فیبرهای نوری

پس از اختراع لیزر در سال 1960 میلادی، ایده بکارگیری فيبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولين فيبر نوری در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با تضعيفی برابر با ؟ اعلام شد که عملا در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اينکه در سال 1976 با کوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فيبر نوری توليدی شدیدآ کاهش داده شد و به مقداری رسيد که قابل ملاحظه با سيم‌های کوکسيکال بكاررفته در شبکه مخابرات بود.

در ایران در اوايل دهه 60، فعاليت‌های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپایی مجتمع توليد فيبر نوری در پونک تهران را درپی داشت و عملا در سال 1373 توليد فيبر نوری با ظرفيت 50.000 کيلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در ديگر شهرهای بزرگ ايران آغاز شد تا در آينده نزدیک از طريق يک شبکه ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند.

فيبرنوری يک موجبر استوانه ای از جنس شيشه يا پلاستيک است که دو ناحيه مغزی و غلاف با ضريب شکست متفاوت و دو لايه پوششی اوليه و ثانويه پلاستيکی تشکيل شده است. برپایه قانون اسنل برای انتشار نور در فيبر نوری شرط : می‌بايست برقرار باشد که به ترتيب ضريب شکست‌های مغزی و غلاف هستند. انتشار نور تحت تاثير عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعيف می‌شود. اين عوامل عمدتآ ناشی از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رايلی، خمش و فشارهای مکانيکی بر آنها هستند. منحنی تغييرات تضعيف بر حسب طول موج در شکل زير نشان داده شده است.

فیبرهای نوری نسل سوم

طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای كمترین تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج 55/1 میکرون و از حداقل پاشندگی در طول موج 3/1 میکرون بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتآ پیچیده‌تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده 3/1 میکرون قرار داشت، به محدوده 55/1 میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.

کاربردهای فيبر نوری

1.       کاربرد در حسگرها: استفاده از حسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، فشار، حرارت، جابجایی، آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال های اخیر شروع شده است. در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره‌گیری می‌شود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تاثیر پذیر می‌شود.

2.       کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتن رادار، کنترل و هدایت موشک‌ها، ارتباط زیردریاییها (هیدروفون) را نام برد.

3.       کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماری‌ها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان چنده‌سنجی (دُزیمتری) غدد سرطانی، شناسایی نارسایی های داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات و خون نام برد.

فن آوری ساخت فيبرهای نوری

برای تولید فیبر نوری، نخست ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم به پیش‌سازه از جنس سیلیکا ایجاد می گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می‌شود. از سال 1970 روش‌های متعددی برای ساخت انواع پیش‌سازه‌ها به کار رفته است که اغلب آنها بر مبنای رسوب‌دهی لایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.

روشهای ساخت پيش‌سازه

روش‌های فرآیند فاز بخار برای ساخت پيش‌سازه فیبر نوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

• رسوب‌دهی داخلی در فاز بخار


• رسوب‌دهی بیرونی در فاز بخار


• رسوب‌دهی محوری در فاز بخار

موادلازم در فرايند ساخت پيش سازه

• تتراکلريد سیليکون: این ماده برای تأمین لایه‌های شیشه‌ای در فرآیند مورد نیاز است.


• تتراکلريد ژرمانیوم: این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش‌سازه استفاده می‌شود.


• اکسی کلريد فسفریل: برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش‌سازه، این مواد وارد واکنش می‌شود.


• گاز فلوئور: برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می‌شود.


• گاز هليم: برای نفوذ حرارتی و حباب‌زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.


• گاز کلر: برای آب‌زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است.

مراحل ساخت

1.       مراحل صيقل گرمایشی: پس از نصب لوله با عبور گازهای کلر و اکسیژن، در دمای بالاتر از 1800 درجه سلسیوس لوله صیقل داده می‌شود تا بخار آب موجود در جدار درونی لوله از آن خارج شود.

2.       مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می‌شود تا ناهمواری‌ها و ترک‌های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند.

3.       لایه‌نشانی ناحیه غلاف: در مرحله لایه‌نشانی غلاف، ماده تتراکلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیم و فرئون وارد لوله شیشه‌ای می‌شوند و در حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی 120 تا 200 میلی‌متر در دقیقه در طول لوله حرکت می‌کند و دمایی بالاتر از 1900 درجه سلسیوس ایجاد می‌کند، واکنش‌های شیمیایی زیر به دست می‌آیند.