لیزری فایبر در برابر کابل کوآکسیال | تفاوت‌های نوع سیگنال، ساختار و کاربرد

همه دو نوع از لیزر و کابل هم‌محور نوعی رسانه انتقال هدایت شده هستند. با این حال، چند عامل کلیدی متمایز آنها را از هم جدا می‌کند. تفاوت اساسی‌ترین در نوع سیگنالی است که انتقال می‌دهند: لیزر برای انتقال سیگنال‌های نوری (نور) طراحی شده است، در حالی که کابل هم‌محور برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شود.

تعریف لیزر

لیزرها موج‌های انعطاف‌پذیر و شفافی هستند که برای انتقال سیگنال‌های نوری از یک سر به سر دیگر با حداقل ضایعات استفاده می‌شوند. آنها عمدتاً از شیشه پاک‌سازی بالا (معمولاً سیلیکا) یا گاهی اوقات پلاستیک ساخته شده‌اند و شامل یک ساختار هسته و پوشش هستند.

هسته منطقه مرکزی و داخلی‌ترین است که از شیشه سیلیکا بسیار پاک ساخته شده و از طریق آن نور منتشر می‌شود. آن را لایه‌ای به نام پوشش احاطه کرده که خود نیز از شیشه ساخته شده ولی با شاخص انکسار کمتری نسبت به هسته دارد. این تفاوت در شاخص انکسار اجازه می‌دهد تا انکسار داخلی کامل رخ دهد و نور بتواند فواصل طولانی را با ضایعات کم منتقل شود.

برای محافظت از ساختار شیشه‌ای آسیب‌پذیر از آسیب فیزیکی، رطوبت و تنش‌های محیطی، کل تجمع لیزر در یک لایه محافظ خارجی شناخته شده به عنوان پوشش بافر یا جاکت پلاستیکی قرار داده شده است.

شکل زیر ساختار اسکیمی یک لیزر را نشان می‌دهد:

یک سیگنال نوری از طریق اصل انکسار داخلی کامل (TIR) از طریق یک لیزر منتقل می‌شود. وقتی نور به لیزر معرفی می‌شود، از طریق هسته با تجربه انکسارهای متوالی در مرز بین هسته و پوشش منتشر می‌شود.

برای رخ دادن انکسار داخلی کامل، شاخص انکسار هسته باید بیشتر از پوشش باشد. این تفاوت شاخص ضروری است تا نور را به طور موثر از طریق لیزر با حداقل ضایعات هدایت کند.

بر اساس اصل TIR، وقتی یک پرتو نور در یک محیط متراکم‌تر (هسته) حرکت می‌کند و به مرز با یک محیط کم‌تراکم‌تر (پوشش) با زاویه‌ای بیشتر از زاویه بحرانی برخورد می‌کند، پرتو کاملاً به محیط متراکم‌تر بازتاب می‌یابد و نه به محیط کم‌تراکم‌تر. این پدیده اجازه می‌دهد تا نور در هسته محبوس شود.

وقتی یک پرتو نور به هسته وارد می‌شود، تا رسیدن به مرز هسته-پوشش حرکت می‌کند. به دلیل تفاوت شاخص انکسار، و با توجه به اینکه زاویه برخورد از زاویه بحرانی بیشتر است، پرتو به هسته بازتاب می‌یابد و نه به پوشش. این فرآیند به طور مداوم در طول لیزر تکرار می‌شود و اجازه می‌دهد تا سیگنال نوری به صورت زیگزاگ در هسته حرکت کند و با کارایی بالا و ضایعات کم از یک سر لیزر به سر دیگر منتقل شود.

بنابراین، انکسار داخلی کامل مکانیزم اساسی است که اجازه می‌دهد ارتباطات نوری با فرکانس بالا و پهنای باند بالا از طریق لیزرها در فواصل طولانی انجام شود.

تعریف کابل هم‌محور

کابل‌های هم‌محور، که معمولاً به عنوان "هم‌محور" شناخته می‌شوند، نوعی رسانه انتقال هدایت شده هستند که برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی در فاصله استفاده می‌شوند. آنها به عنوان رسانه‌های الکتریکی ساخته شده‌اند که اجازه می‌دهند الکترون‌ها جریان یابند، معمولاً با یک هسته مرکزی مس به دلیل رسانایی عالی آن ساخته می‌شوند.

یک کابل هم‌محور شامل چند لایه است: یک هادی مرکزی مس (جامد یا مسیج)، که توسط یک لایه عایق دی‌الکتریک احاطه شده است، که سپس در یک محافظ هادی استوانه‌ای که معمولاً از مس ریسمانی یا آلومینیوم فولیب ساخته شده است، قرار داده می‌شود. این ساختار لایه‌ای توسط یک جاکت عایق خارجی محافظت می‌شود که مقاومت مکانیکی و حفاظت محیطی را فراهم می‌کند.

اصطلاح "هم‌محور" از این واقعیت ناشی می‌شود که هادی داخلی و محافظ خارجی همان محور هندسی را دارند. این طراحی به حداقل رساندن تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و ضایعات سیگنال کمک می‌کند و کابل‌های هم‌محور را برای انتقال سیگنال‌های فرکانس بالا با کیفیت خوب مناسب می‌کند.

شکل زیر یک کابل هم‌محور برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی را نشان می‌دهد:

لیزر:

لیزرها برای انتقال سیگنال‌ها در فرکانس‌های نوری (نور) استفاده می‌شوند. به دلیل پهنای باند بالا، عدم تأثیر از تداخل الکترومغناطیسی و ضایعات سیگنال کم، آنها به طور گسترده در تلویزیون‌های تعریف بالا (HDTV)، شبکه‌های تلفنی، مراکز داده، تصویربرداری پزشکی و سیستم‌های جراحی (مانند اندوسکوپی) و کاربردهای هوافضا استفاده می‌شوند.

کابل هم‌محور:

کابل‌های هم‌محور عمدتاً برای انتقال سیگنال‌های فرکانس رادیویی (RF) استفاده می‌شوند. آنها معمولاً در سیستم‌های توزیع تلویزیون کابلی (CATV)، اتصالات اینترنت پهن‌باند (مانند مودم‌های کابلی)، شبکه‌های تلفنی و سیستم‌های ارتباطی رادیویی مختلف، از جمله تغذیه آنتن‌ها و تجهیزات شبکه یافت می‌شوند.

نتیجه‌گیری

هر دو لیزر و کابل هم‌محور به عنوان رسانه‌های هدایت شده ضروری برای انتقال سیگنال عمل می‌کنند، اما از نظر نوع سیگنالی که منتقل می‌کنند اساساً متفاوت هستند - لیزرها سیگنال‌های نوری را منتقل می‌کنند، در حالی که کابل‌های هم‌محور سیگنال‌های الکتریکی را منتقل می‌کنند. این تفاوت‌ها منجر به مشخصات عملکردی متفاوت می‌شود که هر کدام را برای کاربردهای خاص مناسب می‌کند. بنابراین، آنها در نقش‌های مکمل، نه جایگزین، در سیستم‌های ارتباطی و الکترونیکی مدرن استفاده می‌شوند.