Fiber Optik Nedir? Fiber Optik Kablolar Işığı Nasıl İletir?

[mehmetkarahanl]

Fiber optik, insanın saç teli kalınlığında ve çok hassas üretilmiş saf bir cam ip üzerinden ışığın iletilmesi prensibiyle çalışan bir sistemdir. Bu şekilde üretilmiş kabloların tercih edilmesinin en büyük sebebi, çevresel şartların ağır olduğu; nemli, rutubetli, elektriksel alan parazitlerinin yoğun olduğu yerlerden etkilenmemesi ve her zaman stabil bir bağlantı sunmasıdır. Fiber optik kablolar, iletimi ışık hızıyla yani saniyede 300 bin km’lik hızla gerçekleştirirler. Bu yönleri sebebiyle uzak mesafelere veri aktarımı için tasarlanmışlardır.
Fiber optik bir kablonun kesitine bakıldığında iç kısımları şunlardır:

Merkez – Işığın hareket ettiği ince cam tabaka
Cam Örtü – Merkezin dışını saran optik malzemeden üretilmiş, merkezden yasıyan ışığı tekrar merkeze geri gönderen kısım
Kılıf – Kabloyu darbelere ve neme karşı koruyan dış katman

Yüzlerce hatta binlerce optik fiberden oluşan bu kablolar, merkez çaplarına,yapıldıkları malzemeye ve ışığın kırılma şekline göre ikiye ayrılırlar.
1. Tekil Modlu Fiberler: Yaklaşık 9 mikronluk çapa sahip olan ince merkezli kablolardır ve 1300 ile 1550 nanometre arasında dalgaboyu değerine sahip kızılötesi lazer ışığını iletirler. Bu kablo tipi genellikle veri kaybının daha az olması istenen yerlerde kullanılır.
2. Çoğul Modlu Fiberler: Yaklaşık 62.5 mikronluk çapa sahip olanlardır ve 850 ile 1300 nanometre arasında dalgaboyu değerine sahip kızılötesi lazer ışığını iletirler.Üretim maliyeti daha uygun olduğundanen çok kullanılan kablo türüdür. Kayıp miktarı tekil modlu kablolara göre daha fazladır.
Bazı fiber kablolar ise plastikten üretilmiştir ve 1mm’ye varan merkeze sahiptirler. Bu kablolar 650 nanometre dalgaboyuna sahip görülebilir kırmızı ışığı iletirler.

Fiber Optik Kablolar Işığı Nasıl İletirler?
Lazerden gönderilen ışın demeti ilk başta doğrusal bir yol izler. İlk başta ışık sinyali 1 ve 2 olarak çıkan alt – üst sınır ışınları şekilde görüldüğü gibi kablonun kıvrıldığı noktalarda; ışık cam örtüye çarpıp geri yansır bu şekilde yansıya yansıya merkezdeki yoluna yavaşlayarak ve bir miktar kayba uğrayarak da olsa devam ederler. Bu nedenledir ki, fiber kabloların fazla kıvrım yapmadan genellikle düz bir yol izlemesi, veri iletim hızı ve kalitesi açısından önemlidir. Cam örtü tabakası ışığı kesinlikle absorbe etmez ve neredeyse tam olarak yansıtır bu da bilginin kayıpsız şekilde ulaşması için çok önemli bir noktadır.
Fiber optik kablolar kullanım yeri ve şartlarına bağlı olarak çelik zırh ya da jel tabakası gibi başka koruyucu ve esneklik kazandırıcı kısımlar da ilave edilebilmektedir. Kablonun üzerine yerleştirilen bu koruyucu tabaka aynı zamanda kemirgenlerin ısırmalarına engel olmak için özel kimyasal maddeler içerir. Bu maddeler kemirgenlerin kabloyu ısırdıklarında tiksinerek kabloyu koparmalarına engel olur.

[mehmetkarahanl]

Fiber optik nasıl çalışır? Fiber optik ışığı nasıl iletir? Fiber internet nasıl çalışır?
Birden çok küçük LED ampullerin dizilmesiyle üretilmiş bir el feneriyle uzun, düz bir koridora ışık tutmak istediğinizi varsayalım. Feneri düz bir şekilde koridora doğru tuttuğunuzda ışık (demeti) düz bir şekilde ileriyi aydınlatır.
Bu senaryoda ışıklandırma konusunda hiçbir sorun yok. Peki ya koridorun ortasında bir veya birden çok köşe varsa? Işık demetini bu köşelere yansıtmak için aynalardan yararlanabilirsiniz. Böylece ışık demeti aynalardan uygun açılarda sekerek tüm koridordan ilerleyebilir. İşte bu basit anlamda "Fiber Optik nasıl çalışır?" sorusunun net cevaplarından biridir.
Toplam İç Yansıma adı verilen bir prensip üzere ışık, fiber optik kablo içerisinde çekirdek üzerinde (koridor) hiç durmaksızın kaplamadan (aynalardan) sekerek yol alıyor. Kaplama çekirdekten herhangi bir ışık absorbe etmediğinden, ışık dalgası çok büyük mesafeleri kat edebilir.
Ancak bununla beraber ışık sinyali çoğunlukla cam içindeki saf olmayan maddeler nedeniyle fiber içinde kayba uğrar. Sinyal kaybının boyutu bir ölçüde cam saflığı ile iletilen ışık dalga boyuna dayanıyor (örneğin 850 nm = %60-75/km; 1300 nm = %50-60/km; 1550 nm = %50 / km'den daha büyüktür). Bazı özel optik fiberler ise çok daha az sinyal bozulması oranını yakalayabiliyor (1,550 nm'de %10/km).
Fiber Optik Röle Sistemi
Fiber optik iletişim sistemlerinin nasıl kullanıldığını anlamak için, fırtınalı denizlerde telsiz sessizliğini koruyan bir filodaki iki donanma gemisinin birbirleri ile nasıl iletişim kurduğunu anlatan İkinci Dünya Savaşı film/belgeselinden bir örnek verelim.

Bir gemi, diğer geminin yanına yaklaşır. Gemi kaptanı güvertedeki denizciye ilgili mesajı gönderir. Denizci, verilen mesajı Mors koduna (nokta ve çizgiler) çevirerek, diğer gemiye üzerinde jaluzi gibi bir örtücü bulunan projektör tipi fenerle iletir. Diğer geminin güvertesindeki denizci ise Mors kodu iletisini kendi diline çevirerek kaptana iletir.
Şimdi bu iki geminin aralarında binlerce kilometre bulunan okyanusun ayrı yakalarında olduğunu ve fener yerine fiber optik iletişim sistemini kullandıklarını düşünün. Fiber optik röle sistemi şu bileşenlerden oluşur:
Verici - Işık sinyalleri üretir ve şifreler
Fiber optik - Bir mesafe üzerinden ışık sinyallerini iletir
Optik Rejeneratör - (uzun mesafeler için) ışık sinyali artırmak için gerekli olabilir
Optik Alıcı - Alır ve ışık sinyalleri deşifre eder
Verici
Verici, geminin güvertesindeki denizci gibidir. Optik cihazın ışığı doğru sırayla açıp kapatarak bir ışık sinyali üretmesini sağlar.
Verici fiziksel olarak optik fibere yakındır ve hatta ışığı fibere odaklamak için bir mercekte kullanabilir. Lazerler LED'lerden daha fazla güç sunar ancak sıcaklık değişikliklerinin yanı sıra fiyatlarıyla da daha pahalıdır. Işık sinyallerinin en yaygın dalga boyları 850 nm, 1,300 nm ve 1,550 nm'dir (kızılötesi spektrumun görünür olmayan kısımları).
Optik Rejeneratör
Yukarıda belirtildiği özellikle deniz altından geçen uzun mesafelerde (1 kilometre üzeri) ışık fiber üzerinden iletilirken sinyal kaybı yaşanabiliyor. Optik rejeneratörler sinyal kayıplarını gidermek için kablo boyunca bir veya birden fazla kez kullanılıyor.

Optik rejeneratör, özel bir kaplamaya (doping) sahip optik fiberlerden oluşuyor. Güçlendirilmiş kısmı bir lazerle pompalanır. Kayba uğrayan sinyal, kaplama içine gelince lazerden gelen enerji dopingi, moleküllerin lazerin kendisi haline gelmesini sağlıyor.

Dopingli moleküller, zayıf ışığı emerek sinyaliyle aynı özelliklere sahip yeni, güçlü bir ışık sinyaline dönüştürür ve yayarlar. Temel olarak, rejeneratör gelen sinyal için bir lazer amplifikatör diyebiliriz.
Optik Alıcı

Optik alıcı mesajı alan geminin güvertesindeki denizci gibidir. Gelen dijital ışık sinyallerini alır ve diğer kullanıcıların bilgisayar, TV ya da telefon gibi cihazlarında anlaşılacak şekilde elektrik sinyallerini deşifre eder. Yani gemi kaptanına mesajı anlaşılır biçimde ulaştırır. Alıcılar ışığı tespit etmek için bir fotosel veya fotodiyot kullanırlar.

[mehmetkarahanl]

Fiber Optik'in avantajları
Neden fiber-optik sistemleri telekomünikasyon için devrim niteliğinde diye düşünüyorsanız geleneksel bakır tel ile karşılaştırıldığında optik fiberin avantajları şöyle sıralayabiliriz:
Düşük Maliyet- Birkaç kilometrelik optik kablo, eşit uzunluktaki bakır tellere göre daha düşük maliyetlerle sağlanabilir. Bu internet sağlayıcısının ve dolayısıyla kullanıcının tasarruf etmesini sağlar.
Daha İnce- Teknik olarak optik fiber bakır tele göre daha küçük çaplarda çekilebilir.
Yüksek Taşıma Kapasitesi - Fiber optik bakır tellere göre daha ince ancak aynı çap içinde daha fazla veri taşıyabiliyor.
Daha Az Sinyal Kaybı - Fiber optikte sinyal kaybı bakır tele göre daha düşüktür.
Işık Sinyalleri - Bakır tellerde elektrik sinyallerinin aksine, tek bir fiberin içindeki ışık sinyalleri aynı kablonun diğer fiberlerindeki sinyallere karışmaz. Bu daha net telefon görüşmeleri veya daha net bir TV yayın alımı yani sonuçta daha temiz bir hat sunar.
Düşük Güç – Fiber optik daha düşük sinyal kaybı nedeniyle düşük güç vericileriyle çalışabilirken bakır telde yüksek voltajlı elektrik vericiler kullanılıyor. Bu enerji tasarrufu hem sağlayıcının ve yine dolayısıyla kullanıcının tasarruf etmesini sağlar.
Dijital Sinyaller - Optik fiberler özellikle bilgisayar ağları gibi dijital bilgi taşıma ortamları için idealdir.
Yanıcı Değil - Optik fiberden elektrik geçmediği için yangın tehlikesi oluşturmaz.
Hafif - Bir optik kablo bir bakır tel kabloya göre daha hafiftir. Fiber-optik kablolar toprakta daha az yer kaplar.

Esnek - Fiber optik çok esnek ve ışığı gönderip alabildiği için birçok amaçla esnek dijital kamerada kullanılır. Sağlık alanında görüntüleme (endoskopi, karın duvarından geçirilen ve iç organların görülmesini sağlayan laparaskop, vs), mekanik görüntüleme (uçak, uzay mekiği ve otomobil motorlarındaki kaynakları tespit etme) ve sıhhi tesisat alanlarında (boruların içerisinde) kullanılıyor.
Bu avantajlarından dolayı fiber optiği birçok sanayi alanında görebiliyoruz. Yine bu avantajlarından dolayı pratikte birçok faydasını görmekte mümkün. Örneğin Avrupa'dan Amerika'ya yapılan bir aramada (veya tersinde) uydu iletişiminden kaynaklanan yankılanmayı (eko), transatlantik fiber optik hattından yapılan aramalarda duyamazsınız.