کاربرد فیبرهای نوری در زندگی روزمره

فیبر نوری موجبر استوانه‌ای-شکل است که در کاربردهای مختلفی مانند ارتباطات، سرگرمی، ساخت‌وساز، دکوراسیون، پزشکی، مراقبت‌های بهداشتی، تحقیق، توسعه و غیره استفاده می‌شود.

موادی که عموماً برای ساخت فیبرهای نوری استفاده می شوند عبارتند از سیلیس، شیشه و پلاستیک. فیبرهای نوری از نظر اندازه کمی ضخیم تر و تقریباً ضخیم تر از قطر موی انسان هستند.

می توان آن را به طور کلی بر اساس نوع ماده مورد استفاده، ضریب شکست هسته و روکش و نحوه انتشار نور به سه نوع اصلی طبقه بندی کرد. برخی از رایج ترین انواع فیبرهای نوری عبارتند از: فیبر نوری استپ-فیبر نوری شاخص، درجه بندی شده-فیبر نوری شاخص، فیبر نوری پلاستیکی، فیبر نوری شیشه ای، فیبر نوری سیلیکونی، فیبر نوری تک حالته-و فیبر نوری چند حالته.

فیبرهای نوری سودمند هستند زیرا انعطاف پذیر، سبک، باریک و غیر قابل اشتعال هستند. علاوه بر این، در زندگی واقعی، محدودیت‌های خاصی در استفاده از فیبرهای نوری برای کاربردهای مختلف وجود دارد، زیرا فیبرهای نوری به اندازه سیم‌های سنتی قوی نیستند، به شدت مستعد فرورفتگی هستند و در صورت خم شدن بیش از حد به راحتی می‌شکنند. علاوه بر این، هزینه های ساخت و نصب کابل های فیبر نوری بسیار بیشتر از کابل های مسی یا آلومینیومی است. کابل های فیبر نوری شیشه ای بسیار شکننده هستند. آنها به سطح بالایی از نگهداری و مراقبت نیاز دارند.

کاربردهای مختلف زندگی روزمره برای عملکرد اصلی خود به فیبرهای نوری متکی هستند.

1. سیستم های ارتباطی

سیستم ارتباطی فیبر نوری شامل انتقال اطلاعات از مبدا به مقصد در قالب پالس سیگنال های نور مادون قرمز است.

این روش ارتباطی برای ارتباطات از راه دور و از راه دور مناسب است و به کاربران امکان می دهد سیگنال های مختلفی از جمله سیگنال های صوتی، تصویری، داده و تله متری را مبادله کنند. عناصر یک سیستم ارتباطی فیبر نوری شامل مدار فرستنده، منابع نور، آشکارسازهای نوری و مدار گیرنده است.

دیودهای ساطع کننده نور یا نور لیزر منابع ترجیحی برای انتقال سیگنال در ارتباطات فیبر نوری هستند. در مقابل، دیودهای اتصال PN و دیودهای بهمن، آشکارسازهای نوری ترجیحی برای اهداف دریافت و تشخیص هستند.

سیستم ارتباطی فیبر نوری به طور کلی نسبت به سایر حالت‌های ارتباطی ترجیح داده می‌شود، زیرا ثابت می‌کند که قابل اعتماد است و حداقل احتمال تاثیر سیگنال ورودی توسط تداخل الکترومغناطیسی را ارائه می‌دهد. همچنین، سیستم ارتباطی مبتنی بر فیبر نوری{1}} پهنای باند قابل توجهی دارد، شانس کمتری برای تخریب سیگنال دارد، امنیت داده بالایی را فراهم می‌کند، نسبتاً مقرون به صرفه است و انرژی کمتری مصرف می‌کند.

2. تجهیزات پزشکی

فیبرهای نوری به طور گسترده در تجهیزات پزشکی مختلف و ماشین های آزمایشگاهی تحقیقاتی استفاده می شود. به عنوان مثال، آندوسکوپ، اتوسکوپ، افتالموسکوپ و غیره، برخی از ابزارهای تشخیصی پزشکی هستند که برای عملکرد کلی خود به فیبرهای نوری متکی هستند.

فیبرهای نوری معمولاً برای کاربردهای تشخیصی و درمانی پزشکی ترجیح داده می‌شوند، زیرا هیچ عوارض جانبی و پیامدهای مضری ندارند، انعطاف‌پذیر هستند، سطح بسیار کمتری دارند و تشعشعات سمی ساطع نمی‌کنند. به غیر از کاربردهای تشخیصی و درمانی، فیبرهای نوری می توانند برای کاربردهای تحقیقاتی در بخش میکروبیولوژی و زیست پزشکی نیز استفاده شوند.

3. اینترنت

اینترنت یکی از نمونه‌های بارز برنامه‌های کاربردی واقعی- است که از فیبرهای نوری استفاده می‌کند. فیبرهای نوری می توانند حجم زیادی از داده ها را در زمان نسبتاً کمتری از مکانی به مکان دیگر منتقل کنند.

سرعت بالای انتقال داده، انعطاف پذیری، ماهیت سبک وزن و توانایی حمل آسان داده های حجیم، فیبرهای نوری را برای کابل های اینترنت به جای سیم های مسی سنتی مناسب می کند.

4. صنعت خودرو

صنعت خودرو از فیبرهای نوری برای روشنایی فضای داخلی خودروها استفاده می کند. این به این دلیل است که فیبرهای نوری فضای زیادی را مصرف نمی کنند، نور روشن ساطع می کنند، می توانند به طور انعطاف پذیر در ساختار مکانیکی خودرو مستقر شوند، مقرون به صرفه هستند، انرژی زیادی مصرف نمی کنند، حداقل شانس خراب شدن سیگنال و نشت را دارند، طول عمر قابل توجهی بیشتری دارند و نیازی به تعمیر و نگهداری مکرر ندارند.

علاوه بر کاربردهای روشنایی داخلی، صنعت خودرو همچنین ممکن است از فیبرهای نوری در لامپ های بیرونی خودرو استفاده کند. همچنین می توان از فیبرهای نوری در یک سیستم برای اهداف ارتباطی استفاده کرد. به عنوان مثال، در صورت تصادف، شبکه فیبرهای نوری می تواند برای انتقال سیگنال تولید شده توسط آشکارساز برخورد یا سنسور به مدار داخلی خودرو استفاده شود و به فعال شدن سریع سیستم کنترل کشش و کیسه هوا کمک می کند.

استفاده از فیبرهای نوری برای ارتباط بین بخش‌های مختلف یک وسیله نقلیه مفید است زیرا سیگنال نوری با سرعت نور حرکت می‌کند و در نتیجه زمان پاسخگویی سیستم‌های کنترل را بهبود می‌بخشد.

5. تلفن

اتصال تلفنی محلی در ساختمان، شهر یا کشور و اتصال تلفنی جهانی در میان کاربران در کشورهای مختلف معمولاً بر اصل کار اولیه فیبرهای نوری متکی است.

کابل‌های فیبر نوری برای ارتباطات سلولی به هم متصل شده و در زیر زمین یا زیر سطح دریا قرار می‌گیرند. این امر امنیت سیگنال را افزایش می دهد، زیرا داده های جاری کمتر در معرض تداخل الکترومغناطیسی وارد شده توسط سایر امواج الکترومغناطیسی در محیط هستند.

اتصال تلفنی مبتنی بر فیبر نوری{0}}به کاربران امکان می‌دهد در کسری از ثانیه به یکدیگر متصل شوند زیرا سیگنال نوری با سرعت نور جریان دارد. همچنین، این سیستم ارتباطی مسائل مربوط به لید و تاخیر را حذف می‌کند و به هر دو طرف اجازه می‌دهد تا مکالمه واضحی را با اعوجاج کم یا بدون انحراف داشته باشند.

عیب استفاده از فیبرهای نوری برای ارتباطات تلفنی این است که کابل‌ها به دلیل تغییر شکل‌های موجود در زیر زمین در معرض خمیدگی‌های میکرو هستند و ممکن است کیفیت یا محتوای سیگنال را مختل کنند.

6. دستگاه های بازرسی

فیبر نوری برای مهندسان بازرسی و تعمیر و نگهداری بسیار کاربرد دارد. دلیلش این است که کابل‌های فیبر نوری انعطاف‌پذیر هستند و می‌توان از آنها برای بازرسی--مکان‌ها استفاده کرد. طراحی تجهیزات بازرسی بسته به نوع منطقه ای که در آن اجرا می شود متفاوت است. برای مثال، یکی از محبوب‌ترین دستگاه‌های بازرسی مبتنی بر فیبر نوری از یک دوربین کوچک نصب شده بر روی یک لوله فیبر{7}}نوری بلند و انعطاف‌پذیر ساخته شده از سیلیس، پلاستیک یا شیشه استفاده می‌کند.

مجموعه‌ای از دوربین‌ها و لوله‌ها در داخل منطقه قرار می‌گیرند تا فرآیند بازرسی را آغاز کنند. دوربین های فیلمبرداری تمایل دارند اطلاعات بصری را ضبط کرده و به کابل های فیبر نوری منتقل کنند. سپس تکنسین یا مهندس اطلاعات دستگاه نمایشگر را به دست می آورد.

از مزایای استفاده از فیبر نوری برای بازرسی می توان به انعطاف پذیری بیشتر، میدان دید بهتر، حداقل تلفات یا آسیب سیگنال، انتقال سریعتر اطلاعات و موارد دیگر اشاره کرد.

7. برنامه های نظامی

داده هایی که با کمک فیبر نوری منتقل می شوند از امنیت بالایی برخوردار هستند و فقط کاربران احراز هویت شده می توانند به آن دسترسی داشته باشند. از آنجایی که تمرکز اصلی برنامه های نظامی امنیت داده ها و حفظ حریم خصوصی است، این ویژگی منحصر به فرد فیبر نوری می تواند در بسیاری از برنامه های نظامی مورد بهره برداری قرار گیرد.

هر سه کاربرد نظامی، یعنی ارتش، نیروی دریایی و هوافضا از فیبرهای نوری برای ایجاد یک کانال مشترک بین ایستگاه ها برای تبادل اطلاعات و تجزیه و تحلیل داده ها استفاده می کنند. برخی از کاربردهای برجسته فیبر نوری در ارتش شامل سیستم های اویونیک و کنترل ماموریت، تبادل اطلاعات ماموریت با سرعت بالا، برنامه ریزی پرواز، ترکیب داده های حسگر، کنترل عملکرد سیستم های تسلیحاتی و غیره است.

8. کاربردهای فضایی

برخی از برنامه‌های فضایی مانند ارتباطات ماهواره‌ای، سنجش از راه دور، سیستم‌های لیزری{0} با قدرت بالا، تصویربرداری چندطیفی و فراطیفی، ارتباطات داده‌های نوری، لیدار، نظارت و تجزیه و تحلیل جو و غیره، برای عملکرد خود به فیبرهای نوری متکی هستند.

این به این دلیل است که فیبر نوری خطر تداخل را به حداقل می‌رساند، حداکثر پهنای باند را ممکن می‌سازد، و سیستم را مقرون به صرفه، انعطاف‌پذیر، ساده و سبک می‌کند.

9. تلویزیون کابلی

تلویزیون کابلی از شبکه ای از کابل های فیبر نوری برای انتقال سیگنال تلویزیون کابلی از یک منبع به چندین مقصد استفاده می کند. پهنای باند بالا و سرعت انتقال کابل های فیبر نوری اغلب در برنامه های تلویزیون کابلی استفاده می شود.

علاوه بر این، استفاده از فیبرهای نوری به جای سیم‌های مسی سنتی سودمند است زیرا ساخت، استقرار و نگهداری آنها نسبتاً ارزان‌تر است.

سوالات متداول

1. رایج ترین کاربردهای فیبر نوری چیست؟
ارتباطات، اینترنت، پزشکی، خودرو، تلفن، دستگاه های بازرسی، ارتش، فضا و تلویزیون کابلی.

2. چرا فیبر نوری برای ارتباط بهتر از کابل های مسی است؟
پهنای باند بالاتر، سرعت سریعتر، از دست دادن سیگنال کمتر و مصونیت در برابر تداخل الکترومغناطیسی را ارائه می دهد.

3. فیبر نوری چگونه در زمینه پزشکی استفاده می شود؟
در آندوسکوپ ها، اتوسکوپ ها و لیزرهای جراحی برای تشخیص و درمان به دلیل انعطاف پذیری و ایمنی.

4. فناوری فیبر نوری چه نقشی در صنعت خودرو دارد؟
برای روشنایی، سیستم های اطلاعات سرگرمی، سنسورهای برخورد و انتقال سریع سیگنال بین سیستم های خودرو استفاده می شود.

5. فیبر نوری چگونه در سیستم های نظامی کاربرد دارد؟
برای ارتباطات ایمن، اویونیک، کنترل ماموریت، همجوشی حسگرها و عملیات سیستم تسلیحاتی.

6. چرا کابل فیبر نوری برای اتصال به اینترنت مهم است؟
حجم زیادی از داده را به سرعت، با تأخیر کم و کمترین تخریب سیگنال ارسال می کند.

7. فیبر نوری چه مزایایی برای کاربردهای فضایی دارد؟
سبک وزن،-پهنای باند بالا و عملکرد بدون تداخل-برای ماهواره ها، سیستم های سنجش و لیزر.

8. آیا هزینه فیبر نوری{1}}در مقایسه با کابل های سنتی موثر است؟
اگرچه هزینه‌های نصب بالاتر است، اما مزایای بلندمدت مانند دوام، پهنای باند و کارایی، هزینه‌های کلی را کاهش می‌دهد.