یکی ازمحیط های انتقال داده که سیگنال های نوری را در مسافت های طولانی و با سرعت بالا انتقال می دهد فیبر نوری نام دارد.مجموعه ای از تارهای فیبر نوری که رشته های نازکی از جنس شیشه و پلاستیک و به ضخامت یک تار موی انسان هستند در کلافی سازماندهی می شوند که به آن کابل نوری گفته می شود.به کمک فیبر نوری می توان صوت، تصویر، شبکه های کامپیوتری، اینترنت و داده های دیگر را با پهنای باند بالا به راحتی منتقل کرد.فیبر نوری فوتون های نور را بعنوان دیتا منتقل می کند که نور دارای بالاترین فرکانس است و هیچ چیز دیگری جز تابش نور نمی تواند به آن نویز وارد نموده و بیت های صفر و یک آن را تغییر دهد.به همین علت است که هر تار نوری بوسیله لایه تیره رنگ Coating که از جنس پلاستیک است پوشیده می شود تا از تابش نور به درون آن و یا خروج نور از آن جلوگیری نماید.پس تنها روشی که میتوان از طریق آن به دیتای درون فیبر دست یافت خارج کردن نور از آنهاست.در اوایل سال 1880 الکساندر گراهامبل (مخترع تلفن) از فیبر نوری برای انتقال سیگنال های صدا بروی ” پرتوی نوری” استفاده نمود، هرچند این امر قبل از تجاری شدن فیبر برای انتقال دیتا می باشد. در واقع مطمئنا بل اطلاعی در زمینه شبکه های کامپیوتری نداشته است. کابل فیبر نوری از سریع ترین رسانه های انتقال برای کابل کشی های جدید و ارتقا کابل کشی های قدیمی می باشد.
استفاده از فیبر نوری بسیار افزایش یافته و کاربردهای آن متعدد می باشد. از کاربردهای فیبر نوری می توان به مخابرات اشاره نمود که از شبکه های جهانی گرفته تا کامپیوتر های رومیزی بسیار گسترده بوده و کاربرد آن شامل انتقال صدا، داده، ویدئو از فواصلی کمتر از یک متر تا صدها کیلومتر با استفاده از یکی از مدل های استاندارد فیبر از بین چندین مدل مختلف کابل می باشد.
حامل ها از فیبر نوری برای حمل سرویس های POTS plain old telephone service در سراسر شبکه های سطح کشور استفاده می کنند و حامل های تبادل محلی (LECs) از فیبر برای حمل این سرویس های مشابه بین سوئیچ های دفتر مرکزی در سطوح محلی و خانه های شخصی یا محله ها (فیبر تا منازل – FTTH) استفاده می کنند. فیبر نوری همچنین به طور گسترده برای انتقال داده استفاده می شود.
شرکت های چند ملیتی نیاز به امنیت و سیستم های قابل اعتماد برای انتقال داده و اطلاعات مالی خود بین ترمینال ها یا کامپیوتر های رومیزی چندین ساختمان در سراسر جهان دارند.
شرکت های تلویزیون کابلی از فیبر نوری برای تحویل ویدئوهای دیجیتال و سرویس های داده استفاده می کنند. پهنای باند بالای ارائه شده توسط فیبر آن را تبدیل به یک انتخاب مناسب برای انتقال سیگنال های broadband مانند برنامه های تلویزیون با کیفیت 4K کرده است.
سیستم های هوشمند حمل و نقل مانند بزرگراه هوشمند با چراغ های راهنمای هوشمند، عوارضی های خودکار و علائم پیام رسان متغیر از سیستم های اندازه گیری از راه دور مبتنی بر فیبر نوری استفاده می کنند.
مبانی سنجش فیبر نوری مبتنی بر پراکندگی ریلی:
در سنجش فیبر نوری توزیع شده مبتنی بر پراکندگی ریلی، یک پالس لیزری منسجم در امتداد یک فیبر نوری فرستاده می‌شود و مکان‌های پراکندگی درون فیبر باعث می‌شود که فیبر به عنوان یک تداخل‌سنج توزیع شده با طول گیج تقریباً برابر با طول پالس عمل کند. شدت نور منعکس شده به عنوان تابعی از زمان پس از ارسال پالس لیزر اندازه گیری می شود. این به عنوان بازتاب سنجی دامنه زمان نوری منسجم Rayleigh (COTDR) شناخته می شود. زمانی که پالس تمام طول فیبر و برگشت را طی کند، پالس لیزر بعدی را می توان در امتداد فیبر ارسال کرد. تغییرات در شدت بازتابی پالس های متوالی از همان ناحیه فیبر به دلیل تغییر در طول مسیر نوری آن بخش از فیبر ایجاد می شود. این نوع سیستم نسبت به تغییرات کرنش و دمای فیبر بسیار حساس است و اندازه گیری ها را می توان تقریباً به طور همزمان در تمام بخش های فیبر انجام داد.
قابلیت های سیستم های مبتنی بر رایلی:
حداکثر برد:
پالس نوری با انتشار در طول فیبر ضعیف می شود. برای فیبر تک حالتی که در 1550 نانومتر کار می کند، یک میرایی معمولی 0.2 دسی بل در کیلومتر است.[1] از آنجایی که نور باید در امتداد هر بخش از فیبر عبور کند، این بدان معناست که هر 1 کیلومتر باعث از دست دادن کل 0.4 دسی بل می شود. حداکثر برد سیستم زمانی اتفاق می‌افتد که دامنه پالس منعکس‌شده به حدی کم شود که دریافت سیگنال واضح از آن غیرممکن باشد. خنثی کردن این اثر با افزایش توان ورودی امکان پذیر نیست زیرا در بالای یک سطح معین، اثرات نوری غیرخطی ایجاد می شود که عملکرد سیستم را مختل می کند. به طور معمول حداکثر برد قابل اندازه گیری حدود 40 تا 50 کیلومتر است.
تفکیک کرنش:
حداکثر مقدار کرنش قابل اندازه گیری به نسبت حامل به نویز سیگنال نوری برگشتی بستگی دارد. سطح حامل تا حد زیادی توسط دامنه سیگنال نوری تعیین می شود در حالی که نویز ترکیبی از منابع مختلف از جمله نویز لیزر، نویز الکترونیکی و نویز آشکارساز است.
تفکیک مکانی و دوره نمونه برداری مکانی:
وضوح فضایی عمدتاً توسط مدت زمان پالس ارسالی تعیین می شود، با یک پالس 100 ns که وضوح 10 متر را یک مقدار معمولی است. مقدار نور منعکس شده متناسب با طول پالس است، بنابراین بین تفکیک مکانی و حداکثر برد تعادل وجود دارد. برای بهبود حداکثر برد، استفاده از طول پالس طولانی‌تر برای افزایش سطح نور بازتابی مطلوب است، اما این منجر به وضوح فضایی کوچک‌تر می‌شود. برای اینکه دو سیگنال مستقل باشند، باید از دو نقطه روی فیبر که حداقل با تفکیک مکانی از هم جدا شده اند، به دست آیند. این امکان وجود دارد که نمونه‌هایی را در تفکیک‌های کمتر از وضوح فضایی به‌دست آوریم و اگرچه این سیگنال‌هایی را تولید می‌کند که مستقل از یکدیگر نیستند، چنین رویکردی در برخی کاربردها مزایایی را ارائه می‌دهد. جدایی بین نقاط نمونه برداری گاهی اوقات به عنوان دوره نمونه برداری فضایی نامیده می شود.
نرخ کسب:
قبل از اینکه بتوان پالس لیزر بعدی را مخابره کرد، پالس قبلی باید زمان لازم را داشته باشد تا به انتهای فیبر برود و انعکاس‌ها از آنجا برگردند، در غیر این صورت بازتاب‌ها همزمان از بخش‌های مختلف فیبر بازمی‌گردند و سیستم به درستی کار نمی کند برای یک فیبر به طول 50 کیلومتر، حداکثر نرخ پالس کمی بیش از 2 کیلوهرتز است. بنابراین، کرنش‌هایی را میتوان اندازه‌گیری کرد که در فرکانس‌هایی تا فرکانس Nyquist 1 کیلوهرتز تغییر می‌کنند. الیاف کوتاه تر به وضوح نرخ اکتساب بالاتری را امکان پذیر می کند.
اندازه گیری دما:
اگرچه سیستم به هر دو دما و تغییرات کرنش حساس است، این تغییرات اغلب می‌توانند از هم جدا شوند زیرا تغییرات ناشی از دما در محدوده فرکانسی پایین‌تری نسبت به کرنش رخ می‌دهند. بر خلاف سایر تکنیک‌های فیبر توزیع‌شده مانند تکنیک‌های مبتنی بر پراکندگی بریلوین یا رامان، سنجش صوتی توزیع‌شده تنها قادر به تشخیص تغییرات دما است تا مقدار مطلق آن.
مقایسه با سایر تکنیک های سنجش توزیع شده فیبر نوری:
سنجش آکوستیک توزیع شده به نوری متکی است که رایلی از تغییرات کوچک در ضریب شکست فیبر به عقب پراکنده شده است. نور پس پراکنده فرکانس مشابه نور ارسالی دارد. تعدادی دیگر از تکنیک های سنجش فیبر توزیع شده وجود دارد که بر مکانیزم های پراکندگی مختلف تکیه دارند و می توان از آنها برای اندازه گیری پارامترهای دیگر استفاده کرد. پراکندگی بریلوین به دلیل برهمکنش بین نور و فونون های صوتی در حال حرکت در فیبر رخ می دهد. همانطور که نور توسط یک فونون متحرک پراکنده می شود، فرکانس آن توسط اثر داپلر حدود 10 گیگاهرتز تغییر می کند. نور در فرکانس نوری اصلی در بالا (ضد تغییر استوکس) و پایین (تغییر استوکس) تولید می شود. تغییرات شدت و فرکانس دو جزء به دما و کرنش بستگی دارد و با اندازه‌گیری جابه‌جایی‌ها، مقادیر مطلق دو پارامتر را میتوان با استفاده از سیستم سنجش دما و کرنش توزیع شده (DTSS) محاسبه کرد.