رایان شبکه کورش

فیبرنوری چیست؟

فیبرهای نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالصند که ضخامتی در حدود قطر موی انسان دارند. آنها در بسته هایی بنام کابل‌های نوری کنار هم قرار داده می‌شوند و برای انتقال سیگنال‌های نوری در فواصل دور مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها همچنین برای عکسبرداری پزشکی و معاینه های فنی در مهندسی مکانیک استفاده می‌شود.

قسمت های یک فیبر نوری

• هسته _ هسته بخش مرکزی فیبر است که از شیشه ساخته شده و نور در این قسمت سیر می‌کند.    

• لایه روکش _ واسطه شفافی که هسته مرکزی فیبر نوری را احاطه می‌کند وباعث انعکاس نور به داخل هسته می‌شود.

• روکش محافظ _ روکشی پلاستیکی که فیبر نوری در برابر رطوبت و آسیب دیدن محافظت می‌کند.

صدها یا هزاران عدد از این رشته های فیبر نوری بصورت بسته ای در کنار هم قرار داده می‌شوند که به آن کابل نوری گویند. این دسته از رشته های فیبر نوری با یک پوشش خارجی موسوم به ژاکت یا غلاف محافظت می‌شوند.

تاریخچه
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 ۱۵۵۰ نانومتر و از حداقل پاشندگی در طول موج ۱۳۱۰ 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 ۱٫۳ میکرون قرار داشت، به محدوده ۱٫۵۵ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.

مزايای  فيبر نوری

فيبر نوری در مقايسه با سيم های  های مسی دارای مزايای زير است :

•          ارزانتر. هزينه چندين کيلومتر کابل نوری نسبت به سيم های  مسی کمتر است .
•          نازک تر. قطر فيبرهای نوری بمراتب کمتر از سيم های  مسی است .
•          ظرفيت بالا. پهنای باند فيبر نوری  بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب  بيشتر از سيم  مسی است .
•          تضعيف ناچيز. تضعيف سيگنال در فيبر نوری بمراتب کمتر از سيم  مسی است .
•          سيگنال های نوری . برخلاف سيگنال های الکتريکی در يک سيم مسی ، سيگنا ل ها ی نوری در يک فيبر تاثيری  بر فيبر ديگر نخواهند داشت .
•          مصرف برق پايين . با توجه به سيگنال ها در فيبر نوری کمتر ضعيف می گردند ، بنابراين می توان از فرستنده هائی با ميزان برق مصرفی پايين نسبت به فرستنده های الکتريکی که از ولتاژ بالائی استفاده می نمايند ، استفاده کرد.
•          سيگنال های ديجيتال . فيبر نور ی مناسب بمنظور انتقال  اطلاعات ديجيتالی است .
•          غير اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الکتريسيته ، امکان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت .
•          سبک وزن . وزن يک کابل فيبر نوری بمراتب کمتر از کابل مسی (قابل مقايسه)  است.
•          انعطاف پذير . با توجه به انعظاف پذيری فيبر نوری و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين های ديجيتال با موارد کاربردی خاص مانند : عکس برداری پزشکی ، لوله کشی و ...استفاده می گردد.

با توجه به مزايای فراوان فيبر نوری ، امروزه از اين نوع کابل ها در موارد متفاوتی  استفاده می شود. اکثر شبکه های کامپيوتری و يا مخابرات ازراه دور در مقياس وسيعی از فيبر نوری استفاده می نمايند.
کاربردهای فیبر نوری
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. 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.
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.
۴-کاربرد فیبرنوری درروشنای

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 کرده‌است کاربرد آن درسیستم‌های روشنایی است. دراین فناوری نور از منبع نوری که می‌تواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی) و یا نور طبیعی (نور خورشید) باشد وارد فیبر نوری شده وازاین طریق به محل مصرف منتقل می‌شود.به این ترتیب نوربه هرنقطه‌ای که درجهت تابش مستقیم آن نمی‌باشد منتقل می‌شود.امتیاز این نور که موجبات رشد سریع بکارگیری وتوجه زیاد به این فناوری شده‌است 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 واشعه‌های ماورائ بنفش)راهم به داخل ساختمانهاو نقاط غیر قابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.


یک فیبر نوری چگونه نور را هدایت می‌کند؟

فرض کنید می‌خواهید یک باریکه نور را بطور مستقیم و در امتداد یک کریدور بتابانید. نور براحتی در خطوط راست سیر می‌کند و مشکلی ازین جهت نیست. حال اگر کریدور مستقیم نباشد و در طول خود خمیدگی داشته باشد چگونه نور را به انتهای آن می‌رسانید؟

برای این منظور می‌توانید از یک آینه استفاده کنید که در محل خمیدگی راهرو قرار می‌گیرد و نور را در جهت مناسب منحرف می‌کند. اگر راهرو خیلی پیچ در پیچ باشد و خمهای زیادی داشته باشد چه؟ می‌توانید دیوارها را با آینه بپوشانید و نور را به دام بیندازید بطوریکه در طول راهرو از یک گوشه به گوشه دیگر بپرد. این دقیقا همان چیزی است که در یک فیبرنوری اتفاق می افتد.

نور در یک کابل فیبرنوری، بر اساس قاعده ای موسوم به بازتابش داخلی، مرتبا بوسیله دیواره آینه پوش لایه ای که هسته را فراگرفته، به این سو و آن سو پرش می‌کند و در طول هسته پیش می‌رود.

از آنجا که لایه آینه پوش اطراف هسته هیچ نوری را جذب نمی‌کند، موج نور می‌تواند فواصل طولانی را طی کند. به هر حال، برخی از سیگنال‌های نوری در حین حرکت در طول فیبر، ضعیف می‌شوند که علت عمده آن وجود برخی ناخالصی‌ها داخل شیشه است. میزان ضعیف شدن سیگنال به درجه خلوص شیشه بکار رفته در داخل فیبر و نیز طول موج نوری که درون فیبر سیر می‌کند بستگی دارد.



روشنائی فیبر نوری دارای چه خصوصیاتی میباشد؟

عمده ترین خصیصة روشنائی فیبر نوری که آنرا از سایر تکنولوژیها و روشهای طراحی روشنائی متمایز میسازد جداسازی نور از سایر مولفه‌های الکترومغناطیسی آن میباشد. به عبارت دیگر تمام اشعه‌های نوری که تاکنون بطور متداول بکار رفته‌اند علاوه بر نور مرئی شامل مولفه‌های دیگری چون حرارت - تشعشعات ماوراء بنفش uv، تشعشعات مادون قرمز IR (در مورد نورهای طبیعی)هستند و روشنائی الکتریکی علاوه بر این مولفه‌ها 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 میباشد. دومین خصیصة این سیستم روشنائی عایق بودن، محکم بودن، بی اثربودن و پایدار بودن قطعات تشکیل دهندة این سیستم میباشد. در آن سیم بکار نرفته‌است و لامپهای شکستنی در این سیستم وجود ندارد. سومین خصیصه این سیستم روشنائی سبک و کم حجم بودن قطعات آن میباشد. چهارمین خصیصه آن انطباق با نیازهای روحی و روانی انسان و محیط زیست میباشد بطوریکه در هماهنگی کامل با طبیعت و احساسات زیباشناختی انسان هست. پنجمین خصیصة این سیستم روشنائی امکان تقسیم نور یک منبع نور به نقاط مختلف می‌باشد به طوریکه گاه تا صدها نقطه مجزا براساس مقدارروشنائی و نور موردنیاز توسط یک منبع نوری روشن می‌شوند.و این از مشخصات منحصر به فرد تکنولوژی روشنایی فیبر نوری می‌باشد. بطوریکه در سیستم روشنائی متداول الکتریکی هر لامپ یا مولد نور قادر به روشنایی یک منطقه و یا نورپردازی یک شی میباشد ونور آنرا نمی‎توان به قسمت‌های مختلف تقسیم وبه نقاط مختلف منتقل کرد.همین نقیصه سیستمهای روشنائی متداول معمولاً باعث به هدر رفتن مقدار زیادی از انرژی نوارنی میشود. برای مثال در یک لامپ رشته‌ای معمولی فقط یک هشتم انرژی مصرفی لامپ به نور مرئی تبدیل میشود.بقیه آن به گرما و تشعشعات غیرمرئی و اکثراً مضر تبدیل میشود. از این مقدار انرژی هم که به نور تبدیل شده‌است فقط یک سوم آن به عنوان روشنائی مفید موثر مورد استفاده قرار میگیرد ودوسوم آن در اشکال نور غیرموثر (برای روشن کردن فضاهائی که نیازی به روشنایی آنها نمیباشد) به هدر میرود. ملاحظه میشود که حداکثر فقط ۴٪ انرژی یک لامپ رشته‌ای به نور مفید تبدیل میشود و در بهترین حالت با لامپهای کم مصرف مقدار بهره وری به سه برابر یعنی حدوداً ۱۲٪ رسیده‌است و با توجه به این واقعیت که حدود ۳۰٪ کل مصرف الکتریکی در جهان صرف روشنائی داخلی و خارجی میشود متوجه حجم عظیم تلفات میشویم. لذاً مسئله روشنائی وتلفات انرژی قابل توجه در آن, امروزه به یک چالش جدی تبدیل شده‌است و حکومتها و سازمانهای بین المللی توجه زیادی به حل این مشکل دارند. راهکارهای کلی که برای این مشکل تعریف شده‌است عبارتند از: ۱- افزایش بهره وری لامپها ومنابع نوری ۲- استفاده از نور روز و نور خورشید ۳- استفاده از نور وظیفه‌ای (یعنی هدایت نور به منطقه موردنیاز جهت روشنائی و جلوگیری از روشن کردن قسمتهائی که نیازی به آن نمیباشد). ۴- کاهش دفع حرارت ناشی از روشنائی در محل مصرف نور که موجب تلفات مضاعف انرژی شده و باعث میشود مجدداً با صرف انرژی الکتریکی دیگری توسط سیستمهای مبرد, گرمای ایجاد شده دفع شود. سیستمهای روشنائی فیبر نوری با مشخصاتی که دارند قادرند در هر ۴ مقوله صرفه جوئی و بهبود الگوهای مصرف انرژی روشنائی موثر واقع شوند و همین مشخصات منحصر بفرد این تکنولوژی است که آنرا ممتاز کرده‌است. بطوریکه با وجود نوپا بودن این تکنولوژی (بیش از ۱۵ سال از استفاده ازفناوری فیبر نوری در روشنائی ساختمانها و... نمیگذرد) امید فراوانی به آینده و همه گیر شدن این سیستم نوری وجود دارد و امروزه بیشترین تحقیقات و سرمایه گذاریها در زمینه روشنائی در تکنولوژی روشنائی فیبرهای نوری ونیز تولید لامپها (منابع نوری) با کارآئی بالاتر انجام میپذیرد. حال به نقش سیستمهای روشنائی با منبع نوری مجزا و تکنولوژی فیبر نوری در راهکارهای چهار گانه صرفه جوئی در مصرف انرژی در روشنائی میپردازیم. الف : نقش این تکنولوژی در افزایش بهره وری لامپها و منابع نوری. در زمینه تولید لامپها با بهره وری و کارآئی بالاتر بطورکلی عمدة تحقیقات در ساخت لامپهای پر قدرت. ال‌ئی‌دی با امکان تولید نور سفید توسط آنها و دیگر در ساخت لامپهای پلاسمای سلفوری که SLS(SULFUR LIGHT SYSTEM) و PLS (PLASMA LIGHT SYSTEM) نامگذاری شده‌اند، متمرکز شده‌است. در هردوی این تحقیقات نتایج موفقیت آمیز و امیدوار کننده‌ای بدست آمده‌است. امروزه لامپهای پرقدرت ال‌ئی‌دی با نور سفید (در شکل ال‌ئی‌دی‌های GRB و ال‌ئی‌دی‌های فلور سنتی از ترکیب ال‌ئی‌دی‌های با نور آبی و ال‌ئی‌دی‌های با تابش ماورائ بنفش با استفاده از یک لایه فلورسنت) بصورت تجارتی وارد بازار شده‌اند.لامپ‌های پرقدرت ال‌ئی‌دی تا توان ۷۵ وات معادل لامپ‌های رشته‌ای وبا توان موثر ۱۰ وات ساخته شده‌اند.ولی در تولید لامپ‌های پر وات ال‌ئی‌دی بدلیل مسئله دفع حرارت لایه‌های داخلی آن و نیز درساخت لامپ‌های ال‌ئی‌دی با نور کاملا سفیدومطلوب مشکلاتی وجود دارد. وباید اذعان کرد تارفع کامل این مشکلات وفرا گیر شدن آنها وجایگزینی با لامپ‌های موجود راه درازی در پیش است. در صورت تولید لامپ‌های پر قدرت ال‌ئی‌دی بدلیل عدم تولید تشعشعات حرارتی وعمر بسیار زیاد می‌توان از آنها به عنوان منبع نوری سیستم‌های روشنایی فیبر نوری استفاده کرد.البته هم اکنون نیز در مواردیکه دریک طرح روشنایی فیبر نوری به نور کم نیاز باشد این لامپ‌ها به کار می‌روند. لامپهای سلفوری از گدازش (Fusion) سلفور در میدان میکروویو با فرکانس حدود ۵/۲ گیگاهرتز تولید میشود به این ترتیب که حدود چند میلیگرم سلفور به همراه گاز بی اثر آرگون در یک حباب کروی با قطر حدود سه سانتیمتر از جنس کوارتز در معرض میدان چرخان میکرویو قرار میگیرد. درنتیجه تولید گرمای فوق العاده, سلفور به شکل پلاسما در می‌آید و تولید نور میکند. این روش, مشابه نور تولید شده در خورشیدمی باشد و دارای خواص نوری همانند نور خورشید می‌باشد و گرمای نورآن حدود ۶۰۰۰ درجه کلوین (شبیه نور خورشید) میباشد. نور تولید شده توسط این لامپها حرارت ایجاد نمیکند و شامل تشعشعات uv نمیباشد و بالاترین بهره وری در بین لامپهایی را دارد که تا کنون ساخته شده‌است بطوری که بازده نوری آن حدود Luman/watt۱۸۰ می‌باشد. ولی این لامپها تولید خیرگی بسار زیادی می‎کنند بطوریکه مستقیماً برای استفاده در مقاصد روشنائی مناسب نمی‌باشند. و دارای توان نوری بسیار زیاد هستند (برای مثال لامپهای SLS با توان نوری معادل kw۳۶ یعنی با قدرت تولید روشنائی معادل ۳۶۰ لامپ صد وات رشته‌ای ساخته شده‌اند) این لامپها مناسب برای استفاده در سیستمهای روشنائی با منبع نوری مجزا یعنی Remote Source Lighting (RSL) میباشند. فلذا درصورت توسعه استفاده از سیستمهای RSL امکان بکارگیری اینگونه لامپها و دسترسی به منابع نوری با بهره وری بالاتر فراهم خواهد شد. ب : نقش سیستم روشنائی فیبر نوری (RSL) در استفاده از نور خورشید و نور روز براساس تحقیقاتی که انجام شده‌است حداکثر مصرف برق در زمینه روشنائی مقارن ظهر یعنی در زمانی است که خورشید بیشترین تابش را دارد. اگر بصورت واقع بینانه‌ای استفاده از نور روز در ساختمانها موردبررسی قرار گیرد باید قبول کرد با وجود تاکید به استفاده از این موهبت رایگان عملاً امروزه در ساختمانها نور خورشید به طور موثری مورد استفاده قرار نمیگیرد. بطوریکه در ساختمانها (بخصوص ساختمانهای بزرگ و برجها) یا نور طبیعی کافی به تمام نقاط ساختمان نمی‌رسد و یا اگر در مواردی اطاقها نورگیر باشد به خاطر وجود خیرگی در نور خورشید و یا انتقال حرارت خورشید معمولاً پرده‌ها کشیده هستند وبیشتر از روشنائی برق استفاده میشود. درواقع وجود گرما، خیرگی و تشعشعات uv در نور مستقیم خورشید و نیز عدم امکان انتقال نور خورشید به تمام نقاط داخل ساختمان مهمترین دلایل استفاده از روشنائی الکتریکی درموقع روز میباشند. سیستمهای روشنائی با فیبر نوری و RSL امکان انتقال نور طبیعی خورشید بدون گرما و بدون تشعشعات مضر و خطرناک را به هر نقطه از ساختمان که نفوذ نور مسقتیم خورشید به آنها غیرممکن است (نظیر زیرزمینها) فراهم میسازند. ج : استفاده از نور وظیفه‌ای (Functional Lighting) توسط سیستم روشنائی فیبر نوری . د : سیستم روشنائی فیبر نوری باعث کاهش مصرف برق وصرفه جویی در هزینه‌های آن میشود. سیستمهای روشنائی فیبر نوری فاقد هرگونه حرارتی هستند و نور این سیستمها کاملاً خنک میباشد لذا هیچگونه حرارت اضافی درحین روشنائی ایجاد نمیکند. براساس تحقیقاتی که انجام شده‌است حدود ۳۰ درصد توان تبریدی در ساختمانها صرف دفع حرارت ناشی از روشنائی الکتریکی میشود. و با توجه به اینکه حدود ۱۲ درصد کل مصرف انرژی الکتریکی صرف سرمایش ساختمانها میشود متوجه پتانسیل عظیم این سیستمها در صرفه جوئی انرژی در صورت همه گیر شدن استفاده از آنها میشویم. ه : سیستم‌های روشنائی فیبرنوری امکان استفاده از روشنائی مختلط نور طبیعی و مصنوعی Hybrid Lighting System))را فراهم میسازند. سیستمهای فیبر نوری بعنوان ساختار اصلی روشنائی ساختمانها, امکان استفاده از نورمختلط خورشید(نور روز) و نور مصنوعی را فراهم میسازد و در صورت استفاده از سیستم روشنایی فیبر نوری نیازی به تاسیسات روشنائی مضاعف در استفاده از این دو نور نخواهد بود. با این توضیحات مختصر سعی شد توانائی‌های فراوان سیستمهای فیبر نوری و نقش آنها در صرفه جوئی انرژی، ایجاد خانه‌های سبز، تولید روشنائی منطبق با نیازهای فطری انسان و طبیعت, و نقش آن در حفظ محیط زیست و کاهش آلاینده‌های محیطی وکاهش تولید گازهای گلخانه ای, با کاهش مصرف انرژی, نشان داده شود.
فن آوری ساخت فیبرهای نوری
برای تولید فیبر نوری، نخست ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش‌سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌شود. از سال ۱۹۷۰ روش‌های متعددی برای ساخت انواع پیش‌سازه‌ها به کار رفته‌است که اغلب آنها بر مبنای رسوب‌دهی لایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.

روشهای ساخت پیش‌سازه روش‌های فرآیند فاز بخار برای ساخت پیش‌سازه فیبر نوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

* رسوب‌دهی داخلی در فاز بخار
* رسوب‌دهی بیرونی در فاز بخار
* رسوب‌دهی محوری در فاز بخار

موادلازم در فرایند ساخت پیش سازه
* تتراکلرید سیلیکون: این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرآیند مورد نیاز است.
* تتراکلرید ژرمانیوم: این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش‌سازه استفاده می‌شود.
* اکسی کلرید فسفریل: برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش‌سازه، این مواد وارد واکنش می‌شود.
* گاز فلوئور: برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می‌شود.
* گاز هلیم: برای نفوذ حرارتی و حباب‌زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.
* گاز کلر: برای آب‌زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است.

مراحل ساخت
1. مراحل صیقل گرمایشی: پس از نصب لوله با عبور گازهای کلر و اکسیژن، در دمای بالاتر از ۱۸۰۰ درجه سلسیوس لوله صیقل داده می‌شود تا بخار آب موجود در جدار درونی لوله از آن خارج شود.
2. مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می‌شود تا ناهمواری‌ها و ترک‌های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند.
3. لایه‌نشانی ناحیه غلاف: در مرحله لایه‌نشانی غلاف، ماده تتراکلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیم وارد لوله شیشه‌ای می‌شوند و در حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی ۱۲۰ تا ۲۰۰ میلی‌متر در دقیقه در طول لوله حرکت می‌کند و دمایی بالاتر از ۱۹۰۰ درجه سلسیوس ایجاد می‌کند، واکنش‌های شیمیایی زیر به دست می‌آیند.

ذرات شیشه‌ای حاصل از واکنش‌های فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب می‌کنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال می‌شود به طوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می‌گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت می‌شوند. بدین ترتیب لایه‌های شیشه‌ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می‌گردند و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می‌دهند.
سیستم ارتباط بوسیله فیبرنوری

برای پی بردن به اینکه فیبرهای نوری چگونه در سیستم های ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اجازه دهید نگاهی بیاندازیم به فیلم یا سندی که مربوط به جنگ جهانی دوم است. دو کشتی نیروی دریایی را درنظر بگیرید که از کنار یکدیگر عبور می‌کنند و لازم است باهم ارتباط برقرار کنند درحالی که امکان استفاده از رادیو وجود ندارد و یا دریا طوفانی است. کاپیتان یکی از کشتی ها پیامی را برای یک ملوان که روی عرشه است می‌فرستد. ملوان آن پیام را به کد مورس ترجمه می‌کند و از نورافکنی ویژه که یک پنجره کرکره جلو آن است برای ارسال پیام به کشتی مقابل استفاده می‌‌نماید. ملوانی که در کشتی مقابل است این پیام مورس را می‌گیرد، ترجمه می‌کند و به کاپیتان می‌دهد. (ملوان کشتی دوم عکس عملی را انجام می‌دهد که ملوان کشتی اول انجام داد.)

حالا فرض کنید این دو کشتی هر یک در گوشه ای از اقیانوسند و هزاران مایل فاصله دارند و در فاصله بین آنها یک سیستم ارتباطی فیبرنوری وجود دارد.

سیستم‌های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل این قسمت هاست:

• فرستنده: سیگنال‌های نور را تولید می‌کند و به رمز در می‌آورد.

• فیبرنوری: سیگنال‌های نور را تا فواصل دور هدایت می‌کند.

• تقویت کننده نوری: ممکن است برای تقویت سیگنال‌های نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)

• گیرنده نوری: سیگنال‌های نور را دریافت و رمزگشائی می‌نماید.

فرستنده

نقش فرستنده شبیه ملوانی است که روی عرشه کشتی فرستنده پیام ایستاده و پیام را ارسال می‌کند. فرستنده ابزار تولید نور را در فواصل زمانی مناسب خاموش یا روشن می‌کند.

فرستنده درعمل به فیبر نوری متصل می‌شود و حتی ممکن است دارای لنزی برای متمرکز کردن نور به داخل فیبر هم باشد. قدرت اشعه لیزر بیش از LED هاست اما با کم و زیاد شدن دما شدت نورشان تغییر می‌کند و گرانتر هم هستند. متداول‌ترین طول موج‌هایی که استفاده می‌شود عبارتند از: 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر. (مادون قرمز و طول موج‌های نامرئی طیف).



تقویت کننده نوری

همانطور که قبلا هم به آن اشاره شد، نور حین عبور از فیبر ضعیف می‌شود. (مخصوصا در فواصل طولانی بیش از نیم مایل یا حدود یک کیلومتر مثلا در کابل‌های زیر دریا) بنابرین یک یا بیش از یک تقویت کننده نوری در طول کابل بسته می‌شوند تا نور ضعیف شده را تقویت کنند.

یک تقویت کننده نوری دارای فیبرهای نوری با پوشش ویژه ای است. نور ضعیف شده پس از ورود به این تقویت کننده تحت تاثیر این پوشش خاص و نیز نور لیزری که به این پوشش تابیده می‌شود تقویت می‌شود. ملکول‌های موجود در این پوشش ویژه با تابش لیزر به آنها، سیگنال نوری جدید و قوی تولید می‌کنند که مشخصات آن مشابه نور ورودی به تقویت کننده است. درواقع تقویت کننده نوری یک آمپلی فایر لیزری برای نور ورودی به آن است.



گیرنده نوری

گیرنده نوری مشابه ملوانی که روی عرشه کشتی گیرنده پیام بود عمل می‌کند. این گیرنده سیگنال‌های نوری ورودی را می‌گیرد، رمزگشائی می‌کند و سیگنال‌های الکتریکی مناسب را برای ارسال به کامپیوتر، تلویزیون یا تلفن کاربر تولید و به آنها ارسال می نماید. این گیرنده برای دریافت و آشکارسازی نور ورودی از فتوسل یا فتودیود استفاده می‌کند.