کابل‌های فیبر نوری به دلیل مزایای فراوان خود در انتقال داده‌ها، یکی از فناوری‌های اصلی در زیرساخت‌های ارتباطی مدرن محسوب می‌شوند. با این حال، یکی از چالش‌های این فناوری پدیده‌ای به نام تضعیف است که به معنای کاهش شدت نور در طول مسیر فیبر است. در این مقاله، به بررسی کامل عوامل مؤثر بر تضعیف در فیبر نوری، از جمله تضعیف‌های درونی (ذاتی) مانند پخش‌شدگی و جذب نور، تضعیف‌های بیرونی مانند خمش‌ها و انحرافات در فیبر پرداخته خواهد شد.
در فیبر نوری، نور به عنوان واسطه‌ی انتقال داده‌ها عمل می‌کند و از طریق یک هسته شفاف از جنس شیشه یا پلاستیک عبور می‌کند. با این حال، شدت این نور در طول مسیر به دلیل عوامل مختلف کاهش می‌یابد که به این فرآیند تضعیف گفته می‌شود. تضعیف یا افت سیگنال در سیستم‌های فیبر نوری می‌تواند به کاهش کارایی و کاهش برد انتقال منجر شود و باعث نیاز به تقویت‌کننده‌ها و بازتکرار‌کننده‌ها در سیستم‌های طولانی‌تر شود. در ادامه، با تکیه بر اصول فنی فیبر نوری، به بررسی دقیق مکانیسم‌های تضعیف می‌پردازیم.
عوامل مؤثر در تضعیف کابل‌های فیبر نوری
تضعیف در فیبر نوری به عوامل مختلفی بستگی دارد که از نظر مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی بر آن تأثیر می‌گذارند. این عوامل را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: تضعیف‌های ذاتی و تضعیف‌های بیرونی.
۱. تضعیف ذاتی
تضعیف ذاتی یا درونی به عوامل مرتبط با ویژگی‌های مواد و ساختار فیبر نوری اشاره دارد. این نوع تضعیف شامل دو مکانیسم اصلی است: پراکندگی و جذب.
پراکندگی
پراکندگی نوری یکی از مهم‌ترین عوامل تضعیف در فیبر نوری است و بین ۹۵ تا ۹۷ درصد از کل تضعیف فیبر را تشکیل می‌دهد. این پدیده که به پراکندگی رایلی (Rayleigh Scattering) معروف است، زمانی رخ می‌دهد که نور با ساختارهای اتمی و ذرات موجود در فیبر برخورد کرده و در تمامی جهات پراکنده می‌شود. پراکندگی رایلی وابسته به طول موج نور و اندازه‌ی ذرات ساختاری فیبر است. این پدیده توضیح‌دهنده علت استفاده از طول موج‌های مادون قرمز در ارتباطات فیبر نوری است، زیرا این طول موج‌ها به دلیل اندازه بلندتر خود نسبت به طول موج‌های مرئی، کمتر دچار پراکندگی می‌شوند.
پراکندگی رایلی به دلیل عدم یکنواختی مواد فیبر رخ می‌دهد و می‌تواند در اثر عوامل مختلفی مانند نقص‌های میکروسکوپی و انحرافات در ترکیب شیمیایی فیبر تشدید شود. این پدیده نه تنها باعث کاهش انرژی نور در مسیر فیبر می‌شود، بلکه می‌تواند کیفیت سیگنال را نیز تحت تأثیر قرار دهد.
جذب
جذب نور در فیبر نوری یکی دیگر از عوامل مؤثر بر تضعیف است که معمولاً ۳ تا ۵ درصد از کل تضعیف را به خود اختصاص می‌دهد. تمامی مواد حتی شیشه‌های بسیار شفاف نیز مقداری از نور را جذب می‌کنند. میزان جذب نور بستگی به نوع مواد و طول موج نور دارد. برای مثال، یون‌های هیدروکسیل و برخی ناخالصی‌های فلزی در ساختار فیبر نوری می‌توانند باعث جذب انرژی نور و تبدیل آن به گرما شوند که این فرایند به کاهش توان سیگنال منجر می‌شود. استفاده از شیشه‌های خالص و ترکیبات دوپانتی خاص می‌تواند میزان این تضعیف را در مراحل تولید فیبر کاهش دهد.
۲. تضعیف بیرونی
تضعیف بیرونی یا خارجی شامل عواملی می‌شود که به دلیل شرایط محیطی و نحوه نصب و آرایش فیبر نوری رخ می‌دهد. این نوع تضعیف به دو دسته میکروخم و ماکروخم تقسیم می‌شود.
میکروخم (Microbending)
میکروخم‌ها تغییرات کوچک در سطح مرزی بین هسته و پوشش فیبر هستند که اغلب در اثر فشارهای مکانیکی، تغییرات دما و یا تنش‌های کوچک روی فیبر ایجاد می‌شوند. میکروخم باعث تغییر زاویه تابش نور درون فیبر می‌شود و نور با زاویه‌هایی که مانع از بازتاب مجدد می‌شوند، از هسته خارج و در پوشش جذب می‌گردد. این نوع تضعیف به دلیل وجود خمش‌های کوچک در سطح فیبر است و می‌تواند در اثر تغییرات محیطی یا فشارهای خارجی کوچک‌تر از یک سانتی‌متر رخ دهد.
ماکروخم (Macrobending)
ماکروخم‌ها یا خمش‌های بزرگ، در زمانی رخ می‌دهند که فیبر در شعاع‌های بزرگتر از یک سانتی‌متر خم شود. این نوع خمش می‌تواند به دلیل تنش‌های شدیدتر محیطی، نصب غیراصولی یا حتی فشاری که در هنگام آرایش و انبار کردن فیبر اعمال می‌شود، رخ دهد. در ماکروخم‌ها، نور در زاویه‌هایی منعکس می‌شود که بخشی از آن به خارج از هسته فیبر پراکنده شده و در پوشش جذب می‌گردد.
به منظور کاهش اثرات ناشی از میکروخم‌ها و ماکروخم‌ها، در طراحی و نصب فیبر نوری از تکنیک‌های خاصی مانند استفاده از کابل‌های مقاوم به فشار و نصب در مسیرهای مستقیم یا با قوس‌های بزرگ استفاده می‌شود.
اندازه‌گیری تضعیف در فیبر نوری
تضعیف در فیبر نوری معمولاً با واحد دسی‌بل بر کیلومتر (dB/km) اندازه‌گیری می‌شود که این مقدار به طول موج نور و طول کابل بستگی دارد. از آنجا که طول موج‌های کوتاه‌تر نسبت به طول موج‌های بلندتر بیشتر جذب می‌شوند، در فیبر نوری از طول موج‌های مادون قرمز استفاده می‌شود. همچنین فیبرهای تک‌مد نسبت به فیبرهای چندمد در طول‌های معادل، تضعیف کمتری دارند.
تضعیف کلی در فیبر نوری بسته به شرایط محیطی مانند دما و رطوبت نیز متغیر است. برای مثال، دمای بالا می‌تواند به افزایش تضعیف و رطوبت بالا در مرکز فیبر منجر به کاهش آن شود.
تأثیرات دما و رطوبت بر تضعیف
دمای بالا می‌تواند به انبساط مواد فیبر نوری و افزایش تضعیف منجر شود. با افزایش دما، فیبر منبسط شده و ساختار داخلی آن تغییر کرده که این مسئله موجب افزایش پراکندگی و در نتیجه افزایش تضعیف می‌شود. از سوی دیگر، رطوبت می‌تواند تأثیر متضادی داشته باشد، به ویژه در فیبرهایی که دارای پوشش محافظ خشک در مرکز خود هستند، که رطوبت می‌تواند به کاهش تضعیف کمک کند.
تضعیف در کابل‌های فیبر نوری یکی از مهم‌ترین عواملی است که در طراحی و پیاده‌سازی شبکه‌های فیبر نوری باید به آن توجه کرد، زیرا تأثیر مستقیم بر مسافت و کارایی انتقال داده‌ها دارد. شناخت انواع تضعیف و راهکارهای کاهش آن می‌تواند به طراحی شبکه‌های مطمئن‌تر و با کارایی بیشتر کمک کند. از این رو، استفاده از مواد با کیفیت بالا، نصب اصولی و استفاده از محافظ‌های مناسب برای کابل‌ها از جمله راهکارهای کاهش اثرات تضعیف محسوب می‌شوند.
به طور خلاصه، تضعیف در فیبر نوری به مجموعه‌ای از عوامل ذاتی و بیرونی بستگی دارد و اندازه‌گیری دقیق و تحلیل آن می‌تواند به پیش‌بینی نیازهای شبکه و طراحی بهینه‌تر سیستم کمک کند.
دیدگاه خود را بنویسید