از زمانهاي ما قبل تاریخ تا حال حاضر، مخابرات نوري تاثیر شگرفی در فرهنگ بشر داشته است. در طی قرنها بشر ابتدایی بوسیله علائم دود و آتش ارتباط بر قرار میکرد. در سال 1815 ، الکساندر گراهام بل وسیله اي براي ارسال صدا از طریق پرتوهاي نور خورشید ابداع کرد. امروزه بعد از یک قرن و نیم از تلفن نوري بل، ما بهره برداري کامل از پتانسیل هاي مخابرات نوري را با استفاده از فیبر نوري آغاز کرده ایم.

امروزه شما میتوانید فیبر نوري را در هر جایی از سیستمهاي تلفنی سالن هاي بزرگ تا شبکه هاي کوچک دفاتر داخلی پیدا کنید ، اکنون یک زیر ساختار فیبر نوري جهانی به خانه هاي شخصی و کامپیوترهاي شخصی که توانایی ارائه سرویسهاي جدید مهیج که قبلا ممکن نبوده را دارند، نفوذ کرده است. همچنین فیبرهاي نوري در کاربردهاي زیادي در صنعت و پزشکی براي ماشین بینایی و اندازه گیري تا تحویل دهی پرتوهاي لیزر توان بالا در سیستم هاي برش به کار می رود.

براي درك فیبرهاي نوري ما باید مروري در زمینه برخی از مشخصه هاي مهم نور داشته باشیم. نور مرئی که همه ما با آن آشنا هستیم تنها بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که حامل انرژي از امواج رادیویی به اشکال مختلف تا اشعه هاي X و فراتر از آن میباشد. تمام امواج الکترومغناطیسی با سرعت نور که در حدود 186000 مایل بر ثانیه میباشد جابجا میشوند، تفاوت در فاصله بین نوك موج هاي تکی که به عنوان طول موج شناخته میشود، وجود دارد. در بخش مرئی طیف طول موج، رنگ آنرا مشخص میشود. طول موجهاي نوري با واحد نانومتر یا یک میلیاردیم متراندازه گیري میشوند. نور آبی داراي طول موجی در حدود 400 نانومتر یا نور قرمز داراي طول موجی در حدود تقریبا 700 نانومتر میباشد. حوزه مادون قرمز از حود 800 نانومتر شروع شده و همزمان با نزدیکی به ناحیه مایکرویوو تا حدود 100,000 نانومتر افزایش پیدا میکند. در واقع این حوزه مادون قرمز میباشد که ما در بسیاري از کاربردهاي فیبر نوري به آن علاقه مند میباشیم.

زمانیکه نور از داخل مواد گوناگون عبور میکند سرعت آن تغییر مینماید، جابجایی نور در یک محیط خلاء سریعتر از جابجایی نور در یک ماده چگالتر مثل شیشه است. کاهش ناگهانی سرعت نور در مرز خلاء و شیشه باعث میشود که کمی خمیدگی پیدا کند که این پدیده به عنوان شکست شناخته میشود. میزان خمیدگی وابسته به نسبت سرعتهاي نور در خلاء و شیشه میباشد، این نسبت ضریب انکسار گفته شده و با حرف ” n ” نمایش داده میشود.

شیشه میتواند براي ایجاد موادي با ضرایب شکست مناسب براي کاربردهاي خاص، ناخالصسازي شود؛ در این مثال ما محاسبات ضریب شکست براي دو نمونه از شیشه هایی که در فیبر نوري استفاده میشوند را میبینیم. طول موجهاي گوناگونی نور داراي پاسخهاي متفاوتی به ضریب شکست مواد هستند زمانیکه موج نوري که از طول موجهاي گوناگونی تشکیل شده از داخل یک منشور عبور داده میشود ضریب شکست طول موجهاي کوتاه تر مثل آبی و بنفش را بیشتر از سبز و قرمز دچار خمیدگی میکند که باعث تشکیل نمایشی از رنگها در رنگین کمان معمولی می شود. هنگامی که یک پرتوي نوري به یک ماده انکساري برخورد میکند جهت نور شکست یافته وابسته به زاویه تابش پرتوي نوري میباشد. اگر این زاویه تغییر کند باعث تعییر جهت نور منکسر شده میشود. در یک زاویه بحرانی مشخص نور دیگر از فصل مشترك بین آن دو واسطه عبور نمیکند، اما آن مشابه حالتی که اگر فصل مشترك آیینه میبود، انعکاس مییابد. زاویه بحرانی براي مواد گوناگون متفاوت بوده و به ضریب شکست بستگی دارد.

زاویه بحرانی براي پدیدههاي نوري جذاب که استفاده از فیبر نوري را ممکن میسازد، پاسخگو است. در سال 1854 جان تندال انکسار کلی داخلی را کشف نمود. آزمایش او شامل یک محفظه از آب با یک سوراخ نزدیک انتها و یک منبع نور بود، نور با زاویه بحرانی فصل مشترك آب و هوا وارد جریان آب میشود، به شکل کاملا داخلی انعکاس مییابد، به آب این اجازه را می دهد که به شکل یک راهنما موج نوري عمل کند. فیبرهاي نوري مدرن این فرایند طبیعی را بکار میبرند. و فیبرهاي نوري از سه بخش تشکیل یافتهاند. اولین لایه یک پوشش ضربهگیر است که از مواد پلاستیکی ساخته شده پوشش یک حفاظت در برابر خمیدگی و ضربات مکانیکی را ایجاد میکند. در زیر پوشش ضربهگیر، لایهاي از پوشش شفاف که معمولا از شیشه سیلیکنی خالص ساخته میشود، وجود دارد. داخلیترین بخش هسته نیز از سیلیکن ساخته شده اما براي ایجاد یک ضریب شکست معمولا بیشتر از لایه شفاف، با یک عنصر مشخص ناخالصسازي شده است.

تفاوت در ضرایب شکست بین پوشش شفاف و هسته، باعث شکست داخلی کامل نور در طول راهنماي موج نوري میشود. نور از درون فیبر نوري با زاویه کوچک نسبت به محور ارسال میگردد لذا به انتها دیگر انتقال خواهد یافت. علامت این زاویه، ضریب روزنه گفته میشود که شیپوره قابل قبول در انتها فیبر را مشخص میکند. نوري که وارد فیبر میشود از انتهاي شیپوره قابل قبول انتقال نمییابد درعوض از پوشش شفاف به سمت بیرون منعکس یافته و از دست میرود. ساختار و مواد شیمیائی تشکیل دهنده هسته در عملکرد فیبر نوري بسیار حیاتی است. فیبرهاي نوري به دو دسته وسیع چند حالته و تک حالته تقسیم میشود. یک تفاوت اساسی بین آنها در قطر مغزي است. فیبر تک حالته قطر مغزي کوچکی در مقایسه با قطر کلی فیبر دارند. مغزي با سایز کوچک نور را وادار به حرکت در یک مسیر و یا پیچش حول محور مینماید.

فیبر چند حالته قطر مغزي بزرگتري داشته که اجازه انتخاب تعدادي مسیر را از یک انتها فیبر به طرف دیگر میدهد. در حالت اساسی حرکت بدور محور فیبر است در صورتی که در حالتهاي با مرتبه بالاتر تعدادي مسیر میتواند انتخاب شود. هنگامی که پالس کوتاهی از نور در درون یک فیبر چند حالته ارسال میگردد ابتدا یک پالس حالت محوري در طرف دیگر وارد میشود که بوسیله یک حالت مرتبه بالاتر دنبال میشود. این مسئله بر انبساط پالس نور تاثیر میگذارد که به عنوان حالت پراکندگی شناخته میشود. حالت پراکندگی استفاده از فیبر را در نرخهاي بالاي انتفال هنگامی که پالسها شروع به برهم افتادگی نموده و اطلاعات اشتباه میگردد، محدود میکند. اثر این پدیده با افزایش فاصله فیبر زیاد میشود. بخاطر این مسئله استفاده از فیبر تک حالته براي مسافتهاي طولانی و انتقال با نرخ بیت بالا بخاطر عدم تاثیر حالت پراکندگی ترجیح دارد.

برای دانلود پایان نامه ای با عنوان انتقال و فیبر نوری کلیک کنید.

.