کابل فیبر نوری انقلابی در صنعت ارتباطات به وجود آورده و راه را برای انتقال اطلاعات با سرعت و دقت بالا هموار کرده است. این کابل‌ها که از تارهای باریک شیشه‌ای یا پلاستیکی ساخته شده‌اند، توانایی انتقال داده‌ها با استفاده از پالس‌های نوری را دارند. شناخت انواع کابل فیبر نوری از نظر ساختار فیزیکی برای طراحان شبکه و مهندسان مخابرات اهمیت زیادی دارد.
در این مقاله قصد داریم به بررسی جامع انواع کابل فیبر نوری از منظر ساختار فیزیکی بپردازیم. ابتدا با اجزای اصلی و ساختار پایه کابل فیبر نوری آشنا می‌شویم و سپس انواع مختلف آن را از جنبه‌های گوناگون مورد بحث قرار می‌دهیم تا درک کاملی از تفاوت‌ها و کاربردهای هر نوع به دست آید.
ساختار اساسی کابل فیبر نوری
کابل فیبر نوری در ساده‌ترین شکل خود از سه بخش اصلی تشکیل شده است: هسته، غلاف و روکش. هسته که قلب کابل فیبر نوری را تشکیل می‌دهد، مسیر اصلی برای عبور نور است و معمولاً از جنس شیشه یا پلاستیک شفاف ساخته می‌شود. غلاف که هسته را احاطه کرده، دارای ضریب شکست کمتری نسبت به هسته است و باعث بازتاب نور به داخل هسته می‌شود.
روکش خارجی نیز برای محافظت کابل فیبر نوری در برابر آسیب‌های فیزیکی و محیطی طراحی شده است. این پوشش معمولاً از جنس پلاستیک است و می‌تواند برحسب محیط کاربرد (داخل یا خارج ساختمان)، از مواد متفاوتی ساخته شود. در برخی کابل‌ها، لایه‌های اضافی مانند عناصر تقویت‌کننده، نوارهای ضد رطوبت، یا آرمور فلزی نیز وجود دارد که کارایی و مقاومت کابل را افزایش می‌دهند.
تقسیم‌بندی کابل فیبر نوری از نظر حالت انتشار نور
کابل فیبر نوری تک حالته (Single Mode)
کابل فیبر نوری تک حالته دارای هسته‌ای با قطر کوچک (حدود 9 میکرون) است که اجازه می‌دهد تنها یک حالت از نور در آن منتشر شود. این ویژگی باعث می‌شود تضعیف سیگنال در مسیرهای طولانی کمتر شود، زیرا پرتوهای نور تنها در یک مسیر مستقیم حرکت می‌کنند.
کابل فیبر نوری تک حالته برای انتقال اطلاعات در مسافت‌های طولانی (چندین کیلومتر) مناسب است و از منبع نور لیزر برای ارسال سیگنال استفاده می‌کند. این نوع کابل اگرچه نسبت به نوع چند حالته گران‌تر است، اما پهنای باند بیشتری را فراهم می‌کند و برای زیرساخت‌های ارتباطی بین شهری و بین‌المللی استفاده می‌شود.
کابل فیبر نوری چند حالته (Multi Mode)
کابل فیبر نوری چند حالته دارای هسته‌ای با قطر بزرگتر (حدود 50 تا 62.5 میکرون) است که امکان انتشار چندین حالت از نور را همزمان فراهم می‌کند. در این نوع کابل، پرتوهای نور مسیرهای متفاوتی را طی می‌کنند که می‌تواند منجر به تضعیف سیگنال در مسافت‌های طولانی شود.
کابل فیبر نوری چند حالته برای انتقال اطلاعات در مسافت‌های کوتاه‌تر (معمولاً کمتر از 2 کیلومتر) مناسب است و معمولاً از منبع نور LED استفاده می‌کند. این نوع کابل به دلیل سهولت نصب و هزینه پایین‌تر، برای استفاده در شبکه‌های محلی، ساختمان‌ها و مراکز داده کاربرد دارد.
تقسیم‌بندی کابل فیبر نوری از نظر ضریب شکست
کابل فیبر نوری با ضریب شکست پله‌ای (Step Index)
در کابل فیبر نوری با ضریب شکست پله‌ای، مرز بین هسته و غلاف کاملاً مشخص است و تغییر ضریب شکست به صورت ناگهانی رخ می‌دهد. این ساختار موجب بازتاب کامل پرتوهای نور در مرز بین هسته و غلاف می‌شود، اما می‌تواند باعث پدیده پراکندگی مدی شود.
کابل فیبر نوری با ضریب شکست پله‌ای در کاربردهای ساده‌تر استفاده می‌شود و ساختار آن نسبت به نوع تدریجی ساده‌تر است. این نوع کابل در سیستم‌های با نرخ داده پایین‌تر و مسافت‌های کوتاه‌تر استفاده می‌شود و به طور کلی هزینه ساخت کمتری دارد.
کابل فیبر نوری با ضریب شکست تدریجی (Graded Index)
در کابل فیبر نوری با ضریب شکست تدریجی، ضریب شکست از مرکز هسته به سمت غلاف به تدریج کاهش می‌یابد. این ساختار باعث می‌شود پرتوهای نور به جای بازتاب ناگهانی، در مسیری منحنی حرکت کنند که پدیده پراکندگی مدی را کاهش می‌دهد.
کابل فیبر نوری با ضریب شکست تدریجی عملکرد بهتری در انتقال داده‌های با سرعت بالا دارد و پهنای باند بیشتری را ارائه می‌دهد. این نوع کابل در شبکه‌های محلی پیشرفته و سیستم‌های ارتباطی که نیازمند نرخ داده بالاتر هستند، استفاده می‌شود.
تقسیم‌بندی کابل فیبر نوری از نظر جنس هسته و غلاف
کابل فیبر نوری شیشه‌ای (GOF)
کابل فیبر نوری شیشه‌ای یا GOF (Glass Optical Fiber) از هسته و غلاف شیشه‌ای ساخته شده است. این نوع کابل فیبر نوری تضعیف سیگنال کمتری دارد و می‌تواند داده‌ها را در مسافت‌های طولانی‌تر منتقل کند. مقاومت حرارتی بالاتر و پهنای باند وسیع‌تر از دیگر مزایای این نوع کابل است.
کابل فیبر نوری شیشه‌ای در زیرساخت‌های ارتباطی بزرگ، شبکه‌های بین‌المللی و سیستم‌های مخابراتی اصلی استفاده می‌شود. این کابل‌ها اگرچه هزینه بالاتری دارند، اما به دلیل کیفیت انتقال داده بالا و طول عمر بیشتر، سرمایه‌گذاری مقرون به صرفه‌ای محسوب می‌شوند.
کابل فیبر نوری پلاستیکی (POF)
کابل فیبر نوری پلاستیکی یا POF (Plastic Optical Fiber) از هسته و غلاف پلاستیکی ساخته شده است. این نوع کابل فیبر نوری انعطاف‌پذیری بیشتری دارد و نصب آن آسان‌تر است، اما تضعیف سیگنال در آن بیشتر بوده و برای مسافت‌های کوتاه‌تر مناسب است.
کابل فیبر نوری پلاستیکی در شبکه‌های محلی کوچک، اتومبیل‌ها، تجهیزات پزشکی و سیستم‌های کنترل صنعتی کاربرد دارد. این کابل‌ها به دلیل قیمت پایین‌تر و سهولت نصب، برای کاربردهایی که نیازمند انتقال داده در مسافت‌های کوتاه هستند، گزینه مناسبی به شمار می‌روند.
کابل فیبر نوری با هسته شیشه‌ای و غلاف پلاستیکی (PCF)
کابل فیبر نوری PCF (Plastic Clad Fiber) ترکیبی از دو نوع قبلی است، با هسته شیشه‌ای و غلاف پلاستیکی. این نوع کابل فیبر نوری ویژگی‌های میانه‌ای دارد: تضعیف سیگنال کمتر از POF اما بیشتر از GOF، و انعطاف‌پذیری بیشتر از GOF اما کمتر از POF.
کابل فیبر نوری PCF در کاربردهای صنعتی، سیستم‌های حسگری و شبکه‌های محلی متوسط استفاده می‌شود. این کابل‌ها حد واسطی بین کیفیت بالای کابل‌های شیشه‌ای و قیمت مناسب کابل‌های پلاستیکی ارائه می‌دهند.
تقسیم‌بندی کابل فیبر نوری از نظر ساختار فیزیکی برای کاربردهای مختلف
کابل فیبر نوری لوز تیوب (Loose Tube)
کابل فیبر نوری لوز تیوب نوعی کابل است که در آن تارهای فیبر نوری درون تیوب‌های انعطاف‌پذیر قرار می‌گیرند و این تیوب‌ها با ژل یا نوار جاذب رطوبت پر می‌شوند. تیوب‌ها به شکل مارپیچ دور یک عنصر مرکزی مقاوم (FRP) پیچیده می‌شوند. این ساختار خاص، امکان حرکت آزادانه تارها درون تیوب را فراهم کرده و از انتقال نیروهای مکانیکی به تارهای حساس فیبر جلوگیری می‌کند.
این کابل‌ها مخصوص استفاده در محیط‌های بیرونی و شرایط سخت طراحی شده‌اند و مقاومت خوبی در برابر تغییرات دما، فشار، کشش و رطوبت دارند. کاربرد اصلی آن‌ها در نصب کانالی، دفن مستقیم در خاک و نصب هوایی است. البته اتصال این کابل‌ها نسبتاً دشوار بوده و به تجهیزات خاص نیاز دارد.
کابل فیبر نوری تایت بافر (Tight Buffer)
کابل فیبر نوری تایت بافر دارای ساختاری است که در آن هر تار فیبر نوری با یک لایه بافر سخت احاطه شده است. این طراحی باعث می‌شود کابل در برابر خمش مقاومت بیشتری داشته باشد و برای نصب در محیط‌های داخلی مناسب‌تر باشد.
این نوع کابل فیبر نوری برای استفاده در ساختمان‌ها، مراکز داده و محیط‌های داخلی طراحی شده است. به دلیل ساختار فشرده‌تر، اتصال این نوع کابل‌ها آسان‌تر است، اما مقاومت کمتری در برابر تغییرات دمایی دارند و برای مسافت‌های طولانی مناسب نیستند.
کابل فیبر نوری ریبون (Ribbon)
کابل فیبر نوری ریبون دارای ساختاری است که در آن تارهای فیبر نوری به صورت موازی و در یک ردیف مسطح کنار هم قرار می‌گیرند. این ردیف‌ها می‌توانند روی هم چیده شوند تا تعداد زیادی فیبر در فضای کوچکی جای بگیرند.
این نوع کابل فیبر نوری برای کاربردهایی مناسب است که نیاز به تعداد زیادی فیبر در فضای محدود دارند، مانند مراکز داده بزرگ و شبکه‌های مخابراتی متراکم. مزیت اصلی این کابل‌ها تراکم بالا و امکان اتصال همزمان چندین فیبر است، اگرچه انعطاف‌پذیری کمتری نسبت به انواع دیگر دارند.
تقسیم‌بندی کابل فیبر نوری از نظر محیط کاربرد
کابل فیبر نوری داخلی (Indoor)
کابل فیبر نوری داخلی برای استفاده در محیط‌های داخل ساختمان طراحی شده است. این کابل‌ها معمولاً دارای روکش مقاوم در برابر آتش هستند و باید استانداردهای ایمنی مربوط به نصب در ساختمان را رعایت کنند. ساختار این کابل‌ها اغلب از نوع تایت بافر است.
کابل فیبر نوری داخلی در شبکه‌های محلی، مراکز داده، سیستم‌های نظارتی و ارتباطات درون ساختمانی استفاده می‌شود. این کابل‌ها باید مقاوم در برابر آتش و دود باشند و معمولاً با روکش LSZH (کم دود و بدون هالوژن) ساخته می‌شوند.
کابل فیبر نوری خارجی (Outdoor)
کابل فیبر نوری خارجی برای استفاده در محیط‌های بیرونی و شرایط جوی مختلف طراحی شده است. این کابل‌ها باید در برابر رطوبت، تغییرات دما، اشعه UV و سایر عوامل محیطی مقاوم باشند. ساختار این کابل‌ها معمولاً از نوع لوز تیوب است.
کابل فیبر نوری خارجی به انواع مختلفی تقسیم می‌شود:
کابل فیبر نوری خاکی
کابل فیبر نوری خاکی برای دفن مستقیم در خاک طراحی شده است. این کابل‌ها دارای محافظ‌های ویژه مانند لایه آرمور فلزی برای محافظت در برابر جوندگان و فشارهای مکانیکی هستند. کابل خاکی فیبر نوری می‌تواند به دو نوع ژله‌ای (OBFC) و خشک (OBUC) تقسیم شود.
کابل فیبر نوری خاکی در شبکه‌های زیرساختی، ارتباطات بین شهری و مسیرهای طولانی استفاده می‌شود. این کابل‌ها باید مقاومت بالایی در برابر فشار، رطوبت و آسیب‌های فیزیکی داشته باشند و عمر طولانی‌تری نسبت به سایر انواع کابل فیبر نوری دارند.
کابل فیبر نوری کانالی
کابل فیبر نوری کانالی برای نصب در کانال‌ها، داکت‌ها و مجراهای زیرزمینی طراحی شده است. این کابل‌ها نسبت به نوع خاکی محافظت کمتری دارند، زیرا کانال خود نوعی محافظ محسوب می‌شود. کابل کانالی فیبر نوری نیز می‌تواند به دو نوع ژله‌ای (OCFC) و خشک (OCUC) تقسیم شود.
کابل فیبر نوری کانالی در شبکه‌های شهری، ارتباطات بین ساختمانی و مسیرهای میانی استفاده می‌شود. این کابل‌ها باید قابلیت کشیده شدن در کانال‌ها را داشته باشند و معمولاً از یک لایه روکش برخوردارند. برخی از این کابل‌ها برای نصب با استفاده از دمش هوا طراحی شده‌اند.
کابل فیبر نوری هوایی
کابل فیبر نوری هوایی برای نصب در فضای باز و روی دکل‌ها، تیرهای برق یا پایه‌های مخابراتی طراحی شده است. این کابل‌ها می‌توانند به دو دسته خودنگهدار (OSSC) و وابسته به نگهدارنده (ADSS) تقسیم شوند. در نوع خودنگهدار، یک سیم فولادی یا عنصر کششی قوی با کابل ادغام شده است.
کابل فیبر نوری هوایی در مناطقی که امکان حفاری وجود ندارد یا مقرون به صرفه نیست، استفاده می‌شود. این کابل‌ها باید در برابر شرایط جوی مختلف، باد، یخبندان و تابش مستقیم آفتاب مقاوم باشند. ساختار برخی از این کابل‌ها شبیه عدد 8 است که به آن‌ها فیگور 8 نیز می‌گویند.
نتیجه‌گیری
شناخت انواع کابل فیبر نوری از نظر ساختار فیزیکی برای انتخاب درست در پروژه‌های مختلف ضروری است. هر نوع کابل فیبر نوری با توجه به ویژگی‌هایی مانند حالت انتشار نور، ضریب شکست، جنس هسته و غلاف، و محیط کاربرد، مزایا و معایب خاص خود را دارد.
انتخاب نوع مناسب کابل فیبر نوری باید با توجه به عواملی مانند مسافت انتقال داده، محیط نصب، بودجه پروژه و نیازهای آینده صورت گیرد. با پیشرفت فناوری، کابل‌های فیبر نوری کارآمدتر و با قابلیت‌های بیشتری وارد بازار می‌شوند که گزینه‌های متنوعی را برای کاربردهای مختلف فراهم می‌کنند.