OPTIK HABERLESMENIN TARIHI VE OPTIK FIBERLI SISTEMLER

1
OPTIK HABERLESMENIN TARIHI VE OPTIK FIBERLI
SISTEMLER

• -CEM ÇAGRI DÖNMEZ-
• 030214052

2
Optik haberlesme, duman isaretlerinin kollarin
veya bayraklarin sallanmasi ve isigi yansitmak
için aynalarin kullanilmasi kadar eskidir.Bir RF
(radio frekansi) jenaratörünün optik esdegerini
saglayan laserin kesfi, haberlesme için optic
dalgalarin kullanilma ihtimali büyük bir ilgi
uyandirmistir. 1854te, John Tyndall, isigin
bükülmüs bir band içindeki sudan geçirebilecegini
ve dolayisiyla isigin egilebilecegini gösterdi.
3
1880de Alexander Graham Bell, isik demeti
üzerinden bir ses sinyalini ileten Photophone
isimli aleti buldu. Ancak elektrik sinyalini
kullanarak ses iletisimini saglayan telefonu
bulduktan sonra bu çalismasina devam etmedi.
Photophoneun temel sorunu, isik sinyalinin
havadan geçerken atmosferik olaylardan
etkilenmesiydi. Örnegin, bulutlu bir havada
sinyal bozulabiliyordu. Ayni yil, William
Wheeler, içi kaplanmis isik borusunu kullanarak
isigi yönlendiren olaylar deneyler yapti.Serbest
uzay iletiminde bahsedilicektir.
4

• 1888de, Viyanada Roth ve Reuss saglik bilimleri
  grubu, bükülmüs isik borularini insan vücudunun
  taninmasinda kullandilar.
• 1895te, Fransiz mühendis Henry Saint-Rene,
  bükülmüs cam borularindan yararlanarak
  görüntüleri aktarmaya yarayan bir sistem tasarimi
  gelistirdi.
• 1898 yilinda Amerikali David Simith, ameliyat
  lambasi olarak kullanilabilen bir bükülmüs cam
  borunun patenti için basvurdu.
• 1920lerde Ingiliz John Logie Baird ve Amerikali
  Clarence W.Hansell, televizyon ve faksin ilk
  örnekleri sayilan saydam cam borulardan olusan ve
  görüntünün iletilmesine yarayan cihazlari için
  patent aldilar.
• 1930da alman tip ögrencisi Heinrich Lamm, ilk
  kez vücudun görünmeyen yerlerini gözlemek
  amaciyla fiber optik kablolardan olusan bir
  sistem kurdu. Ancak görüntüler oldukça yetersizdi
  ve patent alma girisimleri Hensellin Ingiliz
  patenti yüzünden geri çevrildi.
• 1905te Einstein kuantum kuramini kullanarak
  fotoelektrik olayini açikladi. Kuantum kuramini,
  iki temel kuramin, parçacik ve dalga kuraminin
  birlestirilmesiydi. Bu birlestirme zorunluydu
  isik bazen parçacik bazen dalga özelligi
  gösterir. Isik, enejinin bir biçimidir.

5
1980 lerde isik dalgalari ile haberlesme ortaya
çikti. Arastirmacilar, eritilerek birlestirilmis,
çok saf, erime sicakligi ve kirilma indeksi düsük
olan silis üzerinde deneyler yapmaya basladilar.
Arastirma gruplari cama ekledikleri degisik
malzemelerle fiber damarindaki kirilma indeksini
fiber kabuguna göre çok az miktarda arttirarak
günümüzde kullanilan fiber kablolari elde etmeye
basladilar. Cam konusunda uzman Robert Maurer,
Donald Keck ve Peter Schultz, ilk fiber optik
kabloyu veya fiber optik dalga kilavuzunu
buldular. Bu kablo bakir kabloya göre 65.000 kat
daha fazla bilgiyi binlerce kilometre uzaga
götürebilmekteydi. ABD ve diger sanayilesmis
milletler fiber optik kullanmaya basladilar ve o
kadar çok kullandilar ki son on yil camin on
yili olarak adlandirildi. Koaksiyel veya baska
türden onlarca mil uzunlugundaki bakir kablolar,
uzun mesafe haberlesmesinde modasi geçmis olarak
kabul edildi. Bakir kablolar, band genisligi
denilen çok fazla bilgi tasima kapasitesine sahip
olmadiklari için, fiber optik kablolar ile
degistirilmislerdir.Bir fiber optik haberlesme
sisteminde, bilgi, metalik sistemlerdeki gibi
elektron hareketiyle olmaktan ziyade isik
dalgasiyla tasinir. Optiksel fiber, içinde isigin
kolayca yayilabilmesi için temiz cam veya temiz
plastikten yapilan seffaf ince bir çubuktan
ibarettir. Isik sinyali vericiden çikarak çubugun
içindeki aliciya gider ve çubugun içindeki bu
alicidan kolayca algilanabilir. Simdi bu
anlattigimizi semstik olarak görürsek eger...
6
Bilginin bir noktadan diger bir noktaya tasinmasi
bir haberlesme sistemi içinde bilginin tasinmasi
görevini yapan elektromanyetik dalganin üzerine
bilginin bindirilmesi ve modülasyonu ile
saglanir.Modüle edilmis tasiyici alici noktada
demodüle edilerek hedefe tasinir kisaca...
7
Bir fiber optik haberlesme sistemi üç ana
bilesene sahiptir, elektrik sinyallerini isik
sinyallerine çeviren bir verici, sinyalleri
iletmek için bir optik fiber ve diger uçtaki
sinyalleri yakalayip onlari elektrik sinyallerine
çeviren bir alici.Vericinin önemli bir parçasi
bir isik kaynagidir. Bu, ya bir iletkenden lazer
diyod veya isik yayici diyoddur. (LED).Bir optik
fiber camdan yapilsa dahi, sasirtici biçimde
serttir. Aslinda tel gibi bükülüp burulabilir.
Bununla beraber optik fiberi uç uca eklemek zor
olabilir, fiberlerin uçlari mekanik ekleme veya
fuzyon ile birlestirilebilir.Optik fiberler,
ultra saf olduklari için çok az iletim
kayiplarina sahiptirler.Her bir fiber üç kisma
sahiptir. Fiberin merkezinde isik sinyalini
tasiyan nüve vardir. Nüve, kaplama adi
verilen yaklasik olarak 125 pm çapindaki es
eksenli bir cam tabakasi ile çevrelenmistir.
Kapsama, nüveden farkli bir kirma indisine sahip
oldugu için isigi nüvede muhafaza ederek tam iç
yansima olusur. Kaplamanin çevresi, fiberi
asinma, baski ve kimyasallardan koruyan poli
üreten bir cekettir. Birden birkaç yüze kadar
sayidaki fiber, bir kablo olusturmak için
gruplandirilirlar.
8
Tasiyici dalgalar olarak, milimetrik dalgalar,
mikrodalgalar,RF(radyo frekansi) dalgalar ve
optik frekansli dalgalar kullanilabilir. Ilke
olarak, bsr tasiyicinin bilgi tasima kapasitesi
frekansiyla artar. Ancak, X-isinlari ve daha kisa
dalga boylu dalgalar parçacik özelligi
gösterirler Bu yüzden, frekansla artan gürültüye
maruzdurlar. Bundan baska, X-isinlari madde
içinde zayiflatilirlar ve uzak mesafelere
gönderilemezler. Böylece faydali frekanslarin üst
siniri, görünür veya belki uzun UV (mor ötesi)
bölge olur. Spekturumun alçak frekanas ucunda, 1
MHz civarindaki frekanslar zaten radyo için
kullanilmaktadir 1-10 GHz civarindaki VHF (Very
High Frequency) ve UHF (Ultra High Frequency)
bantlari microdalga haberlesme sistemleri için
kullanilmaktadir. Kisa bant frekans modülasyonu
(FM) ve degisik frekans çesitleri data yayinimini
toplamak için kullanilir. UHF, VHF veya yaygin
spekturum radyolari ile data yayinlama islemi
10-20 km uzunluklarda uygulanabilmektedir.bununla
beraber kullanisli bant genisligi nispeten
sinirlidir. IR(kizilalti) bölge haberlesme için
uygundur Fakat oda sicakliklarinda, siyah cisim
isimasi 10 micro metre de pik yapar böylece
sistemin tamami sogtulmadikça gürültü problemi
oldukca ciddi olur. O zaman, bu durumda,
haberlesme için ideale yakin tasiyici olarak
görünür ve yakin IR (1014-1015 Hz) bölgesi
kalir. Laser, bu frekanslarda uygun bir isik
kaynagidir. Bir optik haberlesme sisteminin
baslica üstünlügü, zannedildigi gibi bilginin
isik hiziyla iletilmesi degil, bant genisliginin
yani birim zamanda tasinan bilgi miktarinin büyük
olmasidir.
9
Elektromanyetik spektrum 1887de Alman fizikçi
Heinrich Hertz, eletromanyetik dalgalari elde
etmeyi ve özeliklerini incelemeyi basardi ve bunu
deneysel olarak kanitladi (Halliday ve Resnick
1970). Elektromanyetik dalgalar, frekanslarina
göre, özel adlarla anilan gruplara ayrilir. Bu
gruplar arasindaki frekans sinirlari kesin bir
biçimde belirlenmis degildir. Sekilde de
görecegimiz gibi elektromanyetik spekturum, en
düsük frekanstan en yüksek frekansa (en uzun
dalga boyundan en kisa dalga boyuna) dogru olmak
üzere tüm elektrik ve radyo dalgalarini,
mikrodalgalari, kizilötesi (isi) isinimi, görünür
isigi, ultraviyole (morötesi) isinimi, X
isinlari, gamma isinlarini ve kozmik isinlari
içine alir. Elektromanyetik Spekturum (Halliday
ve Resnick 1970) Elektromanyetik dalganin
frekansini dalgayi olusturan kaynak belirler.
Elektromanyetik isimayi olusturan kaynaklar çok
çesitlidir. Radyo dalgalari genellikle yapay
olarak ve elektronik devreler araciligi ile elde
edilir, ama evrende dogal olarak da bulunur. Bir
verici anten, bir elektirik devresi yardimiyla
üzerinde elektrik yüklerinin belirli bir
frekansta titrestirildigi bir aygittir. Böylece
ayni frekansta elektromanyetik dalgalar olusur ve
çevreye yayilir. Verici antenin bir benzeri olan
alici anten, gelen dalganin frekansina ayarlanmis
bir rezonans devresine baglidir. Böylece
elektromanynetik dalga elektriksel titresimlere
dönüstürülmüs olur. Isima yayabilen her sistem,
ayni isimayi sogurabilir (Halliday ve Resnick
1970). Verici ve sogurucunun dalga boyu
özellikleri, boyutlariyla karmasik bir biçimde
iliskilidir. Dalga boylari uzun olan radyo ve
televizyon dalgalari büyük antenlerden yayilir,
dalga boyu metrenin milyonda biri mertebesindeki
isik ise atom boyutlarindaki titresimlerin
sonucudur
10
(No Transcript)
11
Gamma isinlari, atom çekirdeginin içinde olusan
hizlanmalar sonucu ortaya çikar. X isinlari atoma
en siki bagli (çekirdege en yakin konumdaki)
elektronlardan kaynaklanir. Atomun dis
kabuklarindaki elektronlar ultraviyole isinlari
ve görünür isigi olusturur, kizil ötesi
(infrared) isinlar ise moleküllerin
titresimlerinden kaynaklanir. Isigin frekansi,
onun rengini belirler. Gözümüz, farkli
frekansdaki isiga farkli sekilde cevap verdigi
için, farkli renkleri ayirt eder. Gözümüze
görünen isinlarin dalga boylari 7.10-7 m
(kirmizi isik) ile 4.10-7 m (mor isik)
arasindadir. Bu bölgede yer olan isinlar, görünür
isik olarak adlandirilir. Beyaz isik, günes isigi
da dahil, görünür bölgedeki bütün frekanslarin
karisimidir (Atkins ve Jones 1998). Degisik
frekanslardaki elektromanyetik isima türleri
madde ile çok farkli biçimde etkilesime girer.
Elektromanyetik dalgalara tümüyle saydam olan tek
ortam vakumdur. Maddesel ortamlar kimi frekans
bölgelerindeki dalgalari kuvvetli bir biçimde
sogurur. Atmosfer görünür isigi, kisa dalgaboylu
kizilötesi isimalari ve radyo dalgalarini hemen
tümüyle geçirir, geri kalan bütün frekanslari ise
sogurur (çok yüksek enerjili kozmik isin
fotonlari da atmosferden geçebilirler). Bu
nedenle astronomi gözlemleri ancak atmosferin bu
iki penceresinden (isik ve radyo dalgalari)
yararlanilarak gerçeklestirilebilir. Ama, örnegin
X isinlari ile gökyüzünün incelenebilmesi, ancak
atmosfer disina gönderilen roketlere ya da
uydulara yerlestirilen detektörlerle olanakli
olmaktadir. Cam, görünür isik için hemen tümüyle
saydam oldugu halde, görünür isiga yakin dalga
boyundaki ultraviyole (morötesi) isinlar
disindaki UV bandindaki isinlari geçirmez. Zift
gibi kimi dielektrik (yalitkan) malzemeler
görünür isigi hiç geçirmedikleri halde mikrodalga
frekanslarindaki radar dalgalarina yeterince
saydamdir söz konusu malzemelerden bu
frekanslarda kullanilmak üzere mercekler ve
prizmalar yapilir (Halliday ve Resnick 1970).
12
NEDEN FIBER OPTIK
13
Yüzeydeki kusurlar nedeniyle sizinti
Hava
Cam
Hava
14
Çözüm - Optik Kaplama
Hava
Hava
15
Çözüm Koruyucu Kaplama
62.5/125 Fiber
16
MultiMode Fiberde Saçinim
sinyalleri yollamak için LED (Ligth Emitting
Diot) kullanan fiber tipi multi-mode olarak
adlandirilir ve en yaygin tiptir. Lazer isigi
kullanan single-mode fiber çok yüksek veri
aktarim degerlerine ulasabilmesine ragmen pahali
ekipmani nedeniyle yaygin degildir.
17
MultiMode Fiberde Saçinim
18
MultiMode (Çok Modlu) Fiber
19
SingleMode (Tek Modlu) Fiber
20
SingleMode Fiber
9/125 Fiber
21
SingleMode Fiber
Tek Modlu fiberde saçinim düsüktür ve bunu isik
kaynaginin karakteristigi tayin eder. Tek Modlu
fiberin bant genisligi tipik olarak
50GHz.kmdir. Elektronik devrelerde, pratik
olarak es zamanli kanal kullanimi sinirlidir.
Tek modlu fiberin dezavantaji nüve çapinin
küçük olmasi (8.3um) sebebiyle isik yogunlugu
yüksek ve pahali olan lazer isik kaynagi
kullanma zorunlulugu olup ayni zamanda çok daha
hassas baglanti elemanlari gerektirmesidir.
22
Serbest Uzay IletimiSerbest uzay ortaminda
günes isigi kullanilarak yapilan ilk optik
haberlesme düzeni, 1880de A.G.Bellin
fotofonudur. Bu düzenleme ilk 200 mlik bir
mesafeye bilgi ulastirabilmistir. Bu iletim
sekli, dis uzayda basit muhtemelen uygun olur.
Yersel haberlesme için toz parçaciklari ve
yogunluk homojensizliklerinin sebep olacagi
saçilmalar hakkinda endise duyulabilir. Her
seyden önce yogunluk atmosferde yükseklikle
degisir daha da önemlisi, solar isinma, küçük
ölçekte hizli degisen yogunluk dalgalanmalarina
yol açabilir. Hava durumu ciddi soguruma yol
açabilir mesela sis kolayca 40-60 dBlik ciddi
soguruma yol açabilir. Ayrica atmosferik gazlar
tarafindan da sogurum vardir. Mesela oksijen
onlarca GHz frekansindaki mikrodalgalari sogurur.
Sonuç olarak, serbest uzayda iletim pratik
degildir. (bazi özel uygulamalar disinda)
23
Beni dinlediginiz için tesekkür ederim...