پیام‌رسانی با نور

پیام‌رسانی با نور: از فانوس تا فیبر نوری

نور چیست و چگونه سفر می‌کند؟

نور شکلی از انرژی است که به صورت امواج بسیار کوچک و سریع حرکت می‌کند. این امواج می‌توانند در خلا (مثل فضای بیرون زمین) یا در موادی مانند هوا، آب و شیشه مسافت‌های طولانی را طی کنند. سرعت نور در خلا تقریباً 300,000 کیلومتر بر ثانیه است! یعنی در یک ثانیه می‌تواند هفت بار دور زمین بچرخد. برای درک این سرعت باورنکردنی، تصور کنید که اگر با خودرویی با این سرعت حرکت کنید، می‌توانید در کمتر از یک ثانیه از تهران به مشهد برسید.

نور می‌تواند رفتارهای جالبی از خود نشان دهد که برای پیام‌رسانی حیاتی هستند:

• بازتاب (انعکاس): وقتی نور به یک سطح صاف و براق برخورد می‌کند، مانند یک توپ از آن می‌پرد. این همان اصل کار آینه است.
• شکست (انکسار): وقتی نور از یک ماده به ماده دیگر (مثلاً از هوا به آب) وارد می‌شود، مسیر آن خمیده می‌شود. این دلیل شکسته به نظر رسیدن نی در لیوان آب است.

این دو ویژگی، پایه و اساس فناوری‌هایی مانند فیبر نوری هستند که نور را در مسیرهای طولانی هدایت می‌کنند.

تاریخچه پیام‌رسانی نوری: از دود و آتش تا کد مورس

انسان‌ها قرن‌هاست که از نور برای ارسال پیام استفاده می‌کنند. این روش‌های اولیه اگرچه ساده بودند، اما بسیار هوشمندانه عمل می‌کردند.

یک مثال معروف، استفاده از کد مورس با نور است. در این کد، هر حرف الفبا با دنباله‌ای از سیگنال‌های کوتاه (نقطه) و بلند (خط) نشان داده می‌شود. برای مثال، حرف S به صورت سه نقطه (...) و حرف O به صورت سه خط (---) است. بنابراین، پیام خطر جهانی SOS به صورت ... --- ... ارسال می‌شد.

فیبر نوری: شاهراه اطلاعات جهان مدرن

فیبر نوری یکی از شگفت‌انگیزترین دستاوردهای بشر در زمینه پیام‌رسانی با نور است. این فناوری امکان انتقال حجم عظیمی از داده‌ها (مثل فیلم، موسیقی، و اطلاعات اینترنتی) را با سرعت نور فراهم می‌کند.

یک فیبر نوری بسیار نازک (باریک‌تر از یک تار موی انسان) از جنس شیشه یا پلاستیک بسیار خالص ساخته شده است. نور چگونه در این فیبر مسیرهای طولانی را طی می‌کند بدون آنکه بیرون بزند؟ پاسخ در پدیده‌ای فیزیکی به نام بازتاب داخلی کلی نهفته است.

برای ارسال اطلاعات، یک فرستنده در یک سر فیبر، نور لیزر را با الگوهای بسیار سریع روشن و خاموش می‌کند (1 برای روشن، 0 برای خاموش). این الگوها کدهای باینری هستند که اطلاعات را تشکیل می‌دهند. در طرف دیگر، یک گیرنده این الگوهای نوری را دریافت و به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند که کامپیوترها و تلفن‌های ما می‌توانند آنها را بفهمند.

کاربردهای شگفت‌انگیز پیام‌رسانی نوری در زندگی روزمره

شاید بدون آنکه بدانید، هر روز از محصولات فناوری پیام‌رسانی نوری استفاده می‌کنید. در اینجا به چند نمونه عملی اشاره می‌کنیم:

• اینترنت پرسرعت: وقتی فیلمی را در یوتیوب تماشا می‌کنید یا با دوستان خود ویدیوچت می‌کنید، داده‌ها به احتمال زیاد از طریق هزاران کیلومتر کابل فیبر نوری که در کف اقیانوس‌ها کار گذاشته شده‌اند، به شما می‌رسند.
• ارتباطات تلفنی: تماس‌های تلفنی بین‌المللی نیز از طریق همین شبکه فیبر نوری منتقل می‌شوند که باعث شده است کیفیت صدا بسیار بالا و هزینه تماس بسیار پایین باشد.
• پزشکی: از فیبرهای نوری بسیار نازک در دوربین‌های آندوسکوپی استفاده می‌شود. پزشکان می‌توانند این دوربین را وارد بدن بیمار کنند و بدون نیاز به جراحی باز، داخل بدن را ببینند و بیماری را تشخیص دهند.
• کنترل از راه دور: وقتی دکمه‌ای روی کنترل از راه دور تلویزیون خود فشار می‌دهید، یک LED مادون قرمز در کنترل، یک کد نوری را به تلویزیون می‌فرستد که دستور شما را اجرا کند.

یک آزمایش ساده: دفعه بعد که از کنترل تلویزیون استفاده کردید، آن را به سمت دوربین موبایل خود بگیرید و یک دکمه را فشار دهید. از آنجایی که دوربین موبایل می‌تواند نور مادون قرمز را ببیند (که برای چشم انسان نامرئی است)، شما نور سوسوزن LED کنترل را روی صفحه موبایل خود خواهید دید!

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹LED (Light Emitting Diode): دیود نورافشان؛ یک منبع نور نیمه‌هادی که وقتی جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند، نور ساطع می‌کند.

²Relay (ریلِی): در این متن به ایستگاه‌های میانی اطلاق می‌شود که یک سیگنال را دریافت، تقویت و دوباره ارسال می‌کنند تا به مقصد نهایی برسد.