دانلود تحقیق فیبر نوری و سالیتون

فوتونیک علم ایجاد ‌، کنترل و آشکار کردن فوتونهایی که کاربرد آن از زندگی روزمره گرفته تا علوم پیشرفته را شامل می شود .

از جمله نتایج خوبی که این علم به همراه داشته است اختراع فیبر نوری می باشد .
فیبر نوری هبزار ساخته شده از شیشه یا پلاستیک است به قطر تار موی انسان نور را در طول خود جا به جا می کند .

نور در داخل فیبر نوری بوسیله بازتاب کلی نگه داشته می شود .

فیبر نوری شامل سه بخش هسته ، روکش Clading و بافر رویه است .

از لحاظ کلی دو نوع فیبر داریم : تک حالتی و چند حالتی .

فیبر نوری کاربردهای فراوانی دارد .
شاید یکی از عوامل رخ دادن انقلاب در فوتونیک استفاده از نوعی موج به نام سالیتون نوری در فیبرهای نوری باشد .

سالیتونها نسل ویژه ای از پالسهای نوری هستند که جوابهای معادله غیر خطی شرودینگر (NLSE) که پالسهای درون فیبر توسط آن توزیح داده میشود ، می باشد .

سالیتون به موج منفردی می گویند که با شکل ، ارتفاع و سرعت ثابت به انتشار و پیشروی در محیط ادامه میدهند .
سالیتونها در بسیاری از زمینه ها مثل پلاسما ، زیست شناسی ، فیبرهای غیر خطی ، جو و ...

وجود دارد .
سالیتونها در فیبر نوری با به موازنه در آوردن دو نیروی مخالف ، پاشندگی و مدولاسیون خود فاز ایجاد میشود .

به این ترتیب که مدولاسیون خود فاز منجر میشود که فرکانسهای پایین تر در سمت پیشرو و فرکانسهای بالاتر در سمت دنباله پالس باشد و این سبب chirt شدن موج می شود .

در حالیکه در پاشندگی غیر عادی فرکانسهای پایین تر آرام تر از فرکانسهای بالاتر حرکت می کنند بنابراین موج کمپرس پالس می شود .

این کمپرس chirt موج را از بین می برد و پهنای ابتدایی پالس در تمام طول فیبر حفظ می شود و سالیتون نوری تشکیل می شود .
فیبر نوری و سالیتون
ظهور فیبرهای نوری انقلاب وتحولی در سیستم های ارتباط از راه دوردر تمام دنیا به وجود آورده است.

که تبادل حجم زیاد وبی سابقه ای از اطلاعات را با سرعت نور ممکن می سازد البته این انقلاب را می توان به عرصه علم فوتونیک نسبت داد.

همانطور که پدیده های الکترونیکی نوظهور کیفیت زندگی را در قرن 20 ارتقاء بخشید، ‌ علم فوتونیک هم قصد دارد این کار را در قرن 21انجام دهد.
فوتونیک
فوتونیک علم ایجاد، کنترل وآشکار کردن فوتون هاست.

اگر بخواهیم تعریف ماکروسکوپیک ازفوتونیک ارائه دهیم باید این طور تعریف کردکه:فوتونیک علم تابش، ‌ ارسال، ‌ تقویت، آشکار سازی وتعدیل نور است.

این شاخه از اپتیک نتایج بسیار خوبی راتا کنون در علم نور شناسی پدید آورده است، که اختراع نیمه رساناهای ساتع کننده نور در سال 1960 وفیبرنوری در سال 1970از جمله مهم ترین این یافته هاست.
فوتونیک ارتباط تنگاتنگی با اپتیک دارد، اگر چه در کشفیات گذشته اپتیکی، ‌ کوانتومی بودن نور طی آزمایش اثر فوتوالکتریک توسط اینشتین در سال 1905توضیح داده شد ووسایل اپتیکی همچون لنز ها وآیینه های انکساری ووسایل مختلف دیگری تا قبل از سال 1900شناخته شدند اما کلید اصلی علم اپتیک کلاسیک یعنی اصل هویگنس، ‌ معادلات ماکسول ومعادلات موج وابستگی به خصوصیات کوانتومی نو ندارد.

مفهوم فوتونیک تقریبا با اپتیک کوانتومی، ‌ الکترونیک کوانتومی، ‌ الکترواپتیک واپتو الکتریک که همگی جزء اپتیک مدرن می باشند، ‌ یکی است.
اگرچه مصارف مختلف آنها در زمینه های مختلف اعم از علمی، ‌ دولتی ومراکز خریدمتفاوت است.

از آن جاییکه اپتیک کوانتومی اغلب در جریان پروژه های تحقیقاتی بنیادی مورد استفاده قرار می گیرد
فوتو نیک هم به مصرف تحقیقاتی وتو سعه ایی می آید.

فوتونیک به طور ویژه به مباحث زیر توجه دارد:
1.

خواص ذرات نور
2.

استفاده از فوتون ها در فناوری ساخت دستگاهای پردازش سیگنال
3.

استفاده از فناوری اپتیک کوانتومی که ما در به ساخت دستگاهایی با هزینه کم است.
4.

ایجاد تناست با الکترونیک
دامنه کاربرد فوتونیک تا حدی گسترده است که از زندگی روزمره تاعلوم پیشرفته را شامل می شود، در این جا فقط به نام بردن برخی از این کار بردها می پردازیم:
1.

آشکار سازی نور
2.

ارتباطات از راه دور (فیبر های نوری مخابراتی، ‌ مبدل های نوری به میکرو ویو.

)
3.

پردازش اطلا عات
4.

روشنایی
5.

اندازه گیری (اندازه گیدی فرکانس وزمان و تخمین مسافت)
6.

طیف نمایی
7.

ایجاد تصاویر لیزری
8.

پزشکی (تصحیح ودرمان عیب بینایی، ‌ جراحی با لیزر، جراحی با آندسکوپی وایجاد ورفع خالکوبی های موضعی)
9.

نظامی( حسگرهای مادون قرمز(IR)، کنتر ل وفرماندهی، ‌ ناوبری، ‌ عملیات تجسس ونجات، ‌کشف وهدف گیری)
10.

هنرهای دیواری (نمایش های لیزری، تصویر سازی های سه بعدی، ‌ وسایل پرتوافکنی)
11.

ساخت روبات
12.

کشاورزی
13.

علوم زیستی
14.

هوانوردی (ژیروسکوپ فوتو نیکی فاقد بخش متحرک)و.

.

.
از جمله ابزارهای کاربردی که به لحاظ اقتصادی حائز اهمیت هستند نیمه رسانای فوتوتنیکی با کارایی مثبت اطلاعات اپتیکی توسط فیبر های نوری برای ارتبا طات از راه دور، چاپ لیزری (بر مبنای عکسبرداری)اجرای نمایش ها، ‌ لیزر های توان بالا با پمپ نوری)
فیبر نوری
فیبر نوری یک ابزار نوری شناخته شده از شیشه وپلاستیک است که نور را در طول خودجابه جا می کند.

فیبر های نوری نتیجه ی همکاری علوم کاربردی و مخصوصی در طراحی و کار برد است.
امروزه استفاده از فیبرهای نوری به دلیل مزیت های فوق العاده، ‌ در انتقال اطلاعات در طی مسیرهای طولانی باپهنای باند بسیار زیاد، ‌ بر دیگر ابزارهای ارتباطی گسترش یافته است.
بدلیل از دست دادن اطلاعات در طی مسیر در ساخت فیبرهای نوری از فلزات استفاده نمی شود، در صورتیکه این فیبرها کاملا از هر گونه تداخل های مغناطیسی مصون هستند.

طراحی فیبرها به گونه ای انجام شده که بتوان از آنها کاربردهای متنوعی همچون استفاده در فیبرهای لیزری وحسگرها را شاهد بود.
بدلیل از دست دادن اطلاعات در طی مسیر در ساخت فیبرهای نوری از فلزات استفاده نمی شود، در صورتیکه این فیبرها کاملا از هر گونه تداخل های مغناطیسی مصون هستند.

طراحی فیبرها به گونه ای انجام شده که بتوان از آنها کاربردهای متنوعی همچون استفاده در فیبرهای لیزری وحسگرها را شاهد بود.

نور در داخل فیبرهای نوری بوسیله باز تاب کلی نگاه داشته می شود واین سبب می شود که فیبر مثل یک مو جر عمل کند.

توضیح: ساختار یک موجبربر پایه هدایت امواج (الکترو مغناطیسی، ‌ صوتی و.

.) استوار است.

بسته به نوع موج مورد استفاده ساختار موجبرها متفاوت است که درزیر به نمونه ای مرتبط با بحث از این موجبرها اشاره می کنیم: موجبرهای نوری: موجبرهای مورد استفاده در محدوده فرکانسی امواج نوری از نوع موجبرهای نارسانا هستند که در آنها از مواد نارسانا با ثابت دی الکتریک زیاد وبنابر این با ضریب شکست بالا استفاده شده است که با موادی با ثابت دی الکتریک کم احاطه شده اند.

ساختار منتقل کننده های نوری بر اساس باز تاب کلی طراحی شده است .

یک موج بر نوری، ‌ در حقیقت یک لوله نوری است که ازبدنه داخلی کاملا صیقلی ومنعکس کننده نور تشکیل شده است که گاهی از آنها به عنوان نی های نوری در کاربرد های روشنایی استفاده می شود سطح داخلی فیبرها ی نوری اغلب توسط فلزات خاصی جلا داده می شود وگاهی ممکن است توسط پوشاندن چندین لایه در سطح داخلی آنها نور را بوسیله باز تاب براگ هدیت کنند (این یک مورد خاص از فیبرهای کریستال فوتونی است)، ‌ روش دیگری که برای انعکاس درو نی در لوله های موج بر وجود دارد این است که دربخش میانی لوله، از یک منشور استفاده شود بطوریکه در داخل لوله انعکاس داخلی رخ دهد؛البته در مورد منشور، نورازگوشه های منشور نشت می کند که ازآن می توان به عنوان یکی از معایب منشور یاد کرد.) فیبرهایی که باریکه های نوری درمسیرهای موازی ومتقا طع را از خود عبور میدهند، فیبرهای چند مددر (mmf)وفیبرهای نوری که تنها یک مد نوری را از خود عبور می دهند فیبرهای تک مد ((smf هستند.

فیبرهای نوری چند مد از ضخامت زیادی بر خوردارند واگر چه معمولا در مسیرهای کوتاه از آنها استفاده می شود ولی برای کاربردهای ارتباطی با توان بالا از آنها استفاده می شود.

فیبرهای تک مد در ارتباطات ازراه دور نقش عمده ای دارند وتا مسافت های بالاتر از 550 متر را تحت پوشش ارتباطی قرار می دهند.

پیوند زدن فیبرهای نوری بسیار پیچیده اتصال کابل ها یا سیم های الکتریکی است.

این فیبرهاباید با دقت بسیار بالایی به یکدیگر بپیوندند ودر اتصال آنها به هم لازم است که از روش مکانیکی یا ذوب دوسر آنها با استفاده از جرقه الکتریکی استفاده کنیم.

البته امروزه بست های ویژه ای ساخته شده است که قابلیت جدا شدن دارند.

تاریخچه فیبر نوری دنیل کلادن نخستین فردی است که در سال 1842 توانست فواره‌ی نوری یا فیبر نوری را اختراع کند.

تصویر بالا یک تصویر منحصر به فرد از آخرین رونمایی این اختراع توسط کلان است.

پس ازاختراع لیزر درسال 1960میلادی ایده به کار گیری فیبرنوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت.

خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال 1966هم زمان در انگلیس وفرانسه اعلام شد که عملا در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تااینکه در سال 1976با کوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فیبر نوری تولیدی شدیدا کاهش داده شد وبه مقداری رسید که قابل ملاحظه با سیم های هم محور به کار رفته در شبکه مخابرات بود.

فیبر نوری از پالس های نور برای انتقال داده هااز طریق تارهای سیلکون بهره می گیرد.

یک کابل فیبر نوری که کمتر ازیک اینچ قطر دارد می تواند صدها هزار مکالمه صوتی راحمل کند.

فیبرهای نوری تجاری ظرفیت 25گیگا بایت در ثانیه تا 10گیگابایت درثانیه را فراهم می سازند.

فیبر نوری ازچند ین لایه ساخته می شود.

درونی ترین لایه را هسته شامل یک تار کاملا بازتاب کننده ازشیشه خالص است.

هسته در بعضی از کابل ها از پلاستیک کاملا بازتابنده ساخته می شود، که هزینه ساخت را پایین می آورد.

با این حال، ‌ یک هسته پلاستیکی معمولا کیفیت شیشه را ندارد وبیشتر برای حمل داده ها در فواصل کوتاه به کار می رود.

حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می شودکه نور در هسته تابیده شود تااز سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دوباره به هم می رسند.

این عمل باز تاب نور به مرکز هسته را بازتاب داخلی کلی می نامند.

قطر هسته وپوسته باهم حدود 125میکرون است(هر میکرون معادل یک میلیونیوم متر است)که در حدود اندازه تار موی انسان است.

بسته به سازنده، ‌ حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش قرار می گیرد.

یک پوشش محافظ پلاستیکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می دهد.

این لایه کل کابل را در خود نگه می دارد، که می تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد.

قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است.

از لحاظ کلی، ‌ دو نوع فیبر وجود دارد:تک حا لتی وچند حالتی.

فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را درهر زمان انتشار می دهد، درحا لیکه فیبر چند حالتی می تواند صدها حالت نور رابه طور هم زمان انتقال بدهد.

بنابر این اگر به صورت خلاصه بخواهیم بیان کنیم یک فیبر نوری ازسه بخش متفاوت تشکیل شده است: 1.

هسته(core):هسته نازک شیشه ای در مرکز فیبر که سیگنال های نوری در آن حرکت می نمایند.

2.

روکش cladding:بخش خارجی فیبر بوده که دور تا دور هسته را احاطه کرده است وباعث برگشت نور منعکس شده به هسته می گردد.

3.

با رویه (Buffer coating):روکش پلاستیکی که باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت وسایر موارد آسیب پذیر است.

صدها وهزاران از رشته های نوری فوق در دسته هایی سازماندهی شده وکابل های نوری را بوجود می آورند.

هر یک از کلاف های فیبر نوری توسط روکش هایی با نام (jacket)محافظت می شوند.

انواع کابل نوری: 1.

کابل نوری ژله فیلد کانالی (ocfc)عموما درشبکه های درون شهری و بین مراکز مخابراتی استفاده می شوند.

کابل نوری ژله فیلد خاکی (oBFc):معمولا در شبکه های زیر ساخت وبین شهری در مساحت های طولانی استفاده می شود.

کابل نوری مهار دار (ossc):در مناطق رو ستایی ومخابراتی مورد استفاده قرار می گیرد وشکل کابل به صورت 8می باشد.

کاربردهای فیبر نوری کاربرد در حسگرها:استفاده از حسگرها ی فیبر نوری برای اندازه گیری کمیت های فیزیکی مانند جریان الکتریکی، ‌ میدان مغناطیسی، ‌ فشار، ‌ حرارت، جابه جایی، آلودگی آب های دریا، سطح مایعات تششعات پرتو های گاما وایکس در سال های اخیر شروع شده است.

در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلی حسگر بهره گیری می شودبدین ترتیب که ویژگی های فیبر تحت میدان کمیت مورد اندازه گیری تغییر یافته وبا اندازه شدت کمیت تاثیر پذیر می شود.

کاربرد های نظامی:فیبر نوری کاربردهای بی شماری در صنایع دفاع دارد که از آن جمله می توان برقراری ارتباط وکنترل باآنتن رادار، ‌ کنترل وهدایت موشک ها، ارتباط زیر دریا ییها (هید روفون) را نام برد.

کاربردهای پزشکی: فیبر نوری در تشخیص بیماریها وآزمایش های گوناگون در پزشکی کاربردفراوان دارد که از آن جمله می توان چنده سنجی (دزیمتری)غدد سرطانی، ‌ شناسایی نارسایی های داخلی بدن، جراحی لیزری، ‌ استفاده در دندانپزشکی واندازه گیری مایعات وخون نام برد.

واز جمله کاربر دهای فیبرنوری که در اواخر قرن بیستم به عنوان یک فناوری روشنایی متداول شده ودر چند سال قرن اخیر توسعه ورشد فراوانی پیداکرده است کاربرد آن در سیستم های روشنایی است.

در این فناوری از منبع نوری که میتواند نور مصنوعی (نور لامپ های الکتریکی )ویا نور طبیعی (نور خورشید)باشد وارد فیبر نوری شده و ازاین طریق به محل مصرف منتقل می شود به این ترتیب نور به هر نقطه ای که در جهت تابش مستقیم آن نمی باشد منتقل می شود.

امتیاز این نور که موجبات رشد سریع به کار گیری وتوجه زیاد به این فناوری شده است این است که فاقد الکتریسیته گرما وتشعشات خطرناک ماوراء بنفش بوده (نور خالص وبی خطر )ودیگر اینکه با این فناوری می شود نور روز (بدون گرما واشعه های ماوراء بنفش )را هم به دلخل ساختمان ها ونقاط غیر قابل دسترس به نور خورشید منتقل کرد.

یک فیریزبی (وسیله‌ی تفریحی) درخشان بوسیله‌ی فیبر نوری فن آوری ساخت فیبرهای نوری برای تولیدفیبر نوری، نخست ساختار آن در یم میله شیشه ای موسوم به پیش سازه از جنس سیلیکا ایجاد می گردد وسپس در یک فرایند جدا گانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر می شود.

از سال 1970روش های متعددی برای ساخت انواع پیش سازه ها به کار رفته است که اغلب آنها بر مبنای رسوب دهی لایه های شیشه ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.

روش های ساخت پیش سازه روش های فرایند بخار برای ساخت پیش سازه فیبرنوری را می توان به سه دسته تقسیم کرد: 1.

رسوب دهی داخلی در فاز بخار 2.

رسوب دهی بیرونی در فاز بخار 3.

رسوب دهی محوری در فاز بخار مواد لازم در فرآیند ساخت پیش سازه تتراکلرید سیلیکون: این ماده برای تامین لایه های شیشه ای در فرایند مورد نیاز است.

تتراکلرید ژرمانیوم:این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش سازه استفاده می شود.

اکسی کلرید فسفریل:برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش سازه، ‌ این مواد وارد واکنش می شود.

گاز هلیم:برای نفوذ حرارتی وحباب زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می گیرد.

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

مراحل ساخت مراحل صیقل گرمایشی:پس ازنصب لوله با عبور گازهای کلر واکسیژن، در دمای بالاتر از1800درجه سلسیوس لوله صیقل داده می شود تا بخار آب موجود در جدار درونی لوله پایه خورده می شود تا نا همواری ها وترک هان سطحی بر روی جدار داخله لوله ازبین بروند.

لایه نشانی ناحیه غلاف:در مرحله لایه نشانی غلاف، ماده تتراکلرید سیلیسیوم واکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیم وفرئون وارد لوله شیشه ای می شوند ودر حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی 120تا200میلی متر در دقیقه در طول لوله حرکت می کند ودمایی بالاتر از 1900درجه سلسیوس ایجاد می کند، واکنش های شیمیایی زیر به دست می آیند.

ذرات شیشه ای حاصل از واکنش های فوق به علت پدیده ترمو فرسیس کمی جلوتر ازناحیه داغ پرتاب شده وبر روی جداره داخلی رسوب می کنند وبا رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنهااعمال می شود به طوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می گردند وبه جدار باخلی لوله چسبیده ویکنواخت می شوند.

بدین ترتیب لایه های شیشه ای مطابق با طراحی باترکیب در داخل لوله ایجاد می گردند ودر نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می دهند.

مفاهیم اصلی در فیبرهای نوری یک فیبر نوری از یک موجبر استوانه ایی عایق ساخته شده است که نور درت طول محور آن در اثر باز تاب کلی داخلی پیش می رود.

آنچه در ساخت این ابزار نوری مورد استفاده قرار می گیرد، یک هسته مرکزی است که توسط غلاف پوشیده شده است.

برای محبوس کردن یک سیگنال در داخل هسته می بایست ضریب شکست هسته از ضریب شکست غلاف آن بیشتر باشد با توجه به تفاوت بین ضریب شکست هسته وغلاف، ‌ انواع فیبر نوری به صورت زیر تعریف می شود: 1.

فیبرهای با ضریب شکست تدریجی 2.

فیبرهای با ضریب شکست پله ایی ضریب شکست ضریب شکست راهی برای اندازه گیری سرعت نور در محیط های مختلف است، همانطور که می دانیم سر عت نور در خلا بیشتر از سایر محیط ها است وبرابر 300میلیون متر در هر ثانیه است.

ضریب شکست از تقسیم سرعت نور در خلا بر سرعت نور در هر محیط مورد نظر دیگر بدست می آید.

مقدار ضریب شکست در خلا 1تعریف می شود، مقدار عددی ضریب شکست در غلاف فیبر نوری برابر 46/1است ومقدار آن برای هسته فیبر نوری برابر 48/1است، بیشترین ضریب شکست را محیطی دارد که سدعت نور در آن از سایر محیط ها کمتر است باز تاب داخلی کلی هنگامی که نور به مرز یک محیط چگال با ضریب شکست بالا بر خورد می کند، در مرز با زاویه تندی (بزرگتر از زاویه بحرانی)دچار باز تاب کلی می شود.

این روش در ساختار فیبر های نوری برای محصور کردن نور در هسته بکار می آید.

نوردر طی یک فیبر نوری با توان بالا، حرکت رلت وبر گشتی در بین دو مرز را ادامه می دهد.

نور تنها در صورتی می تواند وارد فیبر نوری شود که تحت زاویه خاصی به مرزهای فیبر بتابد (بزرگتر از زاویه بحرانی )که این زاویه، ‌ زاویه پذیرش فیبر نام دارد.

اندازه این زاویه پذیرش با aمشخص می شود که تابع تفاضل ضریب شکست های هسته وغلاف است.

به بیان ساده تر، ‌ زاویه بیشینه ایی وجودداردکه در آن زاویه نور توان این را دارد که در طول هسته فیبر انتشار و گسترش پیدا کند، این زاویه بیشینه گشودگی عددی (فیبر انتشار و گسترش پیدا کند، این زاویه بیشینه گشودگی عددی(NA )نامیده می شود.

فیبرهایی که NA بزرگی دارند نیاز به دقت زیادی در اتصال دو فیبر به هم ندارند، در صورتی که فیبرهای با بزرگی دارند نیاز به دقت زیادی در اتصال دو فیبر به هم ندارند، در صورتی که فیبرهای با NA کوچکتر نیازمند دقت بیشتری هستند، فیبرهای تک مد ازاین نوع فیبرها هستند.

فیبرهای چند مدی انتشار نور در طول یک فیبر نوری چند مد شکل بالا انتشار یک لیزر کم توان را در یک میله پلاستیکی نشان می دهد، این دقیقا نحوه عملکرد نور در یک فیبر نوری چند مد را نشان می دهد.

فیبرهایی با ضخامت (قطر هسته)بیشتر از 10میکرو متر توسط اپتیک هندسی مورد برر سی قرار می گیرند، ازجمله این فیبرها، ‌ فیبرهای چند مد هستند.

در فیبرهای چند مد با ضریب شکست پله ای، ‌ نور در طول هسته با بازتاب کلی داخلی پیش می رود.

هنگامی که باریکه نور با زاویه ای بزرگتر از زاویه بحرانی به مرز هسته غلاف بر خورد میکند کاملا بازتاب رخ می دهد.

زاویه بحرانی (کمینه زاویه مورد نیاز برای باز تاب کلی)بوسیله تعیین اختلاف ضریب شکست هسته و غلاف قابل محاسبه است.

باریکه ای از نور که با زاویه کمی به مرز برمورد می کند ازهسته به داخل غلاف بازتاب نمی کند ونور در داخل فیبر هدایت نمی شود ودر نتیجه اطلاعلت هم انتقال نمی یابند زاویه بحرانی در هر فیبر با زاویه پذیرش تعریف می شود که اغلب به اندازه گشودگی عددی گزارش می شود.

گشودگی عددی زیاد سبب می شود که نور در طول فیبر نوری کمتر در نزدیکی محور انتشار پیدا کند ودر جهات وزاویه های مختلف انتشار یابد.

همچنین گشودگی عددی زیاد باعث افزایش پراکندگی های نور از زاویه های مختلف می شود وهر باریکه در زمان های مختلف فیبر را می پیمایند.

بنا بر این گشودگی عددی کمتر مناسب تر است.

انواع فیبر نوری در فیبرهای چند مد باضریب شکست تدریجی، ‌ ضریب شکست هسته مدام بین محور وغلاف تغییر می کند وعلت این تغییر، ‌ خم شدن نور در هنگام نزدیکی باریکه نور به غلاف است که سریع تر از بازتاب ازمرز هسته غلاف صورت می گیرد.

فیبر نوری تک مدی ضخامت لایه های تشکیل دهنده آن نشان داده شده است.

در این فیبرهای نوری که ضخامت هسته، ‌ نها حدود ده برابر کمتر از طول موج انتشار نور است نمی توان مدل مورد استفاده در اپتیک هندسی را بکار برد.

در عوض می توان این فیبر ها را با استفاده از ساختار الکترو مغناطیسی مورد بررسی قرار داد وراه حل هایی با استفاده از حل معادلات موج ماکسول برای کاستن معادلات موج الکترو مغناطیسی ارائه داد.

همچنین بررسی های الکترو مغناطیسی، ‌ منجر به فهم برخی از واقعیت ها همچون نقطه نورانی ناشی از انتشار نور همدوس در فیبرهای چند مد می شود.

بررسی های انجام شده در موجبر ها نشان می دهد که انرژی نورانی کاملا در هسته محبوس نمی شود ودر عوض در فیبرهای تک مد بخش مهمی از انرژی مانند موجی ناپایدار به ناحیه مرز غلاف می رود.

اغلب فیبرهای تک مد ضخامتی حدود 10-8میکرو دارند وبرای محدوده مادون قرمز طراحی شده اند.

طرز ساخت فیبرها بر اساس طول موج نوری است که از آن عبور خواهد کرد، بنابر این این فیبر ها تعداد کمی از مدهای اضافی در محدوده نور مرئی را پشتیبانی می کنند.

در مقایسه با فیبرهای تک مد، فیبرهای چند مد با ضخامت هسته ایی بین 100-50میکرو متر تولید می شوند.

همچنین فرکانس به هنجار شده برای این فیبرها باید ازتابع بسل کمتر باشد.

(تقریبا 405/2) فیبرهای تک منظوره فیبرهای نوری تک منظوره هسته ای غیر استوانه ای دارند واز یک لایه غلاف تشکیل شده اند ومعمولا شکل مقطع عرضی آنها بیضی شکل یا مستطیل شکل است.

در ساختار برخی ازسفیبرهای نوری از خاصیت پراش، ‌ برای عبور نور از داخل هسته، ‌ بجای باز تابش کلی استفاده می شود؛از خاصیت این فیبرها می توان بطور گسترده ایی استفاده کرد.

پی آمدهای سودمند فیبر های کاربردی معمولا با یک محافظ از جنس زرین پوشانده می شوند وسپس از روی آن یک غلاف پلاستیکی دور تا دور آن را می پوشاند این لایه های اضافی که برای استحکام فیبرها از آنها استفاده می شود، هیچ نقشی در عمل کرد فیبرها برای هدایت امواج ندارند.

در مجموعه فیبرهای صلب از شیشه ای استفاده می شود که باعث جذب نور شده واجازه نمی دهد که نور از یک فیبر به فیبر دیگر عبور کند.

کابل های فیبر نوری که به تازگی ساخته شدهاند در پوشش ها وغلاف های متنوعی، ‌ برای کاربردهای مختلفی طراحی شده اند که ازآن جمله استفاده در :هدایت زیر زمینی اطلاعات، ‌ جدا سازی سیم های ولتاژبالا، ‌ استفاده دو گانه بعنوان خط قدرت، جدا سازی مجرای سیم ها، نگهداری تیرک های تلفن، ‌ نصب تاسیسات زیر دریایی و تعبیه در آسفالت خیابان ها.

فیبر نوری نسل سوم طراحان فیبر های نسل سوم، ‌ فیبرهایی را در نظر داشتند که دارای کمترین تلفات وپاشندگی در طول موج 1.

3میکرون بهره جستند وفیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتا پیچیده تری بود.

در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، ‌ که حداقل پا شندگی آن در محدوده 1.

3میکرون قرار داشت به محدوده 55-1 میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی .

اس .

اف .

اتصال و پیوند: نحوه اتصال فیبرهای نوری بوسیله رابط های فیبر نوری امکان پذیر است، این رابط ها معمولا از نوع استاندارد، fc، sc، st، یا mtrjهستند.

فیبر های نوری بوسیله رابط ها وپیورند دهنده ها به یکدیگر متصل می شوند و از اتصال متوالی هر دو فیبر نوری به طریقی که گفته شد موجبر های نوری پدید می آیند یکی از روش های پذیرفته شده در اتصال فیبر های نوری به یکدیگر، ‌ روش اتصالی همجوشن جرقه ایی است.

در این روش دو انتهای فیبرهایی را که نیاز دارند به هم متصل شوند را بوسیله جرقه الکتریکی ذوب می کنند وبه یکدیگر متصل می کنند.

برای سریع تر شدن این کار، ازماشین های خودکار در این اتصالات استفاده می کنند.

اتصال همجوشی بوسیله دستگاه ویژه ای انجام می پذیرد که در زیر در مورد عملکرد، ‌ آن توضیح داده شده است:دو فیبر وکابلی را که قرار است به یکدیگر متصل شوند را از دو انتها در داخل هم قرار نمی دهند وروکش محافظ پلیمری داخل آنها با دقت زیادی قطع کرده وبطور عمودی در داخل دستگاه اتصال دهنده قرار می دهند.

در تمام مدت اتصال، ‌ این فرایند بوسیله صفحات نمایشگری تحت نظارت است وتمامی مراحل از ابتدا تا انتها مورد بازر سی قرارنمی گیرد.

دستگاه اتصال دهنده فیبر های نوری از موتورهای کوچکی که دو به دو مقابل هم قرار گرفته اند تشکیل شده است، ‌ این موتورها در فضای خالی بین دو الکترود از خود جرقه هایی را ساتع می کنند که انرژی این کار را ازمواد اولیه ایی چون گوگردی ورطوبت بدست می آورند.

پس از این اعمال دستگاه جرقه بزر گی را تولید می کند که دمای محفظه را تا دمای نقطه ذوب شیشه بالا می برد وسبب اتصال وهمجوشی دائمی دو انتهای کابل ها می شود، انرژی ومکان جرقه باید بگونه ای دقیق محاسبه شود تا هسته وغلاف گداخته شده با هم مخلوط نشوند وخواص اپتیکی سیستم از دست نرود.

احتمال اتصال ناقص بوسیله .

دستگاه اتصال دهنده مورد بررسی قرار میگیرد بدین ترتیب که در داخل دستگاه نور را فیبر عبور میدهند ومیزان نشت نور را ازغلاف در جهات مختلف می سنجند، احتمال از دست رفتن اتصال معمولا کمتر از dB1/0(دسی بل )است .

مراحل اتصال این فیبر های نوری به یکدیگر بسیار پیچیده تر از اتصال سیم های مسی به یکدیگر است.

روش خودکار برای اتصال فیبرها به هم برای افزایش سدعت وسهولت کار بوجود آمده است اما در هر حال باید در تمامی مراحل کار دقت ازآنچه که امروز وجور دارد بیشتر شود.

فیبرها در نهایت با دقت بالا به اتصال دهنده ها وصل می شوند، یک متصل کننده فیبری از غلافی تشکیل شده است که بدنه ایی استوانه ایی دارد وپیرامون آن را پوششی است که آن را در محل سوکت نگاه داری می کند نحوه عملکرد این مادگی ها به طریق فشار دادن وتولید صدای مختصر است، یا پیچاندن وچفت کردن ونمونه هایی از این نوع.

همانطور که در ابتدا گفتیم شاید یکی از عوامل موفقیت در رخ دادن انقلاب در علم فوتو نیک استفاده از نوعی موج به نام سالیتون نوری در سیستم های ارتباطی فیبرنوری است.

سالیتون ها نسل ویژه ای از پالسهای نوری هستند که جوابهای معادله) NLSE )که پالس های درون فیبر توسط آن توضیح داده می شوند همان سالیتون می باشد.

برای درک بهتر ابتدا تعریف وبیان تاریخچه این نوع امواج می‌پردازیم.

سالیتون تعریف: امواج در محیط های گوناگون – امواج صوت، امواج آب، امواج الکترونیک معناطیسی و بسیاری از انواع دیگر – همگی از قوانین واحد پیروی می‌کنند.

دامنه «بسامد و سرعت» امواج با معادلات ساده‌ای به خواص انتشار مربوط می‌شوند.

در میان انواع غیرعادی‌تر موج و همچنین انواعی که توصیف ریاضی آنها دشوارتراست امواجی هستند که آنها را امواج منبسط می‌نامند.

امواج متناوبی تکرار می‌شوند و برآمدگی و فرورفتگی آنها به صورت قطاری بی‌پایان، یکدیگر را تعقیب می کنندت.

موج منفرد چنانچه از نامش پیداست فقط شمال یک برآمدگی یا یک فرورفتگی است که به صورت انفرادی حرکن می‌کند و اما سالیتون در فیزیک به موج منفرد خودتقویتی که با شکل و ارتفاع و سرعت ثابت به انتشار و پیشروی در محیط ادامه می‌هند، اطلاق می‌شود.

البته پیداکردن یک تعریف اجماع و واحد از سالیتون بسیار سخت است Johnson و Draein سه خاصیت را به سالیتونها نسبت داده‌اند: آنها دارای شکل ثابتی هستند.

آنها را در محدوده‌ای از فضا محدود و جایگزیده هستند.

آنها می‌توانند با هم بر هم کنش داشته باشند ولی بعد از برخورد سالیتونها شکل خود را حفظ می‌کنند.

(به جز در مورد فاز نسبی) به خاطر خاصیت پایداری و همدوسی زیادی که سالیتون‌ها در برخورد با یکدیگر از خود نشان دادند به نظر می‌رسید بیشتر ذرات، ماده باشند تا شبیه موج.

به همین دلیل زابوسکی وکروسکال به پیروی از این رسم که ذرات بنیادی در فیزیک با کلمات مختوم به اُن نامگذاری می‌شوند (مانند پروتون) این امواج را سالیتون نامیدند.

هم‌چنین تعریف برای سالیتونها از نقطه‌نظر فیزیک کلاسیک هم ارائه شده است: برخی از جوابهای معادله موجی که غیز خطی و ، ‌ باشد می‌تواند خواص زیر را داشته باشد: با حرکت بسته موج شکل و سرعت آن تغییر نکند.

بقای شکل و سرعت مجانبی حتس پس از برخورد چند بسته موج با هم برقرار باشد.

در فیزیک کلاسیک به جوابهایی که خاصیت 1 را داشته باشند، امواج منفرد گویند و اگر علاوه بر خاصیت 1، خاصیت 2 را هم داشته باشند، سالیتون نام می‌گیرد.

و بیان سالیتون بر حسب چگالی انرژی بدین‌گونه است: جوابی از معادله میدان را موضعی می‌نامیم که چگالی انرژی آن در هر زمان محدود، t در نقطه‌ای از فضا مقدار غیربی‌نهایت و در بی‌نهایت به سمت صفر میل کند و در آن ناحیه انتگرال‌پذیر باشد.

از نظر ریاضی سالیتون دسته خاصی از جوابهای موضعی یک معامله غیر خطی موج هستند.

البته مقدمات دست‌یابی به دانش مدل‌سازی ریاضی سالیتونها به تنظیم معادلات حاکم بر دینامیک امواج بلند توسط زابوسکی بازمی‌گردد.

تعریفات رسمی بسیاری وجود دارد ولی آنها به ریاضیات اساسی و معتبر نیاز دارند؛ به‌علانه برخی از دانشمندان از اصطلاح سالیتون برای پدیده‌ای که تقریباً سه ویژگی ذکر شده را ندارند استفاده می‌کنند.

برای مثال: (گلوله‌های نور، اپتیک غیرخطی، معمولاً سالیتون خوانده می‌شود.

با وجود اینکه در طول بر هم کنش انرژی از دست می‌دهند) تاریخچه و کابردها: پدیده سالیتون برای اولین بار توسط جان اسکات راسل (1882- 1808) اسکاتلندی که موج منفردی را هنگام قایق‌سواری در کانال Edinbung و Gleegow مشاهده کرد توضیح داده شد.

جان اسکات راسل در سال 1834 این پدیده را که انتقال موج بود، شرح داد.

جان اسکات راسل اولین کسی بود که موج‌های منفرد را روی سطح آب به صورت علمی مورد بررسی قرار داد و با آوردن مجدد آن در مخزن موج، آن را «انتقال موج» نامید.

در سال 1834 میلادی، این مهندس اسکاتلندی مشغول قایق‌سواری در کانال گلاسکو در ادینبورگ بود، مشاهده کرد که وقتی قایق توقف کرد، آب با سرعت زیاد به جلو غلتید و به شکل یک برآمدگی منفرد بزرگ، توده مدوری از آب، در آمد که به همان نحوه بدون تغییر شکل یا کاهش سرعت، به راه خود ادامه می‌دهد.

او با فروبردن وزنه‌ای به داخل آبِ یک تشتک طویل و مستطیل شکل، امواج مشابهی بوجود آورد.

او با توجه دقیق به موج‌ها در تشتک، وجود امواج منفرد را به طور قطعی تأیید کرد و دریافت سرعت چنین موجی دقیقاً به دامنه آن موج و عمق آب بستگی دارد.

سرعت امواج در آب عمیق‌تر، بیشتر و امواج مرتفع‌تر، سریع‌تر از امواج تخت‌تر حرکت می‌کنند.