Fiber Optik Sistemler

Bilgi teknolojilerinin gelişimi; insanlığın varoluşundan beri süregelmiş, “bilgi aktarımı”nı kolaylaştırmış, insanlar arası bilgi alışverişinin en hızlı, en verimli ve en doğru şekilde yapılabilmesini sağlamıştır.

İnsanoğlu ilkçağlardan bu yana iletişim sağlayabilmek için çeşitli yöntemler kullanmıştır. Ateşin ve dumanın sinyalleriyle başlayan bilgi alışverişi; güvercinlerin posta aracı olarak kullanılmasıyla devam etmiştir. 1830 yılında telgrafın bulunmasıyla, iletişimde “elektriksel haberleşme çağına” geçilmiştir. İlk telefon görüşmesinin de 1876 yılında gerçekleştirildiği göz önüne alınırsa, insanoğlunun kısa zamanda bu alanda büyük mesafeler katettiği ortadadır.

Bu aşamadan sonra bilginin bir noktadan diğer bir noktaya daha hızlı taşınması, yani haberleşmeyi daha hızlı hale getirmek hedeflenmiştir. Bu sebeple elektrik kablolarından daha hızlı iletişim araçları aranmaya başlanmıştır. Işığın elektrikten daha hızlı oluşu bilgi iletişiminin gelişiminde insanoğluna yardımcı olmuş ve günümüz iletişiminde ışık kullanılmaya başlanmıştır. Bunun sonucu olarak ışığın ve bu sayede bilginin nasıl bir ortamda iletileceği araştırma konusu haline gelmiştir. Bu konudaki ilk deneme, ışığı yakınsak merceklerle iletilmeye çalışılması olmuştur; fakat bu sistem atmosferden etkilenmiş ve sadece havanın durgun olduğu zamanlarda birkaç yüz metre iletim sağlanabilmiştir. Bunun dışında 1960’larda metal veya helezon biçimli tellerden yapılmış dairesel dalga havuzları ve yansıtma boruları denenmiş; ancak bunlar da ışığın iletiminde yetersiz kalmıştır.

1800’lü yıllarda yapılan ilk deneylerde fiber optik teknolojisinin günümüzdeki kadar yaygın hale gelebileceği tahmin edilmiyordu. Önceleri yüksek maliyetler ve malzeme temininde yaşanan zorluklar nedeniyle fiber optik pek sıcak bakılan bir çözüm değildi. Günümüzde bu sorunlar yaşanmamakta ve fiber optik teknolojisi hızla gelişmektedir. Örneğin: FTTD (Fiber To The Desk) adındaki, kişisel bilgisayarlara fiberi doğrudan getiren teknoloji başarıyla kullanılmaktadır.

Bugün ışığın iletilmesinde “fiber optik kablolar” ve “optik sistemler” kullanılmaktadır. Optik fiberler bize çok sayıda bilginin ışık hızıyla tek bir fiber boyunca iletilebileceğini göstermektedir. Fiber optik kablo içindeki bir parmak kalınlığındaki liften aynı anda 2400 telefon görüşmesi ve aynı zamanda televizyon yayını iletilebilmektedir. Fiber optik sistemlerde 500 elektromanyetik dalga hiçbir değişikliğe uğramadan 300 km iletilebilmektedir.

Fiber kablonun çalışması ışığın tam yansıma prensibine dayanır. Işık fiber optik kablo içinde dengeli bir şekilde yansıyarak ilerler ve buna “mod” denir. Fiber içindeki mod sayısı fiber damarının çapına, ışığın dalga boyuna ve sayısal açıklık adındaki büyüklüğe bağlıdır.
Günümüzde kullanılan temel iki tip fiber optik kablo vardır: tek mod ve çoklu mod fiberler. Bunları dış görünümleriyle ayırmak mümkün değildir. Ancak her ikisi de iletişim ortamı olarak kullanılırlar.

Bilgi İletişimi

Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi herhangi bir bilgi, ses, veri veya görüntü ilk olarak elektriksel işaretlere dönüştürülür. Işık kaynağında bu elektriksel işaretler ışığa çevrilir. Fiberler hem sayısal hem de analog işaretleri taşıyabilirler. İşaret bir kere ışığa çevrildikten sonra fiber içinde dedektöre gelinceye kadar yol alır. Dedektörde ışık tekrar elektriksel işarete dönüştürülür. Son olarak elektriksel işaretin şifresi çözülerek bilgiye (ses, veri veya görüntü) dönüştürülür.
Bilginin iletiminde fiber optik kabloların, bakır tel ve diğer iletkenlere oranla sağladığı avantajlar çarpıcıdır.

Fiber Optik Sistemlerin Avantajları:

Çok geniş bir bant genişliği ve taşıma kapasitesi sağlar.
Optik taşıma frekansı birkaç yüz Terrahertz’i (THz) geçmektedir.
Fiber kılın kalınlığı bir saç telinin kalınlığını geçmez. Bu yüzden ne kadar kalın bir koruyucu madde ile kaplanırsa kaplansın, bakır normal bir kablonun kalınlığını geçmez. Ayrıca fiber optik kablolar çok daha hafif ve verimlidir. Bu yüzden uçak, gemi ve uydu gibi araçlarda fiber kullanımı yaygın hale gelmiştir.
Elektriksel yalıtkan bir malzeme olduğundan parazitlenme (EMI, RFI, EMP) ve etkileşim gibi problemleri yoktur.
Yineleyici (repeater) kullanılmadan bilgi taşıma mesafesi bakır kablolardan çok daha fazladır.
Uzun mesafelerde bile veri kayıpları çok azdır.
Gizlilik ve güvenlik sağlar. Fiber optik kablolardan bilgi çalmak mümkün değildir.
Bu avantajların da katkısıyla kullanıma geçen fiber optik kabloların sayesinde İnternet ağları kurulmuş, elektronik bilgi iletimi kolaylaşmış, sayısal kütüphaneler oluşturulmuş; bilginin en verimli, en ekonomik ve en kısa zamanda ulaştırılması sağlanmıştır.

Fiber Optik Sistemlerin Dezavantajları:

Bugün için, fiber sistemlerin önemli tek dezavantajı, fiber sistemlerin kurulmasında başlangıç maliyetinin diğer sistemlere göre daha yüksek olmasıdır. Ancak gelecekte fiber sistemlerin maliyetlerinin oldukça düşmesi öngörülmektedir. Fiber sistemlerin bir başka dezavantajı ise uzun süredir kullanımda olmadığı için tam olarak kanıtlanmamış olmasıdır.

Sonuç olarak, içerisinde bulunduğumuz bilgi çağında, daha fazla bilgiyi bir tek hattan iletme ihtiyacı hızla artmaktadır; bu nedenle çok yüksek hızlarda kullanılabilen fiber optik gibi bir iletim sistemine sahip olmanın ve bu teknolojiyi kullanmanın önemi daha iyi anlaşılmaktadır.

Fiber Türleri:

Plastik çekirdekli, plastik koruyucu zarflı
Cam çekirdekli, plastik koruyucu zarflı (çoğunlukla PCS fiber denir:plastik koruyucu zarflı silika)
Cam çekirdekli, cam koruyucu zarflı (çoğunlukla SCS denir:silika koruyucu zarflı silika)
Plastik fiberlerin cam fiberlere oranla çeşitli avantajları vardır. İlk olarak, plastik fiber daha esnektir ve bu nedenle camdan daha dayanıklıdır. Monte edilmeleri kolaydır, basınca daha dayanıklı ve daha ucuzdurlar; üstelik cama oranla %60 daha hafiftirler. Plastik fiberin dezavantajı ise yüksek zayıflama özelikleridir; ışığı cam kadar verimli yayamazlar. Dolayısıyla, plastik fiberlerin kullanımı nispeten kısa mesafelerle (örneğin: Tek bir bina ya da bir bina kompleksi dahili) sınırlıdır.
Cam çekirdekli fiberler düşük zayıflama özellikleri sergilerler. Ancak, PCS fiberler SCS fiberlerden biraz daha iyidir. Ayrıca, PCS fiberler yayılımdan daha az etkilenirler; dolayısıyla askeri uygulamalar açısından daha caziptirler. SCS fiberler en iyi yayılım özelliklerine sahiptir ve sonlandırılmaları PCS fiberlere oranla daha kolaydır. Ne yazık ki, SCS kablolar en dayanıksız kablolardır ve yayılıma maruz kaldıklarından en fazla zayıflama bu kablolarda meydana gelir.

Fiberlerin Sınıflandırılması

Yapısına göre 3’e ayrılırlar:

Cam Fiberler: Nüvesi ve kılıfı camdan imal edilir. Veri iletimi açısından en iyi performansı gösterir. Yapımında kullanılan cam ultra saf silikon dioksit veya kuartz kristalidir. Malat aşamasında indisi azaltmak için flor veya bor; indisi artırmak için, germanyum veya fosfor ile katkılanır.
Plastik Kaplı Silisyum Fiber: Cam nüveye plastik kılıfa sahiptir. Fiyat olarak cam fiberlere göre daha ucuz ama performans açısından daha verimsizdir.
Plastik Fiberler: En ucuz fiber tipidir. Nüvesi de kılıfı da plastiktir. Performansı en zayıf fakat fiyatı en uygun fiberdir. Genelde kaplamaları yoktur. Kısa mesafe iletişimi için uygundur.