FİBER OPTİK

İletişim teknolojileri artık hayatımızda çok önemli yere sahip. Çünkü ses, veri ve görüntü iletişimindeki hızlı artış, daha ekonomik ve daha geniş kapasiteli iletişim sistemlerinde olan talebin de aynı şekilde artmasına neden oldu. Bilgisayar sistemlerinin gelişmesi ve bant genişliğine olan ihtiyacın hızla artması buna örnek verilebilir. Buna bağlı olarak da bilgi taşıyıcısı olarak da ışığın kullanıldığı iletişim sistemleri, son zamanlarda oldukça ilgi görmektedir. Özellikle fiber teknolojide ki gelişmeler teknoloji de devrim niteliğinde sonuçları beraberinde getirir.

Günümüzde fiber teknolojisi; iletişim, sağlık, otomotiv ve savunma sanayisi gibi alanlarda oldukça yoğun biçimde kullanılmaktadır. Fiber optik teknolojisinin hayatımızı kolaylaştırmasının yanında uzay araştırmaları alanında sensör ve algılayıcılarda da yaygın biçimde görülmektedir.

FİBER OPTİK TARİHİ

Bilim insanlarının ışıkla ilgili çalışmaları çok eskiye dayanmasına rağmen fiber optik ile ilgili çalışmalar oldukça yenidir. Fiber optik teknolojisi aslında son birkaç yüzyılda ilgi gören ışık kuramının bir sonucu olarak karşımıza çıkmaktadır. Işık kuramı ise temelde parlak cisimlerin gönderdiği ışın veya parçacıkların cisimler üzerinden sekerek göze gelmesine ve algılanmasına dayanan bir kuramdır. İlk defa John TYNDALL 1854 yılında ışığın bükülmüş bir boru içerisindeki sudan geçebileceğini gösterdi. Alexander Graham BELL ise 1880 de ışığın iletişim aracı olarak kullanıldığı ‘photophone’ isimli aleti geliştirdi. Ancak photophone da bulutlu bir havada sinyal bozulabilmekteydi.

Çünkü photophone sisteminde iletişim ortamı hava olduğundan iletişim uzaklığı 200 metreyi geçmemiştir. Bu nedenle elektrik sinyalini kullanarak ses iletişimini sağlayan telefonu bulduktan sonra bu çalışmasına devam etmedi. Camın insanlık tarihi kadar uzun bir geçmişi vardır. Şimdiye kadar tarihte bulunan en eski cam M.Ö. 5500 yıllarına aittir. Camın tarihi bu kadar eski olmasına rağmen ilk ince cam fiberi 1887 yılında bulundu. 1888 yılında ise bükülmüş ışık borularını insan vücudunun tanınmasında kullandılar. 1895 de ise Fransız Henry Saint-Rene, bükülmüş cam borulardan yararlanarak görüntüleri aktarmaya yarayan bir sistem tasarladı.

1930 da Alman tıp öğrencisi Heinrich Lamm, ilk kez vücudun görünmeyen yerlerini izlemek amacıyla fiber optik kablolardan oluşan bir sistem kurdu. Cam konusunda uzman olan Robert Maurer, Donald Keck ve Peter Schultz ilk fiber optik kabloyu buldular. Bu kablo bakır kabloya oranla 65000 kat daha fazla bilgiyi binlerce kilometre uzağa iletebildiler. 1977 de 2 km uzunluğunda ki ilk fiber telefon hattı Chicago’da 672 ses kanalıyla kullanılmaya başlandı. Günümüzde ise uzun mesafe iletişimin %80 i fiber kablolar yoluyla yapılıyor.

Fiber optik haberleşme sistemine olan ihtiyacın nedenleri şöyledir;

i)Bakıra göre daha ucuz olan cam malzemeden üretilen iletkenlere ihtiyaç duyulası,

ii)Artan bant ve kanal ihtiyaçlarını karşılayabilecek daha yüksek kapasiteli iletişim gereksinimi,

iii)Daha hızlı ve geniş bantlı iletişim ihtiyacı,

iv)Elektromanyetik etkilerin ve nükleeer patlamanın etkilemeyeceği bir iletken cinsine gereksinim duyulması

FİBER OPTİK KABLOLAR

Standart bir fiber kablo 3 kısımdan oluşur. 1 numaralı bölüm (beyaz) nüve, 2 numaralı bölüm (mavi) kılıf ve 3 numaralı bölüm (kırmızı) kaplamadır ve genelde plastiktir.

Optik fiberler, ultra saf oldukları için çok az iletim kayıplarına sahiptirler. Her bir fiber üç kısma sahiptir. Fiberin merkezinde ışık sinyalini taşıyan öz (nüve) vardır. Nüve, ‘’kaplama’’ adı verilen yaklaşık olarak 125 pm çapındaki eş eksenli bir cam tabakası ile çevrelenmiştir. Kaplama, nüveden farklı bir kırma indisine sahip olduğu için ışığı nüvede muhafaza eder ve tam iç yansıma oluşur. Kaplamanın çevresi, fiberi aşınma, baskı ve kimyasallardan koruyan poli üretan bir cekettir. Birden birkaç yüze kadar sayıdaki fiber, bir kablo oluşturmak için gruplandırılırlar.

Nüve : Işığın içerisinde ilerlediği ve kablonun merkezindeki kısımdır. Çok saf camdan yapılmıştır ve esnektir. Yani belirli sınırlar dahilinde eğilebilir. Cinsine göre çapı (tek modlu veya çok modlu) 8 mikrometre ile 100 mikrometre arasında değişir (insan saçı 100 mikro metre civarındadır).

Kılıf : Tipik olarak 125 mikrometre çapında, nüveyi saran ve fibere enjekte edilen ışının nüveden çıkmasını engelleyen kısımdır. Nüve gibi camdan yapılmıştır ancak indis farkı olarak yaklaşık %1 oranında daha azdır. Bu indis farkından dolayı ışık ışını nüveye enjekte edildikten sonra kılıfa geçemez. (aşırı bir katlanma ya da ezilme yoksa) Işın kılıf-nüve sınırından tekrar nüveye döner ve böyle yansımalar dizisi halinde nüve içerisinde ilerler.

Kaplama : Kaplama, polimer veya plastik olabilir ve bir veya birden fazla katmanı olabilir. Optik bir özelliği yoktur sadece fiberi darbe ve şoklardan korur.

Yapısına göre fiberler 3’e ayrılır;

Cam Fiberler: Nüvesi ve kılıfı camdan imal edilmektedir ve veri iletimi açısından en iyi performansı göstermektedir.

Plastik Kaplı Silisyum Fiberler: Fiyat olarak cam fiberler göre daha ucuz ama performans açısında verimi düşüktür.

Plastik Fiberler: En ucuz fiber tipidir. Nüvesi de kılıf da plastiktir ve performansı en zayıf fiyatı en uygun fiberdir. Genelde kaplamaları yoktur.

IŞIĞI NASIL İLETİR?

Uzun, düz bir koridor boyunca bir el fenerinin ışınını yaymak istediğinizi varsayalım. Sadece ışığı koridorda düz bir şekilde tutun – ışık düz çizgiler boyunca hareket eder, böylece sorun yoktur. Koridorda bir dönemeç olursa ne olur? Işık demetini köşeden yansıtması için dönemece bir ayna yerleştirebilirdiniz. Koridor birden çok dönemeçleri olan çok kıvrımlı bir koridor olursa ne olur? Duvarları ayna ile kaplatıp ışını öyle bir açıya getirebilirdiniz ki koridor boyunca bir taraftan diğer tarafa sıçrayabilirdi. Bu tam olarak bir optik fiberde olan şeydir.

Fiber optik bir kablodaki ışık sürekli olarak kaplamadan (ayna kaplı duvarlar) sıçrayarak özün (koridor) içinden seyahat eder, bu ilkeye toplam iç yansıma (total internal reflection ) denilir. Kaplama özden hiç ışık absorbe etmeyeceği için ışık dalgası çok uzun mesafeler boyunca yol alabilir.

KULLANIM ALANLARI

Optik iletişim sistemleri; büyük imkanlar sunmasından dolayı kısa sürede çok geniş kullanım alanlarına sahip olmuştur. Bu sistemin kullanıldığı çeşitli alanlar;

i) Kapalı devre TV sistemlerinde,

ii) Veri iletiminde

iii) LAN ve multimedya uygulamalarında

iv) Santraller arası bağlantılarda

v) Aktif ağ cihazlarının yüksek hızlarda birbirine bağlanmasında, uzak mesafelerdeki cihazlarının birbirine bağlanmasında ve omurga kurulmasında,

vi)Demiryolu sinyalizasyonlarında,

vii)Trafik kontrol sistemlerinde,

viii)Reklam panolarında,

ix)Tıp alanında kullanılan aygıtlarda,

x)Tümör araştırmalarında

AVANTAJLARI

i)Sinyal bant genişliği oldukça büyüktür.

ii)Çok daha hafif ve küçük boyutludur.

iii)Bilgi çalınma olasılığı düşüktür.

iv)Veri iletim hızı oldukça yüksektir.

v)Sinyal zayıflaması oldukça düşüktür, frekans ile değişmez.

vi)Yalıtkan olduklarından kısa devre sonucu şok, yangın vb. olaylara neden olmazlar.

vii)Yan yana giden kablolarda sinyal karışması olanaksızdır.

viii)Çevreye elektromanyetik dalga yaymazlar çünkü sistem elektrik değil ışık iletimiyle çalışıyor. Bu sebepten dolayı kötü çevre koşullarında dahi iletişim yapılabilir.

ix)Aşındırıcı sıvılardan ve gazlardan etkilenmezler.

DEZAVANTAJLARI

Fiber kablo içinde yol alan ışık sinyalinin enerjisi ve dolayısı ile şekli, değişik nedenler ile kayba uğrar. Kayıp nedenleri pek çok olmakla birlikte iç ve dış kayıplar olarak iki sınıfa ayrılabilir. Işık sinyali, fiber kablo içinde herhangi düzensiz bir bölgeye gelirse saçılıma uğrar ve saçılıma uğramış sinyal o bölge tarafından emilerek ilerlemesi engellenebilir. İkinci tip iç kayıp, ışık sinyalinin fiber tarafından emilimidir. Bu tür kayıplar genel kayıpların %3 ile %5 arasındandır.

Işık sinyalinin fiber tarafından emilmesinin nedeni, fiberi oluşturan camın içinde bulunan kirliliklerdir. Bunlar titreşim veya başka çeşitli enerji kayıplarına neden olur. Diğer kayıp tipi ise dış kayıptır. Örneğin; eğer fiber optik kablo bükülürse bu bölgedeki gerilim artar ve gerilimin artması da kırılma indeksini değiştirir. Bu durumda ışık sinyalinin tam yansıması gerçekleşmeyerek damar bölgesinin terk edilmesine neden olur. Bununla birlikte fiber optik kabloların bazı dezavantajları vardır.

i)Mevcut şebekeye ayarlanmasında zorluklar çıkmaktadır.

ii)Dijital ve analog sistemler uyuşmamaktadır.

iii)Fiber fiyatları pahalıdır.

iv)Lokal şebeke de fiber kabloya ihtiyaç az olduğundan lokal çalışmaları yavaş sürdürülmektedir. Teçhizat ise pahalıdır.

v)Fiber kabloların 5 km den kısa mesafelere çekilmesi ekonomik değildir.

SORULAR

1) Fiber optik teknolojisi çalışma prensibi nasıldır?

2) Fiber optik kabloların avantajları?

3) Fiber optik kabloların dezavantajlar?