فیبر نوری
از ویکیپدیا، دانشنامهٔ آزاد
پس از اختراع لیزر در سال ۱۹۶۰ میلادی، ایده بکارگیری فیبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت. خبر ساخت اولین فیبر نوری در سال ۱۹۶۶ همزمان در انگلیس و فرانسه با تضعیفی ۱۰۰۰ db/km اعلام شد که عملا در انتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اینکه در سال ۱۹۷۶ با کوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فیبر نوری تولیدی شدیدآ کاهش داده شد و به مقداری رسید که قابل ملاحظه با سیمهای هممحور بکاررفته در شبکه مخابرات بود. فیبر نوری از پالسهای نور برای انتقال دادهها از طریق تارهای سیلکون بهره میگیرد. یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد میتواند صدها هزار مکالمهٔ صوتی را حمل کند . فیبرهای نوری تجاری ظرفیت ۲٫۵ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم میسازند . فیبر نوری از چندین لایه ساخته میشود. درونیترین لایه را هسته مینامند. هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص (معمولاً) است. هسته در بعضی از کابلها از پلاستیک کا ملاً بازتابنده ساخته میشود، که هزینه ساخت را پایین میآورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل دادهها در فواصل کوتاه به کار میرود. حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته میشود. هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل میدهند که با عث میشود که نور در هسته تا بیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم میرسند. این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) مینامند. 
قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش قرار میگیرد.
یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل میدهد. این لایه کل کابل را در خود نگه میدارد، که میتواند 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 حالتی و چند حالتی. فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار میدهد، در حالی که فیبر چند حالتی میتواند صدها حالت نور را به طور همزمان انتقال بدهد .
فهرست مندرجات |
[ویرایش] فیبر نوری در ایران
در ایران در اوایل دهه ۶۰، فعالیتهای پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران را درپی داشت و عملا در سال ۱۳۷۳ تولید فیبر نوری با ظرفیت ۵۰٫۰۰۰ کیلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابلهای نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به هم بپیوندند. اولین پروژه فیبرنوری با اجرای ۷۰۰ کیلومتر کابل با ۱۳ هزار کانال بین چندین مسیر با هزینهای بالغ بر ۴۰ میلیارد ریال بین سالهای ۶۹ تا ۷۳ انجام شد. در برنامه دوم توسعه پروژه فیبرنوری با ۱۱۶۰۰ کیلومتر کابل با ۶۲۰ هزار کانال بین شهری با هزینه ۶۵۴ میلیارد ریال در سالهای ۷۴ تا ۷۸ به انجام رسید و نهایتا در برنامه سوم توسعه ۱۷۸۵۰ کیلومتر تا ۲ میلیون کانال با پروتکشن بین شهرهای کشور با هزینهای بالغ بر ۱۰۳۵ میلیارد در سالهای ۷۹ تا ۸۳ اجرا شد.
فیبرنوری یک موجبر استوانهای از جنس شیشه یا پلاستیک است که دو ناحیه مغزی و غلاف با ضریب شکست متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شدهاست. برپایه قانون اسنل برای انتشار نور در فیبر نوری شرط: میبایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکستهای مغزی و غلاف هستند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعیف میشود. این عوامل عمدتآ ناشی از جذب فرابنفش، جذب فروسرخ، پراکندگی رایلی، خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند.
سیستمهای مخابرات فیبر نوری
گسترش ارتباطات و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستمهای انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیتترین موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهیل از مهمترین ویژگیهای مخابرات فیبر نوری میباشد. یکی از پر اهمیتترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال در فرستادن سیگنالهای حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی در حوزه زمانی را دارا میباشد. این به این معنی است که مخابرات دیجیتال تامین کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکیجهای کوچک انتقال در حوزه زمانی است.برای مثال عملکرد مخابرات فیبر نوری با توانایی ۲۰ مگا هرتز با داشتن پهنای باند ۲۰ کیلو هرتز دارای گنجایش اطلاعاتی ۰٫۱٪ میباشد. امروزه انتقال سیگنالها به وسیله امواج نوری به همراه تکنیکهای وابسته به انتقال شهرت و آوازه سیستمهای انتقال ماهوارهای را به شدت مورد تهدید قرار دادهاست. دیر زمانی ست که این مطلب که نور میتواند برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد به اثبات رسیدهاست و بشر امروزه توانستهاست که از سرعت فوق العاده آن به بهترین وجه استفاده کند. در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید. در ۱۵ سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبرهای نوری فاکتورهای جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آوردهاست. مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قرار دادی تلقی میشد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده میشد. با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اما سیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی ماندهاست. از دلایل این امر میتوان به موارد زیر اشاره کرد: ۱)تکنیکهای مخابرات در سیستمهای جدید مورد استفاده قرار میگرفت ۲)سیستمهای جدید با بالاترین تلنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود. ۳)انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیکهای دیجیتال را فراهم میساخت. این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات رابه صورت بیت به بیت پاسخگو بود
- توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع: از آنجایی که مخابرات فیبر نوری دارای کارایی بالاتری نسبت به سیمهای مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساختهاست
- آزادی از نویزهای الکتریکی:بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شییشه به دلیل رسانندگی انتخاب میشود.در نتیجه یک حامل موج نوری میتواند از پتانسیل موثر میدانهای الکتریکی در امان باشد. از قابلیتهای مهم این نوع مخابرات میتوان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان یک میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنالهای نام برده بدون آلودگی از پارازیتهای الکتریکی و یا سیگنالهای مداخله گر به حد اکثر کارایی خود خواهند رسید.
[ویرایش] فیبرهای نوری نسل سوم
طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج 1550 نانومتر و از حداقل پاشندگی در طول موج 1310 نانومتر بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیدهتری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده 1.3 میکرون قرار داشت، به محدوده 1.55 میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.
[ویرایش] کاربردهای فیبر نوری
- 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 سالهای اخیر شروع شدهاست. 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 تأثیرپذیر میشود.
- 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.
- کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیص بیماریها و آزمایشهای گوناگون در پزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله میتوان دُزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارساییهای داخلی بدن، جراحی لیزری، استفاده در دندانپزشکی و اندازهگیری مایعات و خون نام برد. 4-کاربرد فیبرنوری درروشنائی *
- از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم بعنوان یک فناوری روشنایی متداول شده ودر چند سال قرن اخیر توسعه ورشد فراوانی پیدا کرده است کاربرد آن درسیستم های روشنایی است. دراین فناوری نور از منبع نوری که میتواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی)ویا نور طبیعی (نور خورشید)باشد وارد فیبر نوری شده وازاین طریق به محل مصرف منتقل میشود.به این ترتیب نوربه هرنقطه ای که درجهت تابش مستقیم آن نمیباشد منتقل میشود .امتیاز این نور که موجبات رشد سریع بکارگیری وتوجه زیاد به این فناوری شده است این است که فاقد الکتریسیته گرما وتشعشعات خطرناک ماورائ بنفش بوده(نور خالص وبی خطر)و دیگر اینکه بااین فناوری میشود نور روز(بدون گرما واشعههای ماورائ بنفش)راهم به داخل ساختمانهاو نقاط غیر قابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.
برای اطلاعات بیشتر در مورد فیبرهای نوری وکاربردآن درسیستم های روشنایی به سایت انجمن فیبر نوری به ادرس www.thefoa.org/tech ونیز کتاب : fiber optic lighting a guide for specifiers نوشته Russel L Deveau مراجعه کنید.
" سيستم روشنائي فيبر نوري بر چه اساسي كار ميكند."
سيستمهاي روشنائي فيبر نوري بر اساس سيستمهاي هدايتگر کار میکنند. از جمله سيستمهاي هدايتگر يك سيستم ساده انتقال آب جهت آبیاري), شامل پمپ – شلنگ و آب پاش) ميباشد در اين سيستم ساده آب توسط پمپ داخل شلنگ پمپاژ ميشود سپس آب ازطريق شلنگ به محل مصرف منتقل ميشود در محل مصرف آب توسط آبپاش سرشلنگ به مصرف آبياري ميرسد. سيستم روشنائي فيبر نوری نيز يك سيستم هدايتگر نور (Light Guide) ميباشد.یک سیستم فیبر نوری شامل سه جزء مولد نور، فيبر نوري و چراغ نوري يا فيكسچر ميباشد در اين سيستم, نور توسط قسمتي كه به آن نورده (Illuminator) يا ژنراتور ميگويند توليد ميشود. نور توليد شده وارد فيبر نوري ميشود، فيبر نوري نور را به محل مصرف (كه جائي غير از محل توليد نور ميباشد), منتقل ميكند. محل مصرف نور در هر جایی نسبت به نورده ميتواندواقع شود و معمولاً اين محل در نقطه اي خارج از دسترس و تشعشع مستقيم نور توليدي نورده قرار دارد. نور منتقل شده در محل مصرف، توسط فيكسچر يا چراغ نوري متناسب با نوع مصرف به منظور روشنائي، نورپردازي, علایم نوری و, تابلوی نوری و يا هر مصرف ديگري مورد استفاده قرار ميگيرد. چون مشخصة اصلي سيستمهاي هدايتگر نوري انتقال نور به محلي جدا و دور از محل توليد نور ميباشد به آنها سيستمهاي روشنائي با منبع نوري مجزا( Remote Source Lighting) هم میگويند. اين سيستمها بسته به نوع مولد نوري كه ميتواند منبع نور طبيعي (مثل نور روز يا نور خورشيد) و يا منبع نور مصنوعي (نور انواع لامپهاي الكتريكي) باشد و بسته به نوع هدايتگر نوري كه ميتواند فيبر نوري و يا لوله نوري( Light PipeیاLight Tube )باشد تقسيم بندي ميشود. البته سيستم روشنائي فيبر نوري از متداولترين سيستمهای روشنایی بامنبع نوری مجزا هستند; که هم براي انتقال نور طبيعي و هم براي انتقال نور مصنوعي کاملا مناسب میباشند وبا توجه به این مشخصات و بدليل امتيازات فراواني كه دارند امروزه اشاعه فراواني پيدا كرده اند و بدلیل قابلیت های زیاد اين سيستمها, از آنها بعنوان روشنائي آينده نام برده ميشود. در سيستم های لوله نوري هم كه اساس مشتركي با سيستم روشنائي فيبر نوري دارند، انتقال و هدايت نور توسط لوله هائي كه داخل آنها صيقلي بوده و يا يك لايه شفاف (Prismatic) جهت انعكاس در داخل آنها قرار دارد انجام میگیرد.در لولههای نوری هم انتقال نور براساس پديده انعكاس کامل داخلي انجام مي پذيرد در اين سيستمها محيط هدايتگر هواي داخل لوله نوري ميباشد.
"روشنائي فيبر نوري داراي چه خصوصياتي ميباشد؟"
عمده ترين خصيصة روشنائي فيبر نوري كه آنرا از ساير تكنولوژيها و روشهای طراحي روشنائي متمايز ميسازد جداسازي نور از ساير مولفه هاي الكترومغناطيسي آن ميباشد. به عبارت ديگر تمام اشعه هاي نوري كه تاكنون بطور متداول بكار رفته اند علاوه بر نور مرئي شامل مولفه هاي ديگري چون حرارت - تشعشعات ماوراء بنفش uv، تشعشعات مادون قرمز IR (در مورد نورهاي طبيعي)هستند و روشنائي الكتريكي علاوه بر اين مولفهها امواج الكترومغناطيسي و الكتريسيته را نيز شامل ميشود. اما نور فيبر نوری فاقد تمام این گونه تشعشعات است و خالصترين نور جهت مصارف روشنائي و ساير موارد استفاده اختصاصی ميباشد. دومين خصيصة اين سيستم روشنائي عايق بودن، محكم بودن، بي اثربودن و پايدار بودن قطعات تشكيل دهندة اين سيستم ميباشد. در آن سيم بكار نرفته است و لامپهاي شكستني در اين سيستم وجود ندارد. سومين خصيصه اين سيستم روشنائي سبك و كم حجم بودن قطعات آن ميباشد. چهارمين خصيصه آن انطباق با نيازهاي روحي و رواني انسان و محيط زيست ميباشد بطوريكه در هماهنگي كامل با طبيعت و احساسات زيباشناختي انسان هست. پنجمين خصيصة اين سيستم روشنائي امكان تقسيم نور يك منبع نور به نقاط مختلف میباشد به طوریکه گاه تا صدها نقطه مجزا براساس مقدارروشنائي و نور موردنياز توسط یک منبع نوری روشن میشوند.و اين از مشخصات منحصر به فرد تكنولوژي روشنایی فیبر نوری میباشد. بطوريكه در سيستم روشنائي متداول الكتريكي هر لامپ يا مولد نور قادر به روشنایی يك منطقه و يا نورپردازی يك شي ميباشد ونور آنرا نميتوان به قسمت های مختلف تقسیم وبه نقاط مختلف منتقل كرد.همين نقيصه سيستمهاي روشنائي متداول معمولاً باعث به هدر رفتن مقدار زيادي از انرژي نوارني ميشود. براي مثال در يك لامپ رشته اي معمولي فقط یک هشتم انرژي مصرفي لامپ به نور مرئي تبديل ميشود.بقیه آن به گرما و تشعشعات غيرمرئي و اكثراً مضر تبديل ميشود. از اين مقدار انرژي هم كه به نور تبديل شده است فقط یک سوم آن به عنوان روشنائي مفيد موثر مورد استفاده قرار ميگيرد ودوسوم آن در اشكال نور غيرموثر (براي روشن كردن فضاهائي كه نيازي به روشنایی آنها نميباشد) به هدر ميرود. ملاحظه ميشود كه حداکثر فقط 4% انرژي يك لامپ رشته اي به نور مفيد تبديل ميشود و در بهترين حالت با لامپهاي كم مصرف مقدار بهره وري به سه برابر يعني حدوداً 12% رسيده است و با توجه به اين واقعیت كه حدود 30% كل مصرف الكتريكي در جهان صرف روشنائي داخلي و خارجي ميشود متوجه حجم عظيم تلفات ميشويم. لذا ً مسئله روشنائي وتلفات انرژي قابل توجه در آن, امروزه به يك چالش جدي تبدیل شده است و حكومتها و سازمانهاي بين المللي توجه زيادي به حل اين مشكل دارند. راهكارهاي كلي كه براي اين مشكل تعريف شده است عبارتند از: 1- افزايش بهره وري لامپها ومنابع نوري 2- استفاده از نور روز و نور خورشيد 3- استفاده از نور وظيفه اي ( یعنی هدايت نور به منطقه موردنياز جهت روشنائي و جلوگيري از روشن كردن قسمتهائي كه نيازي به آن نميباشد). 4- كاهش دفع حرارت ناشي از روشنائي در محل مصرف نور كه موجب تلفات مضاعف انرژي شده و باعث ميشود مجدداً با صرف انرژي الكتريكي ديگري توسط سيستمهاي مبرد, گرماي ايجاد شده دفع شود. سيستمهاي روشنائي فيبر نوري با مشخصاتي كه دارند قادرند در هر 4 مقوله صرفه جوئي و بهبود الگوهاي مصرف انرژي روشنائي موثر واقع شوند و همين مشخصات منحصر بفرد اين تكنولوژي است كه آنرا ممتاز كرده است. بطوريكه با وجود نوپا بودن اين تكنولوژي (بيش از 15 سال از استفاده ازفناوری فيبر نوري در روشنائي ساختمانها و ... نميگذرد) اميد فراواني به آينده و همه گير شدن اين سيستم نوري وجود دارد و امروزه بيشترين تحقيقات و سرمايه گذاريها در زمينه روشنائي در تكنولوژي روشنائي فيبرهاي نوري ونیز توليد لامپها (منابع نوري) با كارآئي بالاتر انجام ميپذيرد. حال به نقش سيستمهاي روشنائي با منبع نوري مجزا و تكنولوژي فيبر نوري در راهكارهاي چهار گانه صرفه جوئي در مصرف انرژي در روشنائي ميپردازيم. الف : نقش اين تكنولوژي در افزايش بهره وري لامپها و منابع نوري. در زمينه توليد لامپها با بهره وري و كارآئي بالاتر بطورکلی عمدة تحقيقات در ساخت لامپهاي پر قدرت. الئیدی با امکان توليد نور سفيد توسط آنها و ديگر در ساخت لامپهاي پلاسماي سلفوري كه SLS(SULFUR LIGHT SYSTEM) و PLS (PLASMA LIGHT SYSTEM) نامگذاري شده اند، متمركز شده است. در هردوی اين تحقيقات نتايج موفقيت آميز و اميدوار كننده اي بدست آمده است. امروزه لامپهاي پرقدرت الئیدی با نور سفيد (در شکل الئیدیهای GRB و الئیدیهای فلور سنتی از ترکیب الئیدیهای با نور آبی و الئیدیهای با تابش ماورائ بنفش با استفاده از یک لایه فلورسنت ) بصورت تجارتي وارد بازار شده اند .لامپ های پرقدرت الئیدی تا توان 75 وات معادل لامپ های رشته ای وبا توان موثر 10 وات ساخته شده اند.ولي در تولید لامپ های پر وات الئیدی بدلیل مسئله دفع حرارت لایههای داخلی آن و نیز درساخت لامپهای الئیدی با نور کاملا سفیدومطلوب مشکلاتی وجود دارد. وباید اذعان کرد تارفع کامل این مشکلات وفرا گیر شدن آنها وجایگزینی با لامپ های موجود راه درازی در پیش است. در صورت تولید لامپ های پر قدرت الئیدی بدلیل عدم تولید تشعشعات حرارتی وعمر بسیار زیاد میتوان از آنها به عنوان منبع نوری سیستم های روشنایی فیبر نوری استفاده کرد .البته هم اکنون نیز در مواردیکه دریک طرح روشنایی فیبر نوری به نور کم نیاز باشد این لامپ ها به کار میروند. لامپهاي سلفوري از گدازش (Fusion) سلفور در ميدان ميكروويو با فركانس حدود 5/2 گيگاهرتز توليد ميشود به اين ترتيب كه حدود چند ميليگرم سلفور به همراه گاز بي اثر آرگون در يك حباب کروی با قطر حدود سه سانتيمتر از جنس كوارتز در معرض ميدان چرخان ميكرويو قرار ميگيرد. درنتيجه توليد گرماي فوق العاده, سلفور به شكل پلاسما در میآید و توليد نور ميكند. اين روش, مشابه نور توليد شده در خورشيدمی باشد و داراي خواص نوري همانند نور خورشید میباشد و گرماي نورآن حدود 6000 درجه كلوين (شبيه نور خورشيد) ميباشد. نور توليد شده توسط اين لامپها حرارت ايجاد نميكند و شامل تشعشعات uv نميباشد و بالاترين بهره وري در بين لامپهایی را دارد که تا کنون ساخته شده است بطوری که بازده نوری آن حدود Luman/watt180 میباشد. ولی اين لامپها توليد خيرگي بسار زيادي ميكنند بطوريكه مستقيماً براي استفاده در مقاصد روشنائي مناسب نمیباشند. و داراي توان نوري بسيار زياد هستند (برای مثال لامپهاي SLS با توان نوری معادل kw36 يعني با قدرت توليد روشنائي معادل 360 لامپ صد وات رشته اي ساخته شده اند) اين لامپها مناسب براي استفاده در سيستمهاي روشنائي با منبع نوري مجزا یعنی Remote Source Lighting (RSL) ميباشند. فلذا درصورت توسعه استفاده از سيستمهاي RSL امکان بكارگيري اينگونه لامپها و دسترسي به منابع نوري با بهره وري بالاتر فراهم خواهد شد. ب : نقش سيستم روشنائي فيبر نوري (RSL) در استفاده از نور خورشيد و نور روز براساس تحقيقاتي كه انجام شده است حداكثر مصرف برق در زمينه روشنائي مقارن ظهر يعني در زماني است كه خورشيد بيشترين تابش را دارد. اگر بصورت واقع بينانه اي استفاده از نور روز در ساختمانها موردبررسي قرار گيرد باید قبول کرد با وجود تاكيد به استفاده از اين موهبت رايگان عملاً امروزه در ساختمانها نور خورشید به طور موثري مورد استفاده قرار نميگيرد. بطوريكه در ساختمانها (بخصوص ساختمانهاي بزرگ و برجها) يا نور طبيعي كافي به تمام نقاط ساختمان نمیرسد و يا اگر در مواردي اطاقها نورگير باشد به خاطر وجود خيرگي در نور خورشيد و يا انتقال حرارت خورشيد معمولاً پردهها كشيده هستند وبیشتر از روشنائي برق استفاده ميشود. درواقع وجود گرما، خيرگي و تشعشعات uv در نور مستقيم خورشيد و نيز عدم امکان انتقال نور خورشيد به تمام نقاط داخل ساختمان مهمترين دلايل استفاده از روشنائي الكتريكي درموقع روز ميباشند. سيستمهاي روشنائي با فيبر نوري و RSL امکان انتقال نور طبيعي خورشيد بدون گرما و بدون تشعشعات مضر و خطرناك را به هر نقطه از ساختمان كه نفوذ نور مسقتيم خورشيد به آنها غيرممكن است (نظير زيرزمينها) فراهم ميسازند. ج : استفاده از نور وظيفه اي (Functional Lighting) توسط سيستم روشنائي فيبر نوري:
بطوريكه ذكر شد حدود دوسوم از نور مرئي توليد شده توسط منابع نوري بصورت غيرموثر تلف ميشود. روشنائي متداول الكتريكي داراي دو نقيصه اساسي است كه دليل اصلی تلفات نوری زیاد در حين مصرف ميباشد. اول اينكه تمام اشكال منابع نوراني داراي حرارت الكتريكي و تشعشعات uv مباشند كه وجود اين مولفه هاي نامطلوب همراه نور امکان نزديك كردن منبع نور به محل مصرف را ناممكن ميسازد، دوم اينكه امكان تقسيم نور منابع روشنائي وانتقال آن به نقاط مختلف وجودندارد. ولي با استفاده از روشنائي فيبر نوري بدليل آنكه اين نور فاقد حرارت، uv و الكتريسيته ميباشدوبه دلیل آن که فيكسچرهاي آن بسيار كوچك و مينياتوري هستند (امکان كارگذاري ايمن آنها در هر نقطه اي را كه براي چراغهاي معمولي غيرممكن است, فراهم ميسازد). امكان تقسيم روشنائي يك نورده توسط دسته هاي فيبرنوري و انتقال آن به نقاط مختلف با هر مقدار روشنائي موردنياز و در اشكال مختلف نورپردازي وجود دارد. بکار گیری روش نورپردازي وظيفه اي توسط اين سيستم به نحو مطلوبی فراهم است. بطوريكه با استفاده از اين سيستم نوري نگرش ما چه به عنوان طراحان پروژه هاي روشنائي و چه به عنوان مصرف كننده آن دستخوش تغییرات شگرفی خواهد شد.
د : سيستم روشنائي فيبر نوري باعث كاهش مصرف برق وصرفه جویی در هزینههای آن ميشود. سيستمهاي روشنائي فيبر نوري فاقد هرگونه حرارتي هستند و نور اين سيستمها كاملاً خنك ميباشد لذا هيچگونه حرارت اضافي درحين روشنائي ايجاد نميكند. براساس تحقيقاتي كه انجام شده است حدود 30 درصد توان تبريدي در ساختمانها صرف دفع حرارت ناشي از روشنائي الكتريكي ميشود. و با توجه به اينكه حدود 12 درصد كل مصرف انرژي الكتريكي صرف سرمايش ساختمانها ميشود متوجه پتانسيل عظيم اين سيستمها در صرفه جوئي انرژي در صورت همه گير شدن استفاده از آنها ميشویم. ه : سيستم هاي روشنائي فيبرنوري امكان استفاده از روشنائي مختلط نور طبيعي و مصنوعي Hybrid Lighting System) )را فراهم ميسازند. سيستمهاي فيبر نوري بعنوان ساختار اصلي روشنائي ساختمانها, امكان استفاده از نورمختلط خورشيد(نور روز) و نور مصنوعي را فراهم ميسازد و در صورت استفاده از سیستم روشنایی فیبر نوری نيازي به تاسيسات روشنائي مضاعف در استفاده از اين دو نور نخواهد بود. با اين توضيحات مختصر سعي شد توانائي هاي فراوان سيستمهاي فيبر نوري و نقش آنها در صرفه جوئي انرژي، ايجاد خانه هاي سبز، توليد روشنائي منطبق با نيازهاي فطري انسان و طبيعت, و نقش آن در حفظ محيط زيست و كاهش آلاينده هاي محيطي وکاهش توليد گازهاي گلخانه اي, با كاهش مصرف انرژي, نشان داده شود.
[ویرایش] فن آوری ساخت فیبرهای نوری
برای تولید فیبر نوری، نخست ساختار آن در یک میله شیشهای موسوم به پیشسازه از جنس سیلیکا ایجاد میگردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبر میشود. از سال ۱۹۷۰ روشهای متعددی برای ساخت انواع پیشسازهها به کار رفتهاست که اغلب آنها بر مبنای رسوبدهی لایههای شیشهای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.
[ویرایش] روشهای ساخت پیشسازه
روشهای فرآیند فاز بخار برای ساخت پیشسازه فیبر نوری را میتوان به سه دسته تقسیم کرد:
- رسوبدهی داخلی در فاز بخار
- رسوبدهی بیرونی در فاز بخار
- رسوبدهی محوری در فاز بخار
[ویرایش] موادلازم در فرایند ساخت پیش سازه
- تتراکلرید سیلیکون: این ماده برای تأمین لایههای شیشهای در فرآیند مورد نیاز است.
- تتراکلرید ژرمانیوم: این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیشسازه استفاده میشود.
- اکسی کلرید 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 هلیم: 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.
[ویرایش] مراحل ساخت
- مراحل صیقل گرمایشی: پس از نصب لوله با عبور گازهای کلر و اکسیژن، در دمای بالاتر از ۱۸۰۰ درجه سلسیوس لوله صیقل داده میشود تا بخار آب موجود در جدار درونی لوله از آن خارج شود.
- 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.
- لایهنشانی ناحیه غلاف: در مرحله لایهنشانی غلاف، ماده تتراکلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای [[هلیموارد لوله شیشهای میشوند و در حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی ۱۲۰ تا ۲۰۰ میلیمتر در دقیقه در طول لوله حرکت میکند و دمایی بالاتر از ۱۹۰۰ درجه سلسیوس ایجاد میکند، واکنشهای شیمیایی زیر به دست میآیند.
ذرات شیشهای حاصل از واکنشهای فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب میکنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال میشود به طوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف میگردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت میشوند. بدین ترتیب لایههای شیشهای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد میگردند و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل میدهند.
