تاریخچه پیدایش فیبر نوری
برای انتقال اطلاعات روش های مختلفی به کار گرفته می شود. زمانی که شما با یک تلفن ثابت صحبت میکنید صدای شما از طریق یک سیم به سوکت دیواری و در ادامه تا مرکز مخابرات محلی و سپس تا مقصد هدایت می شود. در تلفن های همراه نیز از طریق امواج نامرئی رادیو ئی ارتباط برقرار می شود که به آن تکنولوژی بیسیم میگوییم. فیبر نوری به عنوان روش سوم برای انتقال اطلاعات استفاده می شود. در واقع اولین بار در دهه 1950میلادی فیبر نوری برای آندوسکوپی ساخته، و از آن برای تصویر برداری از داخل بدن انسان استفاده شد. بعد از آن در دهه 1960 میلادی مهندسان با توسعه بخشیدن به همان تکنولوژی موفق به استفاده از آن برای انتقال مکالمات تلفنی شدند.
فناوری نوری
تا کنون بیش از 100 نوع تار فیبر نوری ساخته شده است که هر کدام از آنها از موی انسان هم نازکتر هستند. یک تار فیبر نوری توانایی حمل 10 میلیون تماس تلفنی را دارد. فرض کنید شما میخواهید از کامپیوترتان پیامی برای دوست خود که در خیابان کناری شماست بفرستید. برای این منظور شما به یک سلول فوتوالکتریک نیاز دارید که بتواند اطلاعات را تبدیل به رمزهای نوری بکند و آن را داخل کابل نوری بفرستد و در انتهای مسیر، کامپیوتر دوستتان همان اطلاعات را از فوتون های نوری دریافت کند.
فیبرنوری چگونه کار میکند
ذرات نور مانند ارابه هایی داخل مسیر فیبر در حرکتند و اطلاعات ارسالی توسط شما سوار بر فوتون های نوری شده و به سمت مقصد حرکت میکنند. لوله باریک شیشه ای را در نظر بگیرید، اگر شما نوری را داخل این لوله شفاف به حرکت درآورید با کوچکترین زاویه چرخش در مسیر این نور از لوله خارج میشود. به همین خاطر هسته فیبر را با لایه ای پلاستیکی میپوشانند تا مانع از خروج نور شود. با این روش نور به دیواره ها برخورد می نماید و مسیر خود را به جلو ادامه می دهد، این حالت را پدیده بازتاب داخلی می نامند. در نتیجه ساختار کابل نوری از 2 بخش تشکیل می شود. یکی هسته که از آلیاژ شیشه بوده و نور را به سمت مقصد هدایت میکند، و دومی روکشی شفاف است که هسته را می پوشاند. از لحاظ فنی روکش باید ضریب شکست پایین تری نسبت به هسته داشته باشد تا مانع از خروج نور از هسته گردد.
انواع کابل فیبرنوری
ساده ترین نوع فیبر نوری تارهای تک حالته (single mode) هستند. این نوع تارها با یک هسته بسیار نازک با قطر 5 تا 10 میکرون ساخته میشوند. سفر سیگنال در این نوع از تارها در مرکز هسته بوده و به طور مستقیم تا انتهای مسیر هدایت میشوند. برای انتقال سیگنال های تلوزیون های کابلی، اینترنت و تلفن از این نوع تارها استفاده میشود. این نوع تارها توانایی این را دارند تا اطلاعات را در مسافتی بیش از 100 کیلومتر ارسال کنند.
نوع دیگری از کابل فیبر نوری تارهای چند حالته (multi mode) نام دارند. این تارها با قطر بزرگتری نسبت به تارهای تک حالته ساخته میشوند. این تارها تقریبا 10 برابر تارهای تک حالته ضخامت دارند. فوتون های نوری در این تارها میتوانند در مسیرهای مختلفی سفر خود را تا مقصد ادامه دهند. تارهای چند حالته میتوانند اطلاعات را در مسافت های خیلی کمتری نسبت به تارهای تک حالته انتقال دهند.
نوع ضخیم تری نیز از تارهای فیبرنوری وجود دارد که در پزشکی به آن gastro scope میگویند. این تارها در تجهیزاتی مثل آندوسکپی استفاده میشود. نسخه صنعتی این تارها نیز با نام fiberscope وجود دارد که از آن برای بررسی قطعات غیر قابل دسترس موتورهای صنعتی مثل موتور هواپیما استفاده میکنند.
چه کسی فیبرنوری را اختراع کرد
• اولین بار در دهه 1840 میلادی یک فیزیکدان سوئیسی به نام دانیل کولادون موفق شد تا نور را در داخل یک بطری آب حرکت دهد و پرتوهای نور را در انتهای مسیر مشاهده کند.
• چند سال بعد در سال 1870 میلادی یک فیزیکدان ایرلندی به نام جان تیندال آزمایش جالبی را در انجمن سلطنتی لندن به نمایش گذاشت. او کوزه ای را پر از آب کرد و نور را به داخل آن تاباند، سپس کوزه را کج کرد و مقداری از آب آن را ریخت، در این هنگام بود که مقداری از نور نیز همراه آب به سمت پایین حرکت کرد. این انحراف نور دقیقا همان چیزیست که در فیبرنوری از آن استفاده می شود. اگرچه از دانیل کولادون باید به عنوان پدر فیبر یاد می شد اما اعتبار بیشتر نصیب جان تیندال گردید.
• در دهه 1930میلادی هاینریش لام و والتر گرلاخ، دو دانش آموز آلمانی سعی در ساخت یک لوله نوری کردند، آنها در واقع می خواستند اولین گاستراسکوپ را بسازندتا از آن برای دیدن داخل معده استفاده کنند.
• سپس در دهه 1950 در لندن یک فیزیکدان هندی به نام ناریندر کاپانی و یک فیزیکدان بریتانیایی به نام هارولد هاپکینز با همان لوله نوری اقدام به ارسال یک عکس ساده کردند. کاپانی با چاپ مقالات علمی بسیاری در این زمینه شهرت فراوانی به دست آورد و عنوان پدر فیبرنوری را کسب کرد.
• در سال 1957 میلادی سه دانشمند آمریکایی به نام های لارنس کرتیس، باسیل هیرسچوویتز و ویلبر پیترز در دانشگاه میشیگان موفق شدند تا با استفاده از فن آوری فیبرنوری برای اولین بار از داخل معده عکس برداری کنند.
• در دهه 1960 میلادی یک فیزیکدان چینی متولد امریکا به نام چارلز کاوو وهمکارش جورج هوک هام متوجه شدند که استفاده از شیشه ناخالص برای فیبرنوری دوربرد، مناسب نیست. آنها پیشنهاد کردند که تار فیبر نوری با آلیاژ بسیار خالص از شیشه، قادر به حمل سیگنال های تلفن در فواصل بسیار طولانی خواهد بود. در سال 2009 جایزه نوبل فیزیک برای این کشف به او اهدا شد.
• در دهه 1960 برای اولین بار محققان شرکت کورنینگ با آلیاژی از شیشه فیبر نوری ساختند که قادر به حمل سیگنال های تلفن بود.
• در سال 1977میلادی اولین کابل تلفن فیبرنوری بین لانگ بیچ و آرتسیا در کالیفرنیا گذاشته شد.
• در سال 1997 میلادی اولین کابل شبکه جهانی فیبرنوری از اقیانوس اطلس بین لندن و توکیو کشیده شد.
