فیزیک دبیرستان................................High school physics
 
نويسندگان
پيوندهای روزانه
 
چکیده

در این تحقیق بخشهای مختلف یک سیستم مخابرات نوری مورد مطالعه قرار گرفته و طی آن نتایج زیر حاصل گردید.
یک سیستم مخابرات نوری متشکل از چند بخش عمده است :
فرستنده شامل منبع نور و مدولاتور سیگنال آنالوگ ؛ فیبر نوری به عنوان کانال انتقال و در نهایت گیرنده شامل آشکارساز و دمدولاتور میباشد

- مقدمه

استفاده از نور بعنوان وسیله ای برای ارتباط ، پدیده جدیدی نیست . بشراولیه از نور برای ارسال پیام استفاده میکرد و با فرستادن علائم بصورت دود که خود نوعی ارتباط نوری بود مقاصد خاصی رابه دیگران ابراز مینمود.تا مدتها دود تنها وسیله ارتباطی میان افراد قبایل دور از هم بشمار میرفت . بشر پس از مدتی دریافت که از نور میتوان برای فرستادن پیام و رمز از طربق فانوسهای دریائی نیز بهره بگیرد. تجربیات اولیه و ا بتدائی بشر در قرودن بعد بصورت پیشرفته تری بکار گرفته شد
برای برقراری ارتباط و انتقال پیام وجود فرستنده و گیرنده و محیط انتشار ضروری است . در سیستمهای مخابراتی کابل بعنوان یکی از محیطهای انتشار و انتقال اطلاعات از فرستنده به گیرنده بکار میرود. بشر از مدتها پیش فکر استفاده از کابلهای دیگر بجای کابل فلزی را در سر میپروراند و برای جایگزینی سیستم کم هزینه اما دارای کیفیت بهتر و کاربرد بیشتر "شیشه و نور" را برای ارسال اطلاعات ، راه حل منطقی و مناسبی یافت و در نهایت الیاف نوری را مناسب تر از کابلهای فلزی تشخیص داد
1-1- تاریخچه

اولین کسانی که در قرون اخیر به فکر استفاده از نور افتادند ، انتشار نور را در جو زمین تجربه کردند. اما وجود موانع مختلف نظیر گردوخاک، دود، برف ، باران ، مه و ... انتشار اطلاعات نوری در جو را با مشکل مواجه ساخت . بعدها استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح گردید . نور در داخل این کانالها بوسیه آینه ها و عدسی ها هدایت میشد ، اما از آنجا که تنظیم این آینه ها و عدسی ها کار بسیار مشکلی بود این کارها هم غیر عملی تشخیص داده شد و مطرود ماند
کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح ساختند. آنان مبنای کار خود را بر آن گذاشتند که به سرعتی حدود 100 مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط های انتشار شیشه دست یابند. این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود .این دو محقق انگلیسی ، کاهش انرژی را تا آنجا میپذیرفتند که کمتر از 20 دسی بل نباشد . اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند ، اما شرکت آمریکائی ( کورنینگ گلس ) به این هدف دست یافت. در اوایل سال 1960 میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن گردید
بنحویکه طرح یک منبع نوری تعدیل شده که بتواند اطلاعات را انتقال دهد ارائه شد. در سال 1966 میلادی ، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه ای هدایت میشود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود . چرا که فیبرنوری بسیار سبکتر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد
توسعه فناوری فیبرنوری از سال 1980 میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال 1985 میلادی در دنیا نزدیک به 2 میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته است
1-2- فیبر نوری در ایران

اولین فیبرنوری بین شهری بطول 54 کیلومتر بین تهران و کرج در سال 1368 اجرا گردید و در ادامه آن طرح فیبرنوری چهار مسیر با طول 516 کیلومتر در مسیرهای تهران - ساوه ، تهران - گرمسار- تهران - قزوین و ارتباط بین ساختمان میدان امام خمینی و مجتمع مخابراتی انقلاب اسلامی به اجرا گذاشته شد. بخشی از شبکه اصلی فیبرنوری بالغ بر 2130 کیلومتر مربوط به پروژه فیبرنوری بین المللی TAE است که با نصب و راه اندازی این پروژه ، آسیا و اروپا از طیق کابل نوری به یکدیگر متصل شده اند و ایران در این مسیر یکی از مهمترین مراکز ترانزیت مخابراتی است . دراینجا میتوان به نصب و راه اندازی پروژه فیبرنوری TAE داخل کشور از باجگیران تا مرز بزرگان و نصب و راه اندازی پروژه رادیوئی TAE و سیستم پشتیبان فیبرنوری در ترکمنستان اشاره کرد[3].
فن آوری مورد استفاده برای سیستمهای انتقال SDH میباشد که ظرفیت آن برای تجهیزات رادیوئی 155 مگابیت در ثانیه و برای تجهیزات فیبرنوری 622/2 مگابیت در ثانیه است و با به خدمت گرفتن این فن آوری انتقال 7440 هزار کانال صوتی روی هر زوج تار فیبرنوری امکان پذیر خواهد بود
شایان ذکراست شرکت کابلسازی شهید قندی از سال 1368 در راستای خودکفائی صنعتی تولید کابل فیبرنوری را با ظرفیت 40 هزار کیلومتر در سال آغاز کرد[3].
- فیبر نوری

فیبر نوری انواع و اقسام مختلفی دارد و گذرگاهی برای انتقال دیتا محسوب می شود.
2- 1-کاربردهای فیبر نوری

فیبر نوری در تکنولوژی نوین بسیار رخنه کرده و علاوه بر مخابرات نوری در عرصه های دیگر نیز کار را برای کار برآسان نموده و باتوجه به برتریهایی که برای فیبر نوری دربخش (2-3) بیان خواهد شد کاربردهای بسیار زیادی را می توان از فیبر نوری انتظار داشت که در ذیل به اهم آن اشاره مینماییم.
2-1-1-کاربرد در حسگرها

استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه گیری کمیتهای فیزیکی مانند جریان الکتریکی ، میدان مغناطیسی ، فشار ، حرارت ، جابجایی ،آلودگی آبهای دریا ، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سالهای اخیر شروع شده است. در این نوع حسگرها ، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره گیری میشود، بدین ترتیب که خصوصیات فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیر پذیر میشود.
2-1-2- کاربردهای نظامی

فیبرنوری کاربردهای بی شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله میتوان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار ، کنترل و هدایت موشکها ، ارتباط زیر دریاییها (هیدروفون) را نام برد.
2-1-3-کاربردهای پزشکی

فیبر نوری در تشخیص بیماریها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله میتوان دزیمتری غدد سرطانی ، شناسایی نارساییهای داخلی بدن ، جراحی لیزری ، استفاده در دندانپزشکی و اندازه گیری مایعات و خون نام برد.
2-2- فنآوری ساخت فیبرهای نوری

برای تولید فیبر نوری ، ابتدا ساختار آن در یک میله شیشهای موسوم به پیش سازه از جنس سیلیکا ایجاد میگردد و سپس در یک فرآیند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر میگردد . از سال 1970 روشهای
متعددی برای ساخت انواع پیش سازهها بکار رفته است که اغلب آنها بر مبنای رسوب دهی لایههای شیشهای در اخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.
-3- مزایای فیبر نوری


1.تلفات کم (کمتر از ) 1db/km
2.پهنای باند وسیع
3.قابلیت انعطاف
4.سطح مقطع کوچک
5.وزن کم
6.عدم دریافت آثاراقلاهای الکترومغناطیسی
7.درز کم
8.فراوانی مواد شیشه ای

- ساختار فیبر نوری

به طور کلی انواع فیبرهای نوری متشکل از سه قسمت هستند:
1.مغزی(چند ده میکرون)
2.پوشش (200-100میکرون)
3.رویه پلاستیکی
شکل (3-1) بلوک دیاگرام انتقال دیتا توسط فیبر نوری را نشان میدهد.

شکل 3-1- بلوک دیاگرام انتقال دیتا توسط فیبر نوری
حال مختصری درباره قسمتهای مختلف بلوک دیاگرام فوق شرح می دهیم. :
3-1- فرستنده

بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فیبر نوری در سیستم های مخابراتی ، مثالی را دنبالخواهیم کرد که مربوط به یک فیلم سینمائی و یا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است . در فیلم فوق دو ناوگان دریائی که بر روی سطح دریا در حال حرکت می باشند ، نیاز بهبرقراری ارتباط با یکدیگر در یک وضعیت کاملا" بحرانی و توفانی را دارند. یکی ازناوها قصد ارسال پیام برای ناو دیگر را دارد.کاپیتان ناو فوق پیامی برای یک ملوانکه بر روی عرشه کشتی مستقر است ، ارسال می دارد. ملوان فوق پیام دریافتی را بهمجموعه ای از کدهای مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه می نماید. در ادامه ملوان مورد نظربا استفاده از یک نورافکن اقدام به ارسال پیام برای ناو دیگر می نماید. یک ملوان برروی عرشه کشتی دوم ، کدهای مورس ارسالی را مشاهده می نماید. در ادامه ملوان فوقکدهای فوق را به یک زبان خاص ( مثلا" انگلیسی ) تبدیل و آنها را برای کاپیتان ناوارسال می دارد. فرض کنید فاصله دو ناو فوق از یکدیگر بسار زیاد ( هزاران مایل)بوده و بمنظور برقرای ارتباط بین آنها از یک سیتستم مخابراتی مبتنی بر فیبر نوریاستفاده گردد [5]
-1-1- تحریک

در سیستم مخابرات نوری ، منشاء پیام یک سیگنال دیجیتال الکتریکی است که اطلاعات را به صورت صفر و یک با خود به همراه دارد
-1-2-منبع نور

وظیفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو فرستنده پیام است . فرستنده سیگنال های نوری را دریافت و دستگاه نوری را بمنظور روشن و خاموش شدن در یک دنباله مناسب ( حرکت منسجم ) هدایت می نماید. فرستنده ، از لحاظ فیزیکی در مجاورت فیبر نوری قرار داشته و ممکن است دارای یک لنز بمنظور تمرکز نور در فیبر باشد. لیزرها دارای توان بمراتب بیشتری نسبت به دیود نور گسیل[1] می باشند. قیمت آنها نیز در مقایسه با دیود نور گسیل بمراتب بیشتر است . متداولترین طول موج سیگنا ل های نوری ، 850 نانومتر ، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر است . [5]
اولین لیزر نیمه رسانا در اواخر سال 1962 شناخته شده است. اساس این لیزر با اساس لیزرهای جامد که تا کنون بحث کردیم تفاوت زیادی ندارد. این لیزر مانند لیزرهای جامد از یک محیط تقویت کننده واقع در یک حفره تشکیل شده است و حفره محدود به دوسطح صیقلی بازتاب کننده موازی است. این سطوح صیقلی احتیاجی به پوشش نقره اندود ندارندزیرا با وجود ضریب شکست زیاد نیمه رسانا عمل بازتاب خود به خود انجام می گیرد.( ضریب بازتاب به حدود 35% می رسد). [6]
لیزر [2] مخفف واژه لاتین Light Amlification by Stimulated Emission بوده و اساس کارآن به این صورت است که با دریافت انرژی خارجی اتمهای تراز 2 آن افزایش یافته و خواهد شد . پدیده گسیل برانگیخته رخ می دهد و بنابر این شدت نور افزایش می یابد . حال برای تقویت نور لیزر بایستی نور را نوسان داد که این امر میتواند توسط اعمال فیدبک (مثلا آینه) انجام گیرد. هنگامی که در برابر الکترون گسیل شده آینه قرار میگیرد اکترون گسیل شده به جای اولیه خود باز میگردد و در محیط نیمه هادی انرژی بوسیله بارهای آزاد جذب میشود و ما حصل آن ایجاد یک موج ساکن در محوطه ای همنوا میباشد.
رابطه (3-1)

[1] LED

[2] LASER


در رابطه فوق در صورتیکه L> باشد، آنگاه طول موجهای جزئی نوسان مییابند.
از طرفی g شرط نوسان لیزرمیباشد و با که تلفات جذبی نیمه هادی بر واحد طول است رابطه ای مانند رابطه زیر دارد.
رابطه (3-2)
نوسانات لیزر در ابتدا درGa AS ایجاد میشود و سپس این عناصر با عناصر دیگر ترکیب میشوند.
یک منبع نور ایده آل منبعی است که پهنای باند زیاد و پهنای طیف نوری کم داشته باشد. همچنن منابعی که توان خروجی آنها بیش از 1 مگا وات و بازدهیشان بیش از 10% باشد و عمر مفید طولانی داشته باشند[1] ایدهآل و مناسب محسوب میشوند.
همانگونه که ذکر شد هر چقدر پهنای طیف بیشتر شود از پهنای باند گذرگاه کاسته خواهد شد و رابطه (3-3) مبین همین مطلب میباشد:
رابطه (3-3)
بطور کلی علت اصلی محدودیت در پهنای باند اینست که با افزایش پهنای باند درفیبر تک مدی1 ضریب شکست فیبر با تغییر طول موج تغییر می کند بنابراین طیف نور پهن شده و زمان انتشار تغییر می یابد، پس B.W بایستی در محدوده خاصی باشد .
یکی دیگر از شرایط منبع نور سهولت در مدوله کردن آن است.
تعریف- مد
مد زاویه انتشار نور نسبت به محور هسته را نشان می دهد و هر چه عدد مد بیشتر باشد سرعت انتشار کمتر بوده و زاویه آن بیشتر است.مدهای دارای زاویه بیتر قابلیت انتشار ندارد و مدهای در حالت قطع محسوب می شوند .
مد منبع نور مشخص کننده شکل توزیع نور است و با رابطه زیر تعیین می گردد .
رابطه (3-4)
که در آن لکه نور اولیه وطول موج است .
همچنین محدودیت پهنای باند فیبرهای تک مدی بیش از فیبرهای چند مدی است زیرا در فیبر تک مدی پاشندگی ماده و موجبر وجود دارد و محدودیت B.W در چند مدی تفاوت سرعت گروهی آنست وروابط زیر مشخص کننده این بیانات است:
رابطه (3-5)
: سرعت زاویه ای
: ثابت انتشار
: سرعت گروهی
فیبرهای نوری می توانند تک مدی یا چند مدی باشند. تعریف (3-2) این مفاهیم را تشریح کرده است.
تعریف- فیبرهای تک مدی و چند مدی
فیبرهای تک مد [2]. بمنظور ارسال یک سیگنال در هر فیبر استفاده می شود فیبرهای چندمدی[3] بمنظور ارسال چندین سیگنال در یک فیبر استفاده می شود.
از فیبرهای تک مد میتوان به سیستمهایی نظیر تلفن اشاره نمود. سیستمهایی مانند شبکههای کامپیوتری از فیبرهای چند حالته استفاده میکنند. [1]



3-1-3-مدولاتور

مدولاتور دو وظیفه عمده برعهده دارد. اول اینکه پیام الکتریکی را به شکلی مناسب برای ارسال تبدیل میکند. دوم اینکه این سیگنال را روی سیگنال حامل تولید شده تاثیر میدهد. مدولهکردن ممکن است آنالوگ یا دیجیتال باشد که با توجه به منشا دیجیتال اطلاعات در سیستمهای انتقال فیبر نوری مدولهکردن مورد استفاده در این سیستمها اکثراً از نوع دیجیتال است. مدولاسیون مورد استفادة غالب، مدولهکردن شدت[4] است که قدرت خروجی با توجه به محتویات پیام تغییر میکند و از این طریق سیگنال مدوله میشود. در این روش دمدولاسیون با تشخیص مستقیم صورت میگیرد.
مدوله کردن در سیستمهای با فیبر نوری بر دو نوع است :
1.مدوله کردنهای مستقیم
2.مدوله کردنهای غیر مستقیم
مدوله کردن معمولا روی فاز ،فرکانس و یا دامنه موج حامل انجام میشود ؛ اما در سیستمهای با فیبر نوری مدوله کردن فرکانس و فاز دچار نویز و حرارت بالا میگردد بنابراین بیشتر از مدوله کردن دامنه استفاده میگردد.
از دیگر انواع مدوله کردن میتوان به مدوله کردن پالس و مدوله کردن قطبشی اشاره کرد.
در مخابرات نوری فرکانس منبع ناپایدار و دارای طیف مشخص است لذا تنها مدوله کردن ساده شدت نور امکان پذیر است و توان لازم جهت مدوله کردن بایستی کم باشد و همچنین توان دمدوله کردن تابعی از زمان است.
در سیستمهای آنالوگ سیگنال کاملا بازیابی نمی شود ولی به پهنای باند کمتری نیازمندیم و مدارات ساده تر بوده نیازی به رمز گشایی ندارند.از جمله مهمترین انواع مدوله کردن در مخابرات نوری میتوان به موارد ذیل اشاره کرد.
·مدوله کردن کد پالس [5]
·مدوله کردن شدت پالس [6]
·مدوله کردن مکان پالس[7]
·مدوله کردن پهنای پالس[8]
نکته آخر آنکه مدوله کردن مستقیم به علت سهولت در استفاده و سرعت بالا بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد. جدول (3-1) طبقه بندی نوع مدوله کردن در آشکارسازها با توجه به نوع آشکارساز و نیز مدل فیبر را نشان میدهد[1].

-2- خطوط انتقال

فرض کنید ، قصد داشته باشیم با استفاده از یک چراغ قوه یک راهروی بزرگ و مستقیم راروشن نمائیم. همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسیر مستقیمراهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد کرد. با توجه به عدم وجود خم و یا پیچ درراهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند
(باتوجه به نوع آن) محدوده مورد نظر را روشن کرد در صورتیکه راهروی فوق دارای خم ویا پیچ باشد، با چه مشکلی برخورد خواهیم کرد؟
در این حالت می توان از یک آیینه درمحل پیچ راهرو استفاده تا باعث انعکاس نور از زاویه مربوطه گردد.در صورتیکه راهرویفوق دارای پیچ های زیادی باشد ، چه کار بایست کرد؟
در چنین حالتی در تمام طول مسیردیوار راهروی مورد نظر ، می بایست از آیینه استفاده کرد. بدین ترتیب نور تاباندهشده توسط چراغ قوه (با یک زاویه خاص) از نقطه ای به نقطه ای دیگر حرکت کرده (جهشکرده و طول مسیر راهرو را طی خواهد کرد) عملیات فوق مشابه آنچیزی است که در فیبرنوری انجام میگیرد. نور، در کابل فیبر نوری از طریق هسته (نظیر راهرویمثال ارائه شده ) و توسط جهش های پیوسته با توجه به سطح آبکاری شده[1]مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده حرکت میکند ( مجموع انعکاس داخلی ) باتوجه به اینکه سطح آبکاری شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد، نور قادربه حرکت در مسافت های طولانی میباشد. برخی از سیگنال های نوری بدلیل عدم خلوصشیشه موجود، ممکن است دچار نوعی تضعیف در طول هسته گردند. میزان تضعیف سیگنال نوریبه درجه خلوص شیشه و طول موج نور انتقالی دارد. (مثلا" موج با طول 850 نانومتر بین6تا 75 درصد در هر کیلومتر، موج با طول 1300 نانومتر بین 50 تا 60 درصد در هرکیلومتر، موج با طول 1550 نانومتر بیش از 50 درصد در هر کیلومترتضعیف میشود)[5].
3-2-1-انواع فیبر

فیبرهای نوری به طور کلی بر دو نوعند:
تک مد و مالتی مد
فیبرهای تک مدی دارای پهنای باند زیاد و شعاع هسته کوچک (در حد چند میکرون) بوده و اتصالاتی سخت دارند.
فیبرهای چند مدی خود برحسب ضریب شکستشان بر دونوعند؛یکی فیبرهای ضریب تدریجی و دیگری فیبرهای ضریب پله ای که پهنای باند فیبرهای ضریب تدریجی حدود 100 برابر فیبرهای ضریب پله ای است و بطور کلی فیبرهای چند مدی دارای پهنای باند کمتر از تک مدی (در حد چند ده مگا هرتز در کیلومتر) بوده و شعاع هسته بزرگتری دارند.
ضمنا نقطه ذوب فیبرها بر اساس جنس آنها تغییر می کند مثلا فیبرهایی از جنس سیلیکا دارای نقطه ذوب ˚1900 و فیبرهایی از جنس شیشه دارای نقطه ذوب ˚800 تا ˚ 1200 میباشند [1].
3-2-2- تلفات انتقال

تلفات انتقال تا نوری شامل تلفات ناشی از پراکندگی رایلی و نیز جذب توسط ناخالصی OHموجود در محیط است.
از طرفی اتصال منبع به فیبر نوری نیز خود دارای تلفات میباشد که بر چهار قسم است:
1.اتصال مستقیم
2.اتصال با عدسی ضریب تدریجی با تلفات 60%
3.اتصال با عدسی نوری مقطعی با تلفات 30%
4.اتصال با فیبرنوری با انتهای کروی با تلفات 20%
نکته مهم آنکه هم شعاع نبودن فیبرهای نوری در محل اتصال و هم محور نشدن آنها باعث تلفات میباشد .ضمنا فیبرهای تک مدی دارای تلفات اتصال بزرگتری هستند، ضمنا فیبر نوری از جنس سیلیکا در طول موجهای µm1.05 وµm1.3وµm1.6کمترین تلفات را دارد [1].
3-3- تقویت کننده نوری

برخی از سیگنال ها در مواردیکه مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده (بیش از یک کیلومتر) و یا از مواد خالص برای تهیه فیبر نوری (شیشه) استفاده نشده باشد، تضعیف و از بین خواهند رفت. در چنین مواردی و بمنظور تقویت (بالا بردن) سیگنال های نوری تضعیف شده از یک یا چندین " تقویت کننده نوری" استفاده میگردد. تقویت کننده نوری از فیبرهای نوری متععدد بهمراه یک روکش خاص دوپینگی[2] تشکیل میگردند. بخش دوپینگ با استفاده از یک لیزر پمپ میگردد . زمانیکه سیگنال تضعیف شده به روکش دوپینگی میرسد ، انرژی ماحصل از لیزر باعث میگردد که مولکول های دوپینگ شده، به لیزر تبدیل میگردند. مولکول های دوپینگ شده در ادامه باعث انعکاس یک سیگنال نوری جدید و قویتر با همان خصایص سیگنال ورودی تضعیف شده، خواهند بود. به این نوع تقویت کننده، تقویت کننده لیزری میگویند. درواقع تقویت کننده نوری یک آمپلی فایر لیزری برای نور ورودی به آن است. برای تقویت در تکرار کنندهها نیز نور باید آشکار سازی شود و فاصله مجاز انتقال با توجه به توان ورودی و توان فیبر مشخص میشود [3].
3-4-دریافت کننده نوری

وظیفه دریافت کننده ، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو دریافت کننده پیام است. دستگاه فوق سیگنال های دیجیتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی ، سیگنا ل های الکتریکی را برای سایر استفاده کنندگان (کامپیوتر ، تلفن و ...) ارسال مینماید. دریافت کننده بمنظور تشخیص نور از یک "فوتودیود بهمنی" و یا "فوتودیود" استفاده می کند [5].
دیود نوری و دیود نوری بهمنی اکثر شرایط آشکار ساز ایده آل را دارند و از آن جمله میتوان به آشکارسازی در پهنای باند مناسب (سرعت کافی) ، نویز کم، پایداری مناسب و ولتاژ مورد نیاز پایین نام برد. شکل (3-2) نمونهای از(PD) فوتو دیود را نشان میدهد [7].
شکل (3-2)- نمونه ای از(PD) فوتو دیود
در فوتو دیود بهمنی به علت پدیده بهمنی جریات الکتریکی افزایش یافته و ممکن است بهره آشکارسازی به 100% هم برسد و آنگاه اگر جنس APD از ژرمانیم باشد طول موج نور آشکار شده حدود 1.7µm و اگر جنس APD از سیلیسیم باشد طول موج نور آشکار شده حدود 0.9µm خواهد بود. شکلهای (3-3) و (3-4) نمونههایی از این نوع دیود را نشان میدهند. در طول موج 0.85µm پاشندگی از بین می رود.وضعیت راندمان آشکارسازها در حالتهای مختلف با توجه به جنس آنها در جدول (3-2) آمده است.
شکل 3-3 - نمونه هایی از(APD) فوتو دیود بهمنی
شکل 3-4- نمونه ای دیگر از(APD) فوتو دیود بهمنی

جدول 3-2- راندمان آشکار سازها

APD
PD
Ge

--------
Si



از کل بحثهای فوق به این نتیجه می رسیم که در مخابرات نوری بیشتر مدوله کردن پالس و شدت نور خروجی مورد استفاده قرار می گیرد که بوسیله تغییرات جریان الکتریکی تزریق شده به داخل منابعی نظیر دیود نور گسیل یا نیمه هادی حاصل میشود .این نور خروجی مدگردانی شده و بوسیله فیبر نوری انتقال داده می شود و در طرف دیگر بوسیله دیود آشکار ساز دمدوله میشود و سیگنال اصلی بازیابی می شود.
در جدول (3-3) مخابرات نوری و مخابرات با سیم با یکدیگر مقایسه شده اند.

جدول 3-3- مقایسه مخابرات نوری و مخابرات با سیم

منبع
مدوله کردن
خط انتقال
گیرنده
فاصله تکرار کننده ها
مخابرات نوری
لیزر نمه هادی یا دیود نور گسیل
مدوله کردن مستقیم
فیبر نوری
APD
400
5-50km
مخابرات
با سیم
نوسان ساز نظیر ترانزیستور
مدوله کردن خارجی
جفت سیم
یا کابل هم محور
دیود
آشکار ساز
400
1-3km

4- مدوله کردن در مخابرات نوری

حال که شمای کلی از مخابرات نوری در دست است بطور ریزتر روی مدوله کردن هایی که در این نوع مخابرات بکار گرفته می شود بحث کرده و به بررسی یکی از آنها می پردازیم . [1]
4-1-مدوله کردن کد پالس (PCM)

این روش یک شیوه کدگذاری دیجیتال سیگنال آنالوگ در مخابرات است به این شکل که ابتدا از پالس مورد نظر نمونه برداری نموده و سپس آنرا کوانتیزه(پاورقی تعریف) مینماییم که حاصل این مرحله اعدادی گسسته و صحیح است ؛ پس به این شیوه سیگنال آنالوگ با اعداد مذکور شناخته می شود و در واقع سیگنال آنالوگ کد شده است . از این کدینگ در تلفن های دیجیتال ،سیستمهای صوتی دیجیتال و برخی پخش کننده های صوت دیجیتال استفاده می شود.
کیفیت این نوع مدوله کردن (PCM) به دو عامل کلی بستگی دارد :
1.سرعت نمونه برداری[3]
2.تعداد سطوح کوانتیزه [4]
نمونه برداری را می توان کلید سادهای دانست که در زمانهایی مشخص قطع و وصل میشود و به فواصل آن سرعت نمونه برداری میگویند. برای نمونه برداری از سیگنال به گونه ای که به ازاء هر مقدار از فرکانس پیوسته، یک فرکانس گسسته داشته باشیم باید فرکانس نمونه برداری بزرگتر یا مساوی دو برابر فرکانس آنالوگ باشد. به این ترتیب کیفیت سیگنال دیجیتال بدست آمده بالاتر میباشد

[1] Cladding

[2] doping

[3] Sampling Rate

[4]
سطوح کوانتیزه
تاثیر سطوح کوانتیزه بر کیفیت مدوله کردن بدین صورت که با افزایش سطوح کوانتیزه سیگنال دیجیتال بهبود مییابد. ضمنا چنانچه یک مبل A to D که B بیتی است داشته باشیم آنگاه می توان بوسیله آن سطح کوانتیزه ایجاد کرد.
اطلاعیت مدوله کردن کد پالس در فیبرهای جند مدی در حافظه ترمینال ارسال کننده سیستم باقی میماند و این اطلاعات بوسیله تحریک یک کلاک پالس خوانده شده و به خطوط انتقال نوری ارسال میشود. [8]
تمام انواع (PCM) های نوری شامل مدار فیلیپ فلاپ میباشد . ورودیهای این F.F یکی تریگر و دیگری خروجی اکولایزر می با شد وخروجی فیلیپ فلاپ به عنوان راه انداز دیود ساتع کننده نور (دیود نوری) مورد استفاده قرار میگیرد. [9], [10]
پس همانگونه که قبلا نیز ذکر شد برای تقویت سیگنال در مسیر انتفال بایستی دیتا آشکار شود و سپس آنرا تقویت کرد و برای آشکار سازی ابتدا سیگنال باید دمدوله شود و بعد از تقویت مجددا مدوله شده و وارد فیبر شود و در مسیر انتقال قرار گیرد.
4-1-1-کنترل صحت کدهای ارسالی

حداقل یکی از فیبرهای نوری که برای انتقال دیتا استفاده می شود بصورت بیتی چک می شود به این صورت که ترمینال اطلاعات دیتا را بصورت بیتی( 0یا 1)روی فیبر مذکور قرار می دهد . در تکرار کننده ها اطلاعات ارسالی توسط چک بیت کنترل می شود؛ بسته به اینکه نوع کدینگ زوج یا فرد باشد ؛اگر اطلاعات دریافت شده مغایرتی با اطلاعات ارسالی داشته باشد چک بیت آنرا نشان داده و ترمینال ارسال خطا را تشخیص خواهد داد و به بر طرف کردن خطا می پردازد [8]
در ادامه تحقیق به بررسی دقیق تر این نوع مدوله کردن ؛ کاربردهای آن و مشکلات استفاده از آن و برخی نکات دیگر خواهیم پرداخت.


5-نتیجه:
با توجه به ارزانی ، قابل حمل بودن و انعطاف پذیری و دیگر مزایای فیبر نوری سالهاست که از آن در صنعت مخابرات استفاده می شود. اما در این راه محدودیت هایی نیز وجود دارد که بر آنیم تا با چندی از آن آشنا گردیم.

شما در این قسمت با ابزار الات زیر اشنا می شوید
پچ پنل فیبر نوری
پچ کورد فیبر نوری
آداپتور فیبر نوری
کیف ابزار فیبر نوری
فیوژن
پچ پنل فیبر نوری

محفظه ای است قابل نصب در رک که اتصالات فیبر نوری را نگهداری می کند.





پچ کورد فیبر نوری

برای اتصال بین پچ پنل فیبر نوری و سوئیچ شبکه از پچ کورد استفاده می کنیم. این پچ کوردها بایستی متناسب با فیبر نوری انتخاب شوند. مثلا پچ کورد سینگل مود برای فیبر سینگل مود و پچ کورد مالتی مود برای فیبر مالتی مود. پچ کورد ها دارای کانکتورهای مختلفی هستند که در کارخانه بر روی آنها نصب شده است . مانند : MT – Rj و LC و SC و ST و VF – 45 . بر حسب کاربرد در برخی پچ کوردها کانکتور های یک سر پچ کورد با سر دیگر متفاوت است، برای مصارفگوناگون مثلا پچ کورد : SC به LC و ... پچ کوردها معمولاً دارای قابلیت انعطاف بسیار بالایی هستند و براحتی نمی شکنند. طول این پچ کوردها معمولا 1 ، 2 ، 3 ، 5 و 10 متر می باشد.


کانکتورهای فیبر نوری
کانکتور فیبر نوری بر روی فیبر نوری توسط ابزارهای خاص نصب می شود و امکان انتقال داده را به ما می دهد . برخی از انواع این کانکتورها عبارتند از MT – Rj و LC و SC و ST که به دو گروه مالتی مود و سینگل مود نیز تقسیم می شوند.

 


آداپتور فیبر نوری
آداپتور فیبر نوری واسط بین فیبر نوری که کانکتور بر روی آن نصب شده و پچ کورد فیبر نوری می باشد . این آداپتور عموما داخل پچ پنل مخصوص فیبر قرار می گیرد . و انواع مختلف آن متناسب با نوع کانکتور بصورت 2 پورت Duplex یا تک پورت Simplex وجود دارد .


کیف ابزار فیبر نوری
کیف ابزار فیبر نوری مخصوص نصب کانکتورهای فیبر است .


فیوژن
دستگاه فیوژن برای اتصال فیبرنوری بکارمی رود.

[ دوشنبه ۱۳٩۱/۱۱/٢ ] [ ۸:۳٥ ‎ق.ظ ] [ فرزانه فاضل زاده ]
.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

سلام "فاضل زاده هستم دبیرفیزیک: اعتقاد هم افزایی مثبت دارم .برخی مطالب‘مقالات و برنامه های مربوط به آموزش فیزیک را برای دانش اموزان وعلاقه مندان فیزیک قرار میدهم امید است برای شما عزیزان مفید باشد
RSS Feed


دانلود آهنگ جاده یک طرفه فریبرز لاچینی

كد ماوس

كد ماوس

فال حافظ


استخاره آنلاین با قرآن کریم


تعبیر خواب آنلاین