فیبر نوریپس از اختراعلیزر 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 قابلاستفاده نبود تا اینکه در سال ۱۹۷۶ با کوشش فراوان پژوهندگان، تلفات فیبرنوری تولیدی شدیدآ کاهش داده شد و به مقداری رسید که قابل ملاحظه باسیمهای
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 می‌تواندصدها 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 چندینلایه ساخته میشود. درونی‌ترین لایه را هسته می‌نامند. هسته شامل یک تارکاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص (معمولاً) است. هسته در بعضی از کابل‌هااز پلاستیک کا ملاً بازتابنده ساخته میشود، که هزینه ساخت را پایینمی‌آورد. با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد وبیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود. حول هسته بخش پوستهقرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته میشود. هسته و پوسته به همراه همیک رابط بازتابنده را تشکیل می‌دهند که با عث میشود که نور در هسته تابیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده بههم 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 میلیونیممتر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است. بسته به سازنده، حولپوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش قرار میگیرد
.
یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد. این لایه کلکابل را در خود نگه می‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بربگیرد. قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است .
از لحاظ کلی، دو نوع فیبر وجود دارد: تک حالتی و چند حالتی. فیبر تکحالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌دهد، در حالی که فیبر چندحالتی می‌تواند صدها حالت نور را به طور هم‌زمان انتقال بدهد .
فیبر نوری در ایران
درایران در اوایل دهه ۶۰، فعالیت‌های پژوهشی در زمینه فیبر نوری در پژوهشگاه، برپاییمجتمع تولید فیبر نوری درپونکتهران را درپی داشت و عملا در سال ۱۳۷۳ تولید فیبر نوری با ظرفیت ۵۰٫۰۰۰کیلومتر در سال در ایران آغاز شد. فعالیت استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهایبزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوریبه هم بپیوندند. اولین پروژه فیبرنوری با اجرای ۷۰۰ کیلومتر کابل با ۱۳هزار کانال بین چندین مسیر با هزینه‌ای بالغ بر ۴۰ میلیارد ریال بینسالهای ۶۹ تا ۷۳ انجام شد. در برنامه دوم توسعه پروژه فیبرنوری با ۱۱۶۰۰کیلومتر کابل با ۶۲۰ هزار کانال بین شهری با هزینه ۶۵۴ میلیارد ریال درسالهای ۷۴ تا ۷۸ به انجام رسید و نهایتا در برنامه سوم توسعه ۱۷۸۵۰کیلومتر تا ۲ میلیون کانال با پروتکشن بین شهرهای کشور با هزینه‌ای بالغبر ۱۰۳۵ میلیارد در سالهای ۷۹ تا ۸۳ اجرا شد.
فیبرنوری یک موجبراستوانه‌ای از جنسشیشه یاپلاستیک است که دو ناحیه مغزی وغلاف باضریب شکست متفاوت و دو لایه پوششی اولیه و ثانویه پلاستیکی تشکیل شده‌است. برپایهقانون اسنل برای انتشارنور در فیبر نوری شرط: می‌بایست برقرار باشد که به ترتیب ضریب شکست‌های مغزی وغلاف هستند. انتشار نور تحت تأثیر عواملی ذاتی و اکتسابی دچار تضعیفمی‌شود. این عوامل عمدتآ ناشی از جذبفرابنفش، جذبفروسرخ،پراکندگی رایلی،خمش و فشارهای مکانیکی بر آنها هستند.
سیستم‌های مخابرات فیبر نوری
گسترش ارتباطات و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم‌های انتقال ومخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت‌ترین موارد مورد بحث در جهان امروزاست. سرعت دقت و تسهیل از مهم‌ترین ویژگی‌های مخابرات فیبر نوری میباشد. یکی از پر اهمیت‌ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال درفرستادن سیگنالهای حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی درحوزه زمانی را دارا میباشد. این به این معنی است که مخابرات دیجیتالتامین کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات درپکیجهای کوچک انتقال در حوزه زمانی است.برای مثال عملکرد مخابرات فیبرنوری با توانایی ۲۰ مگا هرتز با داشتن پهنای باند ۲۰ کیلو هرتز دارایگنجایش اطلاعاتی ۰٫۱٪ میباشد. امروزه انتقال سیگنالها به وسیله امواجنوری به همراه تکنیکهای وابسته به انتقال شهرت و آوازه سیستم‌های انتقالماهوارهای را به شدت مورد تهدید قرار داده‌است. دیر زمانی ست که این مطلبکه نور می‌تواند برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد به اثباترسیده‌است و بشر امروزه توانسته‌است که از سرعت فوق العاده آن به بهترینوجه استفاده کند. در سال ۱۸۸۰ میلادی الکساندر گراهام بل ۴ سال بعد ازاختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوریبرای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید. در ۱۵ سال اخیر با پیشرفت لیزربه عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبرهای نوری فاکتورهایجدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده‌است. مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قرار دادی تلقیمی‌شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفادهمی‌شد. با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اماسیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقیمانده‌است. از دلایل این امر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱)تکنیکهایمخابرات در سیستم‌های جدید مورد استفاده قرار می‌گرفت ۲)سیستم‌های جدید بابالاترین تلنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحیشده بود. ۳)انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیکهای دیجیتال رافراهم می‌ساخت. این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات رابهصورت بیت به بیت پاسخگو بود
- توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع: از آنجایی که مخابرات فیبر نوریدارای کارایی بالاتری نسبت به سیمهای مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایلچندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی ازاطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته‌است
- آزادی از نویزهای الکتریکی:بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شییشهبه دلیل رسانندگی انتخاب میشود.در نتیجه یک حامل موج نوری می‌تواند ازپتانسیل موثر میدانهای الکتریکی در امان باشد. از قابلیت‌های مهم این نوعمخابرات می‌توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان یک میدانالکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنالهای نام برده بدون آلودگی ازپارازیت‌های الکتریکی و یا سیگنالهای مداخله گر به حد اکثر کارایی خودخواهند رسید.
فیبرهای نوری نسل سوم
طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات وپاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج 1550 نانومتر و از حداقلپاشندگی در طول موج 1310 نانومتر بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارایساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکستفیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده 1.3 میکرون قرارداشت، به محدوده 1.55 میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری باماهیت متفاوتی موسوم بهفیبر دی.اس.اف ساخته شد.
کاربردهای فیبر نوری
- کاربرد در حسگرها: استفاده ازحسگرهای فیبر نوری برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانندجریان الکتریکی،میدان مغناطیسی،فشار،حرارت،جابجایی،آلودگی آب‌های دریا، سطح مایعات، تشعشعات پرتوهای گاما و ایکس در سال‌هایاخیر شروع شده‌است. در این نوع حسگرها، از فیبر نوری به عنوان عنصر اصلیحسگر بهره‌گیری میشود بدین ترتیب که ویژگی‌های فیبر تحت میدان کمیت مورداندازه‌گیری تغییر یافته و با اندازه شدت کمیت تأثیرپذیر میشود.
- کاربردهای نظامی: فیبر نوری کاربردهای بی‌شماری درصنایع دفاع دارد که از آن جمله می‌توان برقراری ارتباط و کنترل با آنتنرادار، کنترل و هدایتموشک‌ها، ارتباطزیردریاییها (هیدروفون) را نام برد.
- کاربردهای پزشکی: فیبرنوری در تشخیصبیماری‌ها وآزمایشهای گوناگون درپزشکی کاربرد فراوان دارد که از آن جمله می‌توان دُزیمتری غدد سرطانی، شناسایی نارسایی‌های داخلی بدن،جراحی لیزری، استفاده دردندانپزشکی و اندازه‌گیری مایعات وخون نام برد. 4-کاربرد فیبرنوری درروشنائی *
از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم بعنوان یک فناوریروشنایی متداول شده ودر چند سال قرن اخیر توسعه ورشد فراوانی پیدا کردهاست کاربرد آن درسیستم های روشنایی است. دراین فناوری نور از منبع نوری کهمیتواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی)ویا نور طبیعی (نور خورشید)باشدوارد فیبر نوری شده وازاین طریق به محل مصرف منتقل میشود.به این ترتیبنوربه هرنقطه ای که درجهت تابش مستقیم آن نمی باشد منتقل میشود .امتیازاین نور که موجبات رشد سریع بکارگیری وتوجه زیاد به این فناوری شده استاین است که فاقد الکتریسیته گرما وتشعشعات خطرناک ماورائ بنفش بوده(نورخالص وبی خطر)و دیگر اینکه بااین فناوری میشود نور روز(بدون گرما واشعههای ماورائ بنفش)راهم به داخل ساختمانهاو نقاط غیر قابل دسترسی به نورخورشید منتقل کرد.
" سيستم روشنائي فيبر نوري بر چه اساسي كار ميكند."
سيستمهاي روشنائي فيبر نوري بر اساس سيستمهاي هدايتگر کار می کنند. ازجمله 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 پمپاژميشود سپس آب ازطريق شلنگ به محل مصرف منتقل ميشود در محل مصرف آب توسطآبپاش سرشلنگ به مصرف آبياري ميرسد. سيستم روشنائي فيبر نوری نيز يك سيستمهدايتگر نور (Light Guide) ميباشد.یک سیستم فیبر نوری شامل سه جزء مولدنور، فيبر نوري و چراغ نوري يا فيكسچر ميباشد در اين سيستم, نور توسطقسمتي كه به آن نورده (Illuminator) يا ژنراتور ميگويند توليد ميشود. نورتوليد شده وارد فيبر نوري ميشود، فيبر نوري نور را به محل مصرف (كه جائيغير از محل توليد نور ميباشد), منتقل ميكند. محل مصرف نور در هر جایی نسبتبه نورده ميتواندواقع شود و معمولاً اين محل در نقطه اي خارج از دسترس وتشعشع 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 استفادهقرار ميگيرد. چون مشخصة اصلي سيستمهاي هدايتگر نوري انتقال نور به محليجدا و دور از محل توليد نور ميباشد به آنها سيستمهاي روشنائي با منبع نوريمجزا( Remote Source Lighting) هم میگويند. اين سيستمها بسته به نوع مولدنوري كه ميتواند منبع نور طبيعي (مثل نور روز يا نور خورشيد) و يا منبعنور مصنوعي (نور انواع لامپهاي الكتريكي) باشد و بسته به نوع هدايتگر نوريكه ميتواند فيبر نوري و يا لوله نوري Light Pipeیا(Light Tube باشد تقسيمبندي ميشود. البته سيستم روشنائي فيبر نوري از متداولترين سيستمهایروشنایی بامنبع نوری مجزا هستند; که هم براي انتقال نور طبيعي و هم برايانتقال نور مصنوعي کاملا مناسب می باشند وبا توجه به این مشخصات و بدليلامتيازات فراواني كه دارند امروزه اشاعه فراواني پيدا كرده اند و بدلیلقابلیت های زیاد اين سيستمها, از آنها بعنوان روشنائي آينده نام بردهميشود. در سيستم های لوله نوري هم كه اساس مشتركي با سيستم روشنائي فيبرنوري دارند، انتقال و هدايت نور توسط لوله هائي كه داخل آنها صيقلي بوده ويا يك لايه شفاف (Prismatic) جهت انعكاس در داخل آنها قرار دارد انجام میگیرد.در لوله های نوری هم انتقال نور براساس پديده انعكاس کامل داخليانجام 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 وروشهای طراحي روشنائي متمايز ميسازد جداسازي نور از ساير مولفه هايالكترومغناطيسي آن ميباشد. به عبارت ديگر تمام اشعه هاي نوري كه تاكنونبطور متداول بكار رفته اند علاوه بر نور مرئي شامل مولفه هاي ديگري چونحرارت - تشعشعات ماوراء بنفش uv، تشعشعات مادون قرمز IR (در مورد نورهايطبيعي)هستند و روشنائي الكتريكي علاوه بر اين مولفه ها امواجالكترومغناطيسي و الكتريسيته را نيز شامل ميشود. اما نور فيبر نوری فاقدتمام این گونه تشعشعات است و خالصترين نور جهت مصارف روشنائي و ساير موارداستفاده اختصاصی ميباشد. دومين خصيصة اين سيستم روشنائي عايق بودن، محكمبودن، بي اثربودن و پايدار بودن قطعات تشكيل دهندة اين سيستم ميباشد. درآن سيم بكار نرفته است و لامپهاي شكستني در اين سيستم وجود ندارد. سومينخصيصه اين سيستم روشنائي سبك و كم حجم بودن قطعات آن ميباشد. چهارمينخصيصه آن انطباق با نيازهاي روحي و رواني انسان و محيط زيست ميباشدبطوريكه در هماهنگي كامل با طبيعت و احساسات زيباشناختي انسان هست. پنجمينخصيصة اين سيستم روشنائي امكان تقسيم نور يك منبع نور به نقاط مختلف میباشد به طوریکه گاه تا صدها نقطه مجزا براساس مقدارروشنائي و نور موردنيازتوسط یک منبع نوری روشن می شوند.و اين از مشخصات منحصر به فرد تكنولوژيروشنایی فیبر نوری می باشد. بطوريكه در سيستم روشنائي متداول الكتريكي هرلامپ يا مولد نور قادر به روشنایی يك منطقه و يا نورپردازی يك شي ميباشدونور آنرا نميتوان به قسمت های مختلف تقسیم وبه نقاط مختلف منتقلكرد.همين نقيصه سيستمهاي روشنائي متداول معمولاً باعث به هدر رفتن مقدارزيادي از انرژي نوارني ميشود. براي مثال در يك لامپ رشته اي معمولي فقط یکهشتم انرژي مصرفي لامپ به نور مرئي تبديل ميشود.بقیه آن به گرما و تشعشعاتغيرمرئي و اكثراً مضر تبديل ميشود. از اين مقدار انرژي هم كه به نور تبديلشده است فقط یک سوم آن به عنوان روشنائي مفيد موثر مورد استفاده قرارميگيرد ودوسوم آن در اشكال نور غيرموثر (براي روشن كردن فضاهائي كه نيازيبه 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 بالامپهاي كم مصرف مقدار بهره وري به سه برابر يعني حدوداً 12% رسيده است وبا توجه به اين واقعیت كه حدود 30% كل مصرف الكتريكي در جهان صرف روشنائيداخلي و خارجي ميشود متوجه حجم عظيم تلفات ميشويم. لذا ً مسئله روشنائيوتلفات انرژي قابل توجه در آن, امروزه به يك چالش جدي تبدیل شده است وحكومتها و سازمانهاي بين المللي توجه زيادي به حل اين مشكل دارند. راهكارهاي كلي كه براي اين مشكل تعريف شده است عبارتند از: 1- افزايش بهرهوري لامپها ومنابع نوري 2- استفاده از نور روز و نور خورشيد 3- استفاده ازنور وظيفه اي ( یعنی هدايت نور به منطقه موردنياز جهت روشنائي و جلوگيرياز روشن كردن قسمتهائي كه نيازي به آن نميباشد). 4- كاهش دفع حرارت ناشياز روشنائي در محل مصرف نور كه موجب تلفات مضاعف انرژي شده و باعث ميشودمجدداً با صرف انرژي الكتريكي ديگري توسط سيستمهاي مبرد, گرماي ايجاد شدهدفع شود. سيستمهاي روشنائي فيبر نوري با مشخصاتي كه دارند قادرند در هر 4مقوله صرفه جوئي و بهبود الگوهاي مصرف انرژي روشنائي موثر واقع شوند وهمين مشخصات منحصر بفرد اين تكنولوژي است كه آنرا ممتاز كرده است. بطوريكهبا وجود نوپا بودن اين تكنولوژي (بيش از 15 سال از استفاده ازفناوری فيبرنوري در روشنائي ساختمانها و ... نميگذرد) اميد فراواني به آينده و همهگير شدن اين سيستم نوري وجود دارد و امروزه بيشترين تحقيقات و سرمايهگذاريها در زمينه روشنائي در تكنولوژي روشنائي فيبرهاي نوري ونیز توليدلامپها (منابع نوري) با كارآئي بالاتر انجام ميپذيرد. حال به نقش سيستمهايروشنائي با منبع نوري مجزا و تكنولوژي فيبر نوري در راهكارهاي چهار گانهصرفه جوئي در مصرف انرژي در روشنائي ميپردازيم. الف : نقش اين تكنولوژي درافزايش بهره وري لامپها و منابع نوري. در زمينه توليد لامپها با بهره وريو كارآئي بالاتر بطورکلی عمدة تحقيقات در ساخت لامپهاي پر قدرت . LED باامکان توليد نور سفيد توسط آنها و ديگر در ساخت لامپهاي پلاسماي سلفوري كهSLS (SULFUR LIGHT SYSTEM) و PLS (PLASMA LIGHT SYSTEM) نامگذاري شده اند،متمركز شده است. در هردوی اين تحقيقات نتايج موفقيت آميز و اميدوار كنندهاي بدست آمده است. امروزه لامپهاي پرقدرت LED با نور سفيد (در شکل LEDهاي GRB و LEDهاي فلور سنتي از ترکیب LEDهای با نور آبی وLEDهای با تابشماورائ بنفش با استفاده از یک لایه فلورسنت ) بصورت تجارتي وارد بازار شدهاند .لامپ های پرقدرت LED تا توان 75 وات معادل لامپ های رشته ای وبا توانموثر 10 وات ساختهشده اند.ولي در تولید لامپ های پر وات LED بدلیل مسئلهدفع حرارت لایه های داخلی آن ونیز درساخت لامپ های LED با نور کاملاسفیدومطلوب مشکلاتی وجود دارد.وباید اذعان کرد تارفع کامل این مشکلات وفراگیر شدن آنها وجایگزینی با لامپ های موجود راه درازی در پیش است.در صورتتولید لامپ های پر قدرت LED بدلیل عدم تولید تشعشعات حرارتی وعمر بسیارزیاد می توان از آنها به عنوان منبع نوری سیستم های روشنایی فیبر نوریاستفاده کرد .البته هم اکنون نیز در مواردیکه دریک طرح روشنایی فیبر نوریبه نور کم نیاز باشد این لامپ ها به کار می روند. لامپهاي سلفوري از گدازش (Fusion) سلفور در ميدان ميكروويو با فركانس حدود 5/2 گيگاهرتز توليدميشود به اين ترتيب كه حدود چند ميليگرم سلفور به همراه گاز بي اثر آرگوندر يك حباب کروی با قطر حدود سه سانتيمتر از جنس كوارتز در معرض ميدانچرخان ميكرويو قرار ميگيرد. درنتيجه توليد گرماي فوق العاده, سلفور به شكلپلاسما در می آید و توليد نور ميكند. اين روش, مشابه نور توليد شده درخورشيدمی باشد و داراي خواص نوري همانند نور خورشید می باشد و گرماي نورآنحدود 6000 درجه كلوين (شبيه نور خورشيد) ميباشد. نور توليد شده توسط اينلامپها حرارت ايجاد نميكند و شامل تشعشعاتUV نميباشد و بالاترين بهره وريدر بين لامپهایی را دارد که تا کنون ساخته شده است بطوری که بازده نوری آنحدود Luman/watt180 می باشد. ولی اين لامپها توليد خيرگي بسار زياديميكنند بطوريكه مستقيماً براي استفاده در مقاصد روشنائي مناسب نمی باشند. و داراي توان نوري بسيار زياد هستند (برای مثال لامپهاي SLS با توان نوریمعادل kw36 يعني با قدرت توليد روشنائي معادل 360 لامپ صد وات رشته ايساخته شده اند) اين لامپها مناسب براي استفاده در سيستمهاي روشنائي بامنبع نوري مجزا یعنی Remote Source Lighting (RSL) ميباشند. فلذا درصورتتوسعه استفاده از سيستمهاي RSL امکان بكارگيري اينگونه لامپها و دسترسي بهمنابع نوري با بهره وري بالاتر فراهم خواهد شد. ب : نقش سيستم روشنائيفيبر نوري (RSL) در استفاده از نور خورشيد و نور روز براساس تحقيقاتي كهانجام شده است حداكثر مصرف برق در زمينه روشنائي مقارن ظهر يعني در زمانياست كه خورشيد بيشترين تابش را دارد. اگر بصورت واقع بينانه اي استفاده ازنور روز در ساختمانها موردبررسي قرار گيرد باید قبول کرد با وجود تاكيد بهاستفاده از اين موهبت رايگان عملاً امروزه در ساختمانها نور خورشید به طورموثري مورد استفاده قرار نميگيرد. بطوريكه در ساختمانها (بخصوص ساختمانهايبزرگ و برجها) يا نور طبيعي كافي به تمام نقاط ساختمان نمی رسد و يا اگردر مواردي اطاقها نورگير باشد به خاطر وجود خيرگي در نور خورشيد و ياانتقال حرارت خورشيد معمولاً پرده ها كشيده هستند وبیشتر از روشنائي برقاستفاده ميشود. درواقع وجود گرما، خيرگي و تشعشعاتUV در نور مستقيمخورشيد و نيز عدم امکان انتقال نور خورشيد به تمام نقاط داخل ساختمانمهمترين دلايل استفاده از روشنائي الكتريكي درموقع روز ميباشند. سيستمهايروشنائي با فيبر نوري و RSL امکان انتقال نور طبيعي خورشيد بدون گرما وبدون تشعشعات مضر و خطرناك را به هر نقطه از ساختمان كه نفوذ نور مسقتيمخورشيد به آنها غيرممكن است (نظير زيرزمينها) فراهم ميسازند. ج : استفادهاز 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 تشعشعاتUV 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 نوراين سيستمها كاملاً خنك ميباشد لذا هيچگونه حرارت اضافي درحين روشنائيايجاد نميكند. براساس تحقيقاتي كه انجام شده است حدود 30 درصد توان تبريديدر ساختمانها صرف دفع حرارت ناشي از روشنائي الكتريكي ميشود. و با توجه بهاينكه حدود 12 درصد كل مصرف انرژي الكتريكي صرف سرمايش ساختمانها ميشودمتوجه پتانسيل عظيم اين سيستمها در صرفه جوئي انرژي در صورت همه گير شدناستفاده از آنها ميشویم. ه : سيستم هاي روشنائي فيبرنوري امكان استفاده ازروشنائي مختلط نور طبيعي و مصنوعي(Hybrid Lighting System)را فراهمميسازند. سيستمهاي فيبر نوري بعنوان ساختار اصلي روشنائي ساختمانها, امكاناستفاده از نورمختلط خورشيد(نور روز) و نور مصنوعي را فراهم ميسازد و درصورت استفاده از سیستم روشنایی فیبر نوری نيازي به تاسيسات روشنائي مضاعفدر استفاده از اين دو نور نخواهد بود. با اين توضيحات مختصر سعي شدتوانائي 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 گازهايگلخانه اي, با كاهش مصرف انرژي, نشان داده شود.
فن آوری ساخت فیبرهای نوری
برای تولید فیبر نوری، نخست ساختار آن در یک میله شیشه‌ای موسوم بهپیش‌سازه از جنس سیلیکا ایجاد می‌گردد و سپس در یک فرایند جداگانه اینمیله کشیده شده تبدیل به فیبر میشود. از سال ۱۹۷۰ روشهای متعددی برایساخت انواع پیش‌سازه‌ها به کار رفته‌است که اغلب آنها بر مبنای رسوب‌دهیلایه‌های شیشه‌ای در داخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند.
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
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 کاهشدمایواکنش 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 حینواکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار میگیرد.
- گاز کلر: برای آب‌زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است.
مراحل ساخت
- مراحل صیقل گرمایشی: پس از نصب لوله با عبورگازهایکلر واکسیژن، در دمای بالاتر از ۱۸۰۰ درجهسلسیوس لوله صیقل داده میشود تابخار آب موجود در جدار درونی لوله از آن خارج شود.
- مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن وفرئون 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 حالتبخار به همراه گازهای [[هلیموارد لوله شیشه‌ای می‌شوند و در حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی ۱۲۰ تا ۲۰۰میلی‌متر دردقیقه 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 جلوتراز ناحیه داغ پرتاب شده و بر روی جداره داخلی رسوب می‌کنند و با رسیدنمشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال میشود به طوری که تمامیذرات رسوبی شفاف می‌گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده و یکنواخت می‌شوند. بدین ترتیب لایه‌های شیشه‌ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجادمی‌گردند و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می‌دهند.
:: موضوعات مرتبط:
تحقیق آماده ,
,
:: بازدید از این مطلب : 1774
|
امتیاز مطلب : 21
|
تعداد امتیازدهندگان : 8
|
مجموع امتیاز : 8
خوش آمديد ميهمان
عضو شوید
عضویت سریع
آمار
وب سایت:
آمار مطالب
آمار بازدید
