Fiber Optik Teknolojisi – Fiber Optik Kablo Nedir?

550

Albert Einstein’in kuantum mekaniği ve Theodore Maiman’ın optik frekansta lazer hareketini gerçekleştirmesi ile lazer ışınının endüstriyel süreçlerde kullanılmaya başlanmasına ve bunun sonucunda fiber optik iletişimin gerçekleşmesini sağlamıştır.

1960’larda cam fiberlerin kısa mesafelerde ışığı taşıyabildiği ispatlanmış ve 1970’lerin ortalarından itibaren de İngiltere ve Amerika Birleşik Devletlerinde ticari olarak fiber optik sistemler kurulmaya başlanmıştır. O tarihlerde yalnızca bir veya iki kilometreye kadar sinyal iletebilen fiber optik sistemler, gelişen teknoloji ile birlikte mesafe limitlerini giderek arttırmıştır.

1988 yılında Tyco Telecommunication 6000km uzunluğundaki ilk transatlantik fiber optik kabloyu okyanus altından döşeyerek Avrupa ve Amerika kıtasını birbirine bağlamıştır.

Günümüzde fiber optik teknolojisi artık sadece telekom ve yerel alan ağlarında değil, havacılık, otomotiv sektöründen, güvenlik ve zayıf akım sistemlerine kadar bina içi zayıf akım sistemlerinin tamamında uygulanabilen yaygın bir teknoloji haline gelmiştir.

Fiber Nedir ve Nasıl Çalışır?

Fiber, ışık kaynağından gelen sinyallerin (ışık) hedefteki kaynağa iletilmesidir. Bu ışık sinyaliyle modüle edilmiş bilgiler cam yüzey üzerinde taşınırlar. Fiber’i kaplayan kablolar ise ışığı taşıyan camın kırılmasına ve sinyal kaybına karşı bir koruma görevi üstlenirler. Fiber’ler ortalama insan saçı boyutlarındadır. Buna rağmen Kırılma ve Sinyal kayıplarına karşı çok iyi korunmuş ve yapılandırılmıştırlar.

Fiber optik haberleşme sisteminde bilgi, metalik sistemlerdeki gibi elektronların hareketiyle değil, ışık dalgalarıyla (fotonlarla) taşınır. Fiberin çalışma prensibi temel optik kurallarına dayanır. Bir ışın demeti az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçerken geliş açısına bağlı olarak yansıması ya da kırılarak ortam dışına çıkması ile iletilir.

Fiber’in Yapısı

Optik Fiber temel olarak en az iki bölgeden oluşur. Ancak Günümüzde kullanılan fiber’ler üç bölgeden oluşmaktadır. Bunlar Core (Çekirdek), Clad (Kabuk) ve Coating (Kaplama)’dır

1- Core (Çekirdek) : Core merkez bölgedir ve ışığın yolculuk ettiği ince cam tabakasıdır..

2- Cladding (Cam Örtü): Merkezin dışını saran optik malzemeden üretilmiş, merkezden yansıyan ışığı tekrar merkeze geri gönderen kısım.

3- Coating( Kaplama) : Coating veya bir diğer adıyla buffer coating en dış yüzeydir ve fiberi neme ve mekanik darbelere karşı koruyan en dış tabakadır.

fiber-optik-kablo-fiber-optik-teknolojisi-nedir

Fiber Optik İletişim

Fiberin çalışma prensibi temel optik kuralları olan yansıma ve kırılma kanunlarına dayanır. Bir ışın demeti az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçerken geliş açısına bağlı olarak, yansır ya da kırılarak ortam dışına çıkar. Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama giden ışığın kırıldıktan sonraki yansıma açısının 90 derece olduğu gelme açısına kritik açı denir. Kritik açıdan daha büyük bir gelme açısı ile çok yoğun ortamdan az yoğun ortama giden ışık ikinci ortama geçemez. Bu durumda gelme açısı yansıma açısına eşit olur ve tam yansıma gerçekleşir.

Optik fiber bu temel prensipten yararlanarak, daha yüksek kırılma indisli Core (çekirdek) ve onu saran daha küçük kırılma indisli Cladding (cam örtü)’den imal edilirler. Bu sayede ışığın yüksek kırılma indisinden düşüğe geçemeyecek açılarda gönderilerek tam yansıma yapması ve core içinde hareket etmesi sağlanır. Fiberin çalışma prensibini Şekil -2’de aşağıda görebilirsiniz.

fiber-optik-yapisi-nedir

Fiber Optik Tipler Kırılma Indisine Göre

a: Basamak İndisli Kablo (Step İndex)

Step Index fiber uniform bir kırılma indisine sahip olup, core ve cladding kırılma indisleri arasında keskin bir fark vardır. Tipik bir step index fiberde core çapı 100-milkron, cladding çapı 140-mikrondur. Farklı açılarda gönderilen ışığın, core’daki iletim süreleri arasındaki yüksek farktan dolayı, sinyal dağılması ve dolayısıyla veri kaybı çok yüksektir. Bu yüzden step index fiberler kısa mesafe veri iletişiminde ve telekom sektöründen ziyade otomotiv sektöründe kullanılmaktadır.

Şekil-3 ‘te görebilirsiniz.

fiber-optik-indis

b: Dereceli İndisli Kablo (Graded-Index Kablo)

Graded Index fiberde, fiberin kırılma indisi core’un merkezinden, cladding’e göre dereceli olarak azalır ve bu sayede farklı açılarda gönderilen ışığın core’daki iletim süreleri arasında fark minimize edilerek sinyal dağılması ve veri kaybı azaltılmaktadır. Fiber çapı ise core’da 50 veya 62.6-mikron, cladding’de ise 125- mikron olup, özellikle yerel alan ağlarında kullanılmaktadır. Şekil -4 te görebilirsiniz.

indis-fiber-optik

Işık Moduna Göre

Multimod : Çoklu modda (açıda) birden fazla ışık bilgi gönderilir. 50-mikron ve 62.5-mikron core çapına ve 125-mikron cladding çapına sahiptir. Fiberin iç yapısının genişliğinden dolayı link boyunca farklı modda ışık gönderilebilir Ancak modal dağılma nedeniyle zayıflaması yüksektir ve kısa mesafelerde kullanılabilmektedir.

Multimod fiber, yükse core çapı sayesinde daha düşük maliyetli LED veya VCSEL (Vertical-cavity surface-emitting lazer) ışık kaynaklarını kullanarak 850nm dalga boyunda iletişime imkan tanımaktadır. Bu sayede özellikle görece olarak daha kısa mesafelerin olduğu yerel alan ağlarında maliyet avantajı sağladığı için tercih edilen fiber tipidir.

Singlemod :

Tek modda (açıda) ışık bilgisi gönderilir. 9- mikron core çapına ve 125-mikron cladding çapına sahiptir. Fiberin iç yapısının dar olmasından dolayı sadece tek bir açıda ışık gönderilebildiği için modal dağılım söz konusu değildir. Bu sayede zayıflaması düşük, bant genişliği yüksektir ve çok uzak mesafelerde iletişim sağlanabilmektedir. Singlemod fiberlerde, ışık kaynağı olarak lazer kullanılmaktadır ve 1300nm – 1625nm dalga boyları arasında iletişim yapılabilmektedir. İletişim maliyeti, Multimod’a göre daha yüksektir.

Fiber Optik Standartları ve Fiber Seçimi

Multimode fiber yukarıda da belirtildiği gibi daha düşük maliyetli ışık kaynağı ile iletişim gerçekleştirebildiği için, kısa mesafeli bina içi ağ uygulamalarında daha fazla tercih edilmektedir. Ancak multimod fiberlerin kısıtlı bant genişliği, gelişen teknoloji ve artan ağ hızlarını belirli mesafelere kadar destekleyebilmektedir. Multimod fiberler üretim süreçlerinde farklı uygulamalardan geçirilerek, cam içerisindeki hava boşlukları, mikro çatlaklar minimize edilerek daha yüksek bant genişliğine sahip olabilmekte ve günümüzde yaygın olarak kullanılan 1 ve 10 Gigabit Ethernet gibi yeni nesil uygulamaları daha yüksek mesafeleri destekleyebilmektedir. Bu amaçla uluslararası standartlar, farklı tip ağ uygulamaları için, farklı tip bant genişliğine sahip multimod ve singlemod fiber standartları belirlemiştir. Aşağıda Tablo 1’de fiber tipleri ve band genişliklerini görebilirsiniz.

fiber-optik-tablo

Her bir Multimod fiber, farklı ağ uygulamaları bant genişliği özelliklerine göre farklı mesafelerde desteklemektedirler. AşağıdaTablo-2’de detay görebilirsiniz. Multimod fiberlerin günümüzde yaygın olarak kullanılan farklı tip ethernet uygulamalarını hangi mesafelere kadar desteklediğini göstermektedir.

fiber-optik-turleri-tablo2

Yukarıda Tablo- 2 de görüleceği gibi, kısa dalga boyu 10 Gigabit Ethernet uygulaması (10GBASE SR), OM1 kablo ile sadece 33m’ye kadar desteklenebilmekte iken, OM4 kablo ile 550m’ye kadar desteklenebilmektedir.

Benzer şekilde singlemod fiber için de farklı tip uygulamalar için uluslararası standartlar tarafından belirlenmiş standartlar mevcuttur. Singlemod fiber için 2 temel standarttan söz edilmektedir. ITU-T-G.65x ve IEC 60793-2- 50 (EN IEC 60793-2-50) standartları. Uluslararası Telekominikasyon Biriği olan ITU (International Telecommunications Union) tarafında belirlenmiş 19 farklı tip singlemod fiber standardı bulunmaktadır.

Bunlar: ITU-T G652.a,b,c ve d ITU-T G653.a ve b

ITU-T G654.a,b ve c

ITU-T G655.a,b,c, d ve e

ITU-T G656

ITU-T G657 Category A1, A2, B1 ve B2

Her bir fiber tipi, fiber sistemlerin ilk kullanılmaya başladığı dönemlerden günümüze kadar gelişen farklı tip uygulamaları desteklemek amacıyla ITU tarafından zaman içerisinde geliştirilmiş ve tanımlanmıştır. Örneğin G.652.x fiber daha çok bina içi yerel alan ağ uygulamalarında ve FTTx uygulamalarında yaygın olarak kullanılırken, G.655.x NZD (non-zero dispersion fiber) karasal uzun mesafelerde ve yüksek veri aktarımının gerektirdiği uygulamalarda kullanılmaktadır.G.657.x fiber ise bükülmeye duyarsız fiber standardı olup, özellikle FTTX gibi erişim ağlarında en çok kayıpların yaşandığı, keskin dönüşlerin ve sıkışık kablo güzergahlarının daha çok olduğu bina içi uygulamaları için bu kayıpları en aza indirmek için geliştirilmiştir.

Kaynak : Elektrik Mühendisleri Odası

PAYLAŞ
Önceki İçerikKondansatör – Kapasitör Nedir?
Sonraki İçerikTengri
36 yaşındayım. Yıldız Teknik Harita Mühendisliği mezunuyum. Taşınmaz değerlemesi yapıyorum. Bilim,uzay, tarih,arkeoloji konularına ilgi duyuyorum. Ön Türk Tarihini araştırmaktan keyif alıyorum. Yüzüklerin Efendisi ve Türkler üzerine (Orta Dünya'nın Analizi) kitap çalışmam tamamlandı. Yakın zamanda yayımlanacak.

HENÜZ YORUM YOK

CEVAP VER