Fiberoptik – 1

Fiberoptik nedir diye merak mı ediyordunuz buyrun yazarımız Reşat Şeker size anlatsın efendim.

Merhaba bu ay sizlere elektronikte pek sık adı geçmeyen ancak iletişim teknolojisinde çok önemli bir yeri olan fiberoptik kablolardan bahsedeceğim. Fiber kablolar iletişim teknolojisi dışında  farkı çeşitleri tıp da damarların içinin ve organların  görüntülenmesi  gibi görüntüleme sistemlerinde de  oldukça  popüler olarak kullanılmakta. Her zamanki gibi yine işin matematiksel boyutuna fazla inmemeye çalışacağım zira isin bu yönü oldukça karmaşık Snell kanunlarından Maxwell denklemlerine kadar çok geniş bir konu. Ama bu konuda bilgi isteyen olursa gönderebilirim.

İşin biraz tarihine bakacak olursak bir çok iste parmağı olan Aleksander Graham Bell amca bu işe de 1880 yılında eğilmiş ve foto telefon denilen mantığı ışığın modüle edilerek iletimi sonra da demodülasyondan sonra tekrar elektriksel sinyale dönüştüren bir alet yapmış. Daha sonraları lambaların gelişimi ve 1960'da lazerin icadından sonra asıl problem başgöstermiş ki zaten bu problem fiberin doğuşuna neden olmuştur

Problem: gönderilecek sinyali modüle etmek elektronik devreler ile kolay  demodülasyon da kolay peki sinyalin kilometrelerce dağılmadan, zayıflamadan bir yapı içersinde gitmesi nasıl sağlanacak?

FİBER OPTİK KABLONUN  AVANTAJLARI

Fiber en çok telefon iletişimine kullanıldığına göre bir karşılaştırma tablosuna bakarsanız ne demek istediğimi daha iyi anlayacaksınız. 

FİBEROPTİK KABLONUN ÇALIŞMASI

Şimdi biraz fiberin nasıl işlediğinden bahsedelim fiberin çalışma prensibi temel optik kurallarına dayanır. Bir ışın demeti az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçerken geliş açısına bağlı olarak yansıması (buna ileride tam yansıma diyecegiz) yada kırılarak ortam dışına çıkması (bu istenmeyen durumdur) mantığına dayanır.

Şimdi standart bir fiber kabloyu tanıyalım.  Kablo3 kısımdan oluşur.

İNDİS: Bir ışık ışınının madde içersinde ilerlemesine gösterilen zorluk katsayısı

KIRILMA İNDİSİ: Işığın boşluktaki hızının madde içerisindeki ışık hızına oranına kırılma indisi denir

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 oluşuna göre 8 mikrometre ile 100 mikrometre arasında değişir (not insan saçı 100 mikro metre civarındadır.).

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

KAPLAMA: Optik bir özelliği olmayan kaplama  polimer veya plastik olabilir bir veya birden fazla katmanı olabilir. Optik bir özelliği yoktur sadece fiberi darbe ve şoklardan korur.

Bu kadar bahsettik birde fotoğrafını koyalım gerçi fotoğrafçılık konusunda pek yetenekli olmadığımı öğrendim ama idare edin. resimde yeşil kaplamalı bir fiber var fiberin kendisinden çok gölgesi belli  kendisi cam olduğu için parlıyor  bu bir tek modlu (bu konuya gelicez) 10 mikrometreye 125 mikrometrelik fiber Türkiye'de kullanılan tip fiberdir genelde tek kaplama içinde iki kablo olur.

Fiberoptik kablo çeşitlerinden bazıları.

IŞIN DEMETİNİN FİBERE ENJEKTE EDİLMESİ

Gönderilecek ışın yada sinyal fiberin nüvesine enjekte edilir ancak fiber içerisinde kılıfa geçmemesi için  belirli bir açı dahilinde nüveye girmeli ki nüve kılıf  sınırından tam yansıma yapabilsin bu açıya kritik açı denir. Hesaplanması aşağıdaki gibidir.

Şekildeki kabul konisi olarak gösterdiğim bölüm kritik açının oluşturduğu ve tamamen fiber kablonun parametrelerine göre değişebilen  bir konidir 3 boyutlu düşünürseniz daha kolay anlayabilirsiniz. Qc'yi göstermek için çizdiğim ışınlar gelebilecek en büyük ışın açısını gösterir bu açılardan küçük gelen her ışın demeti fibere girer formüldeki n1 nüve n2 kılıf  indisleridir.

FİBEROPTİK KABLO ÇEŞİTLERİ

Fiber optik kablolarla normal kabloları kıyasladığımızda işin teknik yönü ve sağladığı avantajlar dışında maliyet açısından fiberlerin çok daha pahalı olduğunu görürüz  ancak kısa mesafeler için (1-5 km) ya da bilgi taşıma kapasitesi bakımından  fiberlerde kullanılan malzemeyle oynamak suretiyle hem fiyat uygunluğu hem de ihtiyaca cevap vermek mümkün olmuştur.

Fiberleri sınıflandırılırken ilk önce 2'ye ayrılırlar kapasitesine göre ve yapısına göre. 
Kapasite kısmına önümüzdeki ay değineceğim .

Yapısına göre 3'e ayrılırlar 
1-CAM FİBERLER: Nüvesi ve kılıfı camdan imal edilir veri iletimi acısından en iyi performansı gösterir yapımında kullanılan cam ultra saf silikon dioksit veya kuartz kristalidir  yukarıda bahsettiğim indisi ayarlamak için imalat aşamasında indisi azaltmak için flor veya bor indisi artırmak için germanyum veya fosfor ile katkılanır

2-PLASTİK KAPLI SİLİSYUM FİBER: Cam nüveye plastik kılıfa sahiptirler fiyat olarak cam fiberlere göre daha ucuz ama performans açısından daha verimsizdir.

3-PLASTİK FİBERLER: En ucuz fiber tipidir nüvesi de kılıfı da plastiktir performansı en zayıf fiyatı en uygun fiberdir genelde kaplamaları  yoktur  kısa mesafe iletişimi için uygundur.