Bu yazı ANTRAK'ın web sitesinden alıntılanmıştır. http://www.antrak.org.tr
Yazıyı hazırlayan: Reşat Şeker
E-Mail: golge14@hotmail.com

Fiber Optik

Elektronikte pek sık adı geçmeyen ancak iletişim teknolojisinde çok önemli bir yeri olan fiberoptik kablolardan bahsedeceğim. Fiber kablolar iletişim teknolojisi dışında, farklı çeşitleri tıpda damarların içinin ve organların görüntülenmesi gibi görüntüleme sistemlerinde de oldukça popüler olarak kullanılmaktadır. İşin matematiksel boyutuna fazla inmemeye çalışacağım. Zira işin 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 işte parmağı olan Aleksander Graham Bell amca bu işe de 1880 yılında eğilmiş ve foto telefon denilen mantığı ışığı modüle ederek iletip sonra da demodülasyondan sonra tekrar elektriksel sinyale dönüştüren bir alet yapmış. Daha sonraları lambaların gelişimi ve 1960'da lazerin icadından sonra asıl problem baş göstermiş 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?

Fiber Optik Kablonun Avantajları

• geniş band aralığı
• düşük kayıp
• elektromagnetik bağışıklık
• güvenilirlik
• hafiflik
• küçük boyut

Yukarıdaki avantajlara baktığımızda avantajların çoğunun iletişime yönelik olduğunu görürüz bu avantajlar yüzünden fiber özellikle uzak mesafe iletişimi için vazgeçilmezdir.

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

ORTAM	BİT ORANI(Mbps)	SES KANALI	TEKRARLAYICI BOŞLUGU (km)
KOAKSİYEL	1,5  3,1  6,3  45  90	24  48  96  672  1344	1 - 2
FİBEROPTİK	45  90  180  405 – 435  565  1700	672  1344  2688  6048  8064  24192	6-15  ÇOK MODLU  30 –40 TEK MODLU

Fiber Optik Kablonun Çalışması

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 diyeceğiz) yada kırılarak ortam dışına çıkması (bu istenmeyen durumdur) mantığına dayanır.

Şimdi standart bir fiber kabloyu tanıyalım. Kablo 3 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

Işın Demetinin Fibere Enjekte Edilmesi

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.

Fiber Optik Kablo Çeşitleri

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.

Bu konu 3 sayfadan oluşmaktadır.
1 - 2 - 3