Behzad AZ
12-28-2010, 07:22 PM
فيبر نوري
بعد از اختراع ليزر در سال 1960 ميلادي، ايده بكارگيري فيبر نوري براي انتقال اطلاعات شكل گرفت .خبر ساخت اولين فيبر نوري در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با تضعيفي برابر با اعلام شد كه عملا درانتقال اطلاعات مخابراتي قابل استفاده نبود تا اينكه در سال 1976 با كوشش فراوان محققين تلفات فيبر نوري توليدي شديدا كاهش داده شد و به مقدار رسيد كه قابل ملاحظه با سيم هاي كوكسيكال مورد استفاده در شبكه مخابرات بود.
در ايران در اوايل دهه 60 ، فعاليت هاي تحقيقاتي در زمينه فيبر نوري در مركز تحقيقات منجر به تاسيس مجتمع توليد فيبر نوري در پونك تهران گرديدو عملا در سال 1373 توليد فيبرنوري با ظرفيت 50.000 كيلومتر در سل در ايران آغاز شد.فعاليت استفاده از كابل هاي نوري در ديگر شهرهاي بزرگ ايران شروع شد تا در آينده نزديك از طريق يك شبكه ملي مخابرات نوري به هم متصل شوند.
فيبرنوري يك موجبر استوانه اي از جنس شيشه (يا پلاستيك) كه دو ناحيه مغزي وغلاف با ضريب شكست متفاوت ودولايه پوششي اوليه وثانويه پلاستيكي تشكيل شده است . بر اساس قانون اسنل براي انتشار نور در فيبر نوري شرط : مي بايست برقرار باشد كه به ترتيب ضريب شكست هاي مغزي و غلاف هستند . انتشار نور تحت تاثير عواملي ذاتي و اكتسابي ذچار تضعيف مي شود. اين عوامل عمدتا ناشي از جذب ماوراي بنفش ، جذب مادون قرمز ،پراكندگي رايلي، خمش و فشارهاي مكانيكي بر آنها هستند . منحني تغييرات تضعيف برحسب طول موج در شكل زير نشا ن داده شده است.
فيبرهاي نوري نسل سوم
طراحان فيبرهاي نسل سوم ، فيبرهايي را مد نظر داشتند كه داراي حداقل تلفات و پاشندگي باشند. براي دستيابي به اين نوع فيبرها، محققين از حداقل تلفات در طول موج 55/1 ميكرون و از حداقل پاشندگي در طول موج 3/1 ميكرون بهره جستند و فيبري را طراحي كردند كه داراي ساختار نسبتا پيچيده تري بود. در عمل با تغييراتي در پروفايل ضريب شكست فيبرهاي تك مد از نسل دوم ، كه حداقل پاشندگي ان در محدوده 3/1 ميكرون قرار داشت ، به محدوده 55/1 ميكرون انتقال داده شد و بدين ترتيب فيبر نوري با ماهيت متفاوتي موسوم به فيبر دي.اس.اف ساخته شد.
كاربردهاي فيبر نوري
الف)كاربرد در احساسگرها
استفاده از احساسگرهاي فيبر نوري براي اندازه گيري كميت هاي فيزيكي مانندجريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي فشار،حرارت ،جابجايي،آلودگي آبهاي دريا سطح مايعات ،تشعشعات پرتوهاي گاماوايكس در سال هاي اخير شروع شده است . در اين نوع احساسگرها ، از فيبر نوري به عنوان عنصر اصلي احساسگر بهره گيري مي شود بدين ترتيب كه خصوصيات فيبر تحت ميدان كميت مورد اندازه گيري تغيير يافته و با اندازه شدت كميت تاثير پذير مي شود.
ب)كاربردهاي نظامي
فيبرنوري كاربردهاي بي شماري در صنايع دفاع دارد كه از آن جمله مي توان برقراري ارتباط و كنترل با آنتن رادار، كنترل و هدايت موشك ها ، ارتباط زير دريايي ها (هيدروفون) را نام برد .
ج)كاربردهاي پزشكي
فيبرنوري در تشخيص بيماري ها و آزمايش هاي گوناگون در پزشكي كاربرد فراوان دارد كه از آن جمله مي توان دزيمتري غدد سرطاني ، شناسايي نارسايي هاي داخلي بدن،جراحي ليزري فاستفاده در دندانپزشكي و اندازه گيري مايعات و خون نام برد .
فن آوري ساخت فيبرهاي نوري
براي توليد فيبر نوري ، ابتدا ساختار آن در يك ميله شيشه اي موسوم به پيش سازه از جنس سيليكا ايجادمي گردد و سپس در يك فرايند جداگانه اين ميله كشيده شده تبديل به فيبرمي گردد . از سال 1970 روش هاي متعددي براي ساخت انواع پيش سازه ها به كار رفته است كه اغلب آنها بر مبناي رسوب دهي لايه هاي شيشه اي در اخل يك لوله به عنوان پايه قرار دارند .
روشهاي ساخت پيش سازه
روش هاي فرايند فاز بخار براي ساخت پيش سازه فيبرنوري را مي توان به سه دسته تقسيم كرد :
رسوب دهي داخلي در فاز بخار
رسوب دهي بيروني در فاز بخار
رسوب دهي محوري در فاز بخار
موادلازم در فرايند ساخت پيش سازه
- تتراكلريد سيلسكون :اين ماده براي تا مين لايه هاي شيشه اي در فرايند مورد نياز است .
- تتراكلريد ژرمانيوم : اين ماده براي افزايش ضريب شكست شيشه در ناحيه مغزي پيش سازه استفاده مي شود .
- اكسي كلريد فسفريل: براي كاهش دماي واكنش در حين ساخت پيش سازه ، اين مواد وارد واكنش مي شود .
- گازفلوئور : براي كاهش ضريب شكست شيشه در ناحيه غلاف استفاده مي شود .
- گاز هليم : براي نفوذ حرارتي و حباب زدايي در حين واكنش شيميايي در داخل لوله مورد استفاده قرار مي گيرد.
- گاز كلر: براي آب زدايي محيط داخل لوله قبل از شروع واكنش اصلي مورد نياز است .
مراحل ساخت
+ مراحل سيقل حرارتي: بعد از نصب لوله با عبور گاز هاي كلر و اكسيژن ، در درجه حرارت بالاتر از 1800 درجه سلسيوس لوله صيقل داده مي شود تا بخار اب موجود در جدار داخلي لوله از ان خارج شود.
+ مرحله اچينگ: در اين مرحله با عبور گازهاي كلر، اكسيژن و فرئون لايه سطحي جدار داخلي لوله پايه خورده مي شود تا ناهمواري ها و ترك هاي سطحي بر روي جدار داخلي لوله از بين بروند .
+ لايه نشاني ناحيه غلاف : در مرحله لايه نشاني غلاف ، ماده تترا كلريد سيليسيوم و اكسي كلريد فسفريل به حالت بخار به همراه گاز هاي هليم و فرئون وارد لوله شيشه اي مي شوند ودر حالتي كه مشعل اكسي هيدروژن با سرعت تقريبي 120 تا 200 ميلي متر در دقيقه در طول لوله حركت مي كند و دمايي بالاتر از 1900 درجه سلسيوس ايجاد مي كند ، واكنش هاي شيميايي زير ب دست مي آيند.
ذرات شيشه اي حاصل از واكنش هاي فوق به علت پديده ترموفرسيس كمي جلوتر از ناحيه داغ پرتاب شده وبر روي جداره داخلي رسوب مي كنند و با رسيدن مشعل به اين ذرات رسوبي حرارت كافي به آنها اعمال مي شود به طوري كه تمامي ذرات رسوبي شفاف مي گردند و به جدار داخلي لوله چسبيده ويكنواخت مي شوند.بدين ترتيب لايه هاي يشه اي مطابق با طراحي با تركيب در داخل لوله ايجاد مي گردد و در نهايت ناحيه غلاف را تشكيل مي دهد.
بعد از اختراع ليزر در سال 1960 ميلادي، ايده بكارگيري فيبر نوري براي انتقال اطلاعات شكل گرفت .خبر ساخت اولين فيبر نوري در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با تضعيفي برابر با اعلام شد كه عملا درانتقال اطلاعات مخابراتي قابل استفاده نبود تا اينكه در سال 1976 با كوشش فراوان محققين تلفات فيبر نوري توليدي شديدا كاهش داده شد و به مقدار رسيد كه قابل ملاحظه با سيم هاي كوكسيكال مورد استفاده در شبكه مخابرات بود.
در ايران در اوايل دهه 60 ، فعاليت هاي تحقيقاتي در زمينه فيبر نوري در مركز تحقيقات منجر به تاسيس مجتمع توليد فيبر نوري در پونك تهران گرديدو عملا در سال 1373 توليد فيبرنوري با ظرفيت 50.000 كيلومتر در سل در ايران آغاز شد.فعاليت استفاده از كابل هاي نوري در ديگر شهرهاي بزرگ ايران شروع شد تا در آينده نزديك از طريق يك شبكه ملي مخابرات نوري به هم متصل شوند.
فيبرنوري يك موجبر استوانه اي از جنس شيشه (يا پلاستيك) كه دو ناحيه مغزي وغلاف با ضريب شكست متفاوت ودولايه پوششي اوليه وثانويه پلاستيكي تشكيل شده است . بر اساس قانون اسنل براي انتشار نور در فيبر نوري شرط : مي بايست برقرار باشد كه به ترتيب ضريب شكست هاي مغزي و غلاف هستند . انتشار نور تحت تاثير عواملي ذاتي و اكتسابي ذچار تضعيف مي شود. اين عوامل عمدتا ناشي از جذب ماوراي بنفش ، جذب مادون قرمز ،پراكندگي رايلي، خمش و فشارهاي مكانيكي بر آنها هستند . منحني تغييرات تضعيف برحسب طول موج در شكل زير نشا ن داده شده است.
فيبرهاي نوري نسل سوم
طراحان فيبرهاي نسل سوم ، فيبرهايي را مد نظر داشتند كه داراي حداقل تلفات و پاشندگي باشند. براي دستيابي به اين نوع فيبرها، محققين از حداقل تلفات در طول موج 55/1 ميكرون و از حداقل پاشندگي در طول موج 3/1 ميكرون بهره جستند و فيبري را طراحي كردند كه داراي ساختار نسبتا پيچيده تري بود. در عمل با تغييراتي در پروفايل ضريب شكست فيبرهاي تك مد از نسل دوم ، كه حداقل پاشندگي ان در محدوده 3/1 ميكرون قرار داشت ، به محدوده 55/1 ميكرون انتقال داده شد و بدين ترتيب فيبر نوري با ماهيت متفاوتي موسوم به فيبر دي.اس.اف ساخته شد.
كاربردهاي فيبر نوري
الف)كاربرد در احساسگرها
استفاده از احساسگرهاي فيبر نوري براي اندازه گيري كميت هاي فيزيكي مانندجريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي فشار،حرارت ،جابجايي،آلودگي آبهاي دريا سطح مايعات ،تشعشعات پرتوهاي گاماوايكس در سال هاي اخير شروع شده است . در اين نوع احساسگرها ، از فيبر نوري به عنوان عنصر اصلي احساسگر بهره گيري مي شود بدين ترتيب كه خصوصيات فيبر تحت ميدان كميت مورد اندازه گيري تغيير يافته و با اندازه شدت كميت تاثير پذير مي شود.
ب)كاربردهاي نظامي
فيبرنوري كاربردهاي بي شماري در صنايع دفاع دارد كه از آن جمله مي توان برقراري ارتباط و كنترل با آنتن رادار، كنترل و هدايت موشك ها ، ارتباط زير دريايي ها (هيدروفون) را نام برد .
ج)كاربردهاي پزشكي
فيبرنوري در تشخيص بيماري ها و آزمايش هاي گوناگون در پزشكي كاربرد فراوان دارد كه از آن جمله مي توان دزيمتري غدد سرطاني ، شناسايي نارسايي هاي داخلي بدن،جراحي ليزري فاستفاده در دندانپزشكي و اندازه گيري مايعات و خون نام برد .
فن آوري ساخت فيبرهاي نوري
براي توليد فيبر نوري ، ابتدا ساختار آن در يك ميله شيشه اي موسوم به پيش سازه از جنس سيليكا ايجادمي گردد و سپس در يك فرايند جداگانه اين ميله كشيده شده تبديل به فيبرمي گردد . از سال 1970 روش هاي متعددي براي ساخت انواع پيش سازه ها به كار رفته است كه اغلب آنها بر مبناي رسوب دهي لايه هاي شيشه اي در اخل يك لوله به عنوان پايه قرار دارند .
روشهاي ساخت پيش سازه
روش هاي فرايند فاز بخار براي ساخت پيش سازه فيبرنوري را مي توان به سه دسته تقسيم كرد :
رسوب دهي داخلي در فاز بخار
رسوب دهي بيروني در فاز بخار
رسوب دهي محوري در فاز بخار
موادلازم در فرايند ساخت پيش سازه
- تتراكلريد سيلسكون :اين ماده براي تا مين لايه هاي شيشه اي در فرايند مورد نياز است .
- تتراكلريد ژرمانيوم : اين ماده براي افزايش ضريب شكست شيشه در ناحيه مغزي پيش سازه استفاده مي شود .
- اكسي كلريد فسفريل: براي كاهش دماي واكنش در حين ساخت پيش سازه ، اين مواد وارد واكنش مي شود .
- گازفلوئور : براي كاهش ضريب شكست شيشه در ناحيه غلاف استفاده مي شود .
- گاز هليم : براي نفوذ حرارتي و حباب زدايي در حين واكنش شيميايي در داخل لوله مورد استفاده قرار مي گيرد.
- گاز كلر: براي آب زدايي محيط داخل لوله قبل از شروع واكنش اصلي مورد نياز است .
مراحل ساخت
+ مراحل سيقل حرارتي: بعد از نصب لوله با عبور گاز هاي كلر و اكسيژن ، در درجه حرارت بالاتر از 1800 درجه سلسيوس لوله صيقل داده مي شود تا بخار اب موجود در جدار داخلي لوله از ان خارج شود.
+ مرحله اچينگ: در اين مرحله با عبور گازهاي كلر، اكسيژن و فرئون لايه سطحي جدار داخلي لوله پايه خورده مي شود تا ناهمواري ها و ترك هاي سطحي بر روي جدار داخلي لوله از بين بروند .
+ لايه نشاني ناحيه غلاف : در مرحله لايه نشاني غلاف ، ماده تترا كلريد سيليسيوم و اكسي كلريد فسفريل به حالت بخار به همراه گاز هاي هليم و فرئون وارد لوله شيشه اي مي شوند ودر حالتي كه مشعل اكسي هيدروژن با سرعت تقريبي 120 تا 200 ميلي متر در دقيقه در طول لوله حركت مي كند و دمايي بالاتر از 1900 درجه سلسيوس ايجاد مي كند ، واكنش هاي شيميايي زير ب دست مي آيند.
ذرات شيشه اي حاصل از واكنش هاي فوق به علت پديده ترموفرسيس كمي جلوتر از ناحيه داغ پرتاب شده وبر روي جداره داخلي رسوب مي كنند و با رسيدن مشعل به اين ذرات رسوبي حرارت كافي به آنها اعمال مي شود به طوري كه تمامي ذرات رسوبي شفاف مي گردند و به جدار داخلي لوله چسبيده ويكنواخت مي شوند.بدين ترتيب لايه هاي يشه اي مطابق با طراحي با تركيب در داخل لوله ايجاد مي گردد و در نهايت ناحيه غلاف را تشكيل مي دهد.