فهرست مطالب :

مقدمه                                                                                                                                      1

فصل¬اول : آشنایی با فیبرنوری                                                                                                                         3

1-1- تاریخچه¬ی فیبرنوری                                                                                                                             4 

1-2- مزایای تارهای نوری                                                                                                                              5 

      1-2-1- قیمت ¬پایین                                                                                                                              5

     1-2-2- استحکام کششی مناسب                                                                                                               5 

     1-2-3- پهنای باند وسیع                                                                                                                         5

     1-2-4- محافظت در مقابل تداخل و تزویج                                                                                                    6

     1-2-5 ایزولاسیون کامل الکتریکی                                                                                                              6

     1 -2-6- امنیت                                                                                                                                     6

     1-2-7- مصونیت در مقابل خوردگی                                                                                                            7

     1-2-8- غیرقابل اشتعال بودن                                                                                                                   7 

     1-2-9- وزن کم و قطرکوچک                                                                                                                   7

     1-2-10- اتلاف پایین                                                                                                                             7    

     1-2-11- نصب و نگهداری آسان¬تر                                                                                                            8

     1-2-12- فرستنده¬هایی با قیمت کمتر                                                                                                       8          

     1-2-13- انعطاف پذیری                                                                                                                        8

1-3- کاربردهای مخابرات تارنوری                                                                                                                 9           

 

فصل¬دوم : فیزیک موجبرهای نوری                                                                                                                16

1-2- طبیعت نور                                                                                                                                       17

     2-1-1- تعاریف و قوانین نور                                                                                                                    17

     2-1-1-1- ضریب شکست                                                                                                                      17

     2-1-1-2- پدیده¬های تابش ، انعکاس و انکسار                                                                                              19

     2-1-1-3- قوانین اسنل                                                                                                                         20

     2-1-1-4- حالت¬های مختلف تابش نور در دو محیط مختلف(N1>N2)                                                              21

2-2- انتقال نور در فیبرنوری                                                                                                                        22

     2-2-1- طیف الکترومغناطیسی                                                                                                                22

     2-2-2- زاویه¬ی پذیرش                                                                                                                        24

     2-2-3- انتشارنور با استفاده از شعاع نوری(نورهندسی)                                                                                   24

     2-2-4- انتشارنور با استفاده از آنالیزمدی(نورموجی)                                                                                      25

     2-2-5- تئوری مد در فیبرنوری                                                                                                               25

 

فصل¬سوم : چگونگی انتقال                                                                                                                         26

3-1- چگونگی انتقال                                                                                                                                 27

   3-1-1- منشاء پیام                                                                                                                                27

     3-1-2- مدولاتور                                                                                                                                 28

     3-1-3- منبع موج حامل                                                                                                                        28

     3-1-4- تزویج¬کننده¬های کانال(ورودی)                                                                                                       29

     3-1-5- کانال ارتباطی                                                                                                                           29

     3-1-6- تزویج¬کننده¬های کانال(خروجی)                                                                                                     30

     3-1-7- آشکارساز                                                                                                                                30

     3-1-8- پردازشگرسیگنال                                                                                                                       30

     3-1-9- پیام خروجی                                                                                                                            31

3-2- عناصرخط انتقال فیبرنوری                                                                                                                   32

    3-2-1- رابطه¬ی توزیع¬کننده¬ی داده¬ها در شبکه¬ی فیبرنوری( FDDI)                                                                  33

     3-2-2- شبکه¬ی نوری سنکرون(SONET)                                                                                                34

          3-2-2-1- مشخصات SONET                                                                                                         35

     3-2-3-فرستنده¬های نوری                                                                                                                      35

           3-2-3-1- ویژگی¬های منابع نور مورداستفاده در سیستم¬های نوری                                                               35

           3-2-3-2- تفاوت نور لیزر و نورمعمولی                                                                                                37

           3-2-3-3- خصوصیات دیودمنتشرکننده¬ی نور                                                                                        38

           3-2-3-4- خصوصیات دیودلیزری                                                                                                      38

    3-2-4- آشکارسازهای نوری(OPTICAL DETECTOR)                                                                          38

 

 

فصل چهارم : ساختمان فیبرنوری                                                                                                                40

4- ساختمان فیبرنوری                                                                                                                              41

  4-2- شیمی موجبرهای نوری                                                                                                                   41

     4-2-1- شیشه شیلیکای گداخته                                                                                                            41

     4-2-2- تولید شیشه سیلیکای گداخته                                                                                                     44

     4-2-3- خصوصیات ماده                                                                                                                       45

 4-3- انواع فیبرنوری                                                                                                                                46

     4-3-1- انواع کابل فیبرنوری ازنظرشیوه¬ی انتقال                                                                                          46

         4-3-1-1- فیبرچندحالته                                                                                                                  47

             4-3-1-1-1- انواع فیبرهای چندحالته                                                                                              47 

        4-3-1-2- فیبرتک حالته                                                                                                                   48

      4-3-2- انواع کابل فیبرنوری ازنظر حفاظت                                                                                                49

          4-3-2-1- LOSS BUFFER                                                                                                       49

          4-3-2-2- TIGHT BUFFER                                                                                                     50

     4-3-3- انواع کابل فیبرنوری از نظر روکش                                                                                                 50

        4-3-3-1- IN DOOR                                                                                                                    51

        4-3-3-2- OUT DOOR                                                                                                                52

        4-3-3-3- IN DOOR – OUT DOOR                                                                                            52

   4-3-4- انواع کابل فیبرنوری ازنظر ماده¬ی سازنده                                                                                             53

       4-3-4-1- کابل فیبرنوری شیشه¬ای                                                                                                     53

       4-3-4-2- کابل فیبرنوری پلاستیکی                                                                                                    54

       4-3-4-2-1- کاربردهای کابل فیبرنوری پلاستیکی                                                                                   57

   4-3-4-3- کابل نوری با پوشش پلیمرسخت                                                                                                58

      4-3-4-3-1- خصوصیات کابل فیبرنوری با پوشش پلیمر سخت                                                                     59

 4-4- تکنولوژی ساخت                                                                                                                            59

     4-4-1- روش بوته مضاعف                                                                                                                   60

     4-4-2- سیلیس رسوب یافته¬ی دپ¬شده(DDS)                                                                                        60

        4-4-2-1- رسوب بیرونی                                                                                                                  61

        4-4-2-2- رسوب محوری                                                                                                                 62

        4-4-2-3- رسوب داخلی                                                                                                                  63

 4-4-3- کشیدن تار                                                                                                                               65

     4-4-3-1- سیلیس پوشش شده با پلاستیک                                                                                             66

 

 

فصل پنجم : طراحی شبکه¬ی کابل                                                                                                             67

 5- طراحی شبکه¬ی کابل                                                                                                                         68

   5-1- جنبه¬های طراحی مکانیکی                                                                                                             68

   5-2- تزویج کننده                                                                                                                               69

      5-2-1- تزویج عدسی                                                                                                                        70

      5-2-2- تزویج سربه¬سر                                                                                                                      71

  5-3- اتصال دو فیبر به صورت دائمی(SPLICE)                                                                                          72

     5-3-1- اتصال دائمی دو فیبر به روش همجوشی                                                                                        73

     5-3-2- اتصال دائمی دو فیبر به روش قفل شدن                                                                                       74

 

نتیجه¬گیری                                                                                                                                                               75

خلاصه                                                                                                                                                                      78                                                                                                                                              

پیوست¬ها                                                                                                                                                                  80                                                                                                                                                                        

فهرست منابع                                                                                                                                                          106                                                                                                                                           

فهرست شکل¬ها :

 

فصل اول

  شکل 1-1 صوت سنج زیردریایی                                                                                                              12

 

فصل دوم

 شکل 2-1 نمایش موج کروی ، صفحه¬ای و شعاع¬های نوری                                                                               18

 شکل 2-2 پدیده¬های تابش ، انعکاس و انکسار                                                                                               20

 شکل 2-3 نمایش زوایای تابش و شکست در حالت¬های گوناگون                                                                         21

 شکل 2-4 طیف امواج الکترومغناطیسی                                                                                                      23

 شکل 2-5 انواع قطبش                                                                                                                          24

 

فصل سوم

 شکل 3-1 جزئیات یک سیستم مخابراتی                                                                                                     27

 شکل 3-2 حلقه SONET های شبکه                                                                                                        34

 شکل 3-3 دیودهای لیزری                                                                                                                       38

 شکل 3-4 فتودیود نیمه¬هادی                                                                                                                    39

 

 

فصل چهارم

 شکل 4-1 چسبندگی شیشه سیلیکای گداخته                                                                                              43

 شکل 4-2 ضریب شکست SIO2 با مواد تغلیظ کننده¬ی مختلف                                                                         44

 شکل 4-3 فیبرچندحالته با ضریب شکست پله¬ای                                                                                            47

شکل 4-4 فیبر چندحالته با ضریب شکست تدریجی                                                                                         48

 شکل 4-5 فیبرتک حالته                                                                                                                         49

شکل 4-6 TIGHT BUFFER  و LOSS BUFFER                                                                                50

شکل 4-7 دو نمونه از کابل¬های IN DOOR                                                                                                 51

 شکل 4-8 دو نمونه از کابل¬های OUT DOOR                                                                                            52

  شکل 4-9 چهارنمونه از کابل¬های IN DOOR – OUT DOOR                                                                    53

 شکل 4-10 اجزاء فیبرنوری شیشه¬ای                                                                                                           54

 شکل 4-11 مقایسه¬ی اندازه¬ی POF با سایر فیبرهای نوری                                                                                55

 شکل4-12 مقایسه¬ی وزن POF  با سایر کابل¬های شبکه                                                                                  56

 شکل 4-13 طول موج POF                                                                                                                     57

  شکل 4-14 ساختار فیبرنوری H-PCF                                                                                                        59

 شکل 4-15 فرآیند ساختار تار با روش بوته مضاعف                                                                                           60

 شکل 4-16 رسوب¬دهی بخار شیمیایی بیرونی (CVD بیرونی)                                                                             62

 شکل 4-17 رسوب¬دهی بخارمحوری                                                                                                             63

 شکل 4-18 CVD اصلاح شده                                                                                                             64

 شکل 4-19 MCVD غنی¬شده با پلاسما                                                                                                 64

 شکل 4-20 سیستم کشیدن و پوشش دادن تار                                                                                           65

 

 

فصل پنجم

 شکل 5-1 اساس تزویج لنزی                                                                                                                 70

 شکل 5-2 اساس تزویج سربه¬سر                                                                                                              70

 شکل 5-3 (A) جابه¬جایی محورتارها ، (B) ناهم¬محوری زاویه¬ای تارها ، (C) جدایی سرهای انتهایی تارها                      71

شکل 5-4 چندنمونه از اتصال دائم                                                                                                             72

 شکل 5-5 دو نمونه دستگاه FUSION SPLICER                                                                                   73

 شکل 5-6 یک نوع دستگاه FUSION SPLICER                                                                                    73

 شکل 5-7 دستگاه FIBR LOCK ساخت شرکت 3M                                                                                74

 

فهرست جدول¬ها :

 

فصل اول

 جدول 1-1 کاربردهای تارنوری                                                                                                        13

 

 

فصل دوم

 جدول 2-1 ضریب شکست اجسام                                                                                                     19

 

 

فصل چهارم

جدول 4-1 تعریف چندین مقدار درجه حرارت برای شیشه سیلیکای گداخته با   LOGŋ                                      43

جدول 4-2 مشخصات شیشه سیلیکای گداخته                                                                                     46

 

مقدمه:

طی سال¬ها ، تکنولوژی جدیدی در زمینه¬ی ارسال مخابرات از طریق کابل¬ها ، به شکل فراینده مورد پذیرش واقع شده¬است. در این¬جا ، سیگنال¬ها بر خلاف تکنولوژی کابل¬مسی ، به کمک موجبرهایی موسوم به تارهای¬نوری ، به شکل نوری ارسال می¬شوند. این پدیده با دستیابی به اجزای نیمه¬هادی مناسبی نظیر لیزرها ، دیودهای نور گسیل و دیودهای نوری توسعه یافت. همزمان با آن ، به¬منظور تأمین نیاز¬های تکنولوژی تارنوری، در سیستم¬های انتقال¬رقمی موجود نیز پیشرفت حاصل شد.

در دو دهه¬ی اخیر ،مخابرات¬نوری از طریق کابل¬های تارنوری، رقیبی عمده برای سیستم¬های گذشته و موجود مخابراتی شده¬است. با توانایی محیط انتقال تارنوری در ارسال اطلاعات با ظرفیت بالا و قدرت فرستنده¬ی کم، این روند در سال¬های آتی ادامه خواهدیافت، به¬نحوی که با گذشت زمان وپیشرفت تکنولوژی ، سیستم مخابرات تارنوری ، جایگاه والاتری در شبکه¬ی مخابراتی آتی خواهد¬داشت.

این سیستم در چند سال اخیر وارد شبکه¬ی مخابراتی ایران نیز شده و کاربرد آن در شبکه¬ی بین شهری و همچنین بین مراکز تلفنی به نحو اجتناب ناپذیری در مقایسه با سایر سیستم¬ها افزایش یافته¬است. از جهت تولیدی نیز به همت برخی از مسئولین مخابرات کشور تلاش¬هایی در زمینه¬ی کابلی¬کردن تارنوری و نیز شناخت لوازم سیستم تارنوری ، و در دانشگاه¬ها و مراکز تحقیقاتی نیز آموزش¬وپرورش در این زمینه آغاز شده¬است.

این پایان¬نامه شامل 5 فصل است.در فصل¬اول بعد از مطالعه¬ی تاریخچه¬ی مخابرات¬نوری ، به مقایسه¬ی بین فیبرنوری و کابل¬های مسی می¬پردازیم. سپس کاربردهای تارنوری به صورت صوت در خطوط¬تلفن، خطوط¬ارتباطی در نیروگاه¬ها و خطوط¬راه¬آهن و ارتباطات میدان رزم...، به صورت تصویر در پخش تلویزیونی و در بیت¬های مداربسته ، تلویزیون¬کابلی و...، برای انتقال¬داده در سیستم¬های رایانه¬ای، در هواپیما¬ها و کشتی¬ها و...، و در احساس¬کننده¬ها بیان شده¬است.

 

 

در فصل¬دوم، فیزیک¬نور و قوانین حاکم بر فیزیک نور موردبررسی قرار می¬گیرد. سپس در مورد انتقال نور در فیبرنوری مطالبی بیان می¬شود.

 فصل¬سوم با بیان چگونگی¬انتقال در رسانه¬های انتقال و اساسأ اجزای مورداستفاده دراین انتقال ، شروع می¬شود. در ادامه به¬بیان عناصر خط انتقال فیبرنوری می¬پردازیم.

در فصل¬چهارم، با معرفی کوارتز  (دی¬اکسید¬سیلیسیم sic2 ( ، به¬عنوان ماده¬ی اصلی سازنده¬ی شیشه مورد¬استفاده در فیبرنوری، به مطالعه¬ی انواع فیبرنوری از نظر شیوه¬ی انتقال ، حفاظت ، روکش و ماده¬ی سازنده می¬پردازیم. درانتهای¬فصل ، روشهای مختلف ساخت فیبرنوری بیان شده-است.

درفصل¬پنجم، درباره¬ی طراحی یک شبکه¬ی فیبرنوری و چگونگی¬اتصال فیبر¬های¬نوری به یکدیگر، صحبت شده¬است.

 

فصل اول

 

آشنایی با فیبر نوری

 

1-1   تاریخچه¬ی فیبرنوری :

 مخابرات با استفاده از نور در اوایل دوران پیشرفت بشری، از زمانی که بشر ابتدا با استفاده از علامت دادن با دست پیام خود را ارسال می کرد ، شروع شده¬است. این خود به طور بدیهی یک نوع مخابرات نوری است و در تاریکی قابل اجرا نمی باشد. اطلاعات از فرستنده به گیرنده بر روی پرتو خورشید حمل می گردد.

 در سال 1880 الکساندرگراهام بل یک سیستم مخابرات نوری به نام فتوفون را اختراع                                                                                                    کرد. در این سیستم بل از یک آینه ی نازک که توسط صدا به لرزه در می آید استفاده نمود. نور خورشید منعکس شده از آینه، اطلاعات را حمل می کند. در گیرنده این نور خورشید مدوله شده به سلنیوم هادی نور اصابت می کند و در آن به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. این سیگنال الکتریکی در یک تلفن مجددأ به سیگنال صوتی تبدیل می گردد.

ابداع لامپ های ساخت بشر منجر به ساخت سیستم های مخابراتی ساده مثل چراغ های چشمک زن در کشتی و یا بین کشتی و ساحل، چراغ های راهنمای اتومبیل ها و یا چراغ های راهنمایی گردید. در واقع هر نوع چراغ راهنمایی در اصل یک سیستم مخابراتی نوری است.

در سال 1960 جزء کلیدی در سیستم های عملی تاری ، یعنی یک تار با کارایی مناسب ، وجود نداشت. هر چند که ثابت شده بود نور می تواند توسط یک تار شیشه ای هدایت شود، تار های شیشه ای موجود بیش از اندازه نور را تضعیف مینمود. در سال 1970 اولین تار نور واقعی با افت کم ساخته شد و مخابرات تار نوری عملی گردید. این موضوع درست 100 سال پس از آزمایش تیندال (John  tindall )  فیزیکدان انگلیسی بود که به مجمع سلطنتی نشان داد که نور می تواند در طول یک مسیر منحنی در بخار آب هدایت شود.

هدایت نور توسط تار های شیشه ای و توسط بخار آب ، شواهدی بر یک پدیده ی واحد هستند:

پدیده انعکاس داخلی کلی (total internal reflection )

 

 

2-1  مزایای تار های نوری 

 

1-2-1   قیمت پایین:

        ماده ی اصلی برای تار های شیشه ای اکسید سیلیکون است که به وفور یافت می شود. بعضی از تار های نوری از پلاستیک شفاف، که به سهولت در دسترس است ، ساخته می شوند. اکثرأ مهمترین عامل قابل توجه هزینه است. از طرفی اگر یک تار خط تاری به دلیل یک حادثه و یا به دلیل ایجاد تغییراتی در سیستم قطع شود ، بلیستی یا محلهای قطع شده را پیوند داد و یا اتصال دهنده های جدید بسته شوند. این کار ها برای تار ها نیاز به وقت و تخصص بیشتری دارد تا برای سیم ها.

در نتیجه ، در طراحی سیستم هایی که احتمال تغییرات زیادی در آن می رود، هزینه ی نگهداری باید مورد توجه قرار گیرد.

 

 

2-2-1 استحکام کششی مناسب:

       اضافه کردن روکش پلاستیکی ، استحکام کششی یک خط انتقال تاری را زیاد میکند. در صورت لزوم ، برای باز هم بیشتر کردن استحکام می توان میله های فلزی در داخل کابل پلاستیکی قرار داد. ماده ی محکم کننده ی دیگر کولار(Kevlar) است که یک تار پلیمری ترکیبی ، با استحکام زیاد می باشد. علیرغم طبیعت آشکار شکنندگی شیشه، کابل های تار نوری بسیار نیرومند و قابل بکارگیری هستند.

 

3-2-1   پهنای باند وسیع:

 یکی از مزایای تار نوری ، توانایی آنها در انتقال اطلاعات به مقدار زیاد ، چه به شکل دیجیتال و چه به شکل آنالوگ ، می باشد. به عنوان مثال ، یک تار واحد از نوع ساخته شده برای خدمات تلفنی می تواند داده ها را با میزان T3 یعنی 4407 مگا بیت بر ثانیه ، هدایت کند. این تار 672 کانال صوتی را ارسال می کند. تار های با ظرفیت حتی بیش از این هم در دسترس می باشند