20. yüzyılın ortalarında keşfedilen ve ilk defa telefon şirketlerinin kullanmaya başladığı fiber optik kablolar, bakır kablo çeşitlerinden çok daha hızlı iletişim sağlar. Bu kablolarda elektrik sinyalleri yerine ışık ile veri iletişimi sağlanır. FO kablolarda ışık sinyalleri kullanıldığından manyetik alandan etkilenmezler. Bu kablolarda sinyal daha az bozulur ve zayıflama çok daha azdır. En önemli dezavantajı; maliyetinin yüksekliği ve hattın çekilmesinin zorluğudur.   

FO (Fiber Optik) kablo nüve saf camdan oluşmaktadır. Nüve etrafındaki Cladding, kaplama merkezdeki cam lif içinden geçen ışığı geri yansıtmaktadır ve ışığı dış ışık etkilerinden korumaktadır. En dışta Kılıf (Jacket) bulunur ve camı dış fiziksel etkilerden korur. FO kablolar, Tek Mod (Single Mode) ve Çoklu Mod (Multi Mode) olmak üzere ikiye ayrılır. 

1. Tek Mod FO kablolarda ışık tek bir doğrultuda ilerlediği için zayıflama çok daha az olur. Bu tür FO kablolarda nüve 8-10 mikron arasındadır. 
2. Çok Modlu FO kablolarda ışık Cladding dediğimiz bölüme çarparak ilerlediği için zayıflama çok daha fazla olur. Çok modlu FO kablolarda nüve 62.5 mikron arasındadır. Çok Modlu FO kablolar Step-indeks (Adım indisli) ve Gradyan-Indeks (Basamak indisli) olmak üzere 2 türe ayrılır. 

Yukarıdaki resimde FO kablo modlarına göre ışığın geçişini görüyoruz. Tek Modda ışık kırılmadan giderken Çoklu Modda ışık kırılarak gider. 

FO kablo üzerinden aktarım yapılabilmesi için öncelikle gönderici tarafında elektriksel işaret optik işarete dönüştürülür. Alıcı tarafa gelen optik işarette elektriksel işarete dönüştürülür. Elektriksel işaretin ışık işaretine dönüştürülmesi için, çoğunlukla tek bir dalga boyunda ve sadece tek bir doğrultuda ışık üretebilen farklı tiplerde Lazer Diyotlar kullanılır. FO ile haberleşmede 3 farklı tip Lazer Diyot kullanılır. Bunlar;

1. Fabry-Perot Lazer Diyot 
2. Distributed Feedback (Dağıtılmış Geri Beslemeli) Lazer Diyot
3. Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (Dikey Oyuklu Yüzey Yayıcılı) Lazer Diyot 
    

Işık işaretini elektriksel sinyale dönüştürmek için Foto Diyotlar kullanılır. İki tip Foto Diyot kullanılır. Bunlar;

1. PIN Foto Diyotlar: Basit bir diyottan farkı, p ile n katmanları arasında fotonların enerjilerini boşaltma mesafesini arttırması açısından bir iç katman ekler. Bu katman, Elektrik alanın da etkisiyle Foto Diyot'a düşük tepki süresi sağlar. 
2. Avalanche (Çığ) Foto Diyotlar: Yüksek bir ters kutuplama gerilimi uygulandığında içsel bir kuvvetlendiriciye sahipmiş gibi çalışan diyottur. Zayıf şiddetteki ışık sinyallerini yaklaşık 100 kat kuvvetlendirerek çok az bir gürültü oranıyla elektrik sinyallerine çevirir. 

 

Fiber Optik Kablolarda Kırılma İndisi (Refractive Index)

Bir malzemenin en temel optik parametrelerinden birisi ışığın malzeme içindeki hızıdır. Işık dalgası bir iletken olmayan ortama girdiğinde yavaşlar ve V hızıyla yol almaya başlar. V hızı malzemenin karakteristiğidir ve ışığın vakumdaki hızından (c) daha düşüktür. Yani ışığın vakumdaki hızının, madde içerisindeki hızına oranı malzemenin Kırılma İndisi (Refractive İndex) olarak tanımlanır. ​Formülü n=c/v 'dir.

Yukarıdaki tabloda n için tipik değerler verilmiştir. İki malzemeden n kırılma indisi daha büyük olana optik olarak daha yoğun malzeme denir. Örneğin su havadan daha yoğundur. 

 

Fiber Optik Kablolarda Yansıma ve Kırılma 

Bir ışık ışınının, farklı kırılma indislerine sahip iki ortamın sınırına geldiğinde nasıl haraket ettiği Snell Yasası ile açıklanabilir. Snell yasası şöyle ifade edilir;

n₁ . sinØ₁ = n₂ . sinØ₂ 

Burada Ø₁  gelen ışığın normal ile yaptığı açı, Ø₂  kırılan ışığın normal ile yaptığı açıyı gösterir. 

Yukarıdaki resimde n₁ ortamı n₂ ortamından daha yoğundur. Buna göre ışık çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken (n₁ > n₂) normal hattından uzaklaşır. Bunun tam tersi olarak da az yoğun ortamdan çok yoğun ortama (n₁ <  n₂) geçerken normal hattına yakınlaşır. 

 

Fiber Optik Kablolarda Kritik Açı 

Bir ışık ışınının iki ortamın ortam sınırına çarparak 90^º 'lik yada daha büyük bir açıdan kırılmaya uğradığı minimum geliş açısı olarak tanımlanır. Bu açıdan daha büyük bir açı ile gelen ışık ışınları, gelme açısıyla aynı değerde tam yansımaya uğrar. Kritik açıyı bulmak için "sinØ_c = n₂ / n1" formülü kullanılır. Yansımanın olabilmesi için n₁ > n₂ olmalıdır. 

Örnek: n₁=1.48 (Cam), n₂=1 (Hava) için kritik açıyı hesaplayınız.

• sinØ_c = 1 / 1.48 
• sinØ_c = 0.675 
• Ø_c = 42^º  
• Kritik açımızı 42^º  olarak bulduk. Yani 42^º  'den daha büyük bir Ø₁ açısıyla gelen ışınlar tamamen cama geri yansır. Aşağıdaki resimde diğer kritik açılara göre yansıması verilmiştir.

Bu kritik açı nedeniyle FO kablo içinde ışınlar, belli bir giriş açısından daha dar açı bandı içine gönderilir. Bu dar banda Kabul Konisi denir. Kabul konisinden daha küçük bir açı ile FO nüve içine giren ışık, dış kılıf tarafından absorbe edilir (emilir) ve FO içinde ilerleyemez.

 

Yasin Ertune

Tüm Yazılar