Fiber optik hatlar, dijital bilgiyi uzun mesafelere taşıyan, insan saçı kadar ince, optik açıdan saf cam şeritlerdir. Ayrıca tıbbi görüntüleme ve makine mühendisliği alanlarında da kullanılırlar. Telekomünikasyonda neredeyse eski bakır tel teknolojisinin yerini aldılar.
Encyclopedia Brittanica’ya göre fiber optik, ışığın ince fiberlerden geçmesiyle veri, ses ve görüntülerin iletilmesi bilimi olarak tanımlanır.
Fiber optikler (optik fiberler), yaklaşık insan saçı çapına yakın, çok saf camdan yapılmış uzun, ince şeritlerdir . Optik kablo adı verilen demetler halinde düzenlenirler ve ışık sinyallerini uzun mesafelere iletmek için kullanılırlar.
Tek bir optik fibere yakından bakarsanız, aşağıdaki parçalara sahip olduğunu göreceksiniz. Bu optik fiberlerin yüzlerce veya binlercesi optik kablolarda demetler halinde düzenlenir.
- Çekirdek: ışığın hareket ettiği fiberin ince merkezi
- Kaplama: çekirdeği çevreleyen ve ışığı çekirdeğe geri yansıtan dış optik malzeme
- Tampon: doğrudan optik fibere uygulanan koruyucu bir plastik kaplama
- Ceket: fiberi hasardan ve nemden koruyan kablonun koruyucu dış tabakası
Tek modlu fiberler küçük çekirdeklere sahiptir (yaklaşık 3,5 x 10-4 inç veya 9 mikron çapında) ve kızılötesi lazer ışığını iletir (Dalga Boyu= 1,300 ila 1,550 nanometre veya nm).
Çok modlu fiberler daha büyük çekirdeklere sahiptir (yaklaşık 2,5 x 10-3 inç veya 62,5 mikron çapında) ve ışık yayan diyotlardan (LED’ler) gelen kızılötesi ışığı (dalga boyu = 850 ila 1.300 nm) iletir.
Bazı optik fiberler plastikten yapılabilir . Bu fiberler geniş bir çekirdeğe (0,04 inç veya 1 milimetre çap) sahiptir ve silikon çiplerle birlikte kullanılabilir. Cam elyafı silikonla iyi çalışmaz ve adapte edilmesi maliyetlidir.
Diyelim ki bir el fenerini uzun, düz bir koridora doğru tutmak istiyorsunuz. Işını doğrudan koridorun aşağısına doğrultmanız yeterli; ışık düz çizgiler halinde hareket eder, bu nedenle sorun olmaz. Peki ya koridorda bir dönüş varsa ?
Köşedeki ışık ışınını yansıtmak için dönüşe bir ayna yerleştirebilirsiniz. Peki ya koridor çok virajlı ve çok dolambaçlıysa ?
Duvarları aynalarla kaplayabilir ve ışının koridor boyunca yan yana yansıyacak şekilde açısını ayarlayabilirsiniz. Bu tam olarak bir optik fiberde olan şeydir.
Fiber optik kablodaki ışık, kaplamadan (ayna kaplı duvarlar) sürekli olarak yansıyarak çekirdek (koridor) boyunca ilerler; bu ilkeye toplam iç yansıma adı verilir . Kaplama çekirdekten gelen ışığı absorbe etmediği için ışık dalgası büyük mesafeler kat edebilir.
Ancak fiberin içindeki sinyalin bir kısmı, daha çok uzun mesafeler kat ettikçe kaybolur. Sinyalin bozulma derecesi camın saflığına, fiberdeki bükülme sayısına veya fiber bölümlerini birbirine bağlayan eklerin sayısına ve iletilen ışığın dalga boyuna bağlıdır.
Örneğin
Tek modlu kablo için 1.310 nm = 0,5 dB/km; 1.550 nm = 0,4 dB/km) , Çok modlu fiberde 850 nm çap = 3 dB/km; 1.300 nm = 1 dB/km
İletişim sistemlerinde optik fiberlerin nasıl kullanıldığını anlamak için, bir filodaki iki askeri geminin telsiz sessizliğini korurken veya fırtınalı denizlerde birbirleriyle iletişim kurması gereken bir II. Dünya Savaşı filmi veya belgeselinden bir örneğe bakalım. Bir gemi diğerinin yanına yanaşıyor. Bir geminin kaptanı güvertedeki bir denizciye mesaj gönderir. Denizci mesajı Mors alfabesine (noktalar ve çizgiler) çevirir ve mesajı diğer gemiye göndermek için bir sinyal ışığı (üzerinde jaluzi tipi panjur bulunan projektör) kullanır. Diğer geminin güvertesindeki bir denizci Mors alfabesi mesajını görür, onu günlük dile çevirir ve mesajı kaptana gönderir.
Şimdi bunu, gemiler okyanusun her iki tarafında binlerce mil uzaktayken ve iki gemi arasında fiber optik bir iletişim sisteminiz varken yaptığınızı hayal edin. Fiber optik röle sistemleri aşağıdakilerden oluşur:
- Verici- Işık sinyallerini üretir ve kodlar
- Optik Fiber – Işık sinyallerini belli bir mesafe boyunca iletir
- Optik Rejeneratör- Işık sinyalini güçlendirmek gerekebilir (uzun mesafeler için)
- Optik Alıcı – Işık sinyallerini alır ve kodunu çözer
Verici
Verici , gönderen geminin güvertesindeki denizci gibidir. Işığı doğru sırayla “açmak” ve “kapatmak” için optik cihazı alır ve yönlendirir, böylece bir ışık sinyali üretir.
Verici fiziksel olarak optik fibere yakındır ve hatta ışığı fibere odaklamak için bir merceğe bile sahip olabilir. Lazerler LED’lerden daha fazla güce sahiptir ancak sıcaklıktaki değişikliklere göre daha fazla değişiklik gösterir ve daha pahalıdır. Işık sinyallerinin en yaygın dalga boyları 850 nm, 1.300 nm ve 1.550 nm’dir (kızılötesi, spektrumun görünmeyen kısımları).
Optik Rejeneratör
Yukarıda bahsedildiği gibi, ışık fiber üzerinden iletildiğinde, özellikle de deniz altı kabloları gibi uzun mesafelerde bir miktar sinyal kaybı meydana gelir. Bu nedenle, bozulmuş ışık sinyallerini güçlendirmek için kablo boyunca bir veya daha fazla optik rejeneratör eklenir.
Bir optik rejeneratör, özel bir kaplamaya ( katkılama ) sahip optik fiberlerden oluşur . Katkılı kısım bir lazerle “pompalanır” . Bozulmuş sinyal katkılı kaplamaya geldiğinde, lazerden gelen enerji katkılı moleküllerin lazer haline gelmesini sağlar . Katkılı moleküller daha sonra gelen zayıf ışık sinyaliyle aynı özelliklere sahip yeni, daha güçlü bir ışık sinyali yayar. Temel olarak rejeneratör, gelen sinyal için bir lazer amplifikatörüdür.
Optik Alıcı
Optik alıcı, alıcı geminin güvertesindeki denizci gibidir. Gelen dijital ışık sinyallerini alır, çözer ve elektrik sinyalini diğer kullanıcının bilgisayarına , televizyonuna veya telefonuna ( gemi kaptanını alan) gönderir. Alıcı, ışığı algılamak için bir fotosel veya fotodiyot kullanır.
Fiber optik sistemler neden telekomünikasyonda devrim yaratıyor? Geleneksel metal telle (bakır tel) karşılaştırıldığında optik fiberler:
Daha ucuzdur. Fiber optik kablo, bakır tele göre daha pahalıdır ancak aynı zamanda daha az bakım gerektirir . Uzun vadede sizin ve internet sağlayıcınızın parasından tasarruf etmenizi sağlar.
Daha incedir. Optik fiberler bakır telden daha küçük çaplara çekilebilir.
Daha yüksek taşıma kapasitesine sahiptir. Optik fiberler bakır tellerden daha ince olduğundan, belirli çaplı bir kabloya bakır tellerden daha fazla fiber toplanabilir . Bu, aynı kablo üzerinden daha fazla telefon hattının geçmesine veya kablo aracılığıyla kablolu TV kutunuza daha fazla kanalın gelmesine olanak tanır.
Optik fiberdeki sinyal kaybı bakır tele göre daha azdır.
Işık sinyallerinde parazit olmaz. Bakır kablolardaki elektrik sinyallerinden farklı olarak, bir fiberden gelen ışık sinyalleri aynı kablodaki diğer fiberlerin sinyallerine müdahale etmez. Bu, daha net telefon görüşmeleri veya TV yayını anlamına gelir.
Daha düşük enerji tüketimi. Optik fiberlerdeki sinyaller daha az bozulduğu için bakır teller için gereken yüksek voltajlı elektrik vericileri yerine daha düşük güçlü vericiler kullanılabilir. Bu da yine sizin paradan tasarruf etmesini sağlar.
Yanıcı değildir. Optik fiberlerden elektrik geçmediği için ısı oluşturmaz, yangın riskini azaltır.
Hafiftir. Bir optik kablonun ağırlığı, benzer bir bakır telli kablodan daha hafiftir ( 305 metre başına 2 kilograma karşılık 305 metre başına 18 kilogram). Fiber optik kablolar zeminde de daha az yer kaplar.
Esnektirler. Fiber optikler çok esnek olduğundan ve ışığı iletebildiğinden ve alabildiğinden, birçok esnek dijital kamerada kullanılırlar.
Bu avantajlar nedeniyle fiber optiği birçok endüstride, özellikle de telekomünikasyon ve bilgisayar ağlarında görürüz. Örneğin, Avrupa’yı Amerika’dan sabit bir hat üzerinden aradıysanız (ya da tam tersi) ve sinyal bir iletişim uydusundan yansıyorsa , genellikle hattan bir yankı duyarsınız. Ancak transatlantik fiber optik kablolarla yankısız, doğrudan bir bağlantıyla iletişim kurabilirsiniz.
