مقدمه

فیبر نوری یکی از مهم‌ترین و پیشرفته‌ترین فناوری‌های انتقال داده در دنیای امروز است. در این سیستم، به جای استفاده از جریان الکتریکی در سیم‌های مسی، داده‌ها توسط پرتوهای نور منتقل می‌شوند. این روش باعث افزایش چشمگیر سرعت، پهنای باند، و امنیت ارتباط می‌شود.
فیبر نوری امروزه پایه و ستون شبکه‌های مخابراتی، اینترنت پرسرعت، دیتاسنترها و حتی شبکه‌های صنعتی مدرن است. در ادامه، بخش‌به‌بخش با ساختار، عملکرد، انواع و کاربردهای آن آشنا می‌شویم.

ساختار فیبر نوری

هر رشته فیبر نوری از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

۱. هسته (Core)

مرکز فیبر است که نور درون آن حرکت می‌کند. معمولاً از شیشه بسیار خالص (سیلیکا) ساخته می‌شود و قطر آن بین ۸ تا ۶۲.۵ میکرون متغیر است.

۲. روکش (Cladding)

لایه‌ای است که هسته را احاطه کرده و با ضریب شکست کمتر، باعث انعکاس داخلی کامل (Total Internal Reflection) نور در داخل هسته می‌شود.

۳. پوشش محافظ (Coating)

لایه‌ای پلاستیکی است که فیبر را از آسیب‌های فیزیکی، رطوبت و فشار محافظت می‌کند. در کابل‌های چندفیبره، معمولاً از چندین لایه اضافی برای استحکام مکانیکی استفاده می‌شود.

فیبر نوری

اصل کارکرد فیبر نوری

پایه عملکرد فیبر نوری بر انعکاس داخلی کلی استوار است.
وقتی پرتوی نور با زاویه‌ای خاص وارد هسته می‌شود، به دلیل تفاوت ضریب شکست بین هسته و روکش، در مرز این دو منعکس می‌شود و درون هسته باقی می‌ماند.
به این ترتیب، نور در مسیرهای طولانی حرکت کرده و اطلاعات را با کمترین افت توان منتقل می‌کند.

در نتیجه:

  • نور در هسته به دام می‌افتد و در مسیر مستقیم هدایت می‌شود.

  • داده‌ها در قالب پالس‌های نوری با سرعتی نزدیک به سرعت نور منتقل می‌شوند.

  • تلفات سیگنال (Attenuation) بسیار کمتر از کابل‌های مسی است.

انواع فیبر نوری از نظر مد انتشار نور

فیبرها براساس تعداد مسیرهای نوری که درون هسته حرکت می‌کنند، به دو نوع تقسیم می‌شوند:

۱. فیبر تک‌مود (Single Mode Fiber – SMF)

  • قطر هسته بسیار کوچک (حدود ۸ تا ۱۰ میکرون).

  • تنها یک مسیر نوری دارد؛ در نتیجه تلفات و دیسپرسن بسیار کم است.

  • مناسب برای فواصل بلند (تا صدها کیلومتر).

  • کاربرد: شبکه‌های بین‌شهری، مخابرات نوری، زیرساخت‌های اینترنت جهانی.

۲. فیبر چندمود (Multi Mode Fiber – MMF)

  • قطر هسته بزرگ‌تر (۵۰ یا ۶۲.۵ میکرون).

  • چندین پرتو نور به‌صورت هم‌زمان در هسته حرکت می‌کنند.

  • هزینه کمتر ولی تلفات و پخش زمانی بیشتر از نوع تک‌مود دارد.

  • کاربرد: شبکه‌های محلی (LAN)، دیتاسنترها، ارتباطات داخلی ساختمان.

انواع فیبر از نظر جنس و ساختار

  1. فیبر شیشه‌ای (Glass Fiber):
    بیشترین استفاده در مخابرات و اینترنت دارد؛ تلفات بسیار کم و دوام بالا.
    فیبر نوری

  2. فیبر پلاستیکی (POF – Plastic Optical Fiber):
    ارزان‌تر، منعطف‌تر، ولی با تلفات بیشتر. کاربرد در وسایل الکترونیکی خانگی یا خودروها.

    فیبر نوری

اجزای انتقال نوری (فرستنده و گیرنده)

در سیستم فیبر نوری، داده باید به نور تبدیل شود و برعکس:

فرستنده نوری (Transmitter)

  • LED: برای فواصل کوتاه و فیبر چندمود.

  • لیزر (Laser Diode): برای فواصل طولانی و فیبر تک‌مود.

گیرنده نوری (Receiver)

  • فوتودیود PIN یا APD که نور را دوباره به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.
    کیفیت و حساسیت این گیرنده‌ها تأثیر مستقیم بر نرخ خطا (BER) دارد.

فیبر نوری

انواع اتصالات فیبر نوری

اتصال در فیبر بسیار ظریف و حساس است. برای این کار از دو روش استفاده می‌شود:

  1. اسپلیس دائمی (Fusion Splice):
    در این روش، دو فیبر توسط قوس الکتریکی ذوب و به هم متصل می‌شوند. تلفات اتصال کمتر از ۰.۱ دسی‌بل است.
    فیبر نوری

  2. اتصال مکانیکی (Mechanical Splice):
    با استفاده از کانکتور و تراز مکانیکی انجام می‌شود؛ سریع‌تر ولی با تلفات کمی بیشتر.
    فیبر نوری

رایج‌ترین کانکتورهای فیبر نوری

  • SC (Subscriber Connector): پرکاربرد در شبکه‌های مخابراتی.

  • LC (Lucent Connector): کوچک و مناسب برای رک‌ها و تجهیزات فشرده.

  • ST (Straight Tip): مدل قدیمی‌تر با قفل چرخشی.

  • FC (Ferrule Connector): مقاوم در برابر لرزش؛ کاربرد در محیط‌های صنعتی.
    فیبر نوری

ابزارهای اندازه‌گیری و تست

برای کنترل کیفیت نصب و عملکرد فیبر، ابزارهای تخصصی زیر استفاده می‌شوند:

  • OTDR (Optical Time Domain Reflectometer): تعیین محل شکستگی یا تلفات.

  • Power Meter و Light Source: اندازه‌گیری تضعیف واقعی در طول مسیر.

  • Microscope Inspection: بررسی تمیزی و وضعیت سطح کانکتور.
    فیبر نوری

مزایا نسبت به کابل مسی

  1. پهنای باند فوق‌العاده بالا (تا صدها گیگابیت بر ثانیه).

  2. تلفات بسیار کم در فواصل طولانی.

  3. عدم تأثیر از نویز الکترومغناطیسی (EMI).

  4. وزن و قطر کمتر نسبت به کابل‌های مسی.

  5. امنیت بیشتر: شنود یا تداخل در فیبر بسیار دشوار است.

  6. طول عمر بالا و مقاومت در شرایط محیطی سخت.

معایب و محدودیت‌ها

  • هزینه نصب اولیه بالاتر به‌دلیل نیاز به تجهیزات خاص (Fusion Splicer، OTDR).

  • شکنندگی بالا نسبت به کابل‌های فلزی.

  • نیاز به نیروی متخصص برای فیوژن و تست.

  • نقص در تعمیر می‌تواند پرهزینه باشد.

کاربردهای اصلی فیبر نوری

  • شبکه‌های اینترنت پرسرعت (FTTH, FTTB, FTTC).

  • ارتباطات بین‌شهری و بین‌المللی (Backbone).

  • شبکه‌های صنعتی و نظامی به‌دلیل ایمنی بالا در مقابل نویز.

  • دیتاسنترها و شبکه‌های ابررایانه‌ای.

  • حسگرهای نوری برای دما، فشار، یا ارتعاش در خطوط لوله و سازه‌ها.

استانداردها و طول‌موج‌های کاری

فیبرها معمولاً در سه باند نوری کار می‌کنند:

  • ۸۵۰ نانومتر (MMF – LED).

  • ۱۳۱۰ نانومتر (SMF – متوسط فاصله).

  • ۱۵۵۰ نانومتر (SMF – فاصله زیاد و تقویت EDFA).

استانداردهای پرکاربرد:

  • Ethernet over Fiber: 1G, 10G, 40G, 100G Ethernet

  • ITU-T G.652/G.657: برای فیبرهای مخابراتی بین‌شهری.

  • GPON / EPON / XG-PON: در شبکه‌های خانگی (فیبر تا منزل).

نگهداری و مراقبت

فیبر نوری نیاز به نگهداری دقیق دارد:

  • از خم‌شدن بیش از حد جلوگیری شود (شعاع خم حداقل ۳۰ برابر قطر کابل).

  • کانکتورها قبل از اتصال تمیز شوند (گرد و غبار، چربی و اثر انگشت باعث افت شدید سیگنال می‌شود).

  • تست دوره‌ای با OTDR انجام گیرد.

  • مسیر کابل‌ها مستندسازی و برچسب‌گذاری شوند.
    فیبر نوری

مودم فیبر نوری چیست؟

مودم فیبر نوری یا ONT (Optical Network Terminal) دستگاهی است که سیگنال‌های نوری دریافت‌شده از کابل فیبر را به داده‌های الکتریکی قابل‌فهم برای وسایل خانگی (مثل لپ‌تاپ، تلویزیون هوشمند یا تلفن VoIP) تبدیل می‌کند.
در واقع، در شبکه‌های فیبر نوری خانگی، دیگر از مودم‌های ADSL یا VDSL سنتی استفاده نمی‌شود، چون آن‌ها برای سیگنال‌های مسی طراحی شده‌اند و نمی‌توانند سرعت و پهنای باند فیبر را پشتیبانی کنند.

در فناوری FTTH (Fiber To The Home)، فیبر نوری مستقیماً تا داخل واحد مسکونی کاربر کشیده می‌شود. در این حالت، کابل فیبر ابتدا به مودم نوری (ONT) متصل می‌شود. این مودم معمولاً توسط شرکت ارائه‌دهنده اینترنت نصب و تنظیم می‌شود و نقش رابط بین شبکه فیبر و تجهیزات داخلی را دارد.

ویژگی‌های مهم مودم فیبر نوری عبارت‌اند از:

  • سرعت بسیار بالا: پشتیبانی از سرعت‌هایی تا چند گیگابیت بر ثانیه.

  • پایداری سیگنال: عدم تأثیرپذیری از نویز، رطوبت و فاصله.

  • پشتیبانی از چند خروجی: اغلب دارای پورت‌های LAN، تلفن (POTS) و گاهی وای‌فای داخلی هستند.

  • امنیت بالا: ارتباط نوری سخت‌تر شنود یا دستکاری می‌شود.
    مودم فیبر نوری

نحوه راه‌اندازی مودم فیبر نوری در خانه

راه‌اندازی مودم فیبر نوری در محیط خانگی معمولاً توسط تکنسین شرکت سرویس‌دهنده انجام می‌شود، اما دانستن مراحل کلی آن کمک می‌کند بهتر ساختار سیستم را درک کنید:

۱. بررسی محل ورودی فیبر

ابتدا باید بدانید کابل فیبر از کجا وارد ساختمان یا واحد شما می‌شود. معمولاً در جعبه‌ای کوچک به نام پچ باکس فیبر (Fiber Patch Box) یا پریز نوری (Optical Outlet) خاتمه می‌یابد. این نقطه معمولاً نزدیک ورودی یا محل نصب مودم است.

۲. اتصال کابل فیبر به مودم ONT

کابل فیبر نوری از پریز نوری به درگاه مخصوص (معمولاً با کانکتور SC/APC) روی مودم وصل می‌شود. این اتصال بسیار حساس است و نباید با دست آلوده یا خم زیاد انجام شود، چون کوچک‌ترین آسیب به فیبر می‌تواند باعث افت شدید سیگنال شود.

۳. تأمین برق مودم

مودم فیبر نوری با آداپتور مخصوص به برق متصل می‌شود. در برخی مدل‌ها، اگر UPS خانگی داشته باشید، بهتر است مودم را از طریق آن تغذیه کنید تا در زمان قطع برق نیز ارتباط اینترنتی حفظ شود.

۴. اتصال به روتر یا سیستم خانگی

اگر مودم ONT شما فقط پورت LAN دارد (و وای‌فای داخلی ندارد)، باید آن را با کابل شبکه به یک روتر خانگی وای‌فای وصل کنید تا بتوانید اینترنت را بین دستگاه‌ها تقسیم کنید.
در برخی مدل‌های جدید، مودم فیبر نوری خودش دارای وای‌فای است و نیازی به روتر جداگانه نیست.

۵. پیکربندی اولیه

تنظیمات اولیه معمولاً توسط شرکت ارائه‌دهنده انجام می‌شود، اما در صورت نیاز، می‌توانید از طریق مرورگر و واردکردن آدرس IP مودم (مثلاً 192.168.1.1) وارد محیط تنظیمات شوید.
در این قسمت اطلاعاتی مانند:

  • نام کاربری و رمز سرویس (PPPoE)،

  • رمز وای‌فای،

  • تنظیمات DHCP و IP داخلی
    قابل تغییر هستند.

۶. تست اتصال

در پایان، با باز کردن یک وب‌سایت یا تست سرعت، می‌توانید از فعال‌بودن اینترنت مطمئن شوید. در صورت وجود قطع یا سرعت پایین، احتمالاً فیبر یا کانکتور به درستی وصل نشده است.

نکات مهم برای استفاده بهتر از مودم فیبر نوری

  • از خم‌شدن شدید کابل فیبر خودداری کنید. حداقل شعاع خم مجاز حدود ۵ سانتی‌متر است.

  • مودم را در مکان خنک و دارای تهویه مناسب نصب کنید. حرارت زیاد باعث کاهش طول عمر تجهیزات نوری می‌شود.

  • رمز وای‌فای قوی تنظیم کنید تا امنیت شبکه شما حفظ شود.

  • به‌روزرسانی نرم‌افزار مودم (Firmware) را در بازه‌های زمانی مشخص انجام دهید.

  • در صورت قطع ناگهانی اینترنت، ابتدا اتصال فیزیکی فیبر و چراغ‌های PON و LOS مودم را بررسی کنید؛ این چراغ‌ها اطلاعات زیادی درباره وضعیت شبکه می‌دهند.

فیبر نوری در آینده

تحقیقات جدید روی فیبرهای چند‌هسته‌ای (Multi-Core) و فیبرهای هوشمند با سنسور داخلی در حال گسترش است.
در نسل‌های آینده‌ی شبکه‌های 5G و 6G، فیبر نوری به عنوان ستون اصلی Backhaul و Cloud Infrastructure و اینترنت اشیا عمل می‌کند.
همچنین تکنولوژی NG-PON2 با قابلیت چندطول‌موجی (WDM) ظرفیت انتقال را چند برابر کرده است.

جمع‌بندی

فیبر نوری نه‌تنها جایگزین کابل مسی در زیرساخت‌های مدرن شده، بلکه مسیر توسعهٔ فناوری‌های آینده را هموار کرده است.
ترکیب سرعت، پایداری، و امنیت بالا باعث شده فیبر نوری به انتخاب اول در ارتباطات امروزی تبدیل شود.
با پیشرفت فناوری، هزینه‌ها کمتر و کاربردها گسترده‌تر خواهند شد.