Tip:
Highlight text to annotate it
X
کابل های فیبر نوری
چه جوری کار می کنن و مهندسین چه جوری سیگنال ها رو از این طریق می فرستن
مجموعه سوم از ویدئوهای بچه مهندس
به نظر من این فوق العاده ست: یه کابل فیبر نوری سیستم صوتی
اگه من این لیزر رو درون این کابل بتابونم، نور از اونورش درمیاد
امروزه این کابل ها دنیای ما رو به هم وصل کردن
و این قابلیت رو دارن که اطلاعات رو بین کشورها و اقیانوس ها منتقل کنن
حالا بذارید نشونتون بدم که اینا چه جوری کار می کنن
من اینجا یه سطل دارم که جلوش یه سوراخ داره
سمت دیگه ش هم یه درپوش گذاشتم واسه این سوراخ
یه ظرف \\\"پروپلین گلیکول\\\" دارم که توش یه مقدار کمی هم قوام دهنده داره
یه پایه نگهدارنده
و خب یه اشاره گر لیزر
حالا وقتی چراغا رو خاموش کردم به این سوراخ نگاه کنید
شگفت انگیزه
هرجا که مایع میره تا بریزه تو سطل نور هم دنبالش میره
معرکه ست
دلیل این اتفاق \\\"بازتاب کلی\\\" هستش
وقتی نور وارد جریان مایع میشه با برخورد
بین سطوح مایع و هوا بازتابیده میشه
اولین بازتاب رو میتونین اینجا ببینین، و بازتاب دوم و سومین
دلیل این واقعه تفاوت ضریب شکست مایع هدایت کننده
که اینجا پروپلین گلیکوله
و محیط خارج
که اینجا هواست هستش
جهت یادآوری بگم که زمانی که نور به یه سطحی برخورد میکنه
یا جذبش میشه
یا بازتابیده میشه
و یا ازش عبور میکنه
شکست نور در آخری صورت میگیره
ساده تره که از بالا بهش نگاه کنیم
بازتابش و شکست نور میتونن همزمان اتفاق بیوفتن
اما اگه یه پرتوی نور با زاویه ای بیشتر از زاویه بجرانی به سطح بخوره
کاملا بازتابیده میشه و نمیشکنه
برای سیستم ما که شامل پروپلین گلیکول و هوا هستش
مادامی که پرتوی لیزر با زاویه بیشتر از 44.35 درجه به سطح برخورد کنه
تحت قانون بازتابش کلی
در مایع ما منتشر میشه
برای اینکه همین نتیجه رو بتونیم در فیبر نوری بگیریم مهندسین یه هسته از دی اکسید سیلیکون خالص می سازند
و یه لایه خارجی که بهش روکش میگن
که البته اونم از دی اکسید سیلیکون ساخته شده
با این تفاوت که یه مقدار خیلی کمی بهش \\\"بور\\\" یا \\\"ژرمانیوم\\\" اضافه میکنن تا ضریب شکستش کمتر بشه
اگه ضریب شکستش این دو 1درصد هم متفاوت باشه برای ساخت فیبر نوری کافیه
برای ساخت یه همچین شیشه دراز و نازکی مهندسین یه قطعه شیشه بزرگ رو گرما میدن
مرکزش هسته شیشه خالص و خارجش روکش هستش
فیبری که الان مذاب هستش رو دور یه قرقره
با سرعت 1600 متر در دقیقه می پیچن
این برج های کشنده هم واسه خودشون داستان دارن
ارتفاع این برج ها این اجازه رو به فیبر میده تا قبل از اینکه دور قرقره پیچیده شه خنک بشه
یکی از بزرگ ترین دستاوردهای مهندسی
اولین فیبر نوری اقیانوس-گستر بود
اسم این پروژه TAT-8 بود که از تاکرتون نیوجرسی شروع میشد
و بعد از طی مسافت 3500 مایل زیر اقیانوس
دو شاخه میشد یکیش میرفت وایدموس انگلیس و اونیکی میرف پنمارچ فرانسه
مهندسین فیبر رو طوری طراحی کردن که بتونه زیر اقیانوس دوام بیاره
هسته وسطش قرار گرفته
در کمتر از یک دهم اینچ ضخامت، شش فیبر نوری قرار گرفته
که دور یک سیم فولادی مرکزی پیچیده شدن
همه اینا رو اومدن در یه محیط کشپار قرار دادن تا فیبر ها دورش نرم باشه
بعد دورتادورش رو مقاومساز های فولادی گذاشتن
و در آخر کلش رو یه لایه مسی زدن تا از آب در امان باشه
قطر کابل ساخته شده کمتر از یه اینچ بود
با این حال میتونس بیش از 40000 تماس تلفنی رو همزمان برقرار کنه
کلیت اینکه مهندسین چطور اطلاعات رو از طریق کابل فیبر نوری منتقل می کنن خیلی ساده ست
من میتونم یه سیستم کدگذاری از قبل تعریف شده رو با کسی که در مقصد قرار داره داشته باشم
برای مثال سیستم کد مورس
و به راحتی جلوی تابش لیزر رو بگیرم تا کسی که در مقصد هستش
چشمک زدن رو ببینه و اینگونه پیامم رو انتقال بدم
برای انتقال یه سیگنال آنالوگ مثل مکالمه تلفن از طریق کابل مهندسین از مدولاسیون پالس کد شده استفاده می کنن
ما سیگنال آنالوگ رو به چند قسمت تقسیم می کنیم
و سپس بلندی یا همون دامنه موج رو تا جایی که بتونیم تقریب می زنیم
ما میخایم که اینو دیجیتالش کنیم
به این معنی که مقادیر گسسته باشند و نه هر چی که شد
برای مثال، من از 4 بیت استفاده میکنم
به این معنی که من 16 مقدار قابل قبول برای بلندی صدا خواهم داشت
پس اولین قسمت از سیگنال میتونه با
مقادیر 10 و 12 و 14 و 15 تقریب بخوره
سپس ما دامنه یا همون بلندی هر قسمت رو به دنباله ای از صفرها و یک ها تبدیل میکنیم
اولین ستون که مقدارش 10 هستش پس از کدشدن تبدیل میشه به 1010
ما اینکار رو برای هر قسمت از موج انجام میدیم
حالا به جای موج سبز رنگ
یا ستون های آبی رنگ
سیگنال رو به صورت دنباله ای
از صفرها و یک ها بر حسب زمان داریم
و این همون رشته ایه که ما از طریق فیبر نوری انتقال میدیم
یه چشمک برای مقدار 1 زده میشه و برای صفر هم هیچی
از اونجایی که نحوه کدگذاری برای مقصد هم تعریف شده است
کدگشایی پیام کار سختی نیست
شاید تو کف این باشید که چه جوری یه لیزر میتونه حدود 4000 مایل رو
از بین اقیانوس طی کنه
بدون تقویت کردن این اتفاق نمیوفته چون نور به مرور زمان از فیبر خارج میشه
دوباره به جریان پروپلین نگاه کنید
نحوه تضعیف نور بر اثر طی مسافت اینجا دیده میشه
اینجا میتونین یه پرتو نازک رو داخل سطل ببینین
که وقتی وارد جریان مایع میشه یکم پخش میشه
و وقتی که اولین برخوردش با سطح مایع صورت میگیره این پخش شدن بیشتر هم میشه
دلیل این مسئله اینه که سطح مشترک مایع و هوا هموار و یکنواخت نیست
و پرتوهای یک تابش اختلاف زاویه های کوچکی دارند
وقتی که این تابش دومین بازتاب خودش رو هم انجام میده پرتوهاش باز هم بیشتر از همدیگه دور میشن
تا اینکه پس از برخورد سوم دیگه خیلی از پرتوها
در زاویه بحرانی نیستن و از جریان مایع خارج میشن
اینجا این اتفاق در چند اینچ اتفاق میوفته
اما در یه کابلی مثل TAT-8 سیگنال حدود 50 کیلومتر
رو طی میکنه و بعدش نیاز به تقویت پیدا میکنه
واقعا بی نظیزه
من بیل هماک هستم، بچه مهندس(ترجمه محسن آقازاده)