Fiber Optik Kablo İçerisinde Işığın Yayılması

4
7552
fiber-optik-kablo-calisma-prensibi

Bir önceki yazımızda fiber optik kablo nedir ve hangi maddeden yapıldığını özet şeklinde anlatmaya çalıştık. Bu yazımızda ise ışık sinyalinin fiberin içerisinde nasıl ilerlediğini ve bu ilerleme sürecinin nelere bağlı olduğunu aktarmaya çalışacağız. En son kısımda ise bu yazıda aktarılan bilgilerin, en önemli organlarımızdan olan “GÖZ” ile ilişkisinden bahsedeceğiz. Bu yüzden lütfen yazıyı sonuna kadar okuyarak kendimizce konunun yorumlamasını yapalım.

Öncelikle şunu belirtmek gerekir ki ışık fiber optik kablonun içerisinde, temeli Snell yasası olarak bilinen yasaya dayanan TIR (Total internal reflection) yani “Tam Yansıma” prensibine dayalı olarak ilerler. Şöyle ki, ışık fiberin içerisine giriş yaptıktan sonra eğer gerekli şartlar yerine getirilmişse ışık karşılıklı yerleştirilmiş iki aynadan yansıyormuşcasına fiberin içinde hareket eder. Işığın ilerleyeceği yol fiber tarafından belirlendiği ve ışık bu yolun dışına çıkmayacağı için bu tarz dalgalara ‘kılavuzlanmış (veya guided)’ dalgalar denilmektedir. Öte yandan, ilerleyeceği yön tam olarak belli olmayan veya ilerlemesi için net bir yol gösterilmeyen dalgalar ise kılavuzlanmamış dalgalar olarak bilinmektedir.

fiber-optik-kablo-icerisinde-isigin-yayilmasiTIR adını verdiğimiz bu prensip temelde iki çok önemli noktaya dayanır. Birincisi fiberin çekirdek ve iç kılıf kırıcılık indisleri, ikincisi ise bu indislere bağlı olarak hesaplanan “kritik açı” değeri.

Fizik derslerinden hatırlayacağımız üzere, bir ışın parçası belli bir açı ile geldiğinde (kritik açının üzerindeki açılarla geldiğinde) çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçemez ve bu yoğun olan ortamın içerisinde hapsolur. Bu bağlamda, bizim istediğimiz ışığın fiberin dışına sızmasını engelleyip, ışığı minimum kayıpla iletmek olduğuna göre fiber çekirdeğinin kırıcılık indisinin, iç kılıf kırıcılık indisinden mümkün olduğunca büyük olması gerekmekte. Ayrıca ışını fiberin içerisine doğru açı ile göndermek gerekir ki ışın tam yansıma yaparak fiberin içerisinde ilerleyebilsin.

tam-yansima

Günümüz teknolojisinde çeşitli yöntemler kullanılarak fiber çekirdeğinin ve iç kılıfının içerisine çok yoğun ve az yoğun olan elementler katkılanarak, çekirdek/iç kılıf arayüzünde mümkün olduğunca fazla yoğunluk farkı oluşturup sinyalin hapsolmasını sağlamak mümkün. Bu noktada, Snell yasasına dayalı olarak geliştirilen kritik açı hesaplamasının formülasyonu aşağıda verildiği gibidir.

ni • sine(θi) = nr • sine (θr)
ni • sine(θcritical) = nr • sine(90 degrees)
ni • sine(θcritical) = nr
sine(θcritical) = nr/ni
θcritical= sine-1 (nr/ni) = sine-1(nr/ni)

Bu formülde;

  • θcritical: Kritik açı
  • ni : 1. Ortamın kırıcılık indisi
  • nr: 2. Ortamın kırıcılık indisi

Bu şartlar sağlandığında, yani fiber çekirdeğinin kırıcılık indisi iç kılıfın kırıcılık indisinden büyük olduğunda ve ışın fiberin içerisine yukarıda formülasyonu verilen kritik açıdan daha büyük bir açısal değer ile giriş yaptığında, adeta birbirine paralel olarak yerleştirilmiş iki aynadan sürekli yansıyan bir görüntü gibi, çekirdeğin iç çeperlerinde yansımalar yaparak ilerlemeye devam edecektir.

fiberde-isigin-iletilmesi

Öte yandan şunu belirtmekte fayda var ki; günümüzde fiberin birçok çeşidi bulunmakta ve bu çeşitlere bağlı olarak fiberin fiziksel yapısı da değişiklik göstermekte. Fakat temel olarak ışığın fiberin içerisinde ilerleme serüveni yukarıda aktarılan tam yansıma prensibine dayalıdır ve bu yüzden fiberin fiziksel yapısı her ne kadar değişkenlik gösterirse göstersin, fiberin içerisine katkılanacak maddelerin ve ışığın fiberin içerisine girdiği açının önemi çok büyüktür.

Asıl önemli olan noktaya gelecek olursak; yukarıda aktarıldığı üzere, bir parça ışını fiberin içerisine almak, fiberin içerisine hapsedip iletmek ve son olarak iletilmesi gereken noktaya uygun bir biçimde aktarmak için ciltler dolusu kitaplar yazılmış, yasalar geliştirilmiş, formülasyonlar üretilmiştir. Bu kadar çabaya rağmen hala içerisinde nasıl olduğunu anlayamadığımız, bilgimizin yetmediği ve aksiyom olarak kalmış birçok detay bulunmakta. Biz sıradan bir ışığı bir noktadan başka bir noktaya taşımakta bu kadar zorlanırken ve her zaman başarılı olamazken, her bir ışık parçasını canımızı acıtmadan kabul eden ve fiberden defalarca kat daha ince olan nöron ve damarlardan geçirerek, minimal kayıplarla (veya hiç kayıp olmadan) beynimize iletebilen yapıya hiç hayran olduk mu? Olmadı isek veya konunun bu boyutunu hiç düşünmediysek daha fazla geç kalmadan düşünmemiz gerekmekte.

Çünkü ben şahsi olarak şuna inanıyorum; insan oğlunun “icat” olarak nitelendirdiği herşey evrenin bir noktasında canlı ve kanlı olarak zaten bulunuyor ( Örneğin gözümüz bir fiber kablo gibi ışığı mükemmel bir hızla ve minimal kayıpla iletebiliyor). Biz ise evrende bulunan bu icatları yalnızca keşfediyoruz, icat etmiyoruz. O yüzden, eğer biri “ben bunu icat ettim” diyorsa emin olun ki; o kişinin buluşunu yaptığı şey milyarlarca yıl önce evrenin bir köşesine yerleştirilmiş fakat buluş yapan kişi o icad ile buluşmamış veya farkına varamamıştır. Peki, kimine göre pek de inandırıcı gelmeyen bu teoriyi fizikle nasıl ilişkilendirebiliriz?gozdeki-optik-sinir

Çift yarık deneyinin insan hayatındaki yeri isimli yazımızda belirttiğimiz gibi, evren üzerindeki her varlığın birbirinden haberi var ve her varlık aslında bir şekilde etkileşim içerisinde. Bu açıdan baktığınızda, buluş yapan kişi bir şekilde, bir noktada, evrende hali hazırda bulunan icatın enerjisi ile buluşmuş olamaz mı? Örneğin, Nikola Tesla‘nın ürettiği AC Motorun projesinin bir seyahati sırasında zihnine aniden geldiğini ve unutmamak için motorun çizimini bir sopa yardımıyla yere yaptığını biliyoruz. Ya da uçak yapma fikrinin kuşlar ile yakından ilgilenen ve hareket prensiplerini merak eden bir kişi tarafından ortaya atıldığını. Yani bu kişi kuş ile etkileşim kurmuş ve ortaya çıkan enerji bir biçimde bu kişinin aklına fikir olarak yansıtılmıştır. Peki sizce de biz icat değil de varlığı mevcut olan sistemleri gün yüzüne çıkartmıyor muyuz?

 

Paylaşır mısınız?
Önceki İçerikFiber Optik Kablo Nedir
Sonraki İçerikANKA-TAI Türk İnsansız Hava Aracı
Mücahit Arslan
Üniversite eğitimimi yurt dışında bulunan Asia Pacific University (MY) ve Staffordshire University (UK) üniversitelerinde Telekomünikasyon Mühendisliği üzerine tamamladım. Özel bir şirkette görev almış bulunmaktayım. Sizlerle merak uyandıran bilimsel olayları ve bireysel olarak elde ettiğim sosyal gözlem sonuçlarımı paylaşacağım. Teknoloji ile Kalın!

4 Yorum

  1. Anlatımız harika.Benim gibi sade vatandaşların anlayacağı gibi.Benim size bazı sorularım olacak.Cevaplarınız için şimdiden teşekkür ederim.
    Soru şu:Fiber optikle ışığı ilettiğimiz gibi bu ışıkla veya herhangi bir ışıkla lazer ışığıyla olabilir elektrik iletebilir miyiz? Yani iletken tel kablo olmadan…

    • @ İlyak Karacan, kardeşim sorduğun soru iki türlü ele alınabilir. 1.si elektrik fiber ile taşınabilir mi? Elektrik iletilmek için iletken ortam (veya maddelere) ihtiyaç duyar. Fakat fiber optik kablolar iletken olmayan iki maddeden elde edilir; cam veya plastik. Bu yüzden elektriğin kendisini fiberin içerisinde taşımak mümkün değildir. Fakat, enerjiyi taşıyabiliriz. Yani, elektriği bir takım konventörlerin yardımı ile ışık sinyaline çevirip fiberine içerisinde taşırız ve fiber çıkışında başka bir konventör ile tekrar elektriğe çevirebiliriz. Fakat, bu çeviri işlemleri her zaman güç kaybına sebep olacağından çok fazla tercih edilmez. Diğer sorun da Elektrik lazer ışını gibi ışınlarla taşınabilir mi? Bu sorunun cevabını da şu şekilde verelim; ışık Elektromanyetik bir dalgadır ve yayınım için herhangi bir ortama ihtiyaç duymaz (Tabi bazı ortamlarda hızı yavaşlayabilir). Ama elektrik yayınım için iletken bir alana ihtiyaç duyar. Işık enerji ve momentum yasalarına göre hareket eder (yani hareket halinde iken elektrik yasalarına göre hareket etmez ve dolayısı ile herahangi bir elektrik yükü taşımaz). Bu yüzden, lazer ışını içerisinde elektrik taşımak da mümkün değildir.
      Umarım cevap açıklayıcı olmuştur.

  2. Işıkla bilgi aktarımı mi. İlginç. Vitamininde aktarılabilecegini düşünmek zor olmamalı. Güneşten d vitamini almak dahası 7 uyurlar gibi beslenmek. …

    • @Arif. 2003 yılında bir deneyde ilgililer C vitamini, E vitamini, Folik asit ve Tiamini fiber optik linkler kullanarak hastalara iletmişlerdi kardeşim. Fikrin sonu, deneyin sınırı yok. Yalnızca zamana ihtiyaç var. Bu arada eğer fiber optik ile bilgi taşıma konusuyla alakalı kafanın takıldığı noktalar olursa yardımcı olurum. Haber vermen yeterli

Düşünceleriniz Nedir?