فیبر نوری چیست و چگونه کار می‌کند
جواب کوتاه
فیبر نوری یه رشته از شیشه‌ی خیلی خالصه، یه کم کلفت‌تر از یه تار مو، که داده رو با نور می‌بره: هر چشمک نور یه بیته. دور هسته‌ی شیشه یه روکش هست که نور رو با بازتاب کلی درونی توی هسته نگه می‌داره، تا کیلومترها جلو بره. فیبر پارازیت برق نمی‌گیره و کمتر از سیم مسی ضعیف می‌شه؛ برای همین راه‌های طولانی اینترنت فیبرن.
سه تا کلمه
- هستهیه رشته‌ی خیلی نازک شیشه وسط فیبر، که نور توش می‌ره.
- روکشیه لایه‌ی شیشه‌ای دور هسته، که نور رو برمی‌گردونه توی هسته و نمی‌ذاره بیرون بزنه.
- لیزرچراغی که یه نور خیلی باریک و یه‌رنگ می‌سازه و می‌تونه خیلی تند خاموش روشن بشه.
چشمک‌های نور
فانوس دریایی رو در نظر بگیرید که با کشتی‌ها حرف می‌زنه: چراغش رو خاموش روشن می‌کنه و هر الگو یه معنی داره. فیبر نوری همین کار رو می‌کنه، فقط خیلی تندتر. یه لیزر یه سر رشته خاموش روشن می‌شه؛ روشن یعنی ۱ و خاموش یعنی ۰. گیرنده اون سر چشمک‌ها رو می‌شمره و همون بیت‌ها رو پس می‌گیره.
تونل آینه‌ای
ولی نور توی خط راست می‌ره و کابل پیچ و خم داره. پس چجوری تا اون سر می‌رسه؟ فرض کنید توی یه تونلید که دیوارهاش آینه‌ست؛ هر بار نور به دیوار می‌خوره، برمی‌گرده و جلو می‌ره. روکش فیبر همین آینه‌ست، با یه فرق: آینه‌ی معمولی نیست، شیشه‌ایه که طوری ساخته شده که نور رو پس بفرسته توی هسته. به این می‌گن بازتاب کلی درونی . شرطش اینه که نور با زاویه‌ی کم به دیواره بخوره:
لایه‌های یه رشته
اگه یه رشته‌ی فیبر رو ببرید، سه تا لایه می‌بینید: هسته وسط، که نور توشه؛ روکش دورش، که نور رو نگه می‌داره؛ و پوشش بیرونی، که رشته رو از رطوبت و ضربه حفظ می‌کنه. هسته و روکش معمولا از شیشه‌ی خیلی خالصن؛ فیبر پلاستیکی هم هست، برای راه‌های کوتاه.
قطر روکش بیشتر فیبرها ۱۲۵ میکرونه، یعنی یه هشتم میلی‌متر؛ یه کم کلفت‌تر از یه تار موی معمولی. هر کابل فیبری که توی خیابون می‌بینید، توش یکی یا چند تا از همین رشته‌هاست، با لایه‌های محافظ بیشتر.
تک‌حالته و چندحالته
فیبر دو جور اصلی داره، و فرقشون پهنای هسته‌ست:
چرا چندحالته برای راه طولانی نیست؟ چون نورهایی که از راه‌های بلندتر می‌رن، دیرتر می‌رسن؛ توی راه طولانی، چشمک‌ها قاطی هم می‌شن. فیبرهای چندحالته رو معمولا با روکش رنگیشون می‌شناسن: نارنجی برای نسل‌های قدیمی‌تر و آبی‌فیروزه‌ای برای تازه‌ترها.
چرا فیبر؟
دو تا دلیل اصلی داره. اول، سیگنال توی فیبر خیلی کمتر از سیم مسی ضعیف می‌شه؛ پس می‌شه کیلومترها راه رفت. دوم، نور توی شیشه از برق و پارازیت دور و برش اثر نمی‌گیره؛ کنار سیم برق یا موتور هم سالم می‌مونه.
برای همین راه‌های بلند اینترنت، بین شهرها و کشورها و زیر دریا، فیبرن (درس کابل، فیبر و وای‌فای). نور توی فیبر هر کیلومتر رو حدود ۵ میکروثانیه‌ای می‌ره.
از کجا اومد؟
- ۱۹۶۵: چارلز کائو و جرج هاکهام نشون دادن که ضعیف شدن نور توی شیشه‌ی اون روزها به خاطر ناخالصیه، و اگه شیشه خالص‌تر بشه، فیبر برای فرستادن پیام به کار میاد.
- ۱۹۷۰: پژوهشگرهای یه کارخونه‌ی شیشه‌سازی یه شیشه ساختن که به همون حد رسید.
- ۲۰۰۹: کائو برای همین کار جایزه‌ی نوبل فیزیک گرفت.
فیبر تا خونه: FTTH و FTTC
وقتی می‌گن «اینترنت فیبر نوری خونگی»، باید پرسید فیبر تا کجا میاد. اگه فیبر تا یه جعبه روی دیوار خونه‌ی شما بیاد، بهش می‌گن FTTH ، یعنی فیبر تا خونه. اگه فیبر فقط تا کابینت سر کوچه بیاد و از اونجا با سیم مسی تلفن برسه به خونه، FTTC هست:
اینترنت‌های ADSL و VDSL از سیم مسی تلفن میان؛ توی FTTC، تیکه‌ی آخر راه همین سیمه. توی FTTH سیم تلفن توی راه داده نیست، چون فیبر خودش تا خونه میاد.
یه رشته برای چند تا خونه
کشیدن یه رشته‌ی جدا از مرکز تا هر خونه گرونه. پس معمولا یه رشته از مرکز میاد و توی راه، یه تقسیم‌کننده نورش رو بین چند تا رشته پخش می‌کنه؛ هر رشته به یه خونه. این تقسیم‌کننده برق نمی‌خواد، فقط شیشه‌ست. معمولا یه رشته بین ۳۲ یا ۶۴ تا خونه تقسیم می‌شه.
به این شبکه می‌گن PON . اسم دستگاه سر مرکز OLT هست و دستگاهی که توی خونه‌ی شما فیبر رو به کابل و وای‌فای تبدیل می‌کنه، ONT.
سر فیبر: SC و LC
سر فیبر هم مثل سوکت کابل شبکه چند تا شکل داره. رایج‌ترین‌هاش SC هست، مربعی که با فشار جا می‌ره، و LC، کوچیک‌تر و با یه گیره. LC چون کوچیکه، جای کمتری می‌گیره؛ یه جفتش تقریبا هم‌اندازه‌ی سوکت RJ45 هست (درس کابل شبکه).
چند تا رنگ توی یه رشته
نور رنگ‌های مختلف داره، یعنی طول موج‌های مختلف. توی یه رشته‌ی فیبر می‌شه با چند تا رنگ نور هم‌زمان چند تا پیام فرستاد، که با هم قاطی نمی‌شن؛ مثلا یه رنگ برای پیام‌هایی که میان توی خونه و یه رنگ دیگه برای پیام‌هایی که از خونه می‌رن. برای همینه که یه رشته‌ی نازک این‌قدر جا داره.
سه تا اشتباه رایج
- «اینترنت فیبر یعنی فیبر تا گوشی من.»نه. توی FTTH فیبر تا یه جعبه روی دیوار خونه میاد؛ از اونجا تا گوشی شما کابل یا وای‌فای هست.
- «فیبر رو هر جور خواستی خم کن.»نه. اگه خم خیلی تیز باشه، نور با زاویه‌ی تند به دیواره می‌خوره و بیرون می‌زنه؛ پیام ضعیف می‌شه یا قطع.
- «هر جا فیبر هست، سرعت همیشه بی‌نهایته.»نه. فیبر جای زیادی داره، ولی سرعت شما به دستگاه‌های دو سر و پهنای باندی که می‌گیرید هم بستگی داره (درس پهنای باند).
جمع‌بندی. آنچه از این درس با خودتان می‌برید.
- فیبر: یه هسته از شیشه، یه روکش دورش، و یه پوشش برای محافظت؛ یه کم کلفت‌تر از یه تار مو.
- بیت‌ها چشمک‌های نورن؛ روکش با بازتاب کلی درونی نور رو توی هسته نگه می‌داره.
- خم خیلی تیز نور رو بیرون می‌ندازه.
- تک‌حالته: هسته‌ی باریک، یه راه، لیزر، راه‌های طولانی. چندحالته: هسته‌ی پهن، چند تا راه، فاصله‌ی کوتاه.
- FTTH: فیبر تا دیوار خونه؛ FTTC: فیبر تا کابینت، بعدش سیم مسی.
- یه رشته از مرکز با یه تقسیم‌کننده‌ی بی‌برق به چند تا خونه می‌رسه؛ سرهای رایج SC و LC.
خودتان را بسنجید
۱۵ پرسش، هر بار تازه از میان ۳۰ پرسش این درس. آخر آزمون فقط کارنامه را می‌بینید: چند درست، چند نادرست.