تریاک

مدار تحریک تریاک به صورت ایزوله شده.

برای مداراتی که میکرو کنترلر دارند خیلی مفیده.

و باعث کاهش نویز در مدار میشود.

و برق شهر از مدار کاملا ایزوله میگردد.

بهترین این 3مدار مدار ایزوله با کوپلر نوری هستش.

خیلی عالی و مفیده.

دوستان فقط در تریاک جهت T1 وT2 را دقت کنید.

برعکس بزنید درجا تریاک میسوزه.

جای گزین خوبیه برای رله اما چرا ازتریاک کمتر استفاده میشه؟؟؟؟؟؟؟ فکر کن؟؟؟؟؟

RL همان مصرف کنندست.

R مقاومت 22K 5W باشه بهتره.

زینر های هم بهتره 12 ولتی 1W باشن.

تریاک پیشنهادی هم BT139 هستش.
http://microrf.ir

تریستور

این قطعه (تریستور)  به عنوان کلید به کار میرود. کلیدی که حرکت مکانیکی ندارد درنتیجه عمر آن طولانی تر است.
تریستور دارای سه پایه به نامهای (آندa) (کاتدk) و (گیتg) میباشد.
پایه های آند وکاتد در واقع دو سر یک کلید هستند و پایه ی گیت هم نقش شستی کلید را دارد که با زدن آن جریان الکتریکی قطع و وصل می شود.تریستور فقط از یک سو میتواند جریان الکتریکی را هدایت کند. یعنی آند همیشه باید به طرف مثبت وکاتد به طرف منفی باشد.
باید به این نکته توجه کرد که اگر تریستور در ولتاژ AC به کار برده شود فقط نیم سیکل را عبور میدهد.این قطعه در واقع کلیدی است که فقط در جریان DC دقیقآ مثل کلید معمولی عمل میکند و در جریان های AC مثل کلید معمولی عمل نمیکند.
اگر پایه ی گیت را با یک مقا ومت یک لحظه به پایه ی آند وصل کنیم تریستور مثل کلید بسته عمل میکند (روشن می شود) و بعد از جدا کردن پایه ی گیت از مقاومتی که طرف دیگر آن به آند خورده بود تریستور همچنان روشن خواهد ماند.
تریستور یک قطعه چهار لایه P-N-P-N است که مطابق شکل دارای پایه سومی به نام گیت
می باشد. یک تریستور 2000V‌ ، 300A بطور نمونه دارای یک برش سیلیکونی به قطر mm 30
و ضخامت 0.7mm است
تریستور را در این شرایط می توان به صورت اتصال سری سه دیود در نظر گرفت که مانع هدایت جریان در هر دو جهت می شوند . مشخصه معکوس یعنی حالتی که کاتود ، مثبت است ، تا زمانی که ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شکست پیوند کنترل مرکزی بیشتر نشود ، فقط جریان نشتی عبور خواهد کرد . ولتاژهای شکست مستقیم و معکوس از نظر اندازه مساوی هستند . چون در حالت انسداد معکوس تقریباً همه ولتاژ روی پیوند P-N آنود ظاهر می شود ، پیوند P-N کاتود در ولتاژی حدود10V‌می شکند . هنگامی در جهت مستقیم شکست اتفاق می افتد ،‌ جریان لایه مرکزی P توسط الکترون های کاتود خنثی می شود و قطعه مانند یک دیود در حال رسانایی عمل می کند که دارای دو پیوند با افت ولتاژ مستقیم دو برابر یک دیود است . برای این که تریستور به حالت روشن رفته و در آن حالت باقی بماند ،‌ جریان آنود باید به سطح جریان تثبیت کننده برسد و از جریان نگهدارنده کمتر نشود . معمولاً جریان نگهدارنده است ،‌اما هر دو جریان نگهدارنده کمتر نشود . معمولاً جریان تثبیت کننده دو برابر جریان نگهدارنده است ، اما هر دو جریان مقدار کمی دارند و کمتر از یک درصد مقدار نامی در بار کامل می باشند  .

تریستور (SCR)چیست؟
این قطعه (تریستور)  به عنوان کلید به کار میرود. کلیدی که حرکت مکانیکی ندارد درنتیجه عمر آن طولانی تر است.
تریستور دارای سه پایه به نامهای (آندa) (کاتدk) و (گیتg) میباشد.
پایه های آند وکاتد در واقع دو سر یک کلید هستند و پایه ی گیت هم نقش شستی کلید را دارد که با زدن آن جریان الکتریکی قطع و وصل می شود.تریستور فقط از یک سو میتواند جریان الکتریکی را هدایت کند. یعنی آند همیشه باید به طرف مثبت وکاتد به طرف منفی باشد.
باید به این نکته توجه کرد که اگر تریستور در ولتاژ AC به کار برده شود فقط نیم سیکل را عبور میدهد.این قطعه در واقع کلیدی است که فقط در جریان DC دقیقآ مثل کلید معمولی عمل میکند و در جریان های AC مثل کلید معمولی عمل نمیکند.
اگر پایه ی گیت را با یک مقا ومت یک لحظه به پایه ی آند وصل کنیم تریستور مثل کلید بسته عمل میکند (روشن می شود) و بعد از جدا کردن پایه ی گیت از مقاومتی که طرف دیگر آن به آند خورده بود تریستور همچنان روشن خواهد ماند.
تریستور یک قطعه چهار لایه P-N-P-N است که مطابق شکل دارای پایه سومی به نام گیت
می باشد. یک تریستور 2000V‌ ، 300A بطور نمونه دارای یک برش سیلیکونی به قطر mm 30
و ضخامت 0.7mm است
تریستور را در این شرایط می توان به صورت اتصال سری سه دیود در نظر گرفت که مانع هدایت جریان در هر دو جهت می شوند . مشخصه معکوس یعنی حالتی که کاتود ، مثبت است ، تا زمانی که ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شکست پیوند کنترل مرکزی بیشتر نشود ، فقط جریان نشتی عبور خواهد کرد . ولتاژهای شکست مستقیم و معکوس از نظر اندازه مساوی هستند . چون در حالت انسداد معکوس تقریباً همه ولتاژ روی پیوند P-N آنود ظاهر می شود ، پیوند P-N کاتود در ولتاژی حدود10V‌می شکند . هنگامی در جهت مستقیم شکست اتفاق می افتد ،‌ جریان لایه مرکزی P توسط الکترون های کاتود خنثی می شود و قطعه مانند یک دیود در حال رسانایی عمل می کند که دارای دو پیوند با افت ولتاژ مستقیم دو برابر یک دیود است . برای این که تریستور به حالت روشن رفته و در آن حالت باقی بماند ،‌ جریان آنود باید به سطح جریان تثبیت کننده برسد و از جریان نگهدارنده کمتر نشود . معمولاً جریان نگهدارنده است ،‌اما هر دو جریان نگهدارنده کمتر نشود . معمولاً جریان تثبیت کننده دو برابر جریان نگهدارنده است ، اما هر دو جریان مقدار کمی دارند و کمتر از یک درصد مقدار نامی در بار کامل می باشند  .

مشخصه بایاس معکوس تریستور:
مشخصه معکوس یعنی حالتی که کاتود ، مثبت است ، تا زمانی که ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شکست پیوند کنترل مرکزی بیشتر نشود ، فقط جریان نشتی عبور خواهد کرد . ولتاژهای شکست مستقیم و معکوس از نظر اندازه مساوی هستند . چون در حالت انسداد معکوس تقریباً همه ولتاژ روی پیوند P-N آنود ظاهر می شود ، پیوند P-N کاتود در ولتاژی حدود10V‌می شکند . هنگامی در جهت مستقیم شکست اتفاق می افتد ،‌ جریان لایه مرکزی P توسط الکترون های کاتود خنثی می شود و قطعه مانند یک دیود در حال رسانایی عمل می کند که دارای دو پیوند با افت ولتاژ مستقیم دو برابر یک دیود است . برای این که تریستور به حالت روشن رفته و در آن حالت باقی بماند ،‌ جریان آنود باید به سطح جریان تثبیت کننده برسد و از جریان نگهدارنده کمتر نشود .
معمولاً جریان تثبیت کننده دو برابر جریان نگهدارنده است ، اما هر دو جریان مقدار کمی دارند و کمتر از یک درصد مقدار نامی در بار کامل می باشند  .

مشخصه بایاس مستقیم تریستور:
در حالت بایاس مستقیم ( هنگامی آنود مثبت است ) تریستور را می توان با تزریق جریان به گیت نسبت به کاتود منفی به حالت روشن برد .  

خاموش کردن تریستور:
اگر پایه ی گیت منفی شود تریستور خاموش می شود. برای این کار میتوانیم یک پالس منفی به آن بدهیم. اگر پایه ی گیت را با یک مقا ومت به پایه ی کاتد وصل کنیم تریستور خاموش خواهد شد. در ضمن تریستور حداقل جریانی دارد و اگر جریان از آن حداقل کمتر شود آنگاه نیز تریستور خاموش میشود.
پس اگر تریستور را با دادن پالس مثبت به گیت آن روشن کردیم و سپس پایه ی گیت را جدا کردیم (به هیچ جا وصل نبود) تا زمانی که گیت را منفی نکردیم یا جریان عبوری از
تریستور (آند_ کاتد تریستور) از حداقل کمتر نشده تریستور خاموش نمیشود.{7}

هشدار:

1- هیچگاه نباید ولتاژی که تریستور در آن کار میکند بیش از ولتاژ تعریف شده ی( آند- کاتد) باشد.
2- نباید بیش از جریان تعریف شده ی تریستور از آن جریان عبور داد.
3- جریان گیت نباید از حد مجاز بیشتر شود.{7}

تشخیص پایه های تریستور:
گیت به کاتد در گرایش مستقیم راه می دهد . ودر گرایش معکوس راه نمی دهد و در حالت معمولی آند به کاتد راه نمی دهد . از همین روش برای تشخیص پایه های آن می توان استنفاده کرد .
یعنی دنبال پایه ای می گردیم که مانند یک دیود در حالت گرایش مستقیم عمل کند . در این حالت ترمینال قرمز مولتی متر کاتد و ترمینال مشکی G را نشان می دهد . و پایه باقیمانده آند است .{3}

 

انواع تریستورها در الکترونیک صنعتی:
هنوز هم در الکترونیک صنعتی در کاربردهای ولتاژ بالا و جریان بالا از تریستورها استفاده میکنیم.انواع جدیدی از تریستورها ساخته شده که عبارتند از:{4}

1-Phase Control Thyristors (SCR)
2-Fast Switching Thyristors (SCR)
3-Gate Turn-off Thyristors (GTO)
4-Bidirectional Triode Thyristors (TRIAC)
5-Reverse Conducting Thyristors (RCT)
6-Static Induction Thyristors (SITH)
7-Light Activated Silicon Controlled Rectifiers (LASCR)
8-FET Controlled Thyristors (FET-CTH)
9-MOS Controlled Thyristors (MCT)

   1 – تریستورهای کنترل فاز(SCR)

این نوع تریستورها عموما درفرکانس خط کار میکنند و به وسیله کموتاسیون طبیعی خاموش می شوند.زمان خاموش شدن ،درمحدوده 50تا100 میکرو ثانیه می باشد . این تریستور بیشتر برای کلید زنی در سرعت های کم مناسب است . نام دیگر این تریستورها تریستور مبدل میباشد . از انجا که تریستور اصولا یک وسیله کنترل شده از جنس سیلیکون است ،این دسته ازر تریستورها با نام یکسو کننده های کنترل شده سیلیکونی نیز شناخته میشوند.{2}

2- تریستورهای کلید زنی سریع(SCR)

در این نوع از تریستورها سرعت سوئیچ از 5 تا 50 میکرو ثانیه است و کموتاسیون اجباری دارند.هرجایی که نیاز به سرعت بالا در قطع و وصل باشد مثل اینورترها و یکسوکننده های دو جهته میتوان از آنها استفاده کرد . افت ولتاژ مستقیم تریستور در حالت روشن ، تقریبا تابع معکوسی از زمان خاموش شدن می باشد.این تریستور را تحت عنوان تریستور اینورتر نیز میشناسند .

- تریستور خاموش شونده با گیت (Gate-turn-off tryristor)

تریستور معمولی که بررسی شد ، در سال های اخیر تکامل یافته و امروزه دو قطعه جدید از خانواده تریستورها یعنی تریستور نا متقارن و تریستور خاموش شونده با گیت در دسترس می باشد .

تریستور معمولی دارای دو پیوند P-N است که می تواند ولتاژ زیاد را در یک جهت یا جهت مقابل ، سد نماید . این نکته لازمه اساسی برای کاربرد در مدارهای یکسو ساز است . البته در مدارهای متناوب ساز به قابلیت سد کردن معکوس نیازی نیست ، نیز استفاده می شوند .

برای کاهش زمان بازیابی حالت سد کردن تریستور پس از خاموش شدن ، سیلیکون می تواند نازکتر ساخته شود ، اما در این صورت قابلیت سد کردن ولتاژ معکوس آن از بین می رود . این قطعه را با نام تریستور نا متقارن می شناسد . در مدارهای متناوب ساز یک دیود بصورت موازی با تریستور متصل
می شود بنابراین از دست رفتن توانایی سد کردن ولتاژ معکوس اهمیتی ندارد ، اما زمان کلیدزنی در قیاس با چند ده میکرو ثانیه در مورد تریستور معمولی به چند میکرو ثانیه کاهش می یابد .

تریستور معمولی را فقط می توان با صفر کردن جریان آنود خاموش کرد اما تریستور خاموش شونده با گیت همان طور که نامش پیداست ، با حذف جریان گیت خاموش می شود و مانند تریستور معمولی با تزریق جریان به گیت روشن می شود نماد مداری تریستور خاموش شونده با گیت ، گسترشی از نماد تریستور معمولی است که نقش دو گانه پایه گیت در آن به نمایش در آمده است .

در تریستور خاموش شونده با گیت ، هنگامی که جریان گیت وجود ندارد ، مانند تریستور معمولی پیوند p  - N مرکزی در مقابل ولتاژ مثبت آنود نسبت به کاتود مقاومت می کند اما مثل تریستور نامتقارن با ولتاژ معکوس کم با کاتود مثبت دچار شکست می شود . GTO های سد کننده ولتاژ معکوس نیز در دسترس هستند اما این ویژگی به قیمت از دست دادن مقادیر نامی دیگر تمام می شود. مثالی از کاربرد آن ها ، بار تشدیدی است . در یک بار تشدیدی ، GTO مانند تریستور معمولی اما با سرعت خاموشی بسیار زیاد مورد استفاده قرار می گیرد .

شرایط روشن شدن تریستور خاموش شونده با گیت مانند تریستور معمولی است اما بعلت تفاوت ساختمان ، جریان تثبت کننده آن بیشتر است . حالت یک در میان گیت منجر به رسانایی سریع در سیلیکون می شود ، اما لازم است که جریان گیت مدت طولانی تری در سطح بالا نگه داشته شود تا عمل تثبت بطور اطمینان بخش انجام شود . برای پایین نگه داشتن افت ولتاژ آنود – کاتود هنگام رسانایی ، کمینه کردن جریان گیت مفید است . در غیر ایصورت  و لتاژ حالت روشن و در نتیجه

تلفات رسانایی کمی بیشتر از حد معمول است . بعلت سازوکار داخلی تکثیر حامل ها که خود نگهدار است و جریان آنود را در سطحی بالاتر از جریان تثبت کننده نگه می دارد ، تریستور پس از قطع جریان گیت در حالت روشن باقی می ماند . در تریستور خاموش شونده با گیت امکان متوقف کردن تکثیر حامل ها با برداشتن حفره ها از ناحیه P وجود دارد . این کار باعث می شود که ناحیه رسانایی به طرف نتاط آند N
در زیر ناحیه ای که الکترود کاتود در دورترین فاصله از الکترود گیت قرار دارد فشرده شود ، تا این که تمام مسیرهای رسانایی قطع شوند . هنگامی که جریان کاتود قطع شد ، جریان گیت – آنود برای مدت کوتاهی برقرار می شود تا قطعه حالت انسداد خود را به دست آورد . میزان جریان لازم گیت برای خاموش شدن در حدود یک پنجم تا یک سوم جریان آنود است که به مقدار چشمگیری بیشتر از جریان روشن شدن است . زمان قطع در مقایسه با سایر تریستور ها کوتاه تر است .

هنگام روشن شدن ، جریانی به گیت تزریق می شود و هنگام خاموش شدن ، یک ولتاژ منفی در حدود 10V – روی گیت – کاتود می افتد که باعث حذف جریان گیت می شود . این ولتاژ باید کمتر از ولتاژ شکست معکوس گیت – کاتود باشد و در ضمن به اندازه ای باشد که بار لازم برای خاموش شدن را بیرون بکشد . خاموش شدن قطعه از نظر فیزیکی پیچیده است ، اما اساس کار بر خارج کردن سریع بارها به وسیله یک جریان گیت بالا ، نزدیک به جریان آنود ، استوار است . این جریان در زمانی کمتر از یک میکرو ثانیه برقرار می شود . برای محدود کردن آهنگ افزایش ولتاژ آنود هنگام خاموش شدن یک خازن اسنابر با تریستور موازی می شود . {6}


4- تریستورهای دوجهته یا تریاک(TRIAC)

تریاک وسیله ای است که میتواند در هر دوجهت هدایت کند وغالبا در کنترل فاز ac استفاده می شود . هر تریاک را میتوان همانطور که در شکل زیر نمایش داده شده به صورت اتصال موازی – معکوس دو SCRکه دارای گیت مشترک هستند ،در نظر گرفت .

از انجایی که تریاک یک وسیله دوجهته است ، پایه های ان نامی تحت عنوان کاتد یا آند ندارنداگر ترمینال MT2نسبت به ترمینال MT1مثبت باشد ، می توان با اعمال سیگنال مثبت به گیت بین پایه های گیت Gوتر مینالMT1 تریاک را روشن نمود . برای رو شن کردن تریاک نیاز نیست که دوسیگنال مثبت و منفی برای گیت داشته باشیم و وجود یک سیگنال مثبت یا منفی کفایت میکند .

- تریستورها هدایت معکوس(RCT)

در بسیاری از مدارهای چاپر و اینورتر یک دیود بصورت موازی ومعکوس به یک تریستور متصل میشود تا نیاز خاموشی مدار کوتاسیون را بهبود بخشیده وامکان برقراری جریام معکوس ناشی از بار سلفی را فراهم کند . دیود ، سطح ولتاژ ممانعت کننده معکوس تریستور را به یک تا دو ولت زیر مقدار حالت پایدار می اورد . گرچه در شرایط گذرا ممکن است ولتاژ معکوس به خاطر ولتاژ القا شده در اندوکتانس پراکندگی مدار در قطعه به30 ولت برسد .

RCTقطعه ای است که مشخصه های عنصر را با نیاز مدار تطبق می دهد ومیتوان انرا همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، مشابه یک تریستور با یک دیود موازی معکوس در داخل ان در نظر گرفت . RCTتریستور نا متقارن نیز نامیده میشود . ولتاژ ممانعت کننده مستقیم بین 400 تا 2000 ولت تغییر کرده وجریان میتواند تا 500 آمپر افزایش یابد .مقدار ولتاژ ممانعت کننده معکوس معمولا بین 30 تا 40 ولت است . از انجایی که نسبت جریان مستقیم گذرنده از تریستور به جریان معکوس دیود برای یک قطعه مقدار ثابتی است،کاربردهای انها به طراحی مدار های خاص محدود میشود .  

6-  تریستورهای القا  استاتیک

این المان جدید که SITH نام دارد با اعمال یک پالس مثبت به گیتش روشن شده و با اعمال یک پالس مثبت به گیتش خاموش میشود.
سرعت این المان در حد 1 تا 5 میکرو ثانیه است که از بقیه انواع تریستورها سریعتر است.همچنین دارای dv/dt‌و di/dt قابل توجهی است.
7-یکسو کننده های کنترل شده سیلیکونی فعال شونده با نور

این تریستور با تابش مستقیم نور به تراشه سیلیکونی روشن میشود . زوجهای حفره الکترونی که در اثر تابش نور ایجاد شده اند ، تحت تاثیر میدان الکتریکی جریان تریگر را تولید می کنند . ساختمان گیت طوری طراحی شده که به حد کافی گیت حساس باشد تا توسط منابع نور عملی تریگر شود .

LASCR ها در کاربردهای جریان و ولتاژ بالا مورد استفاده قرار میگیرد . برخی از این کاربردها عبارتند از : خط انتقال ولتاژ بالا وتصحیح توان راکتیو استاتیک در LASCRمیان منبع نوری محرک وقطعه کلید زنی مبدل توان ،ایزولاسیون کامل الکتریکی وجود دارد . ولتاژ نامی این تریستورها میتواند تا4کیلو ولت در 1500آمپر در شرایطی که توان منبع تریگر نوری کمتر از 100میلی وات باشد ،بالا رود .  

8- تریستورهای کنترل شوندهFET



یک عنصرFET – CTH از ترکیب موازی یک MOSFETویک تریستور همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ،پدید می اید. اگر ولتاژ کافی به گیت MOSFETاعمال شود (معمولا3ولت)یک جریان تحریک بطور داخلی برای تریستور تولید می شود . این عنصر سرعت کلید زنی  di/dtوdv/dt بالایی دارد .این عنصر می تواند مانند تریستورهای معمولی روشن گردد ، اما نمی توان آن را با کنترل گیت خاموش کرد . کاربردهای این وسیله در مواردی است که باید از آتش کردن به وسیلع نور استفاده شود تا عایق سازی الکتریکی بین ورودی یا سیگنال کنترل وعنصر کلید زنی مبدل قدرت فراهم گردد

- تریستور کنترل شونده MOS

تریستور کنترل شونده MOS (MCT) خواص تریستور چهار لایه نوزا ویک ساختار گیت MOS راترکیب می کند . شمای یک MCT در شکل زیر  نشان داده شده است . ساختار NPNPرا می توان بایک ترانزیستور NPN،Q1 ویک ترانزیستورPNP،Q2نمایش داد . ساختار گیت MOSرا میتوان با یک MOSFETکانال P،M1  ویک MOSFET کانال n، M2 نمایش داد .

مشخصات خوب این المان عبارتند از:
سرعت سوئیچ بالا،تلفات توان کم،مقدار افت ولتاژ کم در حین هدایت و امپدانس ورودی بالااست

دیاک

دیاک چیست و چگونه کار میکند

دیاک رو اگر دیده باشید یک قطعه ای مثل دیود های عادی هست که سرو ته نداره یعنی براش مهم نیست که توی مدار بر عکی وصل بشه .

در نقشه های فنی اون رو با این شکل نمایس می دن :

کارش هم تقریبا مثل دیود هست ولی با چند تفاوت :

اگر دیاک D30 رو که دارای ولتاژ شکست ۳۰ ولت است را بصورت موازی با منبع تغذیه ببندیدی و ولتاژ منبع رو از صفر شروع کنید به زیاد کردن می بینید که جریان ناچیزی از منبع کشیده میشود ، وقتی ولتاژ به ۳۰ ولت رسید و از آن رد شد به یک باره دیاک اتصال کوتاه و جریان زیادی از ان عبور می کند .

اگر با دقت به ربع اول این نمودار توجه کنید همین رفتار را مشاهده میکند (نمودار افقی ولتاژ و نمودار عمودی جریان است ، این نمودار ، منحنی مشخصه دیاک است

یکی از کاربردهای دیاک در مدار های دیمر است که بوسیله آن نور محیط لامپ را کاهش می دهید

نحوه ساخت دیمر

http://www.geocities.com/tjacodesign/dimmer/dimmer.html

—–

http://www.google.com/images?um=1&hl=en&sout=0&tbs=isch:1&q=dimmer+light&revid=1386104766&sa=X&ei=zDNjTdS-CcWG4QbtovnVCQ&ved=0CDIQ1QIoAA&biw=1082&bih=620

—–

http://www.eleccircuit.com/dimmer-lamp-ldr-control-with-triac/

آيا ركورد سرعت نور شكست؟

آيا ركورد سرعت نور شكست؟

همين چند هفته قبل بود كه برگزاري يك تور مسافرتي استثنايي موسوم به OPERA بين فرانسه و ايتاليا و مسافران غير عادي‌اش در صدر اخبار جهان قرار گرفت و به‌عنوان رويدادي خارق‌العاده و غيرعادي به كانون توجه عام و خاص بدل شد.

---

خبرها حكايت از آن داشتند كه مسافران ويژه تور اپرا با سرعت سيري سريع‌تر از سرعت نور مسير حركت را طي كرده بودند. در واقع آنچه رسما در ابر آزمايشگاه سرن و در جريان آزمايش اپرا روي داد از اين قرار بود كه ذرات نوترينوي توليد شده در آزمايشگاه سرن حدود 60 نانو ثانيه زودتر از سرعتي كه نور اجازه مي‌دهد، در آزمايشگاه Gran Sasso در ايتاليا دريافت شده بودند.

اين نتيجه شگفت‌انگيز چنان موجي از حرف و حديث‌ها و دغدغه‌ها و شور و شوق در عموم علاقه‌مندان رشته‌هاي مختلف علوم به راه انداخت كه گويي از فردا بايد كتاب‌ها را عوض كرد، فيزيك را از نو بايد نوشت و براي دوم شدن نور بايد غصه خورد . اما اين نتيجه غيرعادي در كنار آن موج بزرگ، موجي از هيجان و انگيزه را در ميان جامعه فيزيك به پا كرد و طي همين مدت كوتاه مقالات متعددي از سوي دانشمندان و بويژه فيزيكدانان در تلاش براي بي‌اعتبار كردن يا توضيح دادن نتايج اين آزمايش منتشر شده است. اگر بخواهيم نسبت به واكنش‌هاي مطرح شده عليه نتيجه اين آزمايش قضاوت منصفانه و بي‌طرفي داشته باشيم، به نظر مي‌رسد كه احساس و برداشت كلي اهل فن آن است كه گروه اپرا بايد از مساله مهمي غفلت كرده باشند.

به عنوان نمونه‌اي شاخص از استدلال‌هاي منتشر شده در باب خطا بودن نتيجه آزمايش اپرا، مي‌توان به دلايل مطرح شده از سوي محققان دانشگاه گرانيگن هلند بر مبناي قانون نسبيت اشاره كرد كه از قضا دستمايه بحث‌هاي فراوان شمار”‰ديگري از فيزيكدانان نيز قرار گرفته است. اگر آزمايش اپرا را بررسي و مرور كنيم متوجه مفهوم ساده و محض آن مي‌شويم كه عبارت بوده است از اندازه‌گيري فاصله و زمان. فاصله كه تكليفش سر راست و روشن است و بين دو نقطه جغرافيايي قرار دارد. سنجيدن موقعيت مكاني توليد ذرات نوترينو در سرن با استفاده از جي.پي.اس به طور قابل قبولي آسان است، اما سنجش قطعي موقعيت آزمايشگاه گرن ساسو در ايتاليا به واسطه قرار داشتن در پاي كوهي با ارتفاع چند هزار متري شايد به نظر دشوار بيايد. با اين اوصاف، گروه اپرا مي‌گويند كه اين فاصله 370 كيلومتري را با دقت بسيار فراواني اندازه‌گيري كرده‌اند، اما در مورد زمان قضيه فرق مي‌كند و اندازه‌گيري فاصله زماني حركت نوترينوها از مبدا تا مقصد دشوارتر است.

گروه اپرا مي‌گويد كه با استفاده از ساعت‌هاي مستقر در هر دو سر مسير مي‌تواند لحظه توليد نوترينوها در مبدا و لحظه رديابي آنها را در مقصد با دقتي بي‌نظير اندازه‌گيري و تعيين كند، اما بخش بغرنج و پيچيده و چه‌بسا غلط انداز ماجرا همين ساعت‌ها و همگام نگاهداشتن دقيق آنها در هر دو طرف مسير است.

گروه اپرا اين مهم را با استفاده از ماهواره‌هاي جي.پي.اس انجام داده‌اند. ماهواره‌هاي جي.پي.اس مجموعه‌اي مشتمل بر 24 ماهواره است كه روي 3 مدار مختلف به دور زمين مي‌چرخند. هر ماهواره دائما در حال ارسال سيگنالي به سمت زمين است كه شامل داده‌هايي مانند زمان دقيق ارسال سيگنال و موقعيت ماهواره در مدار زمين است

گيرنده‌هاي جي.پي.اس با دريافت اين اطلاعات از حداقل 3 ماهواره مي‌توانند موقعيت خود را روي زمين محاسبه كنند. بايد توجه داشت كه ماجراي ثبت ركورد سرعت بيشتر از سرعت نور از همين جا مشكل‌دار مي‌شود و پاي برخي مفاهيم ضمني اضافي نظير مدت زمان سفر سيگنال‌هاي جي.پي.اس به زمين به اين سناريوي جنجالي باز مي‌شود كه گروه اپرا بايد در نظر مي‌گرفته، اما گويا از كنار آن به سادگي گذشته است.

محققان براي توضيح اين پديده به اثري اشاره مي‌كنند كه ظاهرا از جانب گروه آزمايش اپرا مورد غفلت يا اغماض واقع شده است كه به آن حركت نسبي ماهواره‌هاي جي.پي.اس نسبت به گيرنده گفته مي‌شود. صرف‌نظر از سرعت ماهواره، امواج راديويي ناقل سيگنال‌هاي ارسالي از ماهواره‌هاي جي.پي.اس با سرعت نور سفر مي‌كنند، اما در اين ميان توجه به اين نكته ضروري است كه هرچند سرعت نور كميتي ثابت است و به چارچوب مرجع و اين كه زميني يا مداري باشد بستگي ندارد، اما اندازه‌گيري زمان طبق قانون نسبيت به اين امر بستگي دارد. در مورد قضيه آزمايش اپرا، دو مرجع وجود دارد. آزمايش روي زمين انجام گرفته است، اما زمان‌سنجي توسط بازخواني سيگنال‌هايي صورت پذيرفته كه از ساعت‌هاي مستقر در مدار مخابره شده‌اند.

پس از نزديك يك قرن از اعلام نظريه نسبيت، مرزهاي دانش بشري بارديگر نگاه‌ها را به سوي نابغه دوران و تفكرات عالي وي معطوف ساخته و ثابت مي‌كند هنوز هم حق با اينشتين است

ماهواره‌هاي جي.پي.اس از غرب به شرق به دور زمين مي‌چرخند و برخي از آنها روي مداري با زاويه 55 درجه نسبت به استواي زمين قرار دارند و جالب است كه اين مسير كمابيش منطبق با مسير حركت نوترينوهايي بوده كه به نظر مي‌رسد سرعت نور را شكسته‌اند. پس از نقطه نظر ساعت مستقر در ماهواره جي.پي.اس، موقعيت مكاني مبدا و مقصد نوترينوها در آزمايش اخير در حال تغيير بوده‌اند. از نگاه ماهواره جي.پي.اس، آشكار ساز ذره در ايتاليا به سمت منبع نوترينوها در فرانسه حركت مي‌كرده است و در نتيجه فاصله پيموده شده توسط اين ذرات از نگاه اين ماهواره كوتاه‌تر است. كاملا طبيعي است كه اين موضوع كمي پيچيده به نظر برسد چون ما داريم درباره قانون نسبيت صحبت مي‌كنيم. گروه اپرا اين موضوع را ناديده گرفته بودند چون تصور آنها از ساعت، ابزاري ساكن روي زمين بوده است نه در حال چرخش در فضا.

اما اثر حركت نسبي ساعت‌هاي اتمي سوار بر ماهواره‌هاي جي.پي.اس تا چه حد تاثيرگذار است؟ محاسبات نشان مي‌دهد كه اين اثر موجب زودتر رسيدن نوترينوها به ميزان 32 نانوثانيه مي‌شود، اما به واسطه خطاي مشابهي كه در هر يك از دو سر مسير آزمايش در محاسبه زمان رخ مي‌دهد بايد ميزان اين تاثير مضاعف شود. بنابراين تصحيح كل معادل 64 نانوثانيه است كه تقريبا با آنچه گروه اپرا اعلام مي‌كند، برابر است.

اين نتيجه‌گيري، قابل تحسين است ولي معلوم نمي‌كند كه مساله بالاخره حل شد يا هنوز بايد به دنبال جواب بهتري بگرديم. با توجه به اين كه بررسي و ارزيابي موشكافانه بخشي ضروري از فرآيند علمي محسوب مي‌شود، ارائه‌كنندگان اين محاسبه جديد نيز بايد به نوبه خود تاب تحمل آن را داشته باشد كه از سوي جامعه علمي به طور كلي و از طرف گروه آزمايش اپرا به طور خاص، مورد بررسي قرار گيرند.

اگر اين استدلال به قوت و اعتبار خودش باقي بماند، جريان اندازه‌گيري ذراتي سريع‌تر از نور بجاي نقض نظريه نسبيت اينشتين، در نقش تأييدكننده ديگري از حقانيت آن عمل خواهند كرد.

نزديك به 100 سال از انتشار نظريه نسبيت اينشتين مي‌گذرد. اين نظريه بزرگ كه نه‌تنها در زمان خود بلكه حتي امروزه به وضوح نشان داده است كه قامت درك و توانايي‌هايي علمي بشريت براي فهم آن هنوز كوچك است، بار ديگر دستاويز آزمون و استدلال‌هاي علمي مهمي قرار گرفت و چنين به نظر مي‌رسد كه سربلند بيرون آمده است. سال گذشته بود كه دانشمندان با انجام 5 آزمايش علمي مهم در زمينه پارادوكس زماني، حركت تقدمي اسپين، انحناي فضا ـ‌ زمان، پارادوكس زماني در ليزر و نسبيت در مقياس كلان به اين نتيجه رسيدند كه نظريه نسبيت هنوز نفس مي‌كشد و روز به روز بر حقانيت دنياي بزرگ آن صحه بيشتري گذاشته مي‌شود. اكنون و پس از يك قرن از اعلام نظريه نسبيت، مرزهاي دانش بشري بار ديگر نگاه‌ها را به سوي نابغه دوران و تفكرات عالي وي معطوف ساخته و ثابت مي‌كند هنوز هم حق با اينشتين است.

منبع: تبيان

قطبش

قطبش

نور يك نوع تابش الكترومغناطيسي است كه از تركيب دو ميدان الكتريكي و مغناطيسي تشكيل يافته است. تابش الكترومغناطيسي شامل ميدان الكتريكي متغير با زمان و ميدان مغناطيسي متغير با زمان مي‌باشد كه اين دو ميدان بر هم عمودند و موج در امتداد عمود بر هر دوي آنها انتشار مي‌يابد. هر تك موج الكترومغناطيسي يك ميدان الكتريكي و يك ميدان مغناطيسي مشخص دارد، ولي از آنجا كه نور خالص وجود ندارد كه فقط شامل يك طول موج باشد

---

مقدمه

نور يك نوع تابش الكترومغناطيسي است كه از تركيب دو ميدان الكتريكي و مغناطيسي تشكيل يافته است. تابش الكترومغناطيسي شامل ميدان الكتريكي متغير با زمان و ميدان مغناطيسي متغير با زمان مي‌باشد كه اين دو ميدان بر هم عمودند و موج در امتداد عمود بر هر دوي آنها انتشار مي‌يابد. هر تك موج الكترومغناطيسي يك ميدان الكتريكي و يك ميدان مغناطيسي مشخص دارد، ولي از آنجا كه نور خالص وجود ندارد كه فقط شامل يك طول موج باشد (ما همواره با گروه موج روبرو هستيم) لذا با ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي درجهتهاي مختلف مواجه خواهيم بود. ميدان الكتريكي نور بزرگتر از ميدان مغناطيسي آن مي‌باشد و بيشتر خصوصياتي كه ميدان الكتريكي دارد ميدان مغناطيسي هم از آن تبعيت مي‌كند و نيز چشم ما به ميدان الكتريكي حساس است، از اين رو ما در مبحث نور اغلب با ميدان الكتريكي نور سر و كار داريم.

تعريف قطبش

ميدانهاي الكتريكي امواج تشكيل دهنده به صورت اتفاقي در هر جهتي قرار مي‌گيرند، لذا احتمال وجود ميدان الكتريكي در تمام جهات يكسان خواهد بود. حال در مواردي لازم است كه ميدان الكتريكي را فقط در جهت خاصي داشته باشيم. بنابراين بايد به طريقي در جهات ديگر ميدان را حذف كنيم و فقط آن يك جهت مورد نظر را داشته باشيم، اين عمل قطبش نام دارد. البته بحث قطبش را در مورد عايقها تحت عنوان قطبش عايقها دنبال خواهيم كرد. نوري كه عمل قطبش را روي آن انجام داده‌ايم، نور قطبيده و وسيله‌اي كه اين عمل را با آن انجام داده‌ايم، قطبشگر نور مي‌نامند.

انواع قطبش

قطبش را از لحاظ منحني كه نوك پيكان ميدان الكتريكي در صفحه مختصات رسم مي‌كند و اختلاف فازي كه دو مؤلفه ارتعاشي ميدان الكتريكي باهم دارند، به دو دسته عمده تقسم مي‌كنند كه عبارتند از:

قطبش خطي

اختلاف فاز بين مؤلفه‌هاي ارتعاشي ميدان برابر (0 يا 180 درجه) مي‌باشد و ارتعاش روي يك خط راست صورت مي‌گيرد. و از تركيب قطبشهاي دايروي راستگرد و چپگرد بوجود مي‌آيند. اين نوع قطبش به نوبه خودش به لحاظ منحني فضايي‌اش بصورت زير دسته بندي مي‌گردد:

    افقي
    عمودي
    مايل

قطبش بيضيوار

در حالت كلي اختلاف فاز بين مؤلفه‌هاي ارتعاشي در قطبش بيضيوار هر زاويه‌اي مي‌تواند باشد كه تركيب دو ارتعاش ، منحني بيضي به خود مي‌گيرد. اين قطبش نيز به نوبه خودش بصورت زير دسته بندي مي‌گردد:


    قطبش دايروي: در طبيعت فقط اين نوع قطبش را داريم كه مؤلفه‌هاي ارتعاش آن عمود بر هم هستند و دامنه‌هاي ارتعاشات باهم برابرند و به لحاظ اختلاف فاز (90 يا 270 درجه) به دو دسته قطبش دايروي راستگرد و قطبش دايروي چپ گرد تقسيم مي‌شوند.

    قطبش بيضوي: از تركيب مناسب قطبشهاي دايروي راستگرد و چپگرد بوجود مي‌آيد كه مؤلفه‌هاي ارتعاشي آن عمود بر هم هستند و برخلاف قطبش دايروي دامنه ارتعاشات برابر ندارد و به لحاظ اختلاف فازي كه دارند به دو دسته قطبش بيضوي راستگرد و قطبش بيضوي چپ گرد تقسيم مي‌شوند.

منبع: رشد

فوتون چیست؟

این تعارض جوهر مانای ذره گونه که با انتشار موج - ذره رخ می‌دهد، نظریه کوانتوم توصیف عینی یابد، آنگاه می‌توانیم موقعیتهای آن را در لحظات پی در پی مشخص و مسیر آن را معین کنیم. اما ذراتی که مسیرهای مشخصی را طی می‌کنند، مشخصه نقش تداخلی موج گونه آنها را برای هر نوع ماده‌ای که واقعا قابل مشاهده باشد، ایجاد نمی‌کند. در آزمایشگاه ، این نقشها همچون نقشی از تیک تاکهای آرایه‌ای از آشکار سازها مشاهده می‌شود. تمهیدات مستند نظریه کوانتومی این نقشها را بوسیله یک تابع موج در فرمالیزم ریاضی آن نظریه بوجود می‌آورد.
این تابع موج احتمال آشکار سازی یک تیک تاک را توصیف می‌کند و چشم به راه یک شیء "حقیقی" نیست. بنابراین ، نظریه کوانتومی با نفی اینکه "موج" یا "ذره" "حقیقی" هستند، مسأله موج - ذره را حل می‌کند. به علاوه ، نظریه کوانتومی با آنچه که از معانی متعارف و رسمی آنها برداشت می‌شود. مفهوم ماده گاهی موج و گاهی ذره است را ندارد.
 
بر اساس اصل دوبروی ، در مورد ذرات دو حالت ذره‌ای و موجی در نظر گرفته می‌شود،
که البته این خاصیت در دنیای میکروسکوپی بیشتر مورد مطالعه است. به عنوان مثال ، اگر ذره‌ای به جرم یک گرم که با سرعت معمولی در حال حرکت است، در نظر بگیریم طول موج منتسب به این ذره ، چنان کوچک خواهد بود که اصلا قابل ملاحظه نیست. اما در مورد ذراتی مانند الکترون ، این طول موج قابل توجه است. بنابراین با توسل به این اصل می‌توان تابش الکترومغناطیسی را نیز متشکل از ذراتی دانست که این ذرات را فوتون می‌گویند.
واقعیت کوانتومهای نور
نظریه پلانک در ارتباط با بسته‌های انرژی تابشی ، تا اندازه‌ای مبهم بود و فقط به عنوان مبنایی برای توزیع آماری انرژی میان طول موجهای مختلف در طیف الکترومغناطیسی بکار می‌رفت. پنج سال بعد از "پلانک" ، "آلبرت انیشتین" توانست این مفهوم را به صورت مشخص‌تری بیان کند. انیشتین مفهوم کوانتومی نور را برای توجیه اثر فوتوالکتریک بکار برد. بر این اساس ، فوتون‌ها که دارای انرژی معینی هستند، بعد از برخورد با الکترون‌های اتم ، انرژی خود را به آنها داده ، خود از بین می‌روند. این امر می‌تواند به عنوان یک مسئله برخورد میان دو ذره با استفاده از نظریه برخورد توضیح داده شود.
بعد از برخورد ، فوتون از بین می‌رود و الکترون با انرژیی که از فوتون می‌گیرد، از ماده جدا می‌شود و سبب ایجاد یک جریان فوتوالکترونی در مدار خارجی می‌گردد. مقدار جریان در مدار خارجی ، بسته به تعداد فوتونهایی که بر سطح ماده موجود در کاتد تابیده می‌شود، متفاوت خواهد بود.
 
تأییدی دیگر بر وجود فوتون
آزمایش دیگری که توانست وجود فوتونها را بصورت تجربی به اثبات رساند، مربوط به آزمایش است که توسط "کامپتون" انجام شد. این آزمایش که بعدها نام اثر کامپتون را بر خود گرفت، به این صورت بود که تابش الکترومغناطیسی یا فوتون‌ها توسط مواد مختلف پراکنده می‌شود. به بیان دیگر ، در این آزمایش فوتون بعد از تابش مقداری از انرژی خود را به یک الکترون تقریبا آزاد منتقل می‌کرد و خود با انرژی کمتر در راستای دیگر منحرف می‌شد. نتایج این آزمایش که با استفاده از مفهوم کوانتومی نور صورت می‌گرفت، با نتایج تجربی کاملا تطابق داشت.
جرم فوتون
واقعیت جرم فوتون ، به خاصیت عکس مجذوری قانون کولن بر می‌گردد. بر اساس قانون کولن ، نیروی الکتریکی که دو ذره باردار به یکدیگر وارد می‌کنند، نیرویی است که با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. اما این مطالب در تمام شرایط دقیقا درست نیستند، یعنی در فواصل خیلی کوچکتر انحرافاتی وجود دارد و این نیرو دقیقا عکس مجذوری نیست. در این حالت باید فوتونها را ذراتی دارای جرم بدانیم. اما در موارد دیگر که تقریبا بیشتر موارد را شامل می‌شود، این نیرو دقیقا عکس مجذوری است. بنابراین در این حالت باید فوتونها را ذراتی بدون جرم تصور کنیم.

خطرات آلودگي نوري‌

خطرات آلودگي نوري‌

پدرها و مادرها و پدربزرگ‌ها و مادربزرگ‌هاي ما بخوبي‌شب‌هاي گرم تابستان را به خاطر مي‌آورند. وقتي در محله‌هاي مركزي شهر در خانه‌هايي كه خانه بود و مثل امروز به لانه‌ها يا خوابگاه‌هايي كوچك بدل نشده بود

---

پدرها و مادرها و پدربزرگ‌ها و مادربزرگ‌هاي ما بخوبي‌شب‌هاي گرم تابستان را به خاطر مي‌آورند. وقتي در محله‌هاي مركزي شهر در خانه‌هايي كه خانه بود و مثل امروز به لانه‌ها يا خوابگاه‌هايي كوچك بدل نشده بود

از پشت توري پشه‌بند هم مي‌توانستي صدها ستاره بشماري و گاه عبور شهابي را ببيني و در دل آرزويي كني. اگر خوابت نمي‌برد و از پشه‌بند بيرون مي‌آمدي حتي از همان خانه‌هاي ميانه شهر هم مي‌توانستي نواري از راه كهكشان كم‌سو را در آسمان ببيني.

اينك همه چيز از دست رفته است. جاي آن خانه‌هاي باصفا را آپارتمان‌ها گرفته‌اند. جاي شعر آهنگين شاهنامه را برنامه‌هاي سينمايي و جاي ستاره‌هاي آسمان را پروژكتورها. گويي شعر سهراب سپهري تحقق پيدا كرده است و نئون كمر به قتل مهتاب بسته و ما شادمانيم كه دنيايمان مدرن شده است، در حالي كه در اين طغيان نورهاي لجام‌گسيخته، سلامت و امنيت خود را نيز از دست داده‌ايم.

زندگي مدرن ما با خود آلودگي‌هاي فراواني به همراه داشته است، آلودگي منابع آب و محيط زيست، هوا، صوتي و ده‌ها نوع آلودگي ديگر؛ اما يكي از ويژگي‌هاي آلودگي‌ها اين است كه ما متوجه مضر بودن آنها مي‌شويم و اگرچه خودمان هم در فرآيند آلوده‌سازي مشاركت داريم، اما مي‌دانيم كه راه، راه درستي نيست.

گونه‌اي ديگر از آلودگي‌ها نيز وجود دارد كه جهان همراه با فرآيند رشد فناوري با آن مواجه شده است و ظاهري متفاوت دارد. در حقيقت در نگاه اول اين مساله به هيچ وجه آلودگي به نظر نمي‌رسد، اما نگاهي دقيق‌تر ما را متوجه خطرات آن مي‌كند. آلودگي نوري امروزه به يكي از آلودگي‌هاي اصلي محيط زيست تبديل شده است.

آلودگي‌ نوري چيست؟

بي‌شك زماني كه اديسون نخستين لامپ الكتريكي خود را به جهان معرفي كرد هيچ گاه گمان نمي‌كرد كه روزي آن ابزار ارزشمند كه روشنايي را به شب‌هاي تيره انسان آورده به ابزاري براي آلودگي تبديل شود؛ اما در طول مسير رشد فناوري‌هاي متعدد، منابع نوري موجود در شهرها نيز افزايش يافتند تا كم‌كم به بحراني مهم تبديل شدند.

اگر تصاوير ماهواره‌اي از زمين را كه در شب گرفته شده است ببينيد و بتوانيد مقايسه‌اي بين تصاويري كه با فاصله 10 و 20 سال از زمين گرفته شده‌اند، كنيد متوجه شكل كلان اين خطر مي‌شويد. امروزه تقريبا هيچ نقطه واقعا تاريكي در جهان وجود ندارد. اما آيا اين موضوع بد است؟ پيش از پاسخ به اين پرسش بايد ديد تعريف آلودگي‌ نوري چيست؟ براساس تعريف انجمن بين‌المللي آسمان تاريك كه يكي از سازمان‌هاي اصلي مبارزه با آلودگي‌ نوري در جهان است، منابع نوري كه بدون هدف و بدون مهار مناسب جهت و شدت‌ آن،‌ نصب و استفاده مي‌شوند منابع‌ آلوده‌كننده محيط به حساب مي‌آيند. به اين ترتيب هر نوري آلوده‌كننده محيط نيست؛ براي مثال يكي از چراغ‌هاي خيابان يا يكي از اتوبان‌هاي نزديك منزل خود را در نظر بگيريد.

اين چراغ‌ها با هدف روشن كردن سطح زمين براي بهبود شرايط ديد در شب نصب شده‌اند. حال يك بار ديگر و با دقت به آنها نگاه كنيد. متوجه مي‌شويد كه در بيشتر موارد با پروژكتوري مواجهيد كه هيچ قاب يا حفاظي روي آن قرار ندارد و در خيابان‌ها با لامپ‌هاي بدون سرپوش مواجه مي‌شويد يا حتي در برخي موارد در پارك‌ها با چراغ‌هاي قوي‌‌اي مواجه مي‌شويد كه رو به آسمان تنظيم شده‌‌اند و با تعجب متوجه خواهيد شدكه سطح زير آن بر خلاف انتظار چندان روشن نيست.

در چنين حالتي، نوري كه مستقيم به سمت آسمان حركت مي‌كند هيچ نقشي در روشن كردن زمين زير پاي شما ندارد. يك تحقيق عمومي نشان مي‌دهد در بيشتر موارد،‌ چنين چراغ‌هايي 30 تا 40 درصد توان خود را صرف روشن كردن مستقيم آسمان مي‌كنند. حال تصور كنيد كه روي همين چراغ را محفظه‌اي قيفي شكل قرار دهيم كه تا زير محل قرارگرفتن لامپ امتداد يابد.

در اين صورت بخشي از نور منبع‌ها كه بيشتر براي روشن كردن زمين استفاده مي‌شد باز هم مستقيم به زمين مي‌رسد، اما 30 تا 40 درصدي كه بي‌دليل روانه آسمان مي‌شد به داخل حفاظ برخورد مي‌كند و به سمت زمين بازتابانده مي‌شود. به اين ترتيب زمين شما 30 درصد بيشتر روشن مي‌شود و در عوض آسمان و محيط شما،‌ تاريك‌تر و طبيعي‌تر باقي مي‌‌ماند.

خطرات آلودگي نوري‌

اگر چه اين واقعيت درست است كه اولين گروه‌‌هايي كه متوجه خطر آلودگي نوري شدند، منجمان و بويژه منجمان آماتور بودند،‌ اما خطرات آلودگي نوري تنها در از دست دادن زيبايي‌هاي آسمان شب خلاصه نخواهد شد. منجمان چون شاهد بودند چگونه هر روز تعداد ستاره‌هايي كه در آسمان شب مي‌بينند كاهش مي‌يابد، متوجه خطر شدند و بسرعت شروع به اقدام عليه گسترش اين پديده بويژه در اطراف محل استقرار رصدخانه‌هاي بزرگي شدند كه با هزينه‌هاي كلان و با اتكا بر آسمان تاريك محل ساخته شده بودند و اينك در خطر قرار داشتند.

انجمن آسمان تاريك امريكا توانست با توجيه مردم شهر يك ميليون نفري توسكان در نزديكي كيت پيك آلودگي ‌نوري اين ناحيه را كاملا مهار كند؛ اما تحقيقات بعدي نشان داد كه اثرات آلودگي مهم‌‌تر از اينهاست. جانور‌شناسان نشان دادند گونه‌هاي متعددي از حيوانات بر اثر پديده آلودگي نوري دچار اختلال در سيستم جهت‌يابي خود مي‌شوند و با خطر گم شدن و انقراض مواجهند. اين مساله بويژه در پرندگاني كه نزديكي شهرها زندگي مي‌كنند، رخ مي‌دهد.

وقتي به ياد آورديد كه در شهري مانند تهران بيش از 100 گونه مختلف پرنده زندگي مي‌كنند كه بر اثر تغيير ساعت بيولوژيك در خطر قرار دارند، شايد موضوع جدي‌تر به نظر آيد موجودات ديگر هم با خطر روبه‌رو هستند.

لاك‌پشت‌‌ها يكي از معروف‌‌‌ترين مثال‌‌ها هستند. زماني كه بچه لاك‌پشت‌ها از تخم بيرون مي‌آيند به سمت مهتاب حركت مي‌كنند تا خود را به دريا برسانند.چندي پيش در يكي از سواحل ايالات متحده لاك‌پشت‌ها پياپي جهت خود را عوض و در خلاف جهت دريا حركت كردند و بيشتر آنها بدون آن كه به آب برسند از ميان رفتند. محققان متوجه شدند نورهاي هتل‌هاي گردشگري آن منطقه جايگزين نورماه و عامل مرگ لاك‌پشت‌ها شده‌اند. انسان هم در معرض آلودگي نوري قرار دارد.

روان‌شناسان ثابت كرده‌اند زندگي در محيطي آلوده از نظر نوري مي‌تواند ساعت درون بدن انسان را مختل كند و در عين حال با تغيير ساعت خواب و عميق نشدن مراحل خواب به استرس و فشارهاي عصبي افراد و افزايش خطر بيماري‌هاي ناشي از استرس بيفزايد.بتازگي نيز گروهي از پزشكان اعلام كرده‌اند احتمال مي‌دهند آلودگي نوري عامل مهمي در افزايش خطر ابتلا به برخي سرطان‌ها باشد. اگر هنوز هم قانع نشده‌ايد مي‌توانيد به مساله انرژي فكر كنيد.

در شرايطي كه همه جهان از تلاش براي كم كردن مصرف انرژي به‌منظور مقابله با گرم شدن زمين سخن مي‌گويند مي‌توان در نظر داشت كه مبارزه با آلودگي‌ نوري دست‌كم 30 درصد كاهش در هزينه‌هاي مربوط به انرژي در حوزه روشنايي را به همراه خواهد داشت.

شايد برخي گمان كنند با افزايش نور محيط به امنيت آن ناحيه افزوده مي‌شود، در حالي كه تحقيقات نشان مي‌دهد با استفاده از نور بيش از حد بر تضاد تاريكي و روشنايي افزوده مي‌شود و به دليل گشودگي بيشتر مردمك چشم، امكان تشخيص كاهش مي‌يابد و محيط برخلاف انتظار، ناامن‌تر خواهد شد.

منبع: پارس اسكاي
نويسنده : ريحانه رادي

لیزرهای دیودی

 

لیزرهای دیودی

طی چند سال اخیر لیزرهای دیودی به توانایی خروجی بالاتر ، ابعاد کوچکتر ، کارایی بالاتر ، اعتماد پذیری بیشتر و از همه اینها مهمتر به پوشش طول موجی پهنتر از IR میانه تا انتهای آبی رنگ طیف الکترومغناطیس ، دست یافته‌اند.
برای سالهای متمادی ، دستیابی به منابع نوری تکفام کوک همدوس ، با عملکرد آسان و ارزان از IR میانه تا UV ، هدفی برای متخصصان طبف بینی بوده است. به غیر از طیف بینیهای متداول جذبی و فلوئورسانی ، طیف بینی رامان و بیضی سنجی نیز از لیزرهای دیودی به عنوان منابع نور همدوس بهره‌مند شده‌اند. 

به تازگی متخصصان طیف بینی ، فنون با حساسیت زیاد مثل طیف بینی درون حفره را با لیزرهای دیودی ترکیب کرده‌اند. در طیف بینی بنیادی ، کاربرد منابع لیزری جدید به تعیین ساختار رادیکالهای آزاد یا گونه‌های خوشه‌ای عجیب و غریب منجر شده است. برای نظارتهای اتمسفری ، لیزرهای دیودی دمای اتاق که در 8 تا 13µM نشر می‌کنند، پیشرفتی اساسی به سمت بهبود کیفیت هوا هستند.
در پزشکی ، کاربرد لیزرهای دیودی در مقطع نگاری نوری و در تجزیه غیر تزریقی خون ، مثلا پیش بینی سطح گلوکز خون ، تشخیص پزشکی را با انقلابی مواجه کرده است. در صنعت ، حسگرهای شیمیایی ارزان قیمت در کنترل فرآیند اهمیت یافته‌اند، برای کنترل در محل فرآیندهای احتراقی ، آشکار سازی پسماندهای گازی در نقطه تخلیه و کنترل کیفیت در صنایع دارویی و غذایی لیزرهای دیودی دیگری نیز هستند که برای اندازه گیریهای جریان ، شمارش و سنجش ابعاد ذرات سودمندند.

ارتعاشهای خوب

IR میانه، یکی از محدوده‌های طیف الکترومغناطیسی است که لیزرهای دیودی در آن به ایفای نقش پرداخته‌اند. مطالعه ارتعاشهای بنیادی مولکولها که در این ناحیه اتفاق می‌افتد، تا کنون بر لیزرهای دیودی ساخته شده از نمکهای سرب که با سرمازایی خنک شده‌اند متکی بوده است. با این حال تجهیزات خنک کننده با سرمازایی بر هزینه‌های خرید و عملیاتی چنین لیزرهایی بسیار می‌افزاید. لیزرهای دیودی IR میانه که از ترکیبات همانند ساخته شده‌اند و در دمای اتاق کار می‌کنند، کم کم به عنوان جانشینی برای حسگرهای شیمیایی ارزان مطرح می‌شوند.
گفتنی است این حسگرها برای آشکار سازی اتمسفری و آلودگی و همچنین نظارت بر فرآیندهای صنعتی بکار می‌روند. مثلا ، نیم رساناهایی مانند aLgAssB/iNgAaSb که تا زیر 3000nm کار می‌کنند. دستیابی به اکثر ارتعاشهای کششی C_H را مقدور می‌سازند. نشر لیزر در این طول موجها ، به دلیل وجود گاف نوار باریک که ساختار الکترونی این مواد را می‌سازد، امکان پذیر است. در نتیجه فقط مقدار بسیار کمی انرژی برای ارتقای الکترونها به انرژی بالاتر نوار رسانش ، مورد نیاز است.
با این حال مهیجترین پیشرفت در آشکارسازی IR میانه ، ساخت لیزرهای آبشار کوانتومی (QCL) است. این لیزرها را اولن بار دانشمندان بل لبز - لوسنت در آمریکا در سال 1994 ارائه کردند که با روشی کاملا متفاوت از لیزرهای دیودی نیم رسانای معمول کار می‌کنند. طول موج نوری که آنها نشر می‌کنند به گاف نوار نیم رسانا بستگی ندارد، بلکه بیشتر به ضخامت لایه‌های سازنده نیمرسانا در قطعه وابسته است.

لیزرهای دیودی در عمل

یک لیزر نیم رسانا اساسا از اتصال بین یک نیم رسانای نوع P (غنی از "حفره‌های" مثبت) و یک نیم رسانای نوع n (غنی از الکترونها) تشکیل می‌شود. بر اثر عبور جریان الکتریکی از محل اتصال ، الکترونها و حفره‌ها می‌توانند باز ترکیب شوند که در این فرآیند نور نشر می‌شود. طول موج نشر با گاف نوار ماده نیم رسانایی که دیود را می‌سازد، تفاوت انرژی لازم برای صعود الکترون از نوار انرژی والانس پایینتر به نوارهای رسانش پرانرژی‌تر در بالا تعیین می‌شود. در وسایل ساده با تغییر جریان الکتریکی بکار رفته یا دمای لیزر ، تنظیم طول موج مقدور می‌شود.
با ماده گالیم آرسنید (GaAs) خالص یک طول موجی ساخته شد، اما در عمل به علت نیاز و دشواری در تطابق شبکه ، این امر با محدودیت مواجه می‌شود. لیزرها با هر دو روش رشد همراستای بلور با باریکه مولکولی و رسوب دهی شیمیایی بخار فلز - آلی ساخته می‌شوند. این لیزرها با داشتن 50 درصد تبدیل الکتریسیته به نور ، کارآمدترین نوع لیزرند که در نتیجه باعث کاهش هزینه عملیاتی می‌شود.
هرگاه لایه به اندازه کافی نازک باشند (کمتر از 20nm) مکان الکترونهای نیم رسانا فقط در یک بعد محدود می‌شود: حالتهای انرژی در نوارهای والانس و رسانش کوانتیده شده و فقط ترازهای انرژی معینی مجاز می‌شود. لذا لایه‌های نیم رسانا مانند چاههای کوانتومی خواهند بود و می‌توان آنها را با لایه‌های غیر فعال (غیر لیزر ساز) روی هم چید و لیزرهایی ساخت که قادرند نور خروجی پر توانتری تولید کنند. در این QCL ها ، الکترونها از چند مرحله پی در پی افت انرژی ، می‌گذرند و همزمان با حرکت در نوعی آبشار الکترونی ، فوتون نشر می‌دهند. فاصله نزدیک نوارهای انرژی الکترونی ، نشر نور در گستره IR میانه تا دور را ممکن می‌سازد. چندین گروه پژوهشی ، در حال رقابت برای تولید نوع تجاری QCL در گستره 6 تا 12µm هستند که دریچه مهمی را بر روی نظارت اتمسفری ، خواهد گشود.
در سال 1998 گروه فدریکاکاپاسوازبل لبز - لوسنت تکنولوژی ، لیزری تولید کرد که دارای شبکه بلوری AlInAs/InGaAs با فواصل بین اتمی منطبق با شبکه InP بود و می‌توانست در 8,3µm با توان تپی 180mW در دمای اتاق ، نشر کند. امروزه می‌توان لیزرهایی را که در این محدوده کار می‌کنند از GaAs/AlGaAs تهیه کرد، که هم ارزانترند و هم آسانتر ساخته می‌شوند. هر چند نتایج اخیر گروه کاپاسو در آشکارسازی مقادیر ناچیز گازهایی مانند CH4 ، N2O هنوز به حد حساسیت آشکارسازی لیزرهای نمک سرب ، یعنی در حد ppb یا کمتر ، نرسیده است.
لیزرهای حفره عمودی نشر کننده از سطح (VCSEL) نوعی لیزر جدید هستند. آنها که عمدتا برای مخابرات نوری ساخته شده‌اند، برای کار در طول موج بلند و با خروجی تپی 2,9µm در دمای اتاق ، نیز بکار می‌روند. آنها کیفیت باریکه بهتری ایجاد می‌کنند و از بسیاری از لیزرهای جانشین که در طول موجهای بلندتر کار می‌کنند، آسانتر ساخته می‌شوند. در سال 1997، دیرک رله ، برند زومپف و هاینتس - دتلف کرونفلت ، از دانشگاه صنعتی برلین ، روش دیگری برای تولید تابش IR میانه برای آشکارسازی گازی ، ارائه دادند. آنها در یک بلور AgGaSe2 ، خروجی دو لیزر دیودی IR نزدیک (یکی در 1290µm و دیگری 1572nm) را باهم مخلوط و نوری با فرکانس متفاوت در حدود 7,2µm) 1380cm-1) برای شناسایی SO2 تولید کردند. 

کنترل در خط

هم اکنون لیزرهای دیودی نیم رسانا در IR نزدیک ، به ویژه در حوالی طول موجهای مخابراتی 1300 و 1550nm ، کاملا توسعه یافته‌اند. بهبود فنون ساخت در حال حاضر به معنی امکان پذیر شدن ساخت لیزرهایی است که در طول موجهای بسیار دقیقی کار می‌کند. مثلا ، لیزرهای پسخوری توزیع یافته (DFB) که معمولا با قرار دادن یک شبکه گزینشگر درون حفره لیزر ، برای صاف کردن طول موجهای مطلوب ، ساخته می‌شوند، به عنوان حسگرهای شیمیایی ارزان قیمت در نظارت بر انتشار آلاینده‌ها و کنترل فرآیند، بالقوه مفیدند.
گروه من در دانشگاهها درزفیید ، برای استفاده از لیزرهای دیودی در کنترل فرآیند در خط از طریق نظارت در محل ، به ویژه در محیطهای خطرناک که در آن باریکه لیزر با استفاده از تار نوری به درون واکنشگاه هدایت می‌شود، فنونی را توسعه داده است. برای کنترل فرآیند و بهبود کارایی ، می‌توان تجزیه سریع محتوی واکنشگاه را به یک حلقه پسخور متصل کرد. با همکاری مارتین پمبل از دانشگاه سالفورد ، توانستیم به واکنشهایی که درون واکنشگاهها به طریق رسوب دهی شیمیایی بخار انجام می‌گیرند نظر بیندازیم. گفتنی است این واکنشها ، فهم مهمی برای تولید بسیاری از پوشش دهیهای ظریف سطحی را فراهم می‌سازند. 

محدویتهای طیف بینی با لیزر دیودی

یکی از محدویتهای طیف بینی با لیزر دیودی آن است که به علت باریکی گستره تنظیم طول موج ، یک لیزر معمولا فقط می‌تواند یک گونه شیمیایی را شناسایی کند. رانالد هانسون و همکاران در دانشگاه استانفورد با بکار گیری روشی موسوم به تقسیم چندگانه طول موج (WDM) بر این مشکل غلبه کردند و توانستند در یک اتاقک احتراق ، چند گونه مختلف و خواص آنها را مشاهده کنند. روش WDM عبارت است از ارسال همزمان چند طول موج مختلف از درون یک تار نوری. هانسون و گروهش با استفاده از سه لیزر دیودی با تنظیبم جداگانه ، توانستند بطور همزمان غلظت H2O ، O2 و نیز دما و فشار را در شعله H2 _ O2.
مسئله دیگر در آشکار سازی همزمان چند گونه شیمیایی ، احتمال "خط روی خط افتادن" یا تداخل علائم است. دانشمندان CSO Mesure در فرانسه ، برای اجتناب از این مشکل به هنگام اندازه گیری تابش زیر قرمز در فضا ، از یک لیزر دیودی IR نزدیک که روی مقادیر جذبی چرخشی - ارتعاشی C2H2 (در حدود 1530nm) تثبیت شده بود، به عنوان منبع مرجع استفاده کرده‌اند.
کار آنها بخشی از یک پژوهش 5 ساله مربوط به تداخل سنج زیر قرمز ارزیابی اتمسفری (IASI) اما مهندسان مخابرات برای جلوگیری از مشکل خط روی افتادن ، وقتی که چند طول موج مدوله شده کم فاصله در فرکانسهای GHz از درون یک تار نوری ارسال می‌شود، از همین رویکرد استفاده می‌کنند. "قفل کردن" طول موج لیزر روی استانداردهای مولکولی نظیر HCN و C2H2 ، هر گونه تداخل بین علائم مختلف را متوقف می‌کند.


خروجی پر انرژی

دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در سانتریابارا با استفاده از بلورهای لیتیم نیوبات (LiNbOsub>3) یا پتاسیم فسفات. فرکانسای خروجی از لیزرهای دیودی را در انتهای پر انرژی‌تر طیف الکترومغناطیسی دو برابر کرده‌اند. این کار می‌تواند در ناحیه آبی فرابنفش طیف الکترومغناطیسی ، توانهای خروجی در حد 0,1mW تولید کند. در این طول موجها ، لیزرهای دیودی قادرند عناصری مانند آلومینیم (394nm) ، گالیم (403nm) و ایندیم (410nm) را شناسایی و رشد لایه‌های نیمرسانا ، از جمله ساخت سایر لیزرهای دیودی را تعقیب کنند. در مقایسه با لامپهای کاتد تو خالی متداول که در طیف بین جذب اتمی بکار می‌روند.
لیزرهای دیودی ، کوک پذیرند (شناسایی چند گونه‌ای امکان پذیر می‌سازند)، پر شدت ترند (بنابراین داده‌ها را سریعتر کسب می‌کنند) و کنترل دقیقتری را مقدور می‌سازند. انتهای آبی طیف الکترومغناطیسی ، یکی از فعالترین حوزه‌های پژوهشی درباره لیزرهای دیودی است که در آن ، لیزرهای بر پایه GaN ، شدت و سرعت انتقال داده‌های ذخیره شده را به حداکثر می‌رسانند. برای شیمیدانان ، لیزرهای آبی ، عملا برای دستیابی به گذارهای الکترونی مولکولهایی مانند O3 و NO2 مفید است و به ساخت سیستمهای قابل حمل نظارت اتمسفری می‌انجامد.

حسگرهای تار نوری

گسترش سریع صنعت مخابرات ، جدا از کابلهای تار نوری برای انتقال داده‌ها ، به توسعه حسگرهای تار نوری برای ارسال نور به مکانهای دور دست منجر شده است. حسگرهای تار نوری می‌توانند یا ذاتی باشند یا عارضی ، در اولی ، تغییرات در محیط مستقیما بر خواص تار اثر می‌گذارد. مثلا در تنش سنجها ، تار ، تغییر در محیط مستقیما بر خواص تار اثر می‌گذارد. مثلا در تنش سنجها ، تار ، تغییر شکل ناشی از خمش خود را حس می‌کند. بر اثر خم شدن تار ، نور به بیرون از آن نشت می‌کند. از طرف دیگر ، حسگرهای عارضی تغییر محیطی را به تغییر در خواص عبور نور در تار تبدیل می‌کنند.
تارهای نوری بر اساس بازتاب درونی کلی باریکه نور عمل می‌کنند، بنابراین هرگاه ضریب شکست نور در تار تغییر کند، نور می‌تواند به بیرون نشت کند. از این مسئله می‌توانیم برای آشکار سازی تغییر ارتفاع سطح مایع یا برای اندازه گیری با تفکیک پایین فشار درون مایع استفاده کرد. بخشی از میدان الکترومغناطیسی نور لیزر به خارج از تار هم گسترش می‌یابد و مولکولهای در سطح یا نزدیک تار می‌توانند این موج محو شونده را جذب کنند.
در سال 1997، یواخیم کاستز و ماوروس تا که از مؤسسه فرانهوفر در آلمان از این پدیده برای آشکار سازی هیدروکربنها در آب استفاده کردند. روشی که آنها استفاده کردند یعنی تجزیه موج محو شونده با لیزرهای دیودی (Ewald) ، عبارت است از استفاده از تارهای نقره هالید در IR میانه که با فیلم بسیاری نازکی روکش شده است. هیدروکربنها درون این اندود بسپاری نفوذ می‌کنند و از روی جذبهای اثر انگشتی‌شان شناسایی می‌شوند. به علت جذب قوی آب در ناحیه IR استفاده از طیف بینی معمولی عبوری IR امکان پذیر نیست.

حکایتهای درونی

طیف بینی جذب درون حفره ای لیزر (Iclas) فناوری حساسی است که طیف بینی سال با لیزرهای گازی بزرگ و لیزرهای رنگینه‌ای بکار برده می‌شده است. این روش شامل تقویت جذب نور لیزر ، با قرار دادن نمونه درون حفره لیزر به جای خارج آن است. فوتونهای لیزر بین دو آینه انتهایی سازنده حفره لیزر به جلو و عقب بازتابیده می‌شوند و عملا طول مسیر جذب را هزاران مرتبه افزایش می‌دهند. پیترتوشک و والری بف در دانشگاه هامبورگ ، از این اصل برای ساختن یک آشکار ساز بسیار کوچک و حساس آلودگی گازی استفاده کرده‌اند.
لیزر دیودی مورد استفاده ، عملا برای تأمین توان لیزر 20cm آنهاست که از یک تار نوری فلوئور و زیرکوناتی دوپه شده با اتمهای پروزئودیمیم و ایتربیم تشکیل شده بود. نور لیزر دیودی در 850nm ، اتمهای دوپه کننده را در تار برانگیخته و نور مرئی نشر می‌کند. گفتنی است همانطوری که که تقویت می‌شود، اگر نمونه یک گاز در یک انتهای حفره در جلوی آینه نیم باز تابیده قرار داده شود، متخصصان طیف بینی می‌توانند طیف جذبی تقویت شده را آشکار کنند.

 

مقدمه:

در ابتدا اجزا سیستم های مخابرات نوری بصورت مختصر بیان شده است.

منشا پیام :یک مبدل است که پیام غیرالکتریکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند، مانند میکروفن

چه در مخابرات نوری وچه در مخابرات الکتریکی ، اطلاعات قبل از ارسال،بایستی بصورت الکتریکی باشد.

مدولاتور: پیام الکتریکی را بر روی یک موج تولید شده توسط منبع حامل اثر دهد،ممکن است مناسب داشته باشد که سیگنال

تقویت شود بطوریکه به اندازه کافی قدرت داشته باشد تا بتواند منبع حامل را متاثر کند.

منبع موج حامل:موجی را که اطلاعات بر روی آن ارسال می گردد تولید می کند.در مخابرات رادیو توسط کریستال و درسیستم های نوری دیود لیزری LD ،یا دیود نور گسیل LED، به کار برده می شود.در حالت ایده ال ،امواج تک فرکانسو با توان کافی برای پیمودن مسافت ها است ولی در واقع در باندی از فرکانش تششع می کندو توان آنها در حد میلی وات است.

توانی که دیود ها تششع می کند می تواند متناسب با جریانی باشد که از داخل آن عبور می کند،بنابراین تغییرات توان شبیه تغییرات اطلاعات ورودی است.

باید تاکیید کرد که اطلاعاتی که بایستی ارسال گردند در تغییرات توان (شدت) موج نوری جا گرفته است.

تزویج کننده های کانال: در سیستم نوری تزویج کننده کانال یک عدسی است برای همسو کردن نور منتشره از منبع و جهت دادن نور منتشره از منبع و جهت دادن این نور بطرف گیرنده است.

دلیل این کار اندازه کوچک تارهای متداول که قطری در حدود پنجاه میلیونیوم متر دارد واینکه منابع نوری در زاویه بزرگی تششع می کنند.

کانال اطلاعات: یک تار شیشه ای یا پلاستیکی است که مشخصات مورد علاقه آن تضعیف کم و زاویه پذیرش بزرگ است برای اینکه یک سیگنال آنالوگ بطور دقیقی ارسال گردد باید به میزان حداقل دو برابر بالاترین فرکانس موجود در سیگنال از آن نمونه برداری شود. به این دلیل از یک کانال تلفنی 4khz، در هر ثانیه 8000 نمونه گرفته می شود.در روش رمزگذاری مورد استفاده برای مشخص کردن دامنه هر نمونه 8 بیت به کار برده می شود.بطوریکه در هر ثانیه 64000 بیت ارسال می گردد 64kbps))

انواع پاشندگی:

 

1-     پاشندگی رنگی یا پاشندگی ماده

 

2-     پاشندگی مدال ( چند مدی)

3-     پاشندگی موجبر

 

برای شیشه های مورد استفاده در یک تار نوری، ضریب شکست با طول موج تغییر می کند،بنابراین؛سرعت موج نیز با طول موج تغییر می کند.در واقع وقتی بعضی از خواص ماده باعث تغییر سرعت می شود،این خاصیت را پاشندگی ماده ای می نامند.برای تارها و سایر موجبرها، پاشندگی بوسیله خود ساختار موجبر نیز تولید می شود که پاشیدگی موجبری نام دارد.وضعیتی را در نظر بگیرید که یک منبع واقعی ( با عرض باندی مخالف صفر) ،یک پالس نور را به داخل یک تار شیشه ای با خاصیت پاشندگی،می تاباند.پالس اصلی،مجموع تعدادی پالس است که به جز از نظر طول موج، از هر نظر دیگر شبیه هم هستند.

این پالس ها که با سرعت گوناگونی سیر می کنند، با اختلاف زمانی کمی به انتهای تار می رسند،با هم جمع می شوند ومنجر به یک خروجی می شوند که نسبت به پالس ورودی،گسترده تر است.

هر چه پالس مسافت بیشتری سیر کند،بیشتر گسترده می شود.پاشندگی باعث تغییر قدرت متوسط دریافتی نمی شود،اما میزان تغییرات سیگنال را کم می کند.چون اطلاعات سیگنال در این تغییرات جای گرفته اند،کوچک شدن این تغییرات اشکال بر انگیز است.با به کار گیری منابع با عرض باند های کوچکتر ، یعنی منابع یکپارچه تر،می توان اعوجاج ناشی از پاشندگی ماده را کاهش داد.

پاشیدگی در شیشه به آسانی مشاهده می شود.چون ضریب شکست برای هر رنگ متفاوت است،رنگهای مختلف با زوایای مختلفی منحرف خواهند شد.

                                                     پاشندگی موجبر :

در دو حالت بررسی می شود: 1- پاشندگی موجبر ورقه ای عایق             2- پاشندگی موجبر فیبرنوری

قبل از بررسی این نوع پاشندگی،توضیح برخی پدیده ها الزامی است.

تشدید(Resonant):یک رسانه استوانه ای شکل را در نظر بگیرید که آینه هایی در دو انتهای آن قرار دارد.آینه ها نور رادر رسانه به طرف جلو و عقب منعکس می نماید وبرای نوسان ساز ایجاد فیدبک می کند.اگر مجموع دو موج را برای تمام دوره های زمان روی یک شکل رسم کنیم، یک الگوی تکراری خواهیم داشت واین مسئله باعث ایجاد الگوی موج ایستاده خواهد شد.

 در واقع، فقط بعضی از جهت های اشعه مجاز به انتشار هستند. جهت های مجاز وابسته به مدهای موجبر هستند.

فیبر نوری

تاریخچه ی ساخت فیبر نوری

اولین کسانی که در قرون اخیر به فکر استفاده از نور افتادند، انتشار نور را در جو زمین تجربه کردند. اما وجود موانع مختلف نظیر گرد و خاک، دود، برف، باران، مه و ... انتشار اطلاعات نوری در جو را با مشکل مواجه ساخت . بعدها استفاده از لوله و کانال برای هدایت نور مطرح گردید . نور در داخل این کانالها بوسیله آینه‌ها و عدسی‌ها هدایت می‌شد، اما از آنجا که تنظیم این آینه‌ها و عدسی‌ها کار بسیار مشکلی بود این کار نیز غیر عملی تشخیص داده شد و مطرود ماند.
شاید اولین تلاش در سیر تکاملی سیستم ارتباط نوری به وسیله الکساندر گراهام بل صورت گرفت که در سال 1880، درست 4 سال پس از اختراع تلفن، اختراع تلفن نوری (فوتوفون) یا سیستمی که صدا را تا فواصل چندین صد متر منتقل می¬کرد، به ثبت رساند. تلفن نوری بر مبنای مدوله کردن نور خورشید بازتابیده با به ارتعاش در آوردن آینه¬ای کار می¬کرد. گیرنده یک فتوسل بود. در این روش نور در هوا منتشر می¬شد و بنابراین امکان اتقال اطلاعات تا بیش از 200 متر میسر نبود. به همین دلیل، اگرچه دستگاه بل ظاهراً کار می¬کرد اما از موفقیت تجاری برخوردار نبود.
ایده استفاده از انکسار (شکست) برای هدایت نور (که اساس فیبرهای نوری امروزی است) برای اولین بار در سال 1840 توسطDaniel Colladon و Jacques Babinet در پاریس پیشنهاد شد. همچنین John Tyndall در سال 1870 در کتاب خود ویژگی بازتاب کلی را شرح داد: «وقتی نور از هوا وارد آب می¬شود به سمت خط عمود بر سطح خم می شود و وقتی از آب وارد هوا می¬شود از خط عمود دور می-شود. اگر زاویه¬ی پرتو نور با خط عمود در تابش از داخل آب بزرگتر از 48 درجه شود هیچ نوری از آب خارج نمی¬شود در واقع نور به طور کامل از سطح آب منعکس می¬شود. زاویه¬ای که انعکاس کلی آغاز می-شود را زاویه بحرانی می¬نامیم».
کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح ساختند. آنان مبنای کار خود را بر آن گذاشتند که به سرعتی حدود ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه دست یابند. این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود .این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از ۲۰ سی بل نباشد . اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکائی ( کورنینگ گلس ) به این هدف دست یافت. در اوایل سال ۱۹۶۰ میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن گردید. در سال ۱۹۶۶ میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود . چرا که فیبرنوری بسیار سبکتر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد.

توسعه فناوری فیبرنوری از سال ۱۹۸۰ میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال ۱۹۸۵ میلادی در دنیا نزدیک به ۲ میلیون کیلومتر کابل نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته‌است.

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.

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 در سال 1367، کارخانه تولید فیبر نوری در یزد به بهره برداری رسید. عملاً 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. در همان سال ۱۳۶۷ نخستین خط مخابراتی تار نوری بین تهران و کرج به کار افتاد.

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.

پروژه تار نوری آسیا-اروپا که به TAE مشهور است داراری ۲۴۰۰۰ کیلومتر طول است و از چین، قرقیزستان، ازبکستان و ترکمنستان، ایران، ترکیه، اوکراین و آلمان می گذرد. ظرفیت قابل حمل این خط، 7560 کانال تلفنی است.

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.

فیبر نوری(لوله نوری) POF ,PCF , QOF در ایران

از سال ۱۳۸۷ تحقیقات وسیعی در مورد این نوع از فیبرها در مرکز فن آوری تخصصی صورت گرفت و در سال ۱۳۸۸ محققان ایرانی به نامهای ابوالفضل قربانی و ابراهیم هاشمی در شهر ممسنی موفق به ساخت و تولید نسل نوین فیبرهای نوری (POF , PCF ,QOF ) گردیدند و با دستیابی به تکنولوژی ساخت و تولیدآنها ایران در زمره معدود کشورهای دارنده تکنولوژی ساخت (POLYMER OPTICAL FIBER , PLASTIC CLAD FIBER ) قرار گرفت.فیبرهای نوری POF برای انتقال نور مرئی و بسیاری از کاربری‌های دیگر قابل استفاده هستند و در بحث انتقال دیتا سرعتی حدود ۴۰ گیگا بیت در ثانیه دارند که در مقایسه با فیبرهای نوری شیشه‌ای حدود ۴۰۰ برابر بیشتر می‌باشد.فیبرهای PCF , QOF جهت مصارف خاص صنایع مختلف از قبیل سنسورها و انتقال دیتا بسیار کار آمد است.در کل موارد استفاده از این فیبرهاموجب دستیابی به ابزارآلات هایتکی است که در انحصار بعضی از دولتها قرار داشته‌است.

در POF‌ها شار نوری .

 سیستم‌های مخابرات فیبر نوری

گسترش ارتباطات راه دور و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم‌های انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت‌ ترین 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 پکیج های 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 تکنیک های 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 تکنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود. ۳)انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیک های 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 سیم های 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 میدان های 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 .

 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 ۱۵۵۰ نانومتر و از حداقل پاشندگی در طول موج ۱۳۱۰ 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 ۱٫۳ میکرون قرار داشت، به محدوده ۱٫۵۵ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف (D.S.F. Fiberِ) ساخته شد.

 کاربردهای فیبر نوری

1. 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.
2. 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.
3. 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. همچنین تارهای نوری در دستگاه هایی به نام درون بین یا آندوسکوپ استفاده می شود تا به درون نای، مری، روده و مثانه فرستاده شود و درون بدن انسان به طور مستقیم قابل مشاهده باشد.
4. کاربرد فیبرنوری در روشنابی : از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم به عنوان یک فناوری روشنایی متداول شده و در چند سال قرن اخیر توسعه و رشد فراوانی پیدا کرده‌ است کاربرد آن در سیستم‌های روشنایی است. در این فناوری نور از منبع نوری که می‌تواند نور مصنوعی (نورلامپهای الکتریکی) و یا نور طبیعی (نور خورشید) باشد وارد فیبر نوری شده و از این طریق به محل مصرف منتقل می‌شود. به این ترتیب نور به هر نقطه‌ای که در جهت تابش مستقیم آن نمی‌باشد منتقل می‌شود. امتیاز این نور که موجبات رشد سریع به کارگیری و توجه زیاد به این فناوری شده‌است این است که فاقد الکتریسیته گرما و تشعشعات خطرناک ماورای بنفش بوده (نور خالص و بی خطر) و دیگر اینکه بااین فناوری می‌شود نور روز (بدون گرما واشعه‌های ماورائ بنفش) را هم به داخل ساختمانها و نقاط غیر قابل دسترسی به نور خورشید منتقل کرد.

 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.

 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 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.

 مراحل ساخت

1. 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.
2. 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.
3. لایه‌نشانی ناحیه غلاف: در مرحله لایه‌نشانی غلاف، ماده تتراکلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گازهای هلیم وارد 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.

فیبر نوری

 

  کاربرد و عملکرد فیبر نوری
  ● پیش گفتار
فیبر نوری یكی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است . امروزه از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر شبكه های تلفن شهری و بین شهری ، شبكه های كامپیوتری و اینترنت استفاده بعمل می آید. فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای بوده كه هر یك از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.
 ● مبانی فیبر نوری
 فیبر نوری ، رشته ای از تارهای بسیار نازك شیشه ای بوده كه قطر هر یك از تارها نظیر قطر یك تار موی انسان است . تارهای فوق در كلاف هائی سازماندهی و كابل های نوری را بوجود می آورند. از فیبر نوری بمنظور ارسال سیگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.
● مزایای فیبر نوری
 فیبر نوری در مقایسه با سیم های های مسی دارای مزایای زیر است :
 ▪ ارزانتر.
      هزینه چندین كیلومتر كابل نوری نسبت به سیم های مسی كمتر است . ▪ نازك تر. قطر فیبرهای نوری بمراتب كمتر از سیم های مسی است .
▪ ظرفیت بالا.
    پهنای باند فیبر نوری بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بیشتر از سیم مسی است .
 ▪ تضعیف ناچیز.
   تضعیف سیگنال در فیبر نوری بمراتب كمتر از سیم مسی است .
▪ سیگنال های نوری .
    برخلاف سیگنال های الكتریكی در یك سیم مسی ، سیگنا ل ها ی نوری در یك فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهند داشت .
▪ مصرف برق پایین .
   با توجه به سیگنال ها در فیبر نوری كمتر ضعیف می گردند ، بنابراین می توان از فرستنده هائی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستنده های الكتریكی كه از ولتاژ بالائی استفاده می نمایند ، استفاده كرد.
▪ سیگنال های دیجیتال .
   فیبر نور ی مناسب بمنظور انتقال اطلاعات دیجیتالی است .
 ▪ غیر اشتعال زا .
    با توجه به عدم وجود الكتریسیته ، امكان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت .
▪ سبك وزن .
    وزن یك كابل فیبر نوری بمراتب كمتر از كابل مسی (قابل مقایسه) است.
 ▪ انعطاف پذیر .
   با توجه به انعظاف پذیری فیبر نوری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتال با موارد كاربردی خاص مانند : عكس برداری پزشكی ، لوله كشی و ...استفاده می گردد. با توجه به مزایای فراوان فیبر نوری ، امروزه از این نوع كابل ها در موارد متفاوتی استفاده می شود. اكثر شبكه های كامپیوتری و یا مخابرات ازراه دور در مقیاس وسیعی از فیبر نوری استفاده می نمایند
 ● بخش های مختلف فیبر نوری ▪
 یك فیبر نوری از سه بخش متفاوت تشكیل شده است :
1)هسته (Core)
    هسته نازك شیشه ای در مركز فیبر كه سیگنا ل های نوری در آن حركت می نمایند. 2
)روكش Cladding
   بخش خارجی فیبر بوده كه دورتادور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نورمنعكس شده به هسته می گردد.
 ۳) بافر رویه Buffer Coating 
   روكش پلاستیكی كه باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آسیب پذیر ، است .
● انواع فیبر نوری
 صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و كابل های نوری را بوجود می آورند. هر یك از كلاف های فیبر نوری توسط یك روكش هائی با نام Jacket محافظت می گردند. فیبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:
▪ فیبرهای تك حالته (Single-Mode)
    بمنظور ارسال یك سیگنال در هر فیبر استفاده می شود نظیر : تلفن
▪ فیبرهای چندحالته Multi-Mode  
    بمنظور ارسال چندین سیگنال در یك فیبر استفاده می شود( نظیر : شبكه های كامپیوتری)
▪ فیبرهای تك حالته دارای یك هسته كوچك ( تقریبا" ۹ میكرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز ( طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) می باشند. فیبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر ( تقریبا" ۵ / ۶۲ میكرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طریق LED می باشند
 ● ارسال نور در فیبر نوری
    فرض كنید ، قصد داشته باشیم با استفاده از یك چراغ قوه یك راهروی بزرگ و مستقیم را روشن نمائیم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسیر مسفقیم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد كرد.
 با توجه به عدم وجود خم و یا پیچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشكلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن كرد. در صورتیكه راهروی فوق دارای خم و یا پیچ باشد ، با چه مشكلی برخورد خواهیم كرد؟ در این حالت می توان از یك آیینه در محل پیچ راهرو استفاده تا باعث انعكاس نور از زاویه مربوطه گردد.
نور، در كابل فیبر نوری از طریق هسته (نظیر راهروی مثال ارائه شده ) و توسط جهش های پیوسته با توجه به سطح آبكاری شده ( Cladding) ( مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده ) حركت می كند.( مجموع انعكاس داخلی ) .
( مثلا" موج با طول ۸۵۰ نانومتر بین ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر كیلومتر ، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بین ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر كیلومتر ، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بیش از ۵۰ درصد در هر كیلومتر)
● سیستم رله فیبر نوری
بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فیبر نوری در سیستم های مخابراتی ، مثالی را دنبال خواهیم كرد كه مربوط به یك فیلم سینمائی و یا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است . در فیلم فوق دو ناوگان دریائی كه بر روی سطح دریا در حال حركت می باشند ، نیاز به برقراری ارتباط با یكدیگر در یك وضعیت كاملا" بحرانی و توفانی را دارند.
▪ سیستم رله فیبر نوری از عناصر زیر تشكیل شده است :
۱) فرستنده
   وظیفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه كشتی ناو فرستنده پیام است . فرستنده سیگنال های نوری را دریافت و دستگاه نوری را بمنظور روشن و خاموش شدن در یك دنباله مناسب ( حركت منسجم ) هدایت می نماید. فرستنده ، از لحاظ فیزیكی در مجاورت فیبر نوری قرار داشته و ممكن است دارای یك لنز بمنظور تمركز نور در فیبر باشد. لیزرها دارای توان بمراتب بیشتری نسبت به LED می باشند. قیمت آنها نیز در مقایسه با LED بمراتب بیشتر است . متداولترین طول موج سیگنا ل های نوری ، ۸۵۰ نانومتر ، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است .
۲) بازیاب ( تقویت كننده ) نوری
   همانگونه كه قبلا" اشاره گردید ، برخی از سیگنال ها در مواردیكه مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده ( بیش از یك كیلومتر ) و یا از مواد خالص برای تهیه فیبر نوری ( شیشه ) استفاده نشده باشد ، تضعیف و از بین خواهند رفت . در چنین مواردی و بمنظور تقویت ( بالا بردن ) سیگنا ل های نوری تضعیف شده از یك یا چندین " تقویت كننده نوری " استفاده می گردد. تقویت كننده نوری از فیبرهای نوری متععدد بهمراه یك روكش خاص (doping) تشكیل می گردند. بخش دوپینگ با استفاده از یك لیزر پمپ می گردد .
زمانیكه سیگنال تضعیف شده به روكش دوپینگی می رسد ، انرژی ماحصل از لیزر باعث می گردد كه مولكول های دوپینگ شده، به لیزر تبدیل می گردند. مولكول های دوپینگ شده در ادامه باعث انعكاس یك سیگنال نوری جدید و قویتر با همان خصایص سیگنال ورودی تضعیف شده ، خواهند بود.( تقویت كننده لیزری)
۳) دریافت كننده نوری
      وظیفه دریافت كننده ، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه كشتی ناو دریافت كننده پیام است. دستگاه فوق سیگنال های دیجیتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی ، سیگنا ل های الكتریكی را برای سایر استفاده كنندگان ( كامپیوتر ، تلفن و ... ) ارسال می نماید. دریافت كننده بمنظور تشخیص نور از یك "فتوسل" و یا "فتودیود" استفاده می كند.

فیبرنوری چیست؟

فیبرهای نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالصند که ضخامتی در حدود قطر موی انسان دارند. آنها در بسته هایی بنام کابل‌های نوری کنار هم قرار داده می‌شوند و برای انتقال سیگنال‌های نوری در فواصل دور مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها همچنین برای عکسبرداری پزشکی و معاینه های فنی در مهندسی مکانیک استفاده می‌شود. 

اگر با دقت به یک رشته فیبر نوری نگاه کنید، می بینید که از قسمت‌های زیر ساخته شده :

• هسته _ هسته بخش مرکزی فیبر است که از شیشه ساخته شده و نور در این قسمت سیر می‌کند.     

• لایه روکش _ واسطه شفافی که هسته مرکزی فیبر نوری را احاطه می‌کند وباعث انعکاس نور به داخل هسته می‌شود.

• روکش محافظ _ روکشی پلاستیکی که فیبر نوری در برابر رطوبت و آسیب دیدن محافظت می‌کند.

صدها یا هزاران عدد از این رشته های فیبر نوری بصورت بسته ای در کنار هم قرار داده می‌شوند که به آن کابل نوری گویند. این دسته از رشته های فیبر نوری با یک پوشش خارجی موسوم به ژاکت یا غلاف محافظت می‌شوند.

 

فیبرهای نوری دو نوعند :

1. فیبرهای نوری تک وجهی: این نوع از فیبرها، هسته های کوچکی دارند ( قطری در حدود inch (4-) 10x 5/3  یا   9 میکرون ) و می‌توانند نور لیزر مادون قرمز ( با طول موج 1300 تا 1550 نانومتر ) را درون خود هدایت کنند.

2. فیبرهای نوری چند وجهی: این نوع از فیبرها هسته های بزرگتری دارند ( قطری در حدود inch (3-) 10x 5/2 یا  5/62  میکرون ) و نور مادون قرمز گسیل شده از دیودهای نوری موسوم به LED ها را ( با طول موج 850 تا 1300 نانومتر ) درون خود هدایت می‌کنند.

برخی از فیبرهای نوری از پلاستیک ساخته می‌شوند. این فیبرها هسته بزرگی ( با قطر 4 صدم inch یا یک میلیمتر ) دارند و نور مرئی قرمزی را که از LED ها گسیل می‌شود ( و طول موجی برابر با 650 نانومتر دارد ) هدایت می‌کنند.

بیایید ببینیم طرز کار فیبر نوری چیست.

یک فیبر نوری چگونه نور را هدایت می‌کند؟

فرض کنید می‌خواهید یک باریکه نور را بطور مستقیم و در امتداد یک کریدور بتابانید. نور براحتی در خطوط راست سیر می‌کند و مشکلی ازین جهت نیست. حال اگر کریدور مستقیم نباشد و در طول خود خمیدگی داشته باشد چگونه نور را به انتهای آن می‌رسانید؟

برای این منظور می‌توانید از یک آینه استفاده کنید که در محل خمیدگی راهرو قرار می‌گیرد و نور را در جهت مناسب منحرف می‌کند. اگر راهرو خیلی پیچ در پیچ باشد و خمهای زیادی داشته باشد چه؟ می‌توانید دیوارها را با آینه بپوشانید و نور را به دام بیندازید بطوریکه در طول راهرو از یک گوشه به گوشه دیگر بپرد. این دقیقا همان چیزی است که در یک فیبرنوری اتفاق می افتد.

نور در یک کابل فیبرنوری، بر اساس قاعده ای موسوم به بازتابش داخلی، مرتبا بوسیله دیواره آینه پوش لایه ای که هسته را فراگرفته، به این سو و آن سو پرش می‌کند و در طول هسته پیش می‌رود.

از آنجا که لایه آینه پوش اطراف هسته هیچ نوری را جذب نمی‌کند، موج نور می‌تواند فواصل طولانی را طی کند. به هر حال، برخی از سیگنال‌های نوری در حین حرکت در طول فیبر، ضعیف می‌شوند که علت عمده آن وجود برخی ناخالصی‌ها داخل شیشه است. میزان ضعیف شدن سیگنال به درجه خلوص شیشه بکار رفته در داخل فیبر و نیز طول موج نوری که درون فیبر سیر می‌کند بستگی دارد.

 

سیستم ارتباط بوسیله فیبرنوری

برای پی بردن به اینکه فیبرهای نوری چگونه در سیستم های ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اجازه دهید نگاهی بیاندازیم به فیلم یا سندی که مربوط به جنگ جهانی دوم است. دو کشتی نیروی دریایی را درنظر بگیرید که از کنار یکدیگر عبور می‌کنند و لازم است باهم ارتباط برقرار کنند درحالی که امکان استفاده از رادیو وجود ندارد و یا دریا طوفانی است. کاپیتان یکی از کشتی ها پیامی را برای یک ملوان که روی عرشه است می‌فرستد. ملوان آن پیام را به کد مورس ترجمه می‌کند و از نورافکنی ویژه که یک پنجره کرکره جلو آن است برای ارسال پیام به کشتی مقابل استفاده می‌‌نماید. ملوانی که در کشتی مقابل است این پیام مورس را می‌گیرد، ترجمه می‌کند و به کاپیتان می‌دهد. (ملوان کشتی دوم عکس عملی را انجام می‌دهد که ملوان کشتی اول انجام داد.)

حالا فرض کنید این دو کشتی هر یک در گوشه ای از اقیانوسند و هزاران مایل فاصله دارند و در فاصله بین آنها یک سیستم ارتباطی فیبرنوری وجود دارد.

سیستم‌های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل این قسمت هاست:

• فرستنده: سیگنال‌های نور را تولید می‌کند و به رمز در می‌آورد.

• فیبرنوری: سیگنال‌های نور را تا فواصل دور هدایت می‌کند.

• تقویت کننده نوری: ممکن است برای تقویت سیگنال‌های نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)

• گیرنده نوری: سیگنال‌های نور را دریافت و رمزگشائی می‌نماید.

فرستنده

نقش فرستنده شبیه ملوانی است که روی عرشه کشتی فرستنده پیام ایستاده و پیام را ارسال می‌کند. فرستنده ابزار تولید نور را در فواصل زمانی مناسب خاموش یا روشن می‌کند.

فرستنده درعمل به فیبر نوری متصل می‌شود و حتی ممکن است دارای لنزی برای متمرکز کردن نور به داخل فیبر هم باشد. قدرت اشعه لیزر بیش از LED‌ هاست اما با کم و زیاد شدن دما شدت نورشان تغییر می‌کند و گرانتر هم هستند. متداول‌ترین طول موج‌هایی که استفاده می‌شود عبارتند از: 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر. (مادون قرمز و طول موج‌های نامرئی طیف).

 

تقویت کننده نوری

همانطور که قبلا هم به آن اشاره شد، نور حین عبور از فیبر ضعیف می‌شود. (مخصوصا در فواصل طولانی بیش از نیم مایل یا حدود یک کیلومتر مثلا در کابل‌های زیر دریا) بنابرین یک یا بیش از یک تقویت کننده نوری در طول کابل بسته می‌شوند تا نور ضعیف شده را تقویت کنند.

یک تقویت کننده نوری دارای فیبرهای نوری با پوشش ویژه ای است. نور ضعیف شده پس از ورود به این تقویت کننده تحت تاثیر این پوشش خاص و نیز نور لیزری که به این پوشش تابیده می‌شود تقویت می‌شود. ملکول‌های موجود در این پوشش ویژه با تابش لیزر به آنها، سیگنال نوری جدید و قوی تولید می‌کنند که مشخصات آن مشابه نور ورودی به تقویت کننده است. درواقع تقویت کننده نوری یک آمپلی فایر لیزری برای نور ورودی به آن است.

 

گیرنده نوری

گیرنده نوری مشابه ملوانی که روی عرشه کشتی گیرنده پیام بود عمل می‌کند. این گیرنده سیگنال‌های نوری ورودی را می‌گیرد، رمزگشائی می‌کند و سیگنال‌های الکتریکی مناسب را برای ارسال به کامپیوتر، تلویزیون یا تلفن کاربر تولید و به آنها ارسال می نماید. این گیرنده برای دریافت و آشکارسازی نور ورودی از فتوسل یا فتودیود استفاده می‌کند.

 

ذرات فوتون

اجازه دهيد يک نگاه جديد به رفتار الکترومغناطيسي در ميدان گرانشي بيندازيم، اين نگرش مي تواند در حل اين معما که فوتون از چه ذراتي تشکيل شده، مفيد واقع گردد. همچنانکه مي دانيم يک موج الکترومغناطيسي از دو ميدان الکتريکي و مغناطيسي عمود بر هم تشکيل شده است که با سرعت خطي برابر با سرعت نور حرکت مي کنند. شکل زير

 

با توجه به توصيف امواج الکترومغناطيسي و نظريه هيگز و ترکيب اين دو نظريه به نتيجه بسيار جالبي خواهيم رسيد.

در اينجا دو ميدان داريم، يکي ميدان الکتريکي و ديگري ميدان مغناطيسي که با توجه يه نظريه هيگز، اين ميدانها توسط ذرات هيگز ايجاد مي شوند. اما در اينجا ميدانها متفاوتند، يکي ميدان ابکتريکي که توسط ذراتي ايجاد مي شوند که از خود، خواص الکتريکي بروز مي دهند و با سرعت خطي برابر سرعت نور منتقل مي شوند. اما علاوه بر سرعت خطي که در موج الکترومغناطيسي دارد، روي محور عمود بر آن نيز داراي حرکت است. لذا مجموع مسيري که اين ذرات در واحد زمان طي مي کند، بيشتر از سرعت نور است

در اينجا سه نکته کاملاً مشهود و قابل تعمق است

1 � اين ذرات خواص الکتريکي دارند. چون به اندازه بار الکتريکي پايه (بار الکتريکي الکترون يا پروتون) نيستند، لذا آنها را بار � رنگ مي ناميم. بطور مشابه در مورد ميدان مغناطيسي و ذرات تشکيل دهنده ي آن ميتوان چنين تعبيري داشت که ميدان مغناطيسي اطراف فوتون از مغناطيس � رنگ تشکيل شده است

2 � حرکت اين ذرات را مي توان شامل سه نوع حرکت دانست، يکي سرعت خطي که برابر سرعت انتقال موج الکترومغناطيسي (برابر سرعت نور)، دوم سرعتي که در ميدان دارند (در شکل بالا مشخص شده است) و سوم اسپين اين ذرات. لذا مجموع مقادير سرعتها برابر مقدار سرعت اين ذرات است که آن را با  

Vc

نشان مي دهيم. بطور وضوح مشخص است که

Vc > c

که در آن  

Vc, c

بترتيب مقدار سرعت نور و مقدار سرعت بار � رنگ و مغناطيس � رنگ هستند

3 �  ميدان گرانشي از ذراتي (گراويتون) تشکيل مي شود که داراي خواص - بار رنگي و مغناطيس � رنگي مي باشند. زيرا همچنانکه در فصل قبل مشاهده شد، هنگاميکه فوتون در ميدان گرانشي در حال سقوط است، انرژي و در نتيجه شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد (جابجايي بسمت آبي)، لذا ورود گراويتونها (بار � رنگ و مغناطيس � رنگ) به ساختمان فوتون موجب افزايش انرژي آن مي شود

 با توجه به اين اطلاعات به تعريف سي. پي. اچ. پرداخته و اصل سي. پي. اچ. را بيان مي کنيم. لازم به ذکر است که

براي سي. پي. اچ. از کلمه ي ذره استفاده شده است، منظور از ذره همان نقطه ي مادي نيست و در فارسي کلمه اي که گوياي مفهوم سي. پي. اچ. باشد نديدم. بهمين دليل از لغت ذره استفاده شد. همچنين توجه شود که در مورد شکل آن نيز هيچ نظر خاصي وجود ندارد. لذا هر کس بنا بر برداشت و سليقه ي خود مي تواند براي آن شکل مورد نظر خويش را تجسم کند

CPH تعريف

فرض کنيم يک ذره با جرم ثابتm  وجود دارد که نسبت به هر دستگاه لختي با مقدار سرعت ثابت

Vc

حرکت مي کند. و

Vc>c   c, is speed of light

بنابراين سي. پي. اچ. داراي اندازه حرکت خطي برابر 

 mVc

 مي باشد. شکل زير

کاهش روند خروج سی پی اچها از تابش الکترومغناطیس

اترنت

دستيابی به اطلاعات با روش های مطمئن و با سرعت بالا يکی از رموز موفقيت هر سازمان و موسسه است . 
طی ساليان اخير هزاران پرونده و کاغذ که حاوی اطلاعات با ارزش برای يک سازمان بوده ، در کامپيوتر ذخيره شده اند. با تغذيه دريائی از اطلاعات به کامپيوتر ، امکان مديريت الکترونيکی اطلاعات فراهم شده است . کاربران متفاوت در اقصی نقاط جهان قادر به اشتراک اطلاعات بوده و تصويری زيبا از همياری و همکاری اطلاعاتی را به نمايش می گذارند . 
شبکه های کامپيوتری در اين راستا و جهت نيل به اهداف فوق نقش بسيار مهمی را ايفاء می نمايند.اينترنت که عالی ترين تبلور يک شبکه کامپيوتری در سطح جهان است، امروزه در مقياس بسيار گسترده ای استفاده شده و ارائه دهندگان اطلاعات ، اطلاعات و يا فرآورده های اطلاعاتی خود را در قالب محصولات توليدی و يا خدمات در اختيار استفاده کنندگان قرار می دهند. وب که عالی ترين سرويس خدماتی اينترنت می باشد کاربران را قادر می سازد که در اقصی نقاط دنيا اقدام به خريد، آموزش ، مطالعه و ... نمايند .

با استفاده از شبکه، يک کامپيوتر قادر به ارسال و دريافت اطلاعات از کامپيوتر ديگر است . اينترنت نمونه ای عينی از يک شبکه کامپيوتری است . در اين شبکه ميليون ها کامپيوتر در اقصی نقاط جهان به يکديگر متصل شده اند.اينترنت شبکه ای است مشتمل بر زنجيره ای از شبکه های کوچکتراست . نقش شبکه های کوچک برای ايجاد تصويری با نام اينترنت بسيار حائز اهميت است . تصويری که هر کاربر با نگاه کردن به آن گمشده خود را در آن پيدا خواهد کرد. در اين بخش به بررسی شبکه های کامپيوتری و جايگاه مهم آنان در زمينه تکنولوژی اطلاعات و مديريت الکترونيکی اطلاعات خواهيم داشت .

شبکه های محلی و شبکه های گسترده 
تاکنون شبکه های کامپيوتری بر اساس مولفه های متفاوتی تقسيم بندی شده اند. يکی از اين مولفه ها  حوزه جغرافيائی  يک شبکه است . بر همين اساس شبکه ها به دو گروه عمده LAN (Local area network) و WAN (Wide area network) تقسيم می گردند. در شبکه های LAN مجموعه ای از دستگاه های موجود در يک حوزه جغرافيائی محدود، نظير يک ساختمان به يکديگر متصل می گردند . در شبکه های WAN تعدادی دستگاه که از يکديگر کيلومترها فاصله دارند به يکديگر متصل خواهند شد. مثلا اگر دو کتابخانه که هر يک در يک ناحيه از شهر بزرگی مستقر می باشند، قصد اشتراک اطلاعات را داشته باشند، می بايست شبکه ای WAN ايجاد و کتابخانه ها را به يکديگر متصل نمود. برای اتصال دو کتابخانه فوق می توان از امکانات مخابراتی متفاوتی نظير خطوط اختصاصی (Leased) استفاده نمود. شبکه های LAN نسبت به شبکه های WAN دارای سرعت بيشتری می باشند. با رشد و توسعه دستگاههای متفاوت مخابراتی ميزان سرعت شبکه های WAN ، تغيير و بهبود پيدا کرده است . امروزه با بکارگيری و استفاده از فيبر نوری در شبکه های LAN امکان ارتباط دستگاههای متعدد که در مسافت های طولانی نسبت بيکديگر قرار دارند، فراهم شده است .

اترنت 
در سال 1973 پژوهشگری با نام   Metcalfe در مرکز تحقيقات شرکت زيراکس، اولين شبکه اترنت را بوجود آورد . 
هدف وی ارتباط کامپيوتر به يک چاپگر بود. وی روشی فيزيکی بمنظور کابل کشی بين دستگاههای متصل بهم در اترنت ارائه نمود. اترنت در مدت زمان کوتاهی بعنوان يکی از تکنولوژی های رايج برای برپاسازی شبکه در سطح دنيا مطرح گرديد. همزمان با پيشرفت های مهم در زمينه شبکه های کامپيوتری ، تجهيزات و دستگاه های مربوطه، شبکه های اترنت نيز همگام با تحولات فوق شده و قابليت های متفاوتی را در بطن خود ايجاد نمود. با توجه به تغييرات و اصلاحات انجام شده در شبکه های اترنت ،عملکرد و نحوه کار آنان نسبت به شبکه های اوليه تفاوت چندانی نکرده است . در اترنت اوليه، ارتباط تمام دستگاه های موجود در شبکه از طريق يک کابل انجام می گرفت که توسط تمام دستگاهها به اشتراک گذاشته می گرديد. پس از اتصال يک دستگاه به کابل مشترک ، می بايست پتانسيل های لازم بمنظور ايجاد ارتباط با ساير دستگاههای مربوطه نيز در بطن دستگاه وجود داشته باشد (کارت شبکه ) . بدين ترتيب امکان گسترش شبکه بمنظور استفاده از دستگاههای چديد براحتی انجام و نيازی به اعمال تغييرات بر روی دستگاههای موجود در شبکه نخواهد بود . 
اترنت يک تکنولوژی محلی (LAN) است. اکثر شبکه های اوليه در حد و اندازه يک ساختمان بوده و دستگاهها نزديک به هم بودند. دستگاههای موجود بر روی يک شبکه اترنت صرفا قادر به استفاده از چند صد متر کابل بيشترنبودند.اخيرا با توجه به توسعه امکانات مخابراتی و محيط انتقال، زمينه استقرار دستگاههای موجود در يک شبکه اترنت با مسافت های چند کيلومترنيز فراهم شده است . 

پروتکل 
پروتکل در شبکه های کامپيوتری به مجموعه قوانينی اطلاق می گردد که نحوه ارتباطات را قانونمند می نمايد. نقش پروتکل در کامپيوتر نظير نقش زبان برای انسان است . برای مطالعه يک کتاب نوشته شده به فارسی می بايست خواننده شناخت مناسبی از زبان فارسی را داشته باشد. بمنظور ارتباط موفقيت آميز دو دستگاه در شبکه می بايست هر دو دستگاه از يک پروتکل مشابه استفاده نمايند .

اصطلاحات اترنت 
شبکه های اترنت از مجموعه قوانين محدودی بمنظور قانونمند کردن عمليات اساسی خود استفاده می نمايند. بمنظور شناخت مناسب قوانين موجود لازم است که با برخی از اصطلاحات مربوطه در اين زمينه بيشتر آشنا شويم:

Medium (محيط انتقال): دستگاههای اترنت از طريق يک محيط انتقال به يکديگر متصل می گردند . 
Segment (سگمنت): به يک محيط انتقال به اشتراک گذاشته شده منفرد، سگمنت  می گويند . 
Node (گره): دستگاههای متصل شده به يک Segment را گره و يا  ايستگاه  می گويند . 
Frame (فريم):  به يک بلاک اطلاعات که گره ها از طريق ارسال آنها با يکديگر مرتبط می گردند، اطلاق می گردد

فريم ها مشابه جملات در زبانهای طبيعی ( فارسی، انگليسی ... ) می باشند. در هر زبان طبيعی برای ايجاد جملات، مجموعه قوانينی وجود دارد مثلا يک جمله می بايست دارای موضوع و مفهوم باشد. پروتکل های اترنت مجموعه قوانين لازم برای ايجاد فريم ها را مشخص خواهند کرد .اندازه يک فريم محدود بوده ( دارای يک حداقل و يک حداکثر ) و مجموعه ای از اطلاعات ضروری و مورد نيار می بايست در فريم وجود داشته باشد. مثلا يک فريم می بايست دارای آدرس های مبداء و مقصد باشد. آدرس های فوق هويت فرستنده و دريافت کننده پيام را مشخص خواهد کرد. آدرس بصورت کاملا اختصاصی يک گره را مشخص می نمايد.( نظير نام يک شخص که بيانگر يک شخص خاص است ) . دو دستگاه متفاوت اترنت نمی توانند دارای آدرس های يکسانی باشند . 
يک سيگنال اترنت بر روی محيط انتقال به هر يک از گره های متصل شده در محيط انتقال خواهد رسيد. بنابراين مشخص شدن آدرس مقصد، بمنظوردريافت پيام نقشی حياتی دارد. مثلا در صورتيکه کامپيوتر B (شکل بالا) اطلاعاتی را برای چاپگر C ارسال می دارد کامپيوترهای A و D نيز فريم را دريافت و آن را بررسی خواهند کرد. هر ايستگاه زمانيکه فريم را دريافت می دارد، آدرس آن را بررسی تا مطمئن گردد که پيام برای وی ارسال شده است يا خير؟ در صورتيکه پيام برای ايستگاه مورد نظر ارسال نشده باشد، ايستگاه فريم را بدون بررسی محتويات آن کنار خواهد گذاشت ( عدم استفاده )
يکی از نکات قابل توجه در رابطه با آدرس دهی اترنت، پياده سازی يک آدرس Broadcast است . زمانيکه آدرس مقصد يک فريم از نوع Broadcast باشد، تمام گره های موجود در شبکه آن را دريافت و پردازش خواهند کرد .

CSMA/CD 
تکنولوژی CSMA/CD (carrier-sense multiple access with collision detection) مسئوليت تشريح و تنظيم نحوه ارتباط گره ها با يکديگررا برعهده دارد . با اينکه واژه فوق پيچيده بنظر می آيد ولی با تقسيم نمودن واژه فوق به بخش های کوچکتر، می توان با نقش هر يک از آنها سريعتر آشنا گرديد.بمنظور شناخت تکنولوژی فوق مثال زير را در نظر بگيريد : 
فرض کنيد سگمنت اترنت، مشابه يک ميز ناهارخوری باشد. چندين نفر ( نظير گره ) دور تا دور ميز نشسته و به گفتگو مشغول می باشند. واژه multiple access (دستيابی چندگانه) بدين مفهوم است که : زمانيکه يک ايستگاه اترنت اطلاعاتی را ارسال می دارد تمام ايستگاههای ديگر موجود ( متصل ) در محيط انتقال ، نيز از انتقال اطلاعات آگاه خواهند شد.(.نظير صحبت کردن يک نفر در ميز ناهار خوری و گوش دادن سايرين ). فرض کنيد که شما نيز بر روی يکی از صندلی های ميز ناهار خوری نشسته و قصد حرف زدن را داشته باشيد، در همان زمان فرد ديگری در حال سخن گفتن است در اين حالت می بايست شما در انتظار اتمام سخنان گوينده باشيد. در پروتکل اترنت وضعيت فوق carrier sense ناميده می شود.قبل از اينکه ايستگاهی قادر به ارسال اطلاعات باشد می بايست گوش خود را بر روی محيط انتقال گذاشته و بررسی نمايد که آيا محيط انتقال آزاد است ؟ در صورتيکه صدائی از محيط انتقال به گوش ايستگاه متقاضی ارسال اطلاعات نرسد، ايستگاه مورد نظر قادر به استفاده از محيط انتقال و ارسال اطلاعات خواهد بود . 
Carrier-sense multiple access شروع يک گفتگو را قانونمند و تنظيم می نمايد ولی در اين رابطه يک نکته ديگر وجود دارد که می بايست برای آن نيز راهکاری اتخاذ شود.فرض کنيد در مثال ميز ناهار خوری در يک لحظه سکوتی حاکم شود و دو نفر نيز قصد حرف زدن را داشته باشند.در چنين حالتی در يک لحظه سکوت موجود توسط دو نفر تشخيص و بلافاصله هر دو تقريبا در يک زمان يکسان شروع به حرف زدن می نمايند.چه اتفاقی خواهد افتاد ؟ در اترنت پديده فوق را تصادم (Collision) می گويند و زمانی اتفاق خواهد افتاد که دو ايستگاه قصد استفاده از محيط انتقال و ارسال اطلاعات را بصورت همزمان داشته باشند. در گفتگوی انسان ها ، مشکل فوق را می توان بصورت کاملا دوستانه حل نمود. ما سکوت خواهيم کرد تا اين شانس به سايرين برای حرف زدن داده شود.همانگونه که در زمان حرف زدن من، ديگران اين فرصت را برای من ايجاد کرده بودند ! ايستگاههای اترنت زمانيکه قصد ارسال اطلاعات را داشته باشند، به محيط انتقال گوش فرا داده تا به اين اطمينان برسند که تنها ايستگاه موجود برای ارسال اطلاعات می باشند. در صورتيکه ايستگاههای ارسال کننده اطلاعات متوجه نقص در ارسال اطلاعات خود گردند ،از بروز يک تصادم در محيط انتقال آگاه خواهند گرديد. در زمان بروز تصادم ، هر يک از ايستگاههای مربوطه به مدت زمانی کاملا تصادفی در حالت انتظار قرار گرفته و پس از اتمام زمان انتظار می بايست برای ارسال اطلاعات شرط آزاد بودن محيط انتقال را بررسی نمايند ! توقف تصادفی و تلاش مجدد يکی از مهمترين بخش های پروتکل است .

محدوديت های اترنت 
يک شبکه اترنت دارای محدوديت های متفاوت از ابعاد گوناگون (بکارگيری تجهيزات ) است .طول کابلی که تمام ايستگاهها بصورت اشتراکی از آن بعنوان محيط انتقال استفاده می نمايند يکی از شاخص ترين موارد در اين زمنيه است . سيگنال های الکتريکی در طول کابل بسرعت منتشر می گردند. همزمان با طی مسافتی، سيگنال ها ضعيف می گردند. وچود ميدان های الکتريکی که توسط دستگاههای مجاور کابل نظيرلامپ های فلورسنت ايجاد می گردد ، باعث تلف شدن سيگنال می گردد. طول کابل شبکه می بايست کوتاه بوده تا امکان دريافت سيگنال توسط دستگاه های موجود در دو نقطه ابتدائی و انتهائی کابل بصورت شفاف و با حداقل تاخير زمانی فراهم گردد. همين امر باعث بروز محدوديت در طول کابل استفاده شده، می گردد 
پروتکل CSMA/CD امکان ارسال اطلاعات برای صرفا يک دستگاه را در هر لحظه فراهم می نمايد، بنابراين محدوديت هائی از لحاظ تعداد دستگاههائی که می توانند بر روی يک شبکه مجزا وجود داشته باشند، نيز بوجود خواهد آمد. با اتصال دستگاه های متعدد (فراوان ) بر روی يک سگمنت مشترک، شانس استفاده از محيط انتقال برای هر يک از دستگاه های موجود بر روی سگمنت کاهش پيدا خواهد کرد. در اين حالت هر دستگاه بمنظور ارسال اطلاعات می بايست مدت زمان زيادی را در انتظار سپری نمايد . 
توليد کنندگان تجهيزات شبکه دستگاه های متفاوتی را بمنظور غلبه بر مشکلات و محدوديت گفته شده ، طراحی و عرضه نموده اند. اغلب دستگاههای فوق مختص شبکه های اترنت نبوده ولی در ساير تکنولوژی های مرتبط با شبکه نقش مهمی را ايفاء می نمايند .

تکرارکننده (Repeater) 
اولين محيط انتقال استفاده شده در شبکه های اترنت کابل های مسی کواکسيال بود که Thicknet ( ضخيم) ناميده می شوند. حداکثر طول يک کابل ضخيم 500 متر است . در يک ساختمان بزرگ ، کابل 500 متری جوابگوی تمامی دستگاه های شبکه نخواهد بود. تکرار کننده ها با هدف حل مشکل فوق، ارائه شده اند. . تکرارکننده ها ، سگمنت های متفاوت يک شبکه اترنت را به يکديگر متصل می کنند. در اين حالت تکرارکننده سيگنال ورودی خود را از يک سگمنت اخذ و با تقويت سيگنال آن را برای سگمنت بعدی ارسال خواهد کرد. بدين تزتيب با استفاده از چندين تکرار کننده و اتصال کابل های مربوطه توسط آنان ، می توان قطر يک شبکه را افزايش داد. ( قطر شبکه به حداکثر مسافت موجود بين دو دستگاه متمايز در شبکه اطلاق می گردد)

Bridges و سگمنت 
شبکه های اترنت همزمان با رشد (بزرگ شدن) دچار مشکل تراکم می گردند . در صورتيکه تعداد زيادی ايستگاه به يک سگمنت متصل گردند، هر يک دارای ترافيک خاص خود خواهند بود . در شرايط فوق ، ايستگاههای متعددی قصد ارسال اطلا عات را دارند ولی با توجه به ماهيت اين نوع از شبکه ها در هر لحظه يک ايستگاه شانس و فرصت استفاده از محيط انتقال را پيدا خواهد کرد. در چنين وضعيتی تعداد تصادم در شبکه افزايش يافته و عملا کارآئی شبکه افت خواهد کرد. يکی از راه حل های موجود بمنظور برطرف نمودن مشکل تراکم در شبکه تقسيم يک سگمنت به چندين سگمنت است . با اين کار برای تصادم هائی که در شبکه بروز خواهد کرد، دامنه وسيعتری ايجاد می گردد.راه حل فوق باعث بروز يک مشکل ديگر می گردد: سگمنت ها قادر به اشتراک اطلاعات با يکديگر نخواهند بود . 
بمنظور حل مشکل فوق، Bridges در شبکه اترنت پياده سازی شده است. Bridge دو و يا چندين سگمنت را به يکديگر متصل خواهد کرد. بدين ترتيب دستگاه فوق باعث افزايش قطر شبکه خواهد شد. عملکرد Bridge از بعد افزايش قطر شبکه نظير تکرارکننده است ، با اين نفاوت که Bridge قادر به ايجاد نظم در ترافيک شبکه نيز خواهد بود. Bridge نظير ساير دستگاههای موجود در شبکه قادر به ارسال و دريافت اطلاعات بوده ولی عملکرد آنها دقيقا مشابه يک ايستگاه نمی باشد. Bridge قادر به ايجاد ترافيکی که خود سرچشمه آن خواهد بود، نيست (نظير تکرارکننده). Bridge صرفا چيزی را که از ساير ايستگاهها می شنود ، منعکس می نمايد. ( Bridgeقادر به ايجا د يک نوع فريم خاص اترنت بمنظور ايجاد ارنباط با ساير Bridge ها می باشند)
همانگونه که قبلا اشاره گرديد هر ايستگاه موجود در شبکه تمام فريم های ارسال شده بر روی محيط انتقال را دريافت می نمايد.(صرفنظر ازاينکه مقصد فريم همان ايستگاه باشد و يا نباشد). Bridge با تاکيد بر ويژگی فوق سعی بر تنظيم ترافيک بين سگمنت ها دارد .

روترها : سگمنت های منطقی 
با استفاده از Bridge امکان ارتباط همزمان بين ايستگاههای موجود در چندين سگمنت فراهم می گردد . Bridgeدر رابطه با ترافيک موجود در يک سگمنت عمليات خاصی را انجام نمی دهد. يکی از ويژگی های مهم Bridgeارسالی فريم های اطلاعاتی از نوع Broadcast برای تمام سگمنت های متصل شده به يکديگر است. همزمان با رشد شبکه و گسترش سگمنت ها، ويژگی فوق می تواند سبب بروز مسائلی در شبکه گردد. زمانيکه تعداد زيادی از ايستگاه های موجود در شبکه های مبتنی بر Bridge ، فريم های Broadcast را ارسال می نمايند، تراکم اطلاعاتی بوجود آمده بمراتب بيشتر از زمانی خواهد بود که تمامی دستگاهها در يک سگمنت قرار گرفته باشند . 
روتر يکی از دستگاههای پيشرفته در شبکه بوده که قادر به تقسيم يک شبکه به چندين شبکه منطقی مجزا است . روتر ها يک محدوده منطقی برای هر شبکه ايجاد می نمايند. روترها بر اساس پروتکل هائی که مستقل از تکنولوژی خاص در يک شبکه است، فعاليت می نمايند. ويژگی فوق اين امکان را برای روتر فراهم خواهد کرد که چندين شبکه با تکنولوژی های متفاوت را به يکديگر مرتبط نمايد. استفاده از روتر در شبکه های محلی و گسترده امکان پذيراست .

وضعيت فعلی اترنت 
از زمان مطرح شدن شبکه های اترنت تاکنون تغييرات فراوانی از بعد تنوع دستگاه های مربوطه ايجاد شده است . در ابتدا از کابل کواکسيال در اين نوع شبکه ها استفاده می گرديد.امروزه شبکه های مدرن اترنت از کابل های بهم تابيده و يا فيبر نوری برای اتصال ايستگاه ها به يکديگر استفاده می نمايند. در شبکه های اوليه اترنت سرعت انتقال اطلاعات ده مگابيت در ثانيه بود ولی امروزه اين سرعت به مرز 100 و حتی 1000 مگابيت در ثانيه رسيده است . مهمترين تحول ايجاد شده در شبکه های اترنت امکان استفاده از سوئيچ های اترنت است .سگمنت ها توسط سوئيچ به يکديگر متصل می گردند. ( نظير Bridge با اين تفاوت عمده که امکان اتصال چندين سگمنت توسط سوئيچ فراهم می گردد) برخی از سوئيچ ها امکان اتصال صدها سگمنت به يکديگر را فراهم می نمايند .تمام دستگاههای موجود در شبکه، سوئيچ و يا ايستگاه می باشند . قبل از ارسال فريم های اطلاعاتی برا ی هر ايستگاه ، سوئيچ فريم مورد نظر را دريافت و پس از بررسی، آن را برای ايستگاه مقصد مورد نظر ارسال خواهد کرد. عمليات فوق مشابه Bridge است ، ولی در مدل فوق هر سگمنت دارای صرفا يک ايستگاه است و فريم صرفا به دريافت کننده واقعی ارسال خواهد شد. بدين ترتيب امکان برقراری ارتباط همزمان بين تعداد زيادی ايستگاه در شبکه های مبتنی بر سوئيچ فراهم خواهد شد . 
همزمان با مطرح شدن سوئيچ های اترنت مسئله Full-duplex نيز مطرح گرديد. Full-duplex يک اصطلاح ارتباطی است که نشاندهنده قابليت ارسال و دريافت اطلاعات بصورت همزمان است . در شبکه های اترنت اوليه وضعيت ارسال و دريافت اطلاعات بصورت يکطرفه (half-duplex) بود.در شبکه های مبتنی بر سوئيچ، ايستگاهها صرفا با سوئيچ ارتباط برقرار کرده و قادر به ارتباط مستقيم با يکديگر نمی باشند. در اين نوع شبکه ها از کابل های بهم تابيده و فيبر نوری استفاده و سوئيچ مربوطه دارای کانکنورهای لازم در اين خصوص می باشند.. شبکه های مبتنی بر سوئيچ عاری از تصادم بوده و همزمان با ارسال اطلاعات توسط يک ايستگاه به سوئيچ ، امکان ارسال اطلاعات توسط سوئيچ برای ايستگاه ديگر نيز فراهم خواهد شد .

اترنت و استاندارد 802.3 
شايد تاکنون اصطلاح 802.3 را در ارتباط با شبکه های اترنت شنيده باشيد . اترنت بعنوان يک استاندارد شبکه توسط شرکت های : ديجيتال، اينتل و زيراکس (DIX) مطرح گرديد. در سال 1980 موسسه IEEE کميته ای را مسئول استاندار سازی تکنولوژی های مرتبط با شبکه کرد. موسسه IEEE نام گروه فوق را 802 قرار داد. ( عدد 802 نشاندهنده سال و ماه تشکيل کميته استاندارسازی است ) کميته فوق از چندين کميته جانبی ديگر تشکيل شده بود . هر يک از کميته های فرعی نيز مسئول بررسی جنبه های خاصی از شبکه گرديدند. موسسه IEEEبرای تمايز هر يک از کميته های جانبی از روش نامگذاری : x802.x استفاده کرد . X يک عدد منصر بفرد بوده که برای هر يک از کميته ها در نظر گرفته شده بود . گروه 802.3 مسئوليت استاندارد سازی عمليات در شبکه هایCSMA/CD را برعهده داشتند. (شبکه فوق در ابتدا DIX Ethernet ناميده می شد) اترنت و 802.3 از نظر فرمت داده ها در فريم های اطلاعاتی با يکديگر متفاوت می باشند . 

تکنولوژی های متفاوت شبکه 
متداولترين مدل موجود در شبکه های کامپيوتری (رويکرد ديگری از اترنت) توسط شرکت IBM و با نام Token ringعرضه گرديد. در شبکه های اترنت بمنظور دستيابی از محيط انتقال از فواصل خالی (Gap) تصادفی در زمان انتقال فريم ها استفاده می گردد. شبکه های Token ring از يک روش پيوسته در اين راستا استفاده می نمايند. در شبکه های فوق ، ايستگاه ها از طريق يک حلقه منطقی به يکديگر متصل می گردند. فريم ها صرفا در يک جهت حرکت و پس از طی طول حلقه ، فريم کنار گذاشته خواهد شد. روش دستيابی به محيط انتقال برای ارسال اطلاعات تابع CSMA/CD نخواهد بود و از روش Token passing استفاده می گردد . در روش فوق در ابتدا يکToken ( نوع خاصی از يک فريم اطلاعاتی ) ايجاد می گردد. Token فوق در طول حلقه می چرخد . زمانيکه يک ايستگاه قصد ارسال اطلاعات را داشته باشد، می بايست Token را در اختيار گرفته و فريم اطلاعاتی خود را بر روی محيط انتقال ارسال دارد. زمانيکه فريم ارسال شده مجددا به ايستگاه ارسال کننده برگشت داده شد ( طی نمودن مسير حلقه) ، ايستگاه فريم خود را حذف و يک Token جديد را ايجاد وآن را بر روی حلقه قرار خواهد داد. در اختيار گرفتن Token شرط لازم برا ی ارسال اطلاعات است . سرعت ارسال اطلاعات در اين نوع شبکه ها چهار تا شانزده مگابيت در ثانيه است . 
اترنت با يک روند ثابت همچنان به رشد خود ادامه می دهد. پس از گذشت حدود سی سال ازعمر شبکه های فوق استانداردهای مربوطه ايجاد و برای عموم متخصصين شناخته شده هستند و همين امر نگهداری و پشتيبانی شبکه های اترنت را آسان نموده است . اترنت با صلابت بسمت افزايش سرعت و بهبود کارآئی و عملکرد گام بر می دارد .

اساس كار لامپ هاي الكتروني دو قطبي و سه قطبی

اساس كار لامپ هاي الكتروني دو قطبي و سه قطبي (متن کامل)

مقدمه

کلمه الکترونیک از الکترون گرفته شده است. الکترونیک علم بررسی خواص الکترون ها و روش های کنترل و استفاده از آنهاست. الکترونیک جزو علومی است که در اوایل قرن بیستم پایه گذاری شده است. اما بسیاری از دستگاه هایی که از طریق جریان الکتریکی کار می کنند، قبل از قرن بیستم کشف شده اند. تلگراف، تلفن و لامپ الکتریکی از جمله این دستگاه ها هستند و دستگاه های الکتریکی نامیده می شوند.

در قرن حاضر دستگاه های الکترونیکی کشف شده اند. این دستگاه ها با ابزارهای خاصی همچون لامپ خلاء دو قطبی ، لامپ خلاء سه قطبی و ترانزیستور کار می کنند. کشف لامپ خلاء دو قطبی یا دیود به وسیله جی ای فلمینگ و لامپ خلاء سه قطبی یا تریود به وسیله لی دو فورست، علم الکترونیک را پایه گذاری کرد.

در نیمه قرن بیستم نوع دیگری از لامپ های دو قطبی و سه قطبی کشف شدند که در آنها از نیمه هادی ها استفاده می شد. این دومین تحول در علم الکترونیک بود. پس از آن، ابزارهای الکترونیکی کوچک تر و پیچیده تر شدند. کوچک شدن اندازه این دستگاه ها مرهون پیشرفت در ساخت مدارهای مجتمع یا آی- سی ها بود. این مدارها با به کارگیری نیمه هادی ها کامل شدند.



لامپ های خلاء دو قطبی (دیود)

شاید شما هنوز رادیو یا تلویزیون های لامپی را به خاطر داشته باشید. پیدایش علم الکترونیک را می توان با ساخت اولین لامپ خلاء به نام دیود به معنای دو قطبی مقارن دانست. لامپ های دو قطبی ساده ترین نوع لامپهای خلاء اند. آنها از حبابی تشکیل شده اند که هوای داخل آن خارج شده است. به همین جهت به آنها لامپ خلاء می گویند. داخل این حباب، دو فلز به نامهای کاتد و آند وجود دارد. کاتد رشته سیمی است که وقتی گرم می شود، الکترون های آن آزادانه و با سرعت به حرکت در می آیند، به گونه ای که می توانند از آن خارج شوند. آند یک صفحه فلزی ساده است که در مقابل کاتد قرار دارد. اگر آند را به قطب مثبت باتری و کاتد را به قطب منفی آن وصل کنیم، آند دارای بار مثبت خواهد شد.

حتما به یاد دارید که قطب مثبت بار منفی را جذب می کند. بنابراین، آند الکترون هایی را که با گرم شدن کاتد از آن خارج می شوند را جذب می کند و الکترون ها به سوی آند حرکت می کنند. الکترون ها نمی توانند در هوا حرکت کنند، به همین جهت هوای داخل لامپ تخلیه شده است. حرکت الکترون ها از کاتد به آند، باعث تولید جریان الکتریکی در مدار می شود.


حال اگر قطب مثبت باتری را به کاتد و قطب منفی آن را به آند وصل کنیم، در این صورت آند دارای بار منفی خواهد شد. می دانیم که بارهای منفی یکدیگر را دفع می کنند، بنابراین الکترون هایی که از کاتد خارج می شوند، توسط آند جذب نمی شوند، بلکه از آن رانده می شوند و در اطراف کاتد باقی می مانند. به همین جهت در این وضعیت جریانی به وجود نمی آید.

پس لامپ دو قطبی دارای ساختمان ساده ای است. فقط هنگامی که آند به قطب مثبت وصل می شود، الکترون ها می توانند از مدار عبور کنند. ولی وقتی آند را به قطب منفی وصل می کنیم الکترون ها نمی توانند در مدار جاری شوند. در واقع الکترونیک بر اساس ساختار ساده لامپ های دو قطبی پایه گذاری شده است. از لامپ های دو قطبی برای یک طرفه کردن جریان برق استفاده می شود. به همین جهت آنها را یک سو کننده نیز می نامند.

لامپ قطبی نیمه هادی

لامپ های دو قطبی نیمه هادی، بسیار کوچک تر از لامپ های خلاء دو قطبی هستند. البته هر دو یک کار را انجام می دهند. این لامپ ها از ماده نیمه هادی سیلیکان ساخته شده اند.

این لامپ ها دارای قطعات بسیار کوچکی از سیلیکان اند که ناخالصی های ویژه ای به آن افزوده می شود. با اضافه کردن این ناخالصی ها دو نوع مختلف از سیلیکان به دست می آید که سیلیکان نوع" ان" و سیلیکان نوع" پی" نام دارند. این دو به یکدیگر وصل می شوند. محل اتصال این دو نوع را خط اتصال" پی - ان" می نامند.

وقتی قطب مثبت باتری به سیلیکان نوع پی و قطب منفی آن به سیلیکان نوع ان متصل شود، جریان بر قرار می شود. ولی اگر عکس این کار انجام شود، جریان برقرار نمی شود. بنابراین لامپ های دو قطبی نیمه هادی، مثل لامپ های خلاء دو قطبی، کار یک سو کننده را انجام می دهند، با این تفاوت که اندازه این لامپ ها از لامپ های خلاء بسیار کوچک تر است.


لامپ های خلاء سه قطبی (تریود)

پس از آن لامپ های تریود به معنای سه قطبی ساخته شد که به عنوان تقویت کننده و یا نوسان ساز در مدارهای الکترونیکی به کار می رفت. از این لامپ ها برای کنترل جریان الکترون ها استفاده می شود. ساختمان آنها مانند لامپ دو قطبی است با این تفاوت که یک شبکه فلزی بین کاتد و آند قرار گرفته است.

اگر این شبکه هیچ ولتاژی نداشته باشد، لامپ درست مانند لامپ دو قطبی عمل می کند، یعنی الکترون ها از کاتد خارج و به آند انتقال می یابند. ولی اگر به شبکه فلزی کمی بار منفی داده شود، الکترون هایی که از کاتد خارج می شوند به وسیله شبکه دفع خواهند شد. به این ترتیب تعداد الکترون هایی که به آند می رسد، کاهش خواهد یافت. بنابراین جریان الکتریکی مدار نیز کاهش می یابد. از آنجا که شبکه خیلی به کاتد نزدیک است، می تواند تاثیر زیادی بر روی الکترون ها داشته باشد. در واقع بار منفی کوچکی که به شبکه داده می شود، می تواند الکترون هایی را که بین کاتد و آند جریان دارند را به میزان زیادی کنترل کند.

اگر کمی بار مثبت به شبکه فلزی داده شود، درست عکس حالت قبل، شبکه کمک می کند که آند الکترون های بیشتری را جذب کند. بنابراین جریان الکترون ها از کاتد به آند افزایش می یابد. اگر بار مثبت شبکه کمی افزایش یابد، جریان الکترون ها از کاتد به آند به مقدار بسیار زیادی افزایش خواهد یافت. می بینید که وقتی ولتاژ شبکه را کمی تغییر می دهیم، جریان به مقدار زیادی تغییر می کند.

بنابراین اگر بار مثبت شبکه را کمی بیشتر کنیم جریان چندین بار بزرگ می شود. پس از لامپ سه قطبی می توان برای تقویت جریان های ضعیف استفاده کرد. مثلا میکروفن مطابق ارتعاشات صدا، نوساناتی در جریان الکتریکی تولید می کند. حال اگر این نوسانات به شبکه یک لامپ سه قطبی منتقل شود، در این صورت جریان به مقدار زیادی تقویت می شود. این جریان را می توان به وسیله سیم های الکتریکی به مناطق دور دست ارسال کرد.

اگر آند یک لامپ سه قطبی به شبکه لامپ سه قطبی دیگری متصل شود، جریان خیلی بیشتر تقویت خواهد شد. امواجی که از طریق آنتن رادیو دریافت می شوند، خیلی کوچک اند به گونه ای که نمی توان آنها را شنید. پس برای این که قادر به شنیدن برنامه های رادیویی شویم، این امواج باید در چند مرحله تقویت شوند، این کار به وسیله لامپ های سه قطبی انجام می گیرد.

ترانزیستور ها

ترانزیستورها دارای سه لایه سیلیکان اند. لایه وسطی را پایه، یکی از دو لایه را که در طرفین قرار گرفته است را منتشر کننده و دیگری را گیرنده می نامند. (بیس - امیتر- کلکتور) اساس کار پایه در ترانزیستور مانند کار شبکه فلزی در لامپهای خلاء سه قطبی است. یعنی پایه می تواند به کمک جریانی که بین منتشر کننده و گیرنده برقرار است، جریان های ضعیف را تقویت کند. بنابراین ترانزیستور نیز مثل لامپ سه قطبی کار یک تقویت کننده را انجام می دهد با این تفاوت که خیلی کوچک تر است.


معایب لامپ ها

لامپ تریود با ساخت لامپ های تترود(چهار قطبی) و پنتود (پنج قطبی) و لامپ هایی با قطب های بیشتر تکامل یافت. یک عیب عمده این لامپ ها، احتیاج به یک عنصر گرم کننده به نام فیلامان بود که باعث می شد، توان مصرفی لامپ و در نتیجه وسیله مزبور زیاد بوده، ایجاد حرارت نماید و شروع کار دستگاه پس از روشن کردن آن ها نباشد. همچنین از معایب دیگر آنها می توان به حجم زیاد، شکننده بودن و گرانی اشاره نمود.

این مشکلات به تدریج باعث شد لامپ های الکترونی به تدریج جای خود را با قطعات نیمه هادی عوض نمایند تا آن جا که امروزه به جز در مصارف خاص در الکترونیک کاربردی ندارند. نوع دیگری از لامپ های الکترونی، لامپ تصویرCRT است که در تلویزیون، اسیلوسکوپ و مانیتورها استفاده می شود.

 
لامپ الکترونی

مفاهیم پایه

گسیل گرما یونی و جریان الکتریکی حاصل از آن در خلا اساس تعداد بسیار زیادی از وسایل الکترونی است که کاربرد گسترده‌ای در مهندسی و زندگی روزمره پیدا کرده‌اند، که لامپ خلا (لامپ رادیو) و لامپ اشعه کاتدی دو نوع از لامپهای الکترونی است.


لامپ خلا
این لامپ شامل رشته تنگستن التهابی که چشمه الکترونها است (کاتد) ، یک استوانه فلزی که در نقش آند است و کاتد را در بر می‌گیرد. دو الکترود در لامپ شیشه‌ای یا فلزی که به عنوان حباب لامپ است قرار می‌گیرند که هوای آن کاملا تخلیه شده است. این لامپ دو الکترودی به دیود خلا معروف است.


طرز کار لامپ الکترونی
اگر این لامپ را در مدار یک باتری یا چشمه جریان دیگری قرار دهیم بطوری که آند آن به قطب مثبت چشمه و کاتد به قطب منفی وصل باشد و کاتد را بوسیله چشمه کمکی گرم کنیم. الکترونهایی که از رشته (کاتد) تبخیر می‌شوند به طرف آند حرکت می‌کنند، و در مدار جریانی ظاهر می‌شود. ولی اگر مدار را چنان ببندیم که منفی چشمه الکترونی به آند و مثبت به کاتد وصل باشد، الکترونهایی که از کاتد تبخیر می‌شوند توسط میدان الکتریکی به کاتد برگردانده می‌شوند و در مدار جریانی وجود نخواهد داشت. پس ، دیود دارای این خاصیت است که جریان را در یک جهت عبور می‌دهد و مانع عبور آن در جهت مخالف می‌شود. وسایلی که جریان را فقط در یک جهت عبور می‌دهند به لامپهای یکسو کننده معروف هستند.


موارد کاربرد لامپ های دیودی
از لامپ های یک سو کننده بطور گسترده برای یک سو کردن جریان متناوب، یعنی برای تبدیل آن به جریان مستقیم، استفاده می‌شود. دیودهای خلا که بخصوص برای این منظور در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند، کنوترن نامیده می‌شوند. لامپهای الکترونی پیچیده‌تر ، که بطور گسترده در مهندسی رادیو ، کنترل خودکار و سایر شاخه‌های انقلاب تکنولوژیک بکار می‌روند، علاوه بر کاتد التهابی (چشمه الکترونی) و آندی که این الکترونها را جمع می‌کند، الکترود اضافی سومی به شکل شبکه دارند که بین کاتد و آند قرار گرفته‌اند. شبکه معمولا خانه‌های بزرگی دارد که می‌تواند به شکل مارپیچ نیز ساخته شود.


نحوه استفاده لامپ های الکترونی پیشرفته
لامپ را به یک مولد جریان (باتری) وصل می‌کنیم و بوسیله یک باتری کمکی (باتری رشته) کاتد آنرا گرم می‌کنیم، آمپر سنجی نیز در مدار قرار می‌دهیم که جریان آند را در مدار نشان دهد. حال باتری دیگری را ، که دارای ولتاژ متغیری باشد، بین کاتد و شبکه لامپ وصل می‌کنیم. این ولتاژ را برای تغییر اختلاف پتانسیل بین کاتد و شبکه بکار می‌بریم. می‌بینیم که در این حالت جریان آند تغییر می‌کند. به این صورت این فرصت بدست می‌آید که با تغییر دادن اختلاف پتانسیل بین کاتد و شبکه آن جریان آند را کنترل کنیم.

این فرآیند ، خاصیت عمده لامپ های الکترونی پیشرفته می‌باشد. وقتی که شبکه نسبت به کاتد در پتانسیل مثبت است، یعنی به قطب مثبت باتری وصل است، افزایش ولتاژ شبکه ، به افزایش جریان در آند منجر می‌شود تا اینکه به اشباع برسد. از طرف دیگر ، اگر پتانسیل شبکه نسبت به کاتد منفی باشد، هر افزایش در مقدار ولتاژ شبکه باعث کاهش جریان آند می‌شود. این پدیده به آسانی توجیه می‌شود.


توضیح پدیده کنترل جریان در لامپ های الکترونی
وقتی که بار شبکه کاتدی نسبت به کاتد مثبت باشد، الکترون ها را از ابر الکترونی اطراف کاتد جذب می‌کند. در این فرآیند ، بخش بزرگی از الکترون ها بین دورهای شبکه حرکت می‌کند و به آند می‌رسد، یعنی در جریان آند شرکت می‌کنند. در نتیجه با کمک به از بین رفتن بار حجمی ، شبکه بطور مثبت باردار می‌شود و جریان آند را افزایش می‌دهد. اما شبکه‌ای که بطور منفی باردار شده باشد جریان آند را کاهش می‌دهند. زیرا الکترون ها را دفع می‌کند، یعنی بار حجمی نزدیک کاتد را زیاد می‌کند، چون شبکه به کاتد خیلی نزدیکتر از آند است، تغییر کوچکی در اختلاف پتانسیل بین شبکه و کاتد بار حجمی را به شدت تغییر می‌دهد و بر جریان آند تأثیر می‌گذارد.

در لامپهای الکترونی معمولی تغییر ولتاژ شبکه به اندازه یک ولت جریان آند را به اندازه چند میلی آمپر تغییر می‌دهد. برای اینکه همین تغییر بر اثر تغییر دادن ولتاژ آند بدست آید، باید این ولتاژ را چندین ده ولت تغییر داد.


کاربردهای لامپ های الکترونی
یکی از مهمترین کاربردهای لامپهای الکترونی استفاده از آنها در تقویت جریانها و تضعیف ولتاژ است. لامپهایی با سه الکترود (کاتد ، آند و شبکه) به تریود (سه قطبی الکتریکی) معروف هستند. در مهندسی رادیو امروزی ، لامپهای پیچیده‌تری با دو ، سه یا تعداد بیشتری شبکه بکار می‌روند.

امروزه لامپهایی با ابعاد گوناگون برای مقاصد مختلف ، از لامپهای شیشه‌ای معروف به دگمه کوچک که دارای ضخامت یک مداد و طول چند سانتیمتر گرفته تا آنهایی که از اندازه آزمایش تجاوز می‌کنند، ساخته می‌شود. در لامپهای کوچکی که در گیرنده‌های رادیو بکار می‌روند، جریان آند بالغ بر چندین میلی آمپر است. در حالی که در لامپهای پر قدرت به چندین ده آمپر می‌رسد. نکته قابل توجه آن است که در صورتی که تخلیه لامپ ناکافی باشد و مقدار کمی از گاز در آن بماند، کاتد لامپ الکترونی به سرعت از بین می‌رود.

 

www.herfe-rszy.blogfa.com

ساخت مدار مجتمع

دید کلی

ممکن است تصور شود که ساخت مدارهای مجتمع ، شامل تعداد زیادی قطعه بهم متصل شده روی یک بستر Si از جنبه فنی و اقتصادی مخاطره آمیز باشد، در حالی که روشهای نوین امکان انجام اینکار را بصورت مطمئن و نسبتا کم هزینه فراهم ساخته است. در بیشتر مواقع یک مدار کامل روی تراشه Si را می‌توان بسیار ارزانتر و مطمئنتر از یک مدار مشابه با استفاده از قطعات مجزا تولید کرد. دلیل اصلی این امر امکان ساخت صدها مدار مشابه بطور همزمان روی پولک Si است که این فرآیند تولید گروهی Batch Fabrication نامیده می‌شود. این مدارها که بطور کامل روی یک تراشه نیم رسانا قرار می‌گیرند مدارهای یکپارچه نامیده می‌شوند.

واژه یکپارچه از لحاظ ادبی که به معنای تک سنگی بوده و به مفهوم آن است که کل مدار در یک قطعه واحد از نیم رسانا جا داده شده است. مهمترین عنصر تکنولوژی IC تراشه یکپارچه است که می‌تواند دارای هزاران یا میلیونها ترانزیستور منفرد باشد، این مدارها روی پولک Si به قطر 6 یا 8 اینچ ساخته می‌شوند. پس این مدارها با استفاده از زدایش انتخابی ، برش یا خراش توسط تیغه الماسی یا لیزر و شکستن آن به مربعها یا مستطیلهای کوچک از مدارهای منفرد تفکیک می‌شود و پس از آن هر مدار روی یک بستر مناسب نصب شده و اتصال زنی و بسته بندی انجام می‌گیرد.

فرآیند ساخت

نقاب گذاری و آلایش انتخابی

هدف از فرآیند ساخت ، آلایش انتخابی نواحی معین از نیم رسانا و اتصال مناسب عناصر بدست آمده بوسیله یک الگوی فلز کاری است. با منظور کردن مراحل اکسایش ، تعداد عملیات بکار رفته در ساخت یک مدار می‌تواند کاملا زیاد باشد به عنوان مثال ترانزیستور نفوذ داده شده را در نظر می‌گیریم، مراحل اساسی عبارتند از:

• رشد لایه اکسید اول
• بازکردن یک پنجره در SiO₂ برای نفوذ بیس
• انجام نفوذ بر
• رشد یک لایه اکسید دوم
• باز کردن یک پنجره برای نفوذ امیتر
• انجام نفوذ فسفر
• رشد یک لایه اکسید سوم
• باز کردن پنجره‌هایی برای اتصالات بیس و امیتر
• تبخیر Al روی سطح
• برداشتن Al بجز در الگوهای فلز کاری مورد نظر
  
  

در این مثال ساده دو مرحله اکسایش ، دو نفوذ و یک فلز کاری بکار رفته است. تعداد نقابهای لازم 4 عدد است، دو تا برای نفوذ ، یکی برای پنجره‌های اتصالات و یکی برای تعریف فلز کاری. برای مدارهای مجتمع مراحل خیلی بیشتر و در نتیجه نقابهای خیلی زیادی لازم است. نکته مهم کاهش ابعاد هر مدار و استفاده از پولکهای بزرگ به منظور افزایش تعداد قطعات قابل استفاده از تولید گروهی است. مفهوم این امر این است که نقابهای مختلف باید بسیار دقیق بوده و در طی هر مرحله لیتوگرافی نوری بخوبی همراستا شوند.

در حالت کلی یک نسخه دقیق از الگوی مورد نظر برای یکی از مراحل نقاب گذاری ، برای عضوی از آرایه مدارها تهیه می‌شود. این نسخه اولیه عکسبرداری شده و ابعاد آن کاهش می‌یابد. سپس یک دوربین با تکرار مرحله‌ای برای عکسبرداری از الگوی کوچک شده و انجام کوچک سازی نهایی مورد استفاده قرار گرفته و این روند را برای هر مستطیل در آرایه نهایی که می‌تواند دارای صدها الگوی مشابه باشد تکرار می‌کند. آرایه الگوی نهایی روی یک نقاب شیشه‌ای چاپ شده و این نقاب در مرحله لیتوگرافی روی پولک Si قرار داده می‌شود.

لیتوگرافی خط - ریز Fine - Line Lithography

تلاش در جهت جا دادن چگالی عملیاتی مدام در حال افزایش روی یک تراشه Si اشتیاق شدیدی برای هر چه کوچکتر ساختن اجزاء مدار بوجود آورده است. شرایط بدعت و مصرف توان نیز طراحان را به استفاده از ابعاد کوچکتر متمایل می‌کند. لیتوگرافی نوری عامل محدود کننده فرآیند کاهش ابعاد است، اگر از نور فرابنفش برای تاباندن به لایه حساس به نور از طریق یک نقاب استفاده شود. حداقل پهنای خطوط در نهایت به دلیل آثار تفرقی یا پراش به چند طول موج محدود می‌شود.

برای مثال برای یک ماوراء بنفش به طول موج 0.35 میکرو متر نباید انتظار داشت که پهنای خطوط کمتر از حدود 1 میکرو متر باشد. بدیهی است که برای ابعاد هندسی زیر میکرونی لازم است که طول موجهای کوتاهتر به لایه حساس نور تابانده شود. بنابه قضیه دوبروی که طول موج یک ذره بطور معکوس با ممان تغییر می‌کند پس برای دستیابی به طول موجهای کوتاهتر باید ذرات سنگینتر یا فوتونهای پر انرژی در نظر گرفته شود. لکترونها ، یونها یا پروتوهای ایکس بهترین مورد در این خصوص هستند.

عایق سازی Isolation

یک مرحله مهم در فرآیند ساخت مدار مجتمع ایجاد عایق الکتریکی بین عناصر مدار است، اگر ترانزیستور دو قطبی روی یک تراشه ساخته می‌شود تمام نواحی کلکتور مشترک می‌بودند پس لازم است که بیشتر عناصر عایق سازی شده و سپس توسط الگوهای فلز کاری به یکدیگر متصل شوند. مثلا برای ترانزیستور n - p - n یک روش عایق سازی ، نفوذ الگویی از خندقهای نوع p در یک لایه رونشستی نوع n واقع در بستر از نوع p است. بستر نوع p پشتیبانی مکانیکی ساختار را بر عهده دارد و به همراه الگوی نفوذی نوع p نواحی عایق شده برای ماده نوع n را تعریف می‌کند.

چون هر قطعه را می‌توان در جزیره‌ای از نوع n قرار داد، با نگه داشتن ماده بستر نوع p در منفی‌ترین پتانسیل موجود در مدار ، عایق سازی خوبی بدست خواهد آمد. یک عیب این روش ظرفیت ذاتی موجود در پیوند نهایی عایق ساز p - n است. ظرفیت ایجاد شده بین دیواره‌های جانبی ناحیه n و پیوندهای نفوذ داده شده را می‌توان با استفاده از ترکیبهای مختلف عایق اکسیدی حذف کرد.

یک طرح عایق سازی که بویژه برای مدارهای با چگالی بالا مفید است در برگیرنده تشکیل چاله‌های نسبتا عمیق و پر کردن آن با پلی سیلیسیوم است. در این فرآیند یک لایه نیترید الگوسازی شده و به عنوان نقاب برای زدایش ناهمسانگرد سیلیسیوم به منظور تشکیل چاله بکار می‌رود. اکسایش داخل چاله تشکیل یک لایه عایق داده و بعد از آن با استفاده از روش نشست بخار شیمیایی چاله از پلی سیلیسیوم پر می‌شود.

ساخت مقاومتها و خازنها بیرون از تراشه Si

فرآیند لایه ضخیم

مقاومتها و الگوهای اتصالات داخلی روی یک بستر سرامیکی به روش سیلک اسکرین Silk Screen__ (نوعی سیستم چاپ که در آن روی چهار چوبی پارچه مخصوص توری کشیده می‌شود و طرح مورد نظر روی این پارچه پیاده می‌شود و با عبور رنگ در سوراخهای باز و بسته توری نقش دلخواه روی هر چه که بخواهیم چاپ می‌شوند) چاپ می‌شوند خمیرهای مقاومتی و هدایتی متشکل از پودرهای فلزی در شکل سازمان یافته روی بستر چاپ شده و در یک اجاق حرارت داده می‌شوند.

فرآیند لایه نازک

از دقت و کوچک سازی بیشتری برخوردار بوده و عموما در جایی که فضا اهمیت دارد ترجیح داده می‌شود الگوهای اتصال بندی و مقاومتهای لایه نازک را می‌توان به روش خلا روی یک بستر سرامیکی شیشه‌ای یا لعابی نشاند. لایه‌های مقاومتی معمولا از جنس تانتالیوم یا سایر فلزات مقاومتی بوده و رساناها نیز غالبا آلومینیوم یا طلا هستند.

مزایای مدارات مجتمع

• معایب ناشی از اتصال لحیم کاری شده در مدارهای با قطعات مجزا به میزان بسیار زیادی کاهش می‌یابد.
  
  
• بسیاری از عملیات مداری را می‌توان در یک فضای کوچک جا داد، امکان بکار گیری تجهیزات الکترونیکی پیچیده در بسیاری از کاربردها که در آنها وزن و فضا اهمیت حیاتی دارد، نظیر وسایل نقلیه هوایی و فضایی وجود خواهد داشت.
  
  
• زمان پاسخ و سرعت انتقال سیگنال بین مدارها
  
  
• درصد قطعات مفید که در فرآیند تولید گروهی حاصل می‌شود، معمولا بر اثر وجود نقصهایی در پولک Si یا در مراحل ساخت قطعات معیوب نیز بوجود می‌آید.
• منبع:roshd.ir

Ethernet Cabling

Ethernet is a media access method that is specified at the Data Link layer and uses specific Physical layer cabling and signalling techniques. It is important to be able to differentiate between the types of connectors that can be used to connect an Ethernet network together. I'll discuss the different unshielded twisted-pair cabling used today in an Ethernet LAN.

Network Cabling

It's important to understand the difference between the media access speeds Ethernet provides in computer cabling systems. However, it's also important to understand the connector requirements for each implementation before making any decision. The Electronic Industries Association and the newer Telecommunications Industry Association (EIA/TIA) is the standards body that creates the Physical layer specifications for Ethernet. The EIA/TIA specifies that Ethernet use a registered jack connector with a 4 5 wiring sequence on unshielded twisted-pair cabling (RJ-45).

The following points outline the computer network cabling requirements:

• 10Base2 50-ohm coaxial is also called thinnet which is up to 185 meters and supports 30 hosts per segment. Physical and logical bus is used with AUI connectors.

• 10Base5 50-ohm coaxial is also called thicknet which is up to 500 meters and supports 208 users per segment. It uses a physical and logical bus with AUI connectors. It is up to 2500 meters with repeaters and supports 1024 users for all segments.

• 10BaseT EIA/TIA category 3, 4, or 5, using two-pair unshielded twisted-pair (UTP) wiring supports one user per segment; up to 100 meters long.RJ-45 connector is used along with star topology.

• 100BaseTX EIA/TIA category 5, 6, or 7 UTP two-pair wiring supports one user per segment; up to 100 meters long. It uses an RJ-45 MII connector with a physical star topology and a logical bus.

• 100BaseFX Uses fiber cabling 62.5/125-micron multimode fiber supports point-to-point topology; up to 400 meters long. It uses an ST or SC connector, which are duplex media-interface connectors.

• 1000BaseCX Copper shielded twisted-pair that can only run up to 25 meters.

• 1000BaseT Category 5 is a four-pair UTP wiring that can run up to 100 meters.

• 1000BaseSX MMF using 62.5 and 50-micron core; uses a 780-nanometer laser and can go up to 260 meters.

• 1000BaseLX Single-mode fiber that uses a 9-micron core, 1300-nanometer laser and can go from 3 km up to 10 km.

UTP Connections (RJ-45)

The RJ-45 connector is clear so you can see the eight wires mentioned with different colours that connect to the connector's pins. All of theses wires are twisted together into four pairs. Four wires carry the voltage and are considered tip. The other four wires are grounded and are called ring. The RJ-45 connector is crimped onto the end of the wire, and the pin locations of the connector are numbered from the left, 8 to 1.

Twisted wires inside UTP cable eliminate cross talk noise.. Unshielded cable can be used since digital signal protection comes from the twists in the wire. The more twists per inch, the farther the digital signal can supposedly travel without interference. For example, cat 5 cabling such as network cabling cat 5 and category 5 cabling UK have many more twists per inch than category 3 UTP does. Different types of wiring are used for building internetworks. You will need to use either a straight-through or crossover cable.

Straight-Through Cable

In a UTP implementation of a straight-through cable, the wires on both cable ends are in the same order. You can determine that the wiring is a straight-through cable by holding both ends of the UTP cable side by side and seeing that the order of the wires on both ends is identical.

You can use a straight-through cable for the following tasks:

• Connecting a router to a hub or switch

• Connecting a server to a hub or switch

• Connecting workstations t a hub or switch

Crossover Cable

In the implementation of a crossover, the wires on each end of the cable are crossed.
It is used to transmit and receive for both rip and ring. Notice that pin 1 on one side connects to pin 3 on the other side, and pin 2 connects to pin 6 on the opposite end.

You can use a crossover cable for the following tasks:

• Connecting uplinks between switches

• Connecting hubs to switches

• Connecting a hub to another hub

• Connecting a router interface to another router interface

• Connecting two PCs together without a hub or switch

When trying to determine the type of cable needed for a port, look at the port and see if it is marked with an "X." by using a straight-through cable when only one port is selected with an "X." and use a crossover when neither port has an "X." or when both ports are designated with an "X"

Rolled Over Cable

In the implementation of a rollover cable, the wires on each end of the cable are opposite. It broadcast to receive and receive to transmit on both side, for both tip and ring. Notice that pin 1 on one side connects to pin 8 on the other side, pin 2 connects to pin 7 on the opposite end, pin 3 connects to pin 6 on the opposite end and pin 4 connects to pin 5 on the opposite end.

You can use a rolled cable for the following tasks:

• For out of band console connection between the console port (RJ45) of the manageable switches and the com port (DB9) of the computer using a RJ45 to DB9 terminal.

• For out of band console connection between the console port (RJ45) of manageable routers and the com port (DB9) of the computer using a RJ45 to DB9 terminal

• http://www.tech-faq.com.