İnsanoğlunun geçmişten bugüne temel ihtiyaçlarından birisi de iletişimdir. İletişim kurmak için birçok yöntem bulmuşlardır. Modern fiziğin gelişimine kadar, yüzyıllar boyunca bilginin iletilmesinde ateş yakmak, posta güvercinleri kullanmak, mektup göndermek veya telgraf çekmek gibi farklı yöntemler kullanılmıştır.
Modern çağda iletişim; milimetre, mikrometre ve radyo frekansları gibi uzun dalga boylu elektromanyetik dalgalar kullanılarak yapıldığı gibi, elektromanyetik dalga skalasının optik bölgesine karşılık gelen aralıkta da yapılmaktadır. Günümüzde en yaygın, en hızlı ve en güvenli iletişim aracı, bu optik bölgeyi kullanan fiber optik iletişim teknolojisidir.
Fiber optik iletişim, gigabitler ve ötesinde veri iletimi için ideal bir seçimdir. Uzun mesafeler ve yerel alan ağları (LAN) veya bilgisayar ağları üzerinden ses, video, telemetri ve veri iletmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Fiber Optik İletişim Nasıl Çalışır?
Bir fiber optik, genellikle erimiş silis camından yapılmış, düşük kayıplı silindirik bir dielektrik dalga kılavuzudur. Fiber optik kablo, ışık şeklinde bir noktadan diğerine bilgi taşımak için bir ortamdır. Bakır iletiminin aksine, fiber optikler doğası gereği elektriksel değildir.
Temel bir fiber optik sistem, bir elektrik sinyalini ışık sinyaline dönüştüren bir verici cihazdan, ışığı taşıyan bir fiber optik kablodan ve ışık sinyalini alıp tekrar elektrik sinyaline dönüştüren bir alıcıdan oluşur. Verici devresine, elektriksel sinyaller biçimindeki giriş verileri verildiğinde, ışık kaynağı yardımıyla bunları ışık sinyaline dönüştürür. Bu kaynak, verimli iletim için genlik, frekans ve fazları stabil ve dalgalanma içermemesi gereken LED’dir.
Kaynaktan gelen ışık demeti, bir fiber optik kablo ile hedef devrelere taşınır ve burada bilgi bir alıcı devresi tarafından elektrik sinyaline geri iletilir. Alıcı devresi, optik alanın büyüklüğünü, frekansını ve fazını ölçebilen uygun bir elektronik devre ile birlikte bir fotoğraf detektöründen oluşmaktadır. Bu tür iletişim, görünür aralığın hemen üstündeki kızılötesi bandın yakınındaki dalga boylarını kullanır. Hem LED hem de Lazer, uygulamaya bağlı olarak ışık kaynakları olarak kullanılabilmektedir.
Bir fiber optik sistemin karmaşıklığı, çok basitten (yerel alan ağı) son derece karmaşık ve pahalıya (uzun mesafeli telefon veya kablolu televizyon ağları) kadar değişebilir.
Fiber Optik Teknolojisindeki Güncel Gelişmeler
Fiber optik dalga kılavuzlarındaki gelişmelerle birlikte, yarı iletken teknolojisindeki gelişmeler de fiber optik iletişimdeki kayıpların azalmasında ve bant genişliğinin artmasında önemli rol oynamıştır. Yarı iletken büyütme teknolojileri ile yeni alaşım yarı iletkenler elde edilmiş ve fiber optik kabloda kayıpların ve dispersiyonun (optik darbenin iletim boyunca yayılması) daha az olduğu 1.3 µm ve kayıpların en az olduğu 1.5 µm dalga boylarında çalışan, hem optik ışık kaynakları (Lazer, LED) hem de foto dedektörler geliştirilmiştir. Bu gelişmelerle birlikte fiber optik kabloda kayıplar 1.3 µm ve 1.55 µm dalga boyları için sırasıyla 0.38 dB/km ve 0.20 dB/km olacak şekilde düşürülmüştür.
Son yıllardaki araştırmalar, 1.55 µm dalga boyunda tek modlu fiberlerde kayıp oranını teorik olarak 0.15 dB/km’nin altına düşürmeyi başarmıştır. Ayrıca, 5G ve ötesi teknolojiler için veri hızı ihtiyacı arttıkça, çok çekirdekli fiber (multicore fiber) ve boş çekirdekli fiber (hollow-core fiber) gibi yeni nesil fiber optik teknolojiler geliştirilmektedir. Bu teknolojiler, veri taşıma kapasitesini katlayarak geleceğin iletişim altyapısını şekillendirmektedir.
Uzay araştırmalarında kullanılan fiber optik teknolojileri hakkında daha fazla bilgi almak için NASA‘nın ilgili makalesini inceleyebilirsiniz
Fiber Optik İletişimin Avantajları
- Geniş potansiyel bant genişliği: Optik taşıyıcı frekansı, metalik kablo sistemlerinden çok daha büyük bir potansiyel iletim bant genişliğine sahiptir.
- Küçük boyut ve ağırlık: Optik fiberlerin küçük çapları vardır. Bu nedenle, koruyucu kaplama ile kaplandığında bile, karşılık gelen bakır kablolardan çok daha küçük ve hafiftirler.
- Elektriksel izolasyon: Camdan veya bir plastik polimerden imal edilen optik fiberler, elektrik yalıtkanlarıdır ve metalik muadillerinin aksine, topraklama döngüsü veya arayüz sorunları göstermezler. Bu özellik, fiber optik iletimini elektriksel olarak tehlikeli ortamlarda iletişim için ideal hale getirir.
- Sinyal güvenliği: Optik fiberden gelen ışık önemli ölçüde yayılmaz ve yüksek derecede sinyal güvenliği sağlarlar. Bu özellik, askeri, bankacılık ve genel veri iletimi uygulamaları için caziptir.
- Düşük iletim kaybı: Optik fiberde son yirmi yıldaki teknolojik gelişmeler, en iyi bakır iletkenlere kıyasla çok düşük zayıflama veya iletim kaybı sergileyen optik kablolarla sonuçlanmıştır.
- Potansiyel düşük maliyet: Fiber optik iletim ortamını sağlayan cam, kumdan yapılır. Bu nedenle, bakır iletkenlere kıyasla, optik fiber, düşük maliyetli hat iletişimi potansiyeli sunar.
Fiber Optik İletişimin Dezavantajları
- Kurulumda daha yüksek bir başlangıç maliyeti gerektirir.
- Fiber maliyeti düşük olmasına rağmen, konektör ve arayüz maliyeti çok yüksektir.
- Bakım ve onarım için özel ve gelişmiş araçlar gerektirir.
Fiber optik, özellikle telekomünikasyon ve savunma sanayii gibi alanlarda kritik bir role sahiptir. Bu alanlarda bir kariyer hedefliyorsanız, Elektrik-Elektronik Mühendislerinin nerelerde çalışabileceğini anlatan makalemize göz atabilirsiniz.
Kaynakça:
- Sarcan Fahrettin(2018), “REZONANS KAVİTELİ VE İÇ KAZANÇLI GaInNAs-TABANLI IR FOTODEDEKTÖR”, Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi
- Prachi Sharma, Suraj Pardeshi, Rohit Kumar Arora, Mandeep Singh(2013),”A Review of the Development in the Field of Fiber Optic Communication Systems”, International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering
- GaziInformationTeknoloji, Fiberoptikiletişim
