Fiber Optik: Nasıl çalışır, ne için kullanılır ve daha fazlası

Telekomünikasyon veya uzun mesafeli iletişim, mevcut çeşitli iletim hatları sayesinde mümkün olmaktadır. Bunlar arasında en güvenilir olanlardan biri de fiber optiktir. Bu makalede, evde ve ofiste interneti kullanmanızı ve birçok başka avantajdan yararlanmanızı sağlayan fiber optiklerin nasıl çalıştığını öğrenin.

Optik lif

Optik fiber, plastikten yapılmış optik fiberler olmasına rağmen, genellikle silikondan yapılmış esnek bir filamandır. Neredeyse bir saç telininki gibi bir çapa sahip çok hassas bir malzemedir. Bir rengin frekansı diğerlerini bozmadan ışığı iletebilmek için şeffaftır.

Fiber optik, koaksiyel kablonun potansiyel bir alternatifi olarak ortaya çıktı. Bakır kablo gibi, fiber de ışığı bir taşıma aracı olarak kullanarak iki ucu arasında veri iletmek için kullanılır.

Günümüzde fiber optik, en yaygın kullanılan iletişim mekanizmalarından biridir. Bunun nedeni, bilginin, sinyalin kaybolmaması için çok sayıda veya belki de hiç yükselticiye ihtiyaç duymadan uzun mesafeler kat edebilmesidir. Ayrıca bakır kablolardan daha yüksek bir bant genişliğine veya veri hızına sahiptir.

Bakır kablonun yerini almak için fiber optiklerin kullanılmasının diğer nedenleri arasında, her kilometrede daha az sinyal zayıflaması olmasıdır. Avantajlarından bir diğeri de fiber optiklerin elektromanyetik parazitlere karşı bağışıklığıdır, bu nedenle güvenliği ihlal etmek neredeyse imkansızdır.

Aynı şekilde, aydınlatma için fiber optik bulmak da yaygındır. Bunun nedeni, şu anda yapay ışık sağlamanın tüm biçimleri arasında en yüksek yoğunlukta ışığın sağlanmasının fiber aracılığıyla mümkün olmasıdır.

Bir optik fiberin yapısı, bilginin geçtiği fiberin kendisi olan bir çekirdekten oluşur. Çekirdek, çekirdekten daha düşük bir yansıma indeksine sahip olmasıyla karakterize edilen bir kaplama ile kaplanmıştır. Bu, çekirdekte dolaşan ışık huzmesinin onu terk etmesini ve bilgiyi kaybetmesini engellemek niyetiyle yapılır, yani yansıma fenomenini kullanarak bilgiyi çekirdekte hapsetme yöntemidir.

Daha sonra, astar bir manto ve bu manto Kevlar ile çevrilidir. Ve son olarak, lif türünü tanımlayan genellikle sarı veya turuncu olan bir başlık. Her ikisi de fibere koruma ve mekanik sertlik sağlamaya hizmet eder, çünkü aksi takdirde fiber, halihazırda olduğundan çok daha fazla kırılgan olacaktır.

Optik fiber içinde birden fazla ışık demeti gönderilebilir, çünkü bunu yapmanın farklı yolları veya olası yolları vardır. Bu tip optik fibere çok modlu denir ve adı, ışık demetlerini aynı anda göndermek için birden fazla modu olduğundan gelir. Bunun yerine, tek modlu fiber, ışık huzmesini iletmek için tek bir doğrusal yol kullanır. Fiziksel olarak genellikle kaputlarının rengiyle ayırt edilirler, genellikle çok modlu için turuncu ve tekli mod için sarıdır.

Optik fiberi birleştirirken, çekirdekler arasındaki hizalamasının son derece hassas olması gerektiğini akılda tutmak önemlidir, aksi takdirde yanlış bağlantı nedeniyle kayıplar olacaktır. Bu, optik fiberler arasındaki bağlantıların geleneksel bakır kablolarda kullanılanlardan daha karmaşık olduğu anlamına gelir.

Fiber Optik Geçmişi

Fiber optikte, ışık yoluyla veri iletimi açısından bugün bildiğimiz teknolojiye ulaşmak için ilerlemeler sunan iki temel unsur vardır. Bu elemanlar, optik fiber ve içinde hareket eden ışıktır. Bu bölümde, fiber optiğin tarihçesini ve zaman içinde nasıl geliştiğini inceleyeceğiz.

Antik Yunan'da aynalardan yansıyan güneş ışığı mesaj göndermek veya düşmanlarınızın görüşünü engellemek için kullanılırdı. Aynı sistem Claude Chappe tarafından 1792'de 200 km'ye yayılmış kuleler ve aynalar kullanılarak optik telgraf uygulamak için uygulandı. 16 dakikalık rekor sürede bir mesaj iletmeyi başardı.

1910'da Demetrius Hondros ve Peter Debye, camdan yapılmış kabloların içinde ışığı yakalayan ilk kişilerdi. Bu deneyin bu kadar uzun sürmesi ilginçtir, çünkü 1820 yılına gelindiğinde bu fenomeni oluşturan denklemler zaten mevcuttu.

Bu ilke, ışığın kırılma yoluyla hapsedilmesi olarak adlandırılır. Kırılmanın, bir ışık huzmesinin farklı kırılma indislerine sahip olan bir iletim hattından diğerine geçtiğinde yön değiştirmesine neden olan bir olgu olduğunu, çünkü farklı yoğunluklara sahip olduklarını unutmayın.

1840'larda Jean-Daniel Collado ve Jacques Babinet bu ilkeyi kanıtlayabildiler. Benzer şekilde, 1870'de John Tyndall, ışığın suda hareket edebildiğini ve ışığın bu ortam içinde kırıldığını gözlemledi. Bu ilk adımlar, ışığın uzun mesafelerde iletilmesi için mükemmel bir malzeme olarak camın potansiyelini doğrulayacak çalışmaların yapılmasına izin verdi. İlk başta uygulaması çeşmelerin aydınlatılması içindi.

Daha sonra, İskoç bir mühendis olan John Logie, renkli televizyon için ışığı ileten camdan yapılmış çubuklar kullanan bir elektromekanik sistemin patentini aldı. Bu sistem, uyguladığı malzeme ve teknikler nedeniyle sahip olduğu zayıflama nedeniyle çok başarılı olamadığı için ışığın uzun mesafeler kat etmesi mümkün olmadı. Ayrıca, sistemlerinde optik kuplör yoktu.

1952'de John Tyndall tarafından yürütülen önceki çalışmalar sayesinde, fizikçi Narinder Singh Kapany optik fiberin icadını yapabildi. Fiber optik üzerine araştırmaların derinleştiği 1950'lerde olduğu belirtilmelidir. Aslında, 1957'de Basil Hirschovitz, fiber optik kullanarak yarı esnek bir endoskop üretti. Görüntüleri göndermeyi başardı ve bu endoskop ameliyatlar için daha rahat bir araç.

Michigan Üniversitesi, yarı esnek bir endoskop versiyonunda, daha önce kullanıldığı gibi yağlar veya mum kullanmak yerine, çekirdekten daha düşük kırılma indeksine sahip bir malzemenin kullanılmasını önermektedir. Ayrıca bir saçın kalınlığı kadar çok daha ince fiber optik teller de üretilmiştir. Ancak, bu fiber optik ile 9 metrelik seyahatten sonra ışık zayıfladı veya kayboldu. Optik fiberlerin uygulanabilmesi için sahip olması gereken maksimum teorik zayıflamanın 20 desibel olduğunu doktora tezinde sunan Charles K. Kao'dur.

Yine Charles K. Kao, George Hockham ile birlikte daha yüksek şeffaflık yüzdesine sahip lifler üretmenin mümkün olduğunu belirtti. Aynı şekilde, telefon mesajlarının iletimi için bakır kablolar ve elektrik olduğuna inanılanları kullanmak yerine fiber optik kullanımını önerenler de onlardı.

Şu an için 100 dB / km'lik bir zayıflamaya, küçük bant genişliğine ve büyük mekanik kırılganlığa sahip olan optik fiberin iyileştirilmesi gerekiyordu. Bunu başarmak için, ışıkta bu düzeyde bir kaybın olmasının nedeninin silikon veya camda bulunan içsel safsızlıklar olduğunu belirlemeyi mümkün kılan aralıksız ve derinlemesine çalışmalar ve araştırmalar yapılması gerekiyordu.

Bu keşif sayesinde, fiberlerin 20 dB / km'ye kadar zayıflama azalması ve daha büyük bir bant genişliği ile üretilmeye başlandı. Ek olarak, çekirdekler 100 µm kalınlığındaydı ve kırılma indisi temeline saygı göstermek için Naylon tel ile kaplandı, ancak bu aynı zamanda daha fazla mekanik sertlik de sağlayarak elyafın elle kırılmasını imkansız hale getirdi.

Kao ve Hockman'ın çalışmaları, Titanyum safsızlıkları ile ilk optik fiberi öneren ve üreten Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz ve Frank Zimar tarafından yürütülen araştırmanın temelini oluşturdu. Bu safsızlıklar, fiberdeki kırılmayı arttırmak için kasıtlı olarak silikona dahil edildi. Bu fiber, ışığın optik fiberde sadece 17 dB/km zayıflama ile hareket etmesine izin verdi. 1970 yılının aynı on yılında, sadece 0.5 dB / km kayıpla optik fiberler üretmek mümkün oldu.

Işık veri iletim teknolojisindeki bir diğer önemli ilerleme, sıcaklığını artırmadan sürekli çalışabilen bir yarı iletken lazer geliştiren fizikçiler Morton B. Panish ve Izuo Hayashi tarafından yapıldı. John MacChesney ve diğer işbirlikçiler birlikte lif hazırlama yöntemleri üretti.

İletim hattını kullanarak ilk telefon iletimi 22 Nisan 1977'de Kuzey Amerika şirketi General Telephone and Electronics tarafından yapılmış ve 6 Mbit/s hıza ulaşmıştır.

1980'e gelindiğinde, fiberler o kadar şeffaftı ki, tamamen kaybolmadan önce iki yüz kırk kilometreye kadar bir yol için bir optik fiber aracılığıyla sinyal gönderebiliyorlardı. Bu lifler, araştırmacıların metal içermeyen saf silikonun yalnızca buhar kullanan aletler ve bileşenler kullanılarak yapılabileceğini fark etmesiyle ortaya çıktı. Bu, doğal kirleticilerin üretim sürecinde ortaya çıkmasını engelledi.

AT&T, 1980'de Federal İletişim Komisyonu'na yaklaşık XNUMX mil uzaklıkta bir fiber optik sistem projesini sundu. Bu sistem, Boston ve Washington DC şehirlerini geçecek ve birbirine bağlayacaktı. Bu projenin sunumundan dört yıl sonra sistem çalışmaya başladı. Bu kablo on inç çapındaydı ve eş zamanlı telefon görüşmeleri için seksen bine kadar ses kanalı sağlayabiliyordu.

Okyanus ötesi olarak kurulacak ilk optik fiber 1988'de faaliyete geçti, çekirdeğinin şeffaflığı o kadar kusursuzdu ki, yalnızca her kırk milde bir optik amplifikatörlerin yerleştirilmesi gerekliydi. Daha sonra bu tür bağlantılar daha fazla yapılmış ve şehirler ve kıtalar arasında daha kapsamlı turlar yapılmıştır.

Tüm bu ilerlemeler, fiber optiğin şeffaflığını artırmaya devam etmesine izin verdi ve yalnızca deneysel düzeyde değil, pazardaki iletişim için de uygulanabildi. Nitekim 22 Nisan 1977 tarihinde General Telephone and Electronics, iletim hattı olarak fiber optik kullanarak 6 Mbits/s hızında ilk başarılı telefon iletimini gerçekleştirmeyi başarmıştır.

Imalat süreci

Fiber optik üretimi için bağımsız yöntemler Bell Laboratuvarlarında geliştirildi. Oradan, fiber optik üretimi için dört süreç vardır.

MCVD (Modifiye Kimyasal Buhar Biriktirme)

Bu yöntem orijinal olarak Corning Glass tarafından geliştirilmiş ve endüstriyel uygulama için Bell Laboratories tarafından uyarlanmıştır. Hazırlığı tamamlamak için silikon dioksitin diğer elementlerle karıştırıldığı saf bir kuvars tüpten oluşurlar. Bu tüp daha sonra dönen bir torna tezgahına yerleştirilir.

Daha sonra hidrojen ve oksijen brülörü ile 1600 santigrat dereceye kadar sıcaklıklara getirilir. Bu, kuvars tüp tüm uzunluğu boyunca ısıtılırken torna tezgahı döndürülerek yapılır. Bu noktada, borunun bir ucunda çekirdekte daha iyi bir kırılma indisine katkıda bulunacak katkı maddeleri eklenir.

Brülörün sürekli etkisinden dolayı sonraki katmanlar da dahil edilmiştir. Bu teknik, çekirdeğin sentezlenmesini sağlar. Daha sonra brülör, kuvarsın yumuşamasını ve böylece preformun elde edilmesini sağlayan sıcaklık olan 1800 santigrat dereceye getirilir.

Preform, fiber optik oluşturmak için kullanılan cam çubuk veya tüp anlamına gelir. Yani bu yöntemden sonra elde edilen katı tüptür. Genellikle boyutları 1 metreden biraz uzun ve 1 santimetre çapındadır.

VAD (Buhar Eksenel Biriktirme)

Bu teknik, Nippon Telephone and Telegraph tarafından geliştirilene dayanmaktadır. Japonya'da fiber optik üretimi yapan şirketlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. MCVD yöntemiyle aynı temel malzemeleri kullanır, ancak ikincisinin sadece çekirdeğin yerleştirilmesi gerçeğinde farklılık gösterirler. Şimdi, astar da ek olarak yerleştirilir

Germanyum dioksitin kaplamada olduğundan daha büyük bir oranda çekirdeğe dahil edilmesi gerektiğinden, bu yöntemin doping sırasında biraz daha hassas olmasının nedeni budur. Bu üretim için, parametrelerin kurulduğu temel bir yardımcı olarak bir yazılım kullanılır.

Yardımcı bir cam çubuk veya tüp ile alarak preform işlemi başlar. Bu yardımcı boru, destek görevi görür. Farklı malzemeleri silindirin ucundan düzenli bir şekilde dahil ederek, büyüdükçe yardımcı cam tüpten ayrılan gözenekli ön kalıbı elde ederek başlar.

Ardından, kuvarsın yumuşamasını sağlamak için sıcaklığı 1700 santigrat dereceye çıkarmaktan oluşan çökme işlemi gerçekleştirilir. Bu, içi boş gözenekli bir ön formdan katı, şeffaf bir silindire geçmek için yapılır.

Bu yöntemi bir öncekiyle karşılaştırırsak, VAD yöntemi, daha uzun ve daha büyük çapta preformlar elde etme ve ayrıca enerji girdisini azaltma avantajına sahiptir. Ancak dezavantajı, çok daha karmaşık üretim ekipmanı gerektirmesidir.

OVD (Dış Buhar Biriktirme)

Bu yöntem Corning Glass Work tarafından geliştirilmiştir. Bu durumda, hammaddeniz bir seramik alt tabaka silindiri ve brülör ile başlar. Buharlı klorürler brülör ateşine yerleştirilir ve ateş çubuğu ısıtır. Bu noktada preformun sentezi gerçekleştirilir. Bu prosedür, daha sonra önceki yöntemle gerçekleştirilenlerle aynı şekilde çökme işlemini gerçekleştirmek için çubuğun gaz halinde klor kullanılarak kurutulmasından oluşur. Çekirdek ve kaplaması bu şekilde sentezlenerek preform elde edilir.

Bu yöntemin avantajlarından bazıları, kurutma işleminin optimizasyonu sayesinde çok düşük zayıflama ve kaliteli optik fiberlerin üretilmesinin mümkün olmasıdır. Bu optimizasyon, önemli bir dairesel yapı olmadan düzgün profiller elde etmeyi sağlar.

PCVD (Plazma Kimyasal Buhar Biriktirme)

Bu yöntem Hollanda'daki Philips şirketi tarafından geliştirilmiştir. Aynı şekilde, pürüzsüz profilleri ve tanınabilir halka yapısı olmadan karakterize edilir. Bu temelin prensibi, Silikon klorür ve Germanyum klorürün oksidasyonuna dayanmaktadır. Bu klorürleri paslandırarak, bir plazma durumu elde edilir, ardından iç kısımdaki doping işlemi yapılır.

Preform germe aşaması

Kullanılan yöntemin türü ne olursa olsun, bunların hepsinde preform gerdirme işleminin yapılması yaygındır. Preformun gerilmesini sağlamak için açık borulu bir fırına sahip olmak gereklidir. Preform bu fırının içine yerleştirilir ve preformu yumuşatmak ve manipüle edebilmek için 2000 santigrat dereceye kadar sıcaklıklara maruz bırakılır.

Bu işlemde, optik fiberin çapına ulaşılır ve fiberin uzunluğu boyunca çapın değişmemesi için sabit bir gerilimin muhafaza edilmesi son derece önemlidir. Çekirdeğin çapında bu tür değişiklikler olmamasını sağlamanın yolu, sabit bir üniform gerilimi korumaktır. Ayrıca fırında konveksiyon akımlarının olmaması da garanti edilmelidir.

Aynı şekilde, ön kalıp tekrar yumuşadığında, optik fiberde zayıflama kaybına ve hatta kırılmaya neden olabilecek mikro çatlakları kirletebilecek veya oluşturabilecek maddelerin girmesinden kaçınılması son derece önemlidir.

Bu işlem sırasında şekle sentetik malzeme de eklenir, genellikle viskoz bir polimerdir. Bu polimerin önemi, optik fiberin daha yüksek hızlarda gerilmesine izin vermesidir. Bu, elyafın etrafında tek tip, kirlilik içermeyen bir tabaka oluşturur. Son olarak, bu koruma, ultraviyole radyasyon kullanılarak termal işlemler veya kimyasal reaksiyonlar aracılığıyla kurutulur ve sertleştirilir.

Fiber Optik Uygulamaları

Fiber etkileyici bir çok yönlülüğe sahiptir, bu nedenle diğerlerinin yanı sıra dijital iletişim, mücevher, sensörler, aydınlatma, dekorasyonlarda uygulanabilir. İşte fiber optiklerin en yaygın uygulamalarından bazıları ve ekleri.

Fiber optik iletişim

Fiber optiğin en büyük ölçeği veya büyüklüğü telekomünikasyon içindir. Esnekliği nedeniyle, fiber optik kablolar oluşturmak için birkaç kabloyu gruplamak mümkündür. Genellikle bunun için kullanılan lifler plastik veya camdan ve hatta bazen her iki malzemeden yapılır.

Fiber optik sensörler

Fiber optik sensörler, içsel sensörler ve harici sensörler arasında ayırt edilebilir. Dahili sensörler, şeklin kendisine sensör olarak atıfta bulunur. Öte yandan, harici sensörlerde fiber, bir sensörün yaydığı sinyalleri, söz konusu sinyalleri işleyen bir sisteme iletmek için kullanılan araçtır.

Optik fiberlerde elektrik akımı sirkülasyonu olmadığı için elektrik sensörlerine göre bir avantaja sahiptirler. Elyaf ipliği bile diğerlerinin yanı sıra deformasyonları, sıcaklığı, atmosferik basıncı, nemi, elektrik alanlarını, manyetik alanları, gazları, titreşimleri ölçmek için tek başına mükemmel bir sensördür.

Bir sonar tarafından oluşturulan depremlerin veya dalga uygulamalarının tespiti için sucul mikrofonların uygulanmasında fiber optiğin başka bir uygulaması. Bunun için, hidrofonik sistemler oluşturmak için fiber optikle yapılmış binden fazla sensör kullanıldı. Bu tip sistem ağırlıklı olarak petrol sanayi ve savunma kuruluşları ve bazı ülkeler tarafından kullanılmaktadır. Aynı şekilde Almanya'dan Sennheiser şirketi lazer ışığı ve fiber optik ile çalışan bir mikrofon yarattı.

Aynı anlamda petrol kuyularında sıcaklık ve atmosfer basıncını ölçen fiber optik sensörler kullanılmaktadır. Bu tür sensörler, yarı iletkenlerle yapılan sensörlere kıyasla daha zorlu koşullara dayanabilir.

Havacılıkta, fiber optikten ve ayrıca hidrojen mikrosensörlerinden yapılmış bir jiroskop var.

Fiber optikten yapılan bu fotonik sensörler genellikle dört temel parça içerir:

Sensör: dönüştürücüdür
Sorgulayıcı: fiber optikten gelen sinyali kim yayar ve alır.
Optik kablo: optik fiberdir
Optik kuplörler, çoklayıcılar, yükselticiler veya anahtarlar: optik ve elektrik sisteminin sinyali kaybetmeden bağlanmasına yardımcı olan ve farklı kaynaklardan gelen farklı sinyalleri işleyebilen elemanlar.

Bu sistemin çalışması veya işleyişi, alıcıdan bilgi istemek için sorgulayıcı tarafından oluşturulan bir optik sinyalin üretilmesiyle başlar. Bu bilgi, sensörün optik fiberinden geçer. Gazlar, atmosferik basınç, sıcaklık ve diğer faktörler gibi çevresel koşulları ölçmeye geçtiğinde, ışığın yoğunluğunda bir değişiklik olur veya dalga boyu etkilenir ve dolayısıyla bir değişiklik olur.

Bu değişiklik, ya dalga boyundaki ya da ışığın yoğunluğundaki değişiklik, tekrar optik fiber aracılığıyla sorgulayıcıya geri döndürülür. Daha sonra, bu değişikliklerin varyasyon yüzdesi tahmin edilir. Optoelektronik kuplörler gibi farklı algoritmalar ve araçlar uygulayarak, optik sinyalleri elektronik sinyallere dönüştürmek mümkündür, böylece uçlardaki elektrik sistemleri, bir kontrol veya görüntüleme sistemi gibi bilgileri yorumlayabilir, gerçek zamanlı veriler.

Aynı şekilde, bir İnternet ağında geçenler gibi veri trafiğinin miktarına bağlı olarak, optik çoklayıcılar, optik anahtarlar, optik yükselticiler veya aynı şekilde farklı optik kuplörler olabilir.

Benzer şekilde fiber optik sensör sistemleri noktasal veya dağıtık olarak sınıflandırılabilir.

Optik nokta sensör sistemleri

Bu tür bir sistem, parametrelerin ayrı ayrı izlenmesine izin veren bir sensör ağı içinde dağıtılmış sensörler tarafından tanımlanan konumları kullanır. Bu nedenle, nokta sistemleri aynı anda daha fazla parametrenin ölçülmesine izin verir. Dağıtılmış sistemlerin aksine, nokta sistemi izleme 250 km'ye kadar yayılabilir.

Dağıtık Optik Sensör Sistemleri

Bu durumda, sorgulayıcının aldığı optik parametrenin varyasyonunun ölçümleri ve tespitleri, tüm optik fiber boyunca elde edilen verilerden gelir. Bu, sistemin tercümanı olarak kullanılan bir fiber optik şerit bölgesi olduğu için bir avantaj sunar. Dağıtılmış optik sistem, 120 km uzunluğa kadar uzanabilir.

Aydınlatma

Fiber optiğin sahip olduğu ilk uygulamalar, tam olarak mekanların aydınlatılmasıydı. Bugün bile bu uygulama fiber optik için varlığını sürdürmektedir. Bunun nedeni, optik fiberin ışık huzmelerinin iletimi için tasarlandığından, optik fiberin ısı üretmeden ve kısa devre riski olmadan alanları aydınlatmaya izin vermesidir.

Frekansı değiştirerek aydınlatmanın rengini değiştirmek bile mümkündür. Bu, örneğin bir lambada aydınlatma kullanılıyorsa çok kullanışlıdır, çünkü lambayı değiştirmek zorunda kalmadan rengi değiştirmek mümkündür.

Aynı şekilde, tek bir ışık kaynağı kullanılarak farklı optik fiberlerin birden fazla yerde konumlandırılması mümkün olduğu için aydınlatma alanlarının genişletilmesi de mümkündür.

Fiber optiklerin daha fazla kullanımı

Görüş hattının doğrudan veya kolayca erişilemediği alanların aydınlatılması gereken tıbbi veya endüstriyel ekipman tarafından yayılan ışık huzmeleri için dalga kılavuzu olarak kullanılır.

Örnek olarak tıpta kullanılan, fiber optikleri lenslerle birlikte kullanan yarı esnek endoskopu, yüksek invaziv ameliyatlara gerek kalmadan organların içini görselleştirebilmek için kullanabiliriz. Endüstriler söz konusu olduğunda, türbinler gibi ekipmanları denetlemek için.

Aslında, fiber optikler, dallarında ağacı aydınlatan optik fiberlere sahip Noel ağaçlarında olduğu gibi, günümüzde dekoratif unsur olarak kullanılmaktadır ve renklerini değiştirmek de mümkündür.

Fiber optikteki uygulamanın bir başka örneği, çatılarından doğal ışığı yakalayan ve fiber optik sayesinde bu ışığın binanın iç mekanlarına gidebildiği bazı binalarda uygulanan uygulamadır.

Ve son olarak, bugün beton ve fiber optik arasında yarı saydam bir betonla sonuçlanan bir karışım var. Bu malzeme mimar Ron Losonczi tarafından yapılmıştır ve bu betonla ilgili şaşırtıcı olan şey, hala betonun gücüne ve ayrıca ışığı iletmek için fiber optik kalitesine sahip olabilmesidir.

Fiber optik özellikler

Optik fiber, optik bantta elektromanyetik spektrum içinde çalışan bir dielektrik iletim hattıdır. Bu optik bantta renkleri bulabiliriz, ancak yakın kızılötesi bant ve kızılötesi bant da vardır. Optik fiberde genellikle bu frekansların bir kısmı kullanılır.

Her fiber optik şeridin merkezinde plastik veya camdan, yani Silikon ve Germanyum oksitten yapılmış bir çekirdeğe sahiptir. Bu çekirdek, yüksek bir kırılma indisine sahiptir ve daha düşük bir kırılma indisine sahip bir kaplama ile kaplanmıştır. Bu, ışığın yalnızca çekirdekten geçmesine ve dışarıya kaçmamasına izin verir. Bu kaplama tabakasının bir polimer veya plastikten yapılması yaygındır.

Çekirdek ve kaplaması arasında olması gereken kırılma indislerindeki bu farklılık, ışığın kırılma ilkelerinden kaynaklanmaktadır. Bu ilke, belirli bir kırılma indisine sahip bir yüzey, daha düşük bir kırılma indisine sahip başka bir yüzeyle sınırlandığında, ışığın yansıtıldığını ve bu indisler arasındaki fark ne kadar büyükse, gelme açısının da o kadar büyük olacağını, dolayısıyla toplam bir iç yansıma olacağını belirtir. .

Optik fiberde, ışık çekirdeğin içinde yansır veya yansır ve bu yansıma açıları çok geniştir, bu nedenle pratikte, ışığın merkezinden geçen düz bir çizgide hareket ettiği varsayılabilir, bu nedenle uzak mesafelerde hareket etmesine izin verir. solma.

Fiber optik performans

Optik geometri yasaları, optik fiberin çalışmasını ve çalışmasının temel ilkelerini belirleyen yasalardır. Optik fiber esas olarak kırılma yasası ile düzenlenir, toplam iç yansıma ilkesine göre gitmektir.

Işık ışınları optik fiberin çekirdeği tarafından iletilir, kırılma indislerindeki farkı verdim, bu ışın kaplamadan geçemez ama aslında üzerine yansır ve çekirdek boyunca yayılmaya devam eder.

Daha sonra, fiber optik teknolojisinin avantajlarını ve dezavantajlarını sunacağız.

Avantaj

Çok yüksek iletim hızlarına izin veren çok geniş bir bant genişliğine sahiptir.
Minimalist bir teknolojidir yani çok az yer kaplar.
Kilometre başına sadece birkaç gram ağırlığında olduğu için hafiftir. Fiber optikten 9 kat daha ağır olabilen elektrik kablosunun aksine.
Elektromanyetik kirlenmeye karşı tamamen bağışıktır. Böylece örneğin harici kısa devreler veya elektrik fırtınalarından etkilenmediği için geleneksel hatlardan daha üstün bir iletim kalitesine sahiptir.
Tam olarak parazite karşı bağışık olduğu için fiber optik, yüksek düzeyde bilgi güvenliğini garanti eder. Bunun nedeni, fiber optik iletim sisteminin içine girmenin tek yolunun onu zayıflatmak ve hatta kesintiye uğratarak kolayca tespit edilebilir hale getirmektir.
Diğer sistemlere parazit oluşturmaz.
Parazit sinyallerden etkilenmez, bu nedenle metro gibi iletişimi kolayca bozabilecek sistemlerin bulunduğu sistemlerde fiber optik mükemmel bir alternatif haline gelir.
Zayıflaması, geleneksel kablolara kıyasla önemli ölçüde küçüktür, bu nedenle sinyali korumak için amplifikatörler gibi aktif unsurları dahil etmeye gerek kalmadan uzun mesafeler kat etmek mümkündür.
Manto ve kapağın üretildiği malzemelere bağlı olarak, optik fiber iyi bir mekanik dirence sahip olabilir.
Korozyona karşı dayanıklıdır.
Güzergah boyunca zayıf noktaları veya fiber kesimini kolayca tespit etmenizi sağlayan optik reflektometri adı verilen bir sisteme sahiptir.

Dezavantajları

Fiber optiğin tüm avantajlarını sunduğumuz için bu teknolojinin diğer iletim hatlarına göre dezavantajlarını sunmaya devam edeceğiz.

Yüksek lif kırılganlığı.
Daha pahalı iletim ve alım ekipmanı gerektirir.
Fiber optik ile yapılan eklemelerin yapılması özellikle sahada daha karmaşıktır, bu nedenle onarımları daha zordur.
Elektriği iletemediği için genellikle elektronik olan uç sistemlerle doğrudan uyumlu değildir.
Çok yüksek güçler iletemez.
Bilgileri optik olarak depolayamaz.
Yüksek veya düşük sıcaklıklardan etkilenir, bu nedenle ceket ve kaplama sıcaklığa dayanıklı malzemeler olmalıdır.
Titreşimler veri iletimini doğru şekilde etkileyebilir.

Fiber optik türleri

Optik fiberin çekirdeğinde, ışık huzmesinin izleyebileceği farklı yollar vardır. Bu yolların her birine yayılma modu denir. Optik fiber, çok modlu veya tek modlu fiber olarak sınıflandırılabilir.

çok modlu fiber

Çok modlu fiber, ışığın birden fazla yol veya moddan geçebildiğini ifade eder. Tek bir çok modlu fiber dizisi, ışık ışınlarının 1000'e kadar yayılma moduna sahip olabilir. Bu, ışık ışınlarının aynı anda gelmediği anlamına gelir. Bu tip fiber genellikle kısa mesafelerde, yaklaşık olarak 2 kilometreden daha kısa mesafelerde kullanılır.

Çok modlu bir fiberin çekirdeğinin kırılma indisi, kaplamanın kırılma indisinden biraz daha yüksektir. Ek olarak, çok modlu bir fiberin çekirdeğinin kalınlığı, tek modlu bir fiberinkinden daha fazladır, bu, böyle kesin bir hassasiyet gerektirmediği için bağlanmasının daha kolay olmasını sağlar.

Çok modlu fiber, çekirdeğinin kırılma indisine bağlı olarak iki biçimde sınıflandırılabilir, bunlar:

Basamak indeksi : Bu durumda, kırılma indisi çekirdeğin tüm uzunluğu boyunca sabittir ve bu da yüksek mod dağılımına neden olur.

Kademeli indeks : Bu durumda, çekirdek farklı malzemelerden yapılmıştır, bu nedenle kırılma indisi fiberin tüm uzunluğu boyunca sabit değildir ve bu nedenle daha az mod dağılımına sahiptir.

Aynı şekilde ISO 11801'de oluşturulan standart, çok modlu optik fiberin bant genişliğine ve kullanılacak ışık kaynağına göre sınıflandırılmasını, lazer üzerinde çok modlu mu yoksa led ışık üzerinde çok modlu mu olduğunu belirtir.

OM1: Fiber 62.5 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM2: Fiber 50 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM3: Fiber 50/125 µm, 10 Gigabit (300 m), Lazer.

tek modlu fiber

Daha önce açıkladığımız gibi, mod terimi, ışık ışınlarının sahip olabileceği yörünge sayısını belirtmek için uygulanır. Tek modlu fiberde ışığın geçebileceği tek mod vardır. Bu daha sonra çekirdeğin daha küçük bir çapına dönüşür. Aynı şekilde, ışık, çekirdeğin duvarlarından yansıyan çoklu modun aksine teorik olarak fiberin merkezinden geçer. Bu lif türü esas olarak uzun mesafeli rotalar için kullanılır.

Gevşek yapı kablosu

Optik fiberi tasarımına göre sınıflandırmak da mümkündür ve bu sınıflandırmaya göre de iki tip fiber optik vardır.

Bu tip lifler dış mekanlarda ve iç mekanlarda uygulanabilir ve gruplara ayrılan ve merkezi bir takviyeyi çevreleyen tüplere yerleştirilen birkaç lif telinden oluşur ve bunlar da koruyucu bir ceket ile kaplanır.

Gevşek yapı terimi, fiber optik şeritlerin, içinden yönlendirildikleri tüplerin içinde gevşek bir şekilde bulunması gerçeğinden gelir. Bu tüp içi boş olabilir veya içinde hidrofobik bir malzeme olabilir, böylece fiber optik için neme karşı koruma görevi görür.

Ek olarak, gevşek olması gerekiyordu, optik fiberin kabloya uygulanan harici mekanik kuvvetlerden izole edilmesini sağlıyor.

Orta destek genellikle esnektir ve kabloya güç sağlar. Metalik veya dielektrik malzemeden yapılabilir.

Sıkı yapı kablosu

Bu kablo, daha esnek olduğu ve gevşek yapı kablolarından daha küçük bükülme yarıçaplarına izin verdiği için temel olarak binaların iç mekanlarına yönelik uygulamalara sahiptir.

Bu kablo, ayrı ayrı bir manto ve ceketi olan birkaç fiber optik şeridin birleşiminden oluşur. Bu iplikler merkezi bir parçayı çevreler ve bu setin tamamı bir dış katman tarafından korunur. Adı, tüm lif ipliklerinin çok sıkı olması gerçeğinden gelir, bu da iyi bir fiziksel destek sağlar.

Fiber Optik Bileşenler

Bir fiber optik iletişim sisteminde, iletimin başarılı olması için gerekli olan bazı bileşenler vardır. Bu bileşenler arasında optik vericiler, optik dedektörler, fiber optik konektörler veya terminaller bulunur.

Optik vericiler

Elektronik bir kaynaktan gelen bilgi veya verilerin optik verilere veya ışık ışınlarına dönüştürülmesinden sorumlu unsurlardır. Bunu başarmak için verici, silikon gibi malzemeler içinde uyarılmak üzere belirli bir frekansta elektronları kullanır ve genellikle enerji şeklinde foton adı verilen ışık demetleri üretir. Fotonlar, ışığın temel kuantum parçacığıdır. Verici dahili olarak elektronik enerjiyi optik enerjiye dönüştürme işlevini yerine getiren bir modülatöre sahiptir.

Işın yayıcılar

Optik vericilerde, optik sinyaller yayan iki tür yayıcı vardır:

LED'ler.

Işık yayan bir diyot veya Işık Yayan Diyottur. Bu tip ışık yayıcı, kullanım kolaylığı ve ömrü nedeniyle esas olarak çok modlu fiberde kullanılır. Unutulmamalıdır ki bu ışık türü uzun mesafeler kat edemez, bu nedenle kısa mesafeler için kullanılır çünkü işlevi yerine getirir ve maliyetleri düşürür.

lazerler

Bu, Işığın Güçlendirilmiş Uyarılmış Kendiliğinden Radyasyonudur. Oldukça tutarlı ışık yayar ve ışık emisyonu için yarı iletkenler kullanır. lazer ışığı çok modlu fiberlerde ve tek modlu fiberlerde kullanılabilir, ancak devreleri daha karmaşık ve dolayısıyla daha pahalı olduğundan genellikle yalnızca tek modlu fiberlerde kullanılırlar. Lazerin ömrü uzun olmakla birlikte genellikle LED'lerin ortalamasının altındadır.

Elektrik ışık akımı dönüştürücüler

Fiber optik fiber iletimlerinde fotonların varlığını algılayan bir elemana sahip olmak gereklidir. Genellikle, optik sinyallerin elektronik sinyallere dönüştürülmesinden sorumlu olan bir fotodiyottur. Bunu, ışığın varlığını veya yokluğunu yüksek ve alçak veya birler ve sıfırlar içeren sinyallere çevirerek yapar.

Ayrıca, elektrik sinyallerini optik sinyallere dönüştürmek için ters işlem için de uygulanırlar. Işığı elektrik sinyallerine dönüştürmek ve bunlar belirli bir güç yaymak mümkün olsa da, terminal ekipmanına güç vermek yeterli değildir. Bu terminal ekipmanı genellikle elektriklidir, bu nedenle neredeyse her zaman alternatif bir güç kaynağı gerekir.

Daha önce de belirttiğimiz gibi, genellikle bu optoelektrik dönüştürücüler bir fotodiyot veya bir yarı iletkenden oluşur. Bu yarı iletkenlerin doğru çalışmasını garanti etmek için belirli koşullar mevcut olmalıdır, bunlar:

Işık olmadığında çok zayıf optik sinyallerin algılanabilmesi için ters akımın çok yüksek olmaması gerekir.
Yanıt hızı sağlayabilmek için geniş bir bant genişliğine sahip olmalıdır.
Bu yarı iletkenler tarafından üretilen gürültü seviyeleri minimum olmalıdır.

Buna karşılık, iki tip dedektör vardır, PIN fotodiyotları ve APD çığ fotodiyotları.

PIN dedektörleri

Bu tip dedektör, üç katmandan oluşan bir yarı iletkenden oluşur, iki dış katman biri P tipi, biri N tipi ve ortadaki bir İç yarı iletkendir. PIN adının geldiği yer burasıdır. Bu içsel malzeme pratikte genellikle malzeme P veya malzeme N'nin bir uzantısı olarak yerleştirilir.

APD dedektörleri

Bunlar çığ yarı iletkenleridir. Bu fotodiyotlar, kendisine ters voltaj uygulandığında bir akım kazancı üretir. Bu yarı iletken çığ dedektörlerinin çalışması, bir elektron hareketi yapmaktan oluşur ve başka bir elektron salabilmesi için bir atomla karşılaşır. Çığ yarı iletkenlerinin kullanılmasının nedeni, gönderilen bu elektronun yeterli miktarda enerjiyi işlemek için gerekli olmasıdır.

APD dedektörleri, yapıldıkları malzemeye göre üç tipte sınıflandırılabilir:

Silikon dedektörler

Bu tip dedektörler yüksek performansa sahiptir ve düşük gürültü seviyeleri üretir. Bu tip dedektörlerin güç kaynağı 200 V ila 300 V aralığındadır.

Germanyum dedektörleri

Genel olarak, performansı biraz daha düşük olsa da 1000 ve 1300 nm aralığındaki dalga boylarında çalışır.

Dedektörler diğer malzemeler

Bu dedektörler, periyodik tablonun III ve V gruplarında yer alan malzeme veya kimyasallardan oluşur.

Fiber optik parlatma türleri

Polisaj türleri, optik fiberin uçlarında bulunan konektörlere bağlı olacaktır, polisaj türlerine göre sınıflandırılabilirler. Bu tip cilalama, bağlanma şekline göre değişiklik gösterecektir.

Düzleştirme : Bu parlatma işlemi, lif uçlarını pürüzsüz ve eksenine dik, yani tamamen düz hale getirir.

PC (Fiziksel Temas) : Lifler dışbükey bir şekilde sonlanır ve her iki lifin çekirdeklerini temasa geçirir.

SPC (Super PC) : PSP'ye benzer, kenarları hafifçe törpülenerek ortasında sivri bir nokta olmayan, bunun yerine düz kalan üçgen bir şekil alır.

UPC (Ultra PC): SPC ile aynıdır, ancak kenarları daha da inceltilerek yalnızca lifin ortası düz kısım haline getirilir.

Geliştirilmiş UPC: Bu, önceki sürüme göre daha gelişmiş bir versiyondur, bu nedenle iletişimin son derece hassas olması gerekir.

APC (Açılı PC): Bu parlatma türü, belirli bir açıyla bir profil oluşturmaktan oluşur. Bu açı, her iki parçanın çekirdekleri arasında daha doğru fiziksel temas sağlar.

Fiber optik konektörler

Konnektörler, fiber optik kabloların terminal ekipmanına bağlanmasını sağlayan bileşenlerdir. Bu terminal ekipmanında fiber optik bağlantılar için bilgisayar iletişim portları bulunur . Port tipine bağlı olarak, fiberi bağlamak için belirli bir konnektör tipi kullanılır. Bu, geleneksel kablolarda olduğu gibi çalışır; örneğin, koaksiyel kablonun her birinin belirli bir işlevi olan farklı konnektör tipleri vardır.

Kısacası, fiber optik için konektör türleri şunlardır:

FC
FDDI
LC ve MT Dizisi
SC ve SC-Dubleks
ST veya BFOC

Fiber optikte, özellikle yerel alan ağlarında yaygın olarak kullanılan konektörler ST, LC, FC ve SC konektörleridir.

Optik fiber teller

Bir fiber optik kablo, içinden farklı sinyallerin görüldüğü birkaç optik fiber grubundan oluşur. Her bir fiber, farklı kaynaklardan büyük miktarda veri gönderebilir, bu nedenle bir fiber optik kablo, aynı anda farklı servislerden bilgi gönderebilir.

Fiber optik kablolar, telekomünikasyon endüstrisinde ve elektronik endüstrisinde koaksiyel kabloların değiştirilmesi için en uygun alternatiftir. 8 optik fiberli bir kablo bile geleneksel kablolardan önemli ölçüde daha küçüktür. Bir fiber optik kablo, 60 çiftli 1623 bakır kablo veya 4 tüplü 8 koaksiyel kablo ile gönderilen bilgiye eşdeğer bilgiyi gönderme kapasitesine sahiptir. Ek olarak, fiber optik, bakır kabloların kullanılması durumunda olacağı kadar çok sayıda tekrarlayıcı veya amplifikatör yerleştirmeye gerek kalmadan daha büyük mesafelere bilgi gönderebilir.

Ayrıca, fiber optik kablo ile bakır kablo arasındaki ağırlık farkını vurgulamak da önemlidir. Örneğin, 8 fiberli bir fiber optik kablo, kilometre başına 30 kg'a kadar, koaksiyel kablo ise kilometre başına 45 kg'a kadar ağırlığa sahip olabilir. Ve aynı şekilde, fiber optik, 2 ila 4 kilometre arayla tek bir koşuya izin verir. Koaksiyel kablo durumunda, yalnızca 250 ila 300 metrelik mesafelere izin verir.

Bununla birlikte, optik fiberin kurulumunda ek bir kaplama ve takviye sağlayan diğer elemanlar gerektirdiği de doğrudur. Bu, döşemeyi riske atmamak için yapılır ve gelecekte kırılganlıkları nedeniyle kırılmalar meydana gelebilir.

Kablo Özellikleri

Bu fiber optik kabloların farklı işlevleri vardır. İlk etapta, kablonun döşenmesi sırasında veya genellikle 20 yıl olan kullanım ömrü boyunca oluşabilecek hasar ve kırılmalara uğramamaları için dahili optik fiberleri koruyan bir eleman görevi gördüğünü söyleyebiliriz. . . .

İkincisi, fiber optik kablolar, çekme sıkıştırma burulma koşullarına ve maruz kalabileceği çevresel faktörlere dayanabilmesi için dahili optik fibere mekanik sertlik sağlar. Bu nedenle, optik fiberi bu dış etkenlerden ve maruz kaldığı kuvvetlerden güçlendirmek ve izole etmek için kabloya ek olarak başka elemanlar da dahil edilmiştir.

Bu kablolar bir yeraltı, denizaltı veya okyanus ötesi veya hava tesisatına sahip olabilir. Fiber optik kablolar ile bir sistemin en kritik noktalarından biri kurulum anıdır ve bu nedenle fiberi hasardan korumak için belirli elemanlar kullanılır.

Fiber optik kablo tasarımı ve elemanları

Bir fiber optik kablonun oynayacağı rol, yapısını belirleyecektir. Bununla birlikte, farklı işlevler için uygulanabilseler bile, tüm fiber optik kablolar, ikincil kaplama, iç fiberler, kablonun güçlendirilmesine ve yapısına katkıda bulunan unsurlar, hepsini gruplayan kılıf gibi birçok ortak unsura sahiptir. elyaf iplikler ve nem yalıtım malzemeleri. İkincil kaplamalar üç tipe ayrılabilir:

rahat astar

Bu astar genellikle birincil astarı kaplayan naylon veya polyesterden yapılmış katı bir halka şeklinde taçtır. Bu nedenle bu ikincil kaplama, optik fiberin son çapını arttırır. Bu kaplamanın işlevi, optik fiberde bulunabilecek mikro bükülmelere karşı koruma sağlamaktır. Bununla birlikte, bu kaplama bu bükülmelere karşı koruma sağlasa da, kurulum sırasında yine de oluşabileceğinden, optik fiberi kurarken dikkatli olmak önemlidir.

İçi boş gevşek astar

Bu astar, metalden yapılmış ve plastikle birleştirilmiş içi boş bir tüpten oluşan büyük boyutlu bir alana sahiptir. Bu, bu tüpü sert bir malzeme yapar, ancak aynı zamanda esnektir. Büyük boyutlu bir kaplama yapmanın amacı, optik fiberi titreşimlerden, sıcaklıklardan ve mekanik kuvvetlerden korumaktır.

Dolgu ile gevşek astar

Yukarıda bahsedilen kaplamanın aynısıdır, ancak içine nemi yalıtabilen bir malzeme eklenmiştir. İçerisine hidrofobik bir malzeme katarak suyun optik fibere ulaşmasını engeller. Titreşimlere ve diğer çevresel etkenlere karşı koruma sağlamanın yanı sıra, belirli sıcaklıklara da dayanabilir. Petrol veya silikondan elde edilen malzemelerin kullanılması yaygındır.

Yapısal elemanlar

Bu elemanlar, optik fiberin izlemesi gereken yol için merkezi bir kılavuz görevi gören yapılardır. Optik fiber ya bu yapı boyunca dağıtılır ya da etrafına örülür. Genel olarak, bu yapılar, optik fiber için ekstra bir kılavuz görevi gören kanallara veya oluklara sahiptir.

takviye elemanları

Adından da anlaşılacağı gibi, misyonları, fiberlerin maruz kalabileceği çekme kuvvetlerini mümkün olduğunca izole etmek için fiber optik kabloya ek takviye sağlamaktır ve ayrıca, önemli bir uzama yoktur. çekirdek yırtılmalarına neden olur. Uzamaya karşı korumaya ek olarak, fiber optik kabloları bükülmelere ve titreşimlere karşı da korur. Takviye yapıları için kullanılan en yaygın malzemeler, esnek malzemeler olmaları ve aynı zamanda sağlamlığa sahip olmaları nedeniyle Kevlar cam elyafı ve çeliktir.

Kapak

Tüm fiber optik kabloların genellikle plastikten yapılmış bir kılıfı vardır. Bu kılıf, fiber optik kablonun dış kaplamasıdır ve işlevi, diğerlerinin yanı sıra nem, sıcaklık, titreşim gibi dış etkenlerden, kuvvetlerden ve olaylardan çekirdeğe koruma sağlamaktır.

Kapaklarımızı oluşturacak malzemeler kurulumlarına ve uygulamalarına göre değişiklik gösterecektir, örneğin okyanuslar arası optik kablolar neme, atmosfer basıncına ve hatta köpekbalığı ısırıklarına karşı koruma sağlamalıdır. Havadan döşenecek bir fiber optik kablo ise, kılıf çekirdeği rüzgarın oluşturduğu titreşim ve bükülmelere, ayrıca sıcaklık ve neme karşı korumalıdır. Veya son olarak, montajı yer altına yapılacaksa, örneğin araç trafiği gibi verilen darbelere ve basınçlara dayanabilmesi için kapağın biraz daha ağır olması gerekir.

Ekleme teknikleri

120 kilometreyi aşan çok büyük çalışmalarda, bu uzunluğa sahip sürekli bir lif neredeyse hiç bulunmadığından, lifler arasında ekleme yapılması gerekir. Ve bir kırılma durumunda bile, bu tür bir onarımın yapılması gerekir.

Var olan farklı ekleme türleri şunlardır:

mekanik ekleme

Bu ekleme türü, iki lifin yerleştirildiği ve iki çekirdeği birleştirmek için mekanik bir bükümün yapıldığı bir tür manşondan oluşur. Bu eklemeler genellikle geçici olarak veya füzyon eklemenin gereksiz görüldüğü durumlarda kullanılır. Bu ekleme zamanı ile ilgili kayıplar 0,5 dB mertebesindedir.

Yapıştırıcılar ile yapıştırma

Bu durumda, elyafın iki ucunun birleştirilmesine izin veren özel bir şeffaf tutkal uygulanır ve bu Birlik bir tür dış takviye ile korunur. 0.2 dB'lik kayıplara sahiptir, ancak yapıştırıcı tekrar soyulma eğiliminde olabileceğinden genellikle çok güvenilir değildir.

Füzyon ekleme

Daha hassas ve hassas işlerin yapıldığı yerlerde füzyon ekleyici adı verilen bir araç kullanılır. Bu çalışmada, operatör uçları bu birleştiriciye sokmadan önce fiberi önceden hazırlamalıdır. Bu alet, uçlarda herhangi bir kirletici madde olup olmadığını veya daha ince bir cilalamanın gerekli olup olmadığını veya lifler arasında daha iyi bir hizalama olması gerekip gerekmediğini görselleştirme yeteneğine sahiptir. Tüm bu gereksinimler karşılanırsa, sadece o bölgeyi ısıtmaya devam eder, elyafı eritir ve böylece çekirdeklerini birleştirir. Bu eklemenin kayıpları 0.02 dB'dir.

Fiber optik kablolarda zayıflama

Zayıflama terimi, iletim hattında meydana gelen güç kayıpları anlamına gelir. Ölçü birimi desibeldir (dB). Fiber optikte kabloda zayıflama olmasının farklı nedenleri vardır. İçsel kayıp veya kayıp ve dışsal kayıp olmak üzere iki tür kayıp vardır.

İçsel zayıflamalar, kimyasal bileşim ve üretiminin diğer faktörleri tarafından üretilenlerdir. Yani, Silikon ve Germanyum bileşiminin ve iplik üretim süreçlerinin bir parçası olan nedenler. Prosesler ne kadar gelişmeye devam ederse etsin, zayıflama olmadan bir elyaf ipliğine ulaşmak mümkün olmayacaktır.

Öte yandan, dış zayıflamalar, diğerlerinin yanı sıra kirlilikler, kötü bağlantılar, profillerinin yanlış cilalanması, derzler gibi dış etkenler tarafından üretilenlerdir. Bu zayıflama veya kayıplar sırasıyla aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:

Absorpsiyon kayıpları

Bu tür zayıflama, fiber içinde yabancı maddelerin mevcudiyeti olduğunda meydana gelir. Bu safsızlıklar ışığın geçişini emer veya keser. Bu absorpsiyon genellikle ışığı ısı enerjisine dönüştürerek 1 ila 1000 dB/km arasında kayıplara neden olur.

Rayleigh'in Kaybı

Optik fiber üretilirken, fiberin sıvı ve katı halde olmadığı bir soğuma anı vardır ve gerildiğinde yanlış bir gerilim uygulaması olması mümkündür, bu mikroskobik düzensizlikler oluşturabilir. Bu düzensizlikler, ışık huzmelerinin içinden geçerken kırınımına neden olur.

dispersiyonlar

Kırılma indisinde bir değişiklik olduğunda ve bu nedenle ışık beklenenden farklı bir şekilde kırıldığında dispersiyon meydana gelir, bu fiber içindeki mikro çatlaklar, kirleticiler veya fiberin içsel nedenlerinden dolayı olur.

intermodal dağılım

Bu tür saçılma, ışığın fiberin çekirdeği içinde farklı yollar izlediğinde yayılma süresinde bir fark olduğunda meydana gelir. Ayrıca modal dispersiyon adıyla da bilinebilir. Bu tür bir dağılım sadece çok modlu fiberlerde olur.

Malzemenin kromatik dağılımı: Bu, belirli bir ortamda farklı hızlarda yayılan farklı dalga boylarındaki ışığın sonucudur.

Dalga kılavuzunun kromatik dağılımı: Bilgi sinyalinin bant genişliğinin bir fonksiyonudur ve kılavuzun konfigürasyonu genellikle önceki dağılımdan daha küçüktür ve bu nedenle ihmal edilebilir.

radyasyon kayıpları

Bu kayıplar, fiber optik kablodaki bükülmeler veya bükülmeler tarafından üretilir. Bu genellikle kurulum sırasında veya fiber optik yolu içinde bükülmeler meydana geldiğinde meydana gelir.

Kaplin kayıpları

Ekleme yaparken veya konektörlerin gerekli olduğu terminal noktalarında zayıflama her zaman olacaktır. Bu zayıflamalar genellikle düşüktür, ancak ihmal edilebilir düzeyde değildir. Çekirdekler arasında yanlış bir hizalama olduğunda olduğu gibi, ancak bu, dalgaların geri dönüşünü önlemek için düzeltilmelidir.

Fiber Optik Çalışma Pencereleri

Bu çalışma pencereleri, elektromanyetik spektrumun kızılötesi ışık bandının bir kısmından yararlanmamızı sağlar. Bu durumda, dalga boylarının nanometre mertebesinde olduğu pencerelerdir. Bu çalışma pencerelerinde çalışırken daha az zayıflama olduğu farklı durumlarda gösterilmiştir. Özellikle, üç pencere vardır:

1. çalışma penceresi: dalga boyu dokuz yüz seksen nanometre mertebesindedir.
2. çalışma penceresi: bu durumda dalga boyu XNUMX nanometredir.
3. çalışma penceresi: dalga boyu bin beş yüz elli nanometre mertebesindedir. Bu son pencere S bandı, C bandı ve L bandına bölünmüştür.

Fiber Optik Bağlantılar

Bir ağ sisteminde iki tür fiber optik bağlantı vardır. Bu topolojiler, noktadan noktaya ağlar ve noktadan çok noktaya ağlardır.

Noktadan noktaya ağlar, bilgi kaynağından doğrudan hizmete ihtiyaç duyan şirketlere, evlere veya kullanıcılara bir düğümün üretildiği ağlardır. Başka bir deyişle, ağ üzerinde kullanıcı ile hizmet arasında herhangi bir aracı veya başka bir düğüm yoktur.

Noktadan çok noktaya ağlar, kablo şirketi yalnızca bir koaksiyel kablo sağladığında bile farklı televizyonları bağlamamıza izin veren televizyon için kullanılanlara benzer bir ayırıcı veya optik ayırıcı gerektiren ağlardır. Ardından emitörden, sinyali optik ayırıcılar aracılığıyla iki, dört, altı ve sekiz kullanıcıya kadar bölen bir optik fiber çıkar. Çok geniş ağlarda, bu sekiz bölümden biri, ağda başka bir 8 kullanıcıyı besleyebilecek başka bir optik ayırıcıyı dahil etmek için alınır. Ancak, bu bölümlerin bir sınırı vardır ve yollarında yükselticiler gerektirir.

Optik amplifikatörler

Hala optik fiberlerden oluşurlar, ancak üretim sürecinde özellikle nadir toprak elementleri olmak üzere farklı kimyasal bileşenlerle katkılanırlar. En yaygın olarak kullanılan fiber optik amplifikatörlerden biri erbiyum dopingidir.

Bu amplifikatör, İngilizce kısaltması nedeniyle yaygın olarak EDFA olarak bulunur. Bu amplifikatör üçüncü çalışma penceresinde, özellikle C bandında ve L bandında çalışır, ancak S bandında da çalışabilir, ancak başka ajanlar veya ek kimyasal bileşenler gerektirir.

Optik sinyale sağladığı kazanç on beş ile kırk desibel arasında olabilir. Genellikle dikdörtgen bir mahfaza içinde saklanan bir optik fiberden oluşur ve on ila altmış metre uzunluğunda katkılı fibere sahip olabilir.

Resumen

Fiber optik, ışık demetleri aracılığıyla veri gönderen bir iletim ortamıdır. Optik fiberin dayandığı ilkeler, optik geometri yasalarında, özellikle de kırılma yasasındadır.

Başlangıçta, bugün bilinen optik fiberin geliştirilmesi mümkün olana kadar birbirini tamamlayan farklı çalışmalar yapıldı. Bu çalışmalarda, zayıflamaları azaltmak ve bugün 0.02 dB / Km olan minimum kayıpları elde etmek için fiber veya özlü ipliğin şeffaflığının gerekli olduğu gözlemlendi.

Optik fiberin yaygın olarak yapılan bileşenleri silikon oksit ve germanyumdur. Çekirdeği kaplayan kaplama bileşenleri genellikle bir tür plastiktir. Ardından, Naylon veya Kevlar'dan yapılabilen mekanik sertlik sağlayan bir manto ve son olarak tüm kabloyu koruyan ve fiberleri dış etkenlerden izole eden plastik bir kılıf gelir.

Farklı üretim yöntemleri vardır:

MCVD (Modifiye Kimyasal Buhar Biriktirme)
VAD (Buhar Eksenel Biriktirme)
OVD (Dış Buhar Biriktirme)
PCVD (Plazma Kimyasal Buhar Biriktirme)

Kullanılan yöntemin türü ne olursa olsun, bunların hepsinde preform gerdirme işleminin yapılması yaygındır.

Fiber optik uygulamaları çeşitlidir. İletişimde, geniş bant genişlikleri ve ulaşabileceği iletim hızları ve bu sistemin sağladığı bilgilerin güvenilirliği veya güvenliği nedeniyle mükemmel bir araç veya iletim hatlarından biri haline geldiler. Sıcaklık, nem, atmosfer basıncı ve hatta sonar sistemleri gibi koşulların veya parametrelerin tespit edilmesini sağlayan sensörlerde.

Ayrıca organları aydınlatmak ve daha az invaziv veya daha hassas ameliyatları daha rahat bir şekilde yapabilmek için ışığı yönlendirme aracı olarak fiber optik kullanan esnek endoskop gibi aydınlatma için kullanılır. Aynı şekilde, Noel ağaçları gibi dekoratif efektler için.

Bir optik fiberin, içinden geçen dalga boyunu veya frekansı değiştirerek gösterdiği veya yansıttığı renkleri değiştirmek mümkündür.

Optik fiberin ve kullanımlarının en önemli avantajlarından bazıları bant genişliği, verilerin ulaşabileceği iletim hızı, elektromanyetik bağışıklık, işgal edilen alan ve ağırlığın azaltılması ve yüksek bilgi güvenliğidir.

Öte yandan, daha ileri bir teknoloji olmasına ve dolayısıyla daha pahalı olmasına rağmen, kurulum ve bakım geleneksel sistemlere göre daha karmaşıktır, son derece kırılgandırlar ve sıcaklıklara, neme, titreşimlere ve uzamaya karşı çok toleranslı değildirler.

Gürültü miktarına veya iletebilecekleri modlara göre iki tür optik vardır.

Çok modlu fiberler, farklı modlar aracılığıyla aynı anda farklı dalga boylarını gönderebilenlerdir, dolayısıyla adları. Tek modlu fiberlerle karşılaştırıldığında, çok modlu fiberler daha büyük bir çekirdeğe sahiptir ve çekirdek ile kaplama arasındaki kırılma indisi farklıdır, ancak sadece biraz farklıdır. Böylece dalgalar, çekirdeğin duvarlarından sıçrayan çekirdekte hareket eder. Kısa mesafeli rotalar veya ağlar için kullanılırlar. Genellikle dış ceket genellikle turuncu olduğu için tanımlanır.

Tek modlu fiberler, yalnızca bir iletim yoluna sahip olanlardır ve çekirdekleri çok modlu fiberlere kıyasla daha küçüktür. İletim modu, çok geniş açılarda sıçradığı için genellikle çekirdeğin merkezi eksenidir. Genellikle çok modludan farklıdırlar çünkü sarı bir dış ceket kullanırlar.

Şimdi, tasarımına göre iki tip de var. Gevşek yapılı optik fiberler, fiber optik şeritlerin, içinden yönlendirildikleri tüpler içinde gevşek bir şekilde bulunduğu fiberlerdir. Bu tüp içi boş olabilir veya içinde hidrofobik bir malzeme olabilir, böylece fiber optik için neme karşı koruma görevi görür.

Buna karşılık, sıkı yapı kabloları, ayrı ayrı bir manto ve ceket ile kaplanmış birkaç fiber optik şeridin birleştirilmesinden oluşur. Bu iplikler merkezi bir parçayı çevreler ve bu setin tamamı bir dış katman tarafından korunur.

Bir fiber optik iletişim sisteminde, iletimin başarılı olması için gerekli olan bazı bileşenler vardır. Bu bileşenler arasında LED'ler veya Lazerler gibi optik vericiler, elektrik sinyallerini fiber üzerinden gönderilmek üzere optik hale dönüştürmek ve daha sonra alınan optik sinyalleri tekrar elektriksel sinyallere dönüştürmekle sorumlu olan opto-elektrik dönüştürücüler bulunmaktadır.

Ayrıca, optik dedektörler vardır:

PIN
APD
silikon
germanio
Diğer materyaller

Polisaj türleri, optik fiberin uçlarında bulunan konektörlere bağlı olacaktır, polisaj türlerine göre sınıflandırılabilirler.

Plano
PC (Fiziksel Temas)
SPC (Süper PC)
CPU (UltraPC)
Gelişmiş UPC
APC (Açılı PC)

Konektörler, optik fiberin terminal ekipmanına bağlanmasını sağlayan elemanlardır. Fiber optikte, özellikle yerel alan ağlarında yaygın olarak kullanılan konektörler ST, LC, FC ve SC konektörleridir.

Mekanik ekleme: Bu tür ekleme, iki lifin yerleştirildiği ve iki çekirdeği birleştirmek için mekanik bir bükümün yapıldığı bir tür manşondan oluşur. Bu ekleme zamanı ile ilgili kayıplar 0,5 dB mertebesindedir.

Yapıştırıcılarla ekleme: Bu durumda, elyafın iki ucunun birleştirilmesine izin veren özel bir şeffaf yapıştırıcı uygulanır ve bu bağlantı, bir tür dış takviye ile korunur. 0.2 dB'lik kayıplara sahiptir, ancak yapıştırıcı tekrar soyulma eğiliminde olabileceğinden genellikle çok güvenilir değildir.

Füzyon ekleme: Birleştirici, uçlarda herhangi bir kirletici madde olup olmadığını veya daha ince bir cilalama gerekip gerekmediğini veya lifler arasında daha iyi bir hizalamanın gerekip gerekmediğini görme yeteneğine sahiptir. Daha sonra sadece o bölgeyi ısıtarak elyafı eriterek çekirdeklerini birleştirir. Bu eklemenin kayıpları 0.02 dB'dir.

Fiber optik kablonun yapısında ve takviyesinde destek sağlayan unsurlar bulunmaktadır. Optik fiberin izlemesi gereken yol için merkezi bir kılavuz görevi gören yapısal elemanlar. Optik fiber ya bu yapı boyunca dağıtılır ya da etrafına örülür. Genel olarak, bu yapılar, optik fiber için ekstra bir kılavuz görevi gören kanallara veya oluklara sahiptir.

Takviye elemanları, maruz kalabileceği çekme kuvvetlerinden izole etmek için fiber optik kabloya ilave takviye sağlar ve ayrıca, çekirdeklerde kopmalar oluşturabilecek önemli bir uzama yoktur.

Dışsal zayıflamalarda birkaç neden vardır, bunlar:

Absorpsiyon kayıpları
Rayleigh'in Kaybı
dispersiyonlar
radyasyon kayıpları
Kaplin kayıpları

Sonuçlar

Optik fiber, günümüzde veri iletiminde daha yüksek hız ve verimlilik sağlayan bir iletim hattıdır. Geleneksel sistemlerin yerini alabilmek için uzun bir yol kat etmesi gereken bir teknoloji olmasına rağmen, bazen iletişim için hala en iyi seçenektir.

Bununla birlikte, fiber optik, daha pahalı olma eğiliminde olan ekipman ve optik araçlar gerektirdiğinden, geleneksel sistemlere kıyasla pahalı bir teknoloji türüdür. Ayrıca fiber optiklerle çalışabilmek için uygun eğitim gerektirir. Ek olarak, kurulumu genellikle çok hassas bir işlemdir ve fiberdeki kırılmaların varlığı, zamanında tedavi edilmezse önemli kayıplara neden olabilir. Ek olarak, teknolojinin ve sistemin tamamen optik olması için bazı ekipmanların hala geliştirilmesi gerekiyor, çünkü örneğin hala optik hafıza yok.

Fiber optik ağlarda halka veya çift halka gibi yedekleme sistemlerine sahip olması yaygındır, bu tür olaylarda hizmetin uzun süre kesintiye uğramasını önlemek için bilgilerin başka bir yönde hareket etmesine izin verir. durum çözüldü.

Fiber optik sistemler çok güvenilirdir çünkü algılanmadan veya veri iletimini kesintiye uğratmadan ağın ihlali neredeyse imkansızdır. Bu nedenle, hassas ve gizli bilgileri ilettikleri müttefik ülkeler arasında su altına yerleştirilen optik fiberleri görmek yaygındır.

Fiber optikleri veri hızı ve iletim kapasitesi bakımından diğer ortamlardan ayıran nedir? Ayrıca ana elemanında çok az zayıflama olması nedeniyle minimum bilgi kaybını garanti eder ve sistem içerisinde bu kadar çok restorasyon ve amplifikasyon ekipmanının kurulmasını gereksiz kılar. Bilgi ışık hızında hareket ettiğinden, büyük şirketlerin bu tür teknolojiye önemli ölçüde göç ettiğini görmek mümkün olmuştur.