ההפסדים של חבור זה הם 0.02 dB.
התפקיד שימלא כבל סיב אופטי יקבע את מבנהו. עם זאת, גם כאשר ניתן ליישם אותם עבור פונקציות שונות, לכל כבלי הסיבים האופטיים יש אלמנטים רבים במשותף, שהם הציפוי המשני, הסיבים הפנימיים, האלמנטים התורמים לחיזוק ולמבנה הכבל, המעיל המקבץ את כולם חוטי סיבים וחומרים מבודדי לחות.
ישנם אלמנטים המספקים תמיכה במבנה וחיזוק של כבל הסיבים האופטיים. האלמנטים המבניים המשמשים מנחה מרכזית לנתיב שעליו הסיב האופטי חייב ללכת. סיבים אופטיים מופצים לאורך המבנה הזה או צמים סביבו. באופן כללי, למבנים אלה יש תעלות או חריצים המשמשים כמדריך נוסף לסיב האופטי.
רכיבי החיזוק מספקים חיזוק נוסף לכבל הסיבים האופטיים על מנת לבודדו מכוחות המתיחה שאליהם הוא עלול להיחשף, ובנוסף, אין התארכות משמעותית העלולה ליצור קרעים בליבות.
לכל כבל הסיבים האופטיים יש ז'קט שעשוי בדרך כלל מפלסטיק. מעטפת זו היא הכיסוי החיצוני של הכבל הסיב אופטי ותפקידה לספק הגנה לליבה מפני גורמים חיצוניים, כוחות ותופעות, כגון לחות, טמפרטורה, רעידות, בין היתר.
המונח הנחתה פירושו הפסדי הספק המתרחשים בקו ההולכה. יחידת המדידה שלה היא הדציבלים (dB). בסיבים אופטיים ישנן סיבות שונות לכך שהנחתה מתרחשת בכבל. ישנם שני סוגים של הפסדים, שהם אובדן או הפסד מהותיים ואובדן חיצוני.
בהחלשות חיצוניות ישנן מספר סיבות, שהן:
- הפסדי קליטה
- אובדן ריילי
- פיזור
- הפסדי קרינה
- הפסדי צימוד
מסקנות
סיבים אופטיים הם קו שידור שאפשר מהירות ויעילות רבה יותר בהעברת הנתונים כיום. למרות שזוהי טכנולוגיה שחייבת לעבור דרך ארוכה להחלפת מערכות קונבנציונאליות, היא עדיין לפעמים האפשרות הטובה ביותר לתקשורת.
עם זאת, סיבים אופטיים הם סוג של טכנולוגיה יקרה בהשוואה למערכות קונבנציונאליות מכיוון שהיא דורשת ציוד וכלים אופטיים שנוטים להיות יקרים יותר. זה גם דורש הכשרה מתאימה כדי להיות מסוגל לעבוד עם סיבים אופטיים. בנוסף, ההתקנה שלה היא בדרך כלל תהליך עדין מאוד, והימצאות של הפסקות בסיב עלולה לגרום להפסדים ניכרים אם לא מטפלים בה בזמן. בנוסף, עדיין יש לפתח ציוד מסוים כך שהטכנולוגיה והמערכת יהיו אופטיות לחלוטין, שכן, למשל, עדיין אין זיכרונות אופטיים.
מקובל שלרשתות סיבים אופטיים יש מערכות גיבוי כגון טבעת או טבעת כפולה, מה שמאפשר שבמקרים אלה המידע יכול לנסוע לכיוון אחר, על מנת להימנע מהפרעה של השירות לפרק זמן ארוך בזמן המצב נפתר.
מערכות סיבים אופטיים אמינים מאוד מכיוון שכמעט בלתי אפשרי לפרוץ את הרשת מבלי שיזוהו או מבלי להפריע להעברת הנתונים. לכן מקובל לראות סיבים אופטיים מותקנים מתחת למים בין מדינות בעלות הברית, שם הם מעבירים מידע רגיש וסודי.
מה מבדיל סיבים אופטיים ממדיה אחרת בקצב הנתונים ובקיבולת ההעברה. בנוסף, הוא מבטיח אובדן מידע מינימלי בשל העובדה שיש לו מעט מאוד הנחתה באלמנט העיקרי שלו, מה שהופך אותו למיותר להתקין כל כך הרבה ציוד שחזור והגברה בתוך המערכת. מכיוון שהמידע עובר במהירות האור, ניתן היה לראות הגירה ניכרת של חברות גדולות לטכנולוגיה מסוג זה.