کابل فیبر نوری چیست؟

همه چیز درباره قلب شبکه‌های مدرن با نگاه تخصصی میکروتلکام

مقدمه: چرا فیبر نوری؟

در عصر دیجیتال، حجم داده‌ای که روزانه در جهان منتقل می‌شود سرسام‌آور است؛ تماشای فیلم 4K، ویدیوکنفرانس، اینترنت اشیا، بانکداری آنلاین، هوش مصنوعی، شهرهای هوشمند و صدها کاربرد دیگر، تنها با یک شاهراه ارتباطی فوق‌پیشرفته ممکن است: کابل فیبر نوری.

در این مقاله با زبان ساده اما علمی، هرآنچه باید درباره ساختار، تاریخچه، اصول عملکرد، انواع، مزایا و نقش کابل فیبر نوری در شبکه‌ها بدانید، با الهام از تجربه و راهکارهای میکروتلکام بیان شده است.

بخش اول: تعریف و ساختار کابل فیبر نوری

فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری (Optical Fiber) در واقع یک رشته بسیار نازک از شیشه یا پلاستیک است (اغلب ضخامتی کمتر از موی انسان)، که امکان انتقال اطلاعات را با سرعت فوق‌العاده بالا و به شکل نور فراهم می‌کند.

وقتی این رشته‌های ظریف در کنار هم قرار بگیرند و با لایه‌های حفاظتی مقاوم پوشانده شوند، به چیزی که ما آن را کابل فیبر نوری می‌گوییم بدل می‌شوند.

ساختار جزء به جزء کابل فیبر نوری:

1. هسته (Core):

   مرکز کابل؛ محیط عبور پالس‌های نوری. اندازه‌ و جنس این بخش تعیین‌کننده نوع و کیفیت کابل است.

2. روکش (Cladding):

   لایه‌ای شیشه‌ای یا پلاستیکی که هسته را احاطه کرده و با اختلاف ضریب شکست، نور را به طور کامل در هسته نگه می‌دارد (پدیده «بازتاب داخلی کامل»).

3. پوشش اولیه (Primary Coating):

   روکش پلیمری منعطف و محافظ که از فیبر در برابر خراش، رطوبت و ضربه‌های کوچک محافظت می‌کند.

4. بافر (Buffer) و پوشش ثانویه:

   لایه‌ای مستحکم‌تر که مقاومت مکانیکی کابل را افزایش داده و اغلب رنگ‌آمیزی می‌شود تا هر تار در کابل به راحتی قابل شناسایی باشد.

5. غلاف/ژاکت بیرونی (Jacket):

   لایه خارجی مقاوم در برابر آتش، ضربه، مواد شیمیایی، نور فرابنفش، جوندگان و خم‌شدگی. جنس آن براساس محل نصب و شرایط محیطی متفاوت است (PVC، PE، LSZH و غیره).

6. عناصر مقاومتی (Strength Members):

   رشته‌های فلزی، الیاف آرامیدی (مانند Kevlar) یا شیشه‌ای برای محافظت در برابر کشش و پارگی در حین نصب و بهره‌برداری.

7. لایه‌های ویژه (اختیاری):

   آرمورینگ فولادی، لایه ضد آب، جاذب رطوبت، عناصر ضد جوندگی و فیلرها برای انواع محیط‌های سخت (زیرزمینی، هوایی، دریایی، صنعتی و…).

بخش دوم: اصول علمی عملکرد کابل فیبر نوری

انتقال داده با سرعت نور—اما چگونه؟

در کابل فیبر نوری، داده‌ها به شکل پالس‌های نور لیزر یا LED تبدیل شده و از درون هسته حرکت می‌کنند. به لطف تضاد ضریب شکست میان هسته و روکش، نور دائم در مسیر مستقیم نمی‌رود بلکه “در هسته محبوس” شده، منعکس می‌شود و حتی در مسیرهای پیچیده و طولانی، بدون خروج از فیبر تا مقصد می‌رسد.

این فرایند سبب می‌شود داده‌ها با سرعتی نزدیک به نور، کم‌ترین تضعیف و بیش‌ترین امنیت در شبکه منتقل شوند.

طبقه‌بندی اصلی فیبرها از نظر عملکرد:

• تک‌مد (Single Mode):

  هسته باریک (حدود ۹ میکرون)، ارسال سیگنال با لیزر، مناسب مسافت‌های طولانی (ده‌ها تا صدها کیلومتر)، پهنای باند بی‌انتها، حداقل تضعیف و اعوجاج

• چندمد (Multi Mode):

  هسته بزرگ‌تر (۵۰ یا ۶۲.۵ میکرون)، استفاده از LED، مناسب فواصل کوتاه (تا چند کیلومتر)، نصب ساده‌تر، هزینه کمتر، برای شبکه‌های ساختمانی/سازمانی

فناوری انتقال پیشرفته:

• Multiplexing (WDM):ارسال همزمان چندین طول موج نور در یک فیبر برای افزایش ظرفیت شبکه بدون افزایش کابل

بخش سوم: مزایای کابل فیبر نوری نسبت به کابل‌های مسی

• سرعت بی‌همتا: انتقال داده با سرعتی تا چند صد برابر بیشتر از کابل‌های مسی (۱۰ گیگابیت/ثانیه و بیشتر)
• پهنای باند فوق‌العاده: اتصال صدها یا هزاران کاربر همزمان بدون کاهش محسوس کیفیت
• افت سیگنال بسیار کم: مسیرهای انتقال طولانی‌تر بدون تقویت‌کننده‌های متعدد
• مصونیت در برابر نویز و تداخل الکترومغناطیسی (EMI): کمال مطلوب در محیط‌های صنعتی یا نزدیک به تجهیزات برق قدرت
• امنیت انتقال: دسترسی غیرمجاز، سرقت داده و شنود تقریبا غیرممکن است
• دوام و طول عمر بسیار بالا: سال‌ها کارکرد بی‌وقفه، نیاز پایین به نگهداری و تعمیر

بخش چهارم: انواع کابل فیبر نوری از نظر کاربرد و محیط اجرا

1. کابل‌های Indoor (داخلی):انعطاف‌پذیر، سبک، با غلاف ضدحریق و مناسب نصب در ساختمان‌ها و رک‌ها
2. کابل‌های Outdoor (خارجی/داکتی):مقاوم در برابر رطوبت، نور خورشید، سرما یا گرمای شدید و جوندگان
3. کابل کانالی (Duct Fiber):مناسب نصب در مجرا یا کانال‌های زیرزمینی، غالباً با آرمورینگ فولادی
4. کابل دفنی مستقیم (Direct Burial):برای دفن مستقیم در خاک، مجهز به پوشش ضد جوندگی و مقاوم شیمیایی
5. کابل‌های هوایی (Aerial):دارای سیم تقویت کششی برای نصب روی تیرهای برق یا مخابرات
6. کابل زیر دریایی:موجود در پروژه‌های اینترنت بین‌قاره‌ای، مقاوم در شرایط فشار و عمق آب

بخش پنجم: تاریخچه فیبر نوری در جهان و ایران

• ایده اولیه، دوران قرن ۱۹ با آزمایش هدایت نور در آب، کانال و آینه
• پیشگامانی مثل Colladon، Babinet و در نهایت Bell با اختراع فوتوفون (۱۸۸۰)
• پررنگ شدن علم امواج نور با اختراع لیزر (۱۹۶۰)
• نخستین فیبر نوری تجاری توسط Corning (آمریکا) در ۱۹۷۰: تضعیف کمتر از ۲۰dB/km
• رشد نجومی شبکه‌های مخابرات فیبرنوری جهان از دهه ۸۰ میلادی به بعد
• آغاز پروژه‌های فیبر نوری در ایران از دهه ۶۰، افتتاح خط یزد و تهران ـ کرج، توسعه شهر به شهر و افزایش ظرفیت شبکه ملی فیبر نوری به هزاران کیلومتر طی دو دهه اخیر