Fiber Optik Kablolar

311 Işık Yayan Diyodlar

Temel olarak, ışık yayan diyod (LED) yalnızca bir P-N eklem diyodudur Çoğunlukla, alüminyum galyum arsenit (AlGaAs) veya galyum arsenit fosfit (GaAsP) gibi yarı iletken bir malzemeden yapılır Ledler ışığın doğal emisyonla yayarlar; ışık, elektronlar ile deliklerin yeniden birleşiminin bir sonucu olarak yayılır Diyod ileri ön gerilimli olduğunda, P-N eklemi üzerinde azınlık taşıyıcıları meydana gelir Azınlık taşıyıcıları eklemde, çoğunluk taşıyıcıları ile yeniden birleşip, enerjiyi ışık şeklinde verirler Bu süreç, temel olarak klasik bir diyottaki süreç ile aynıdır; aradaki fark şudur: LED'lerde belli yarı iletken malzemeler ve katkılama maddeleri, süreç ışıma yapacak (foton üretecek) şekilde seçilir Foton, elektromanyetik dalga enerjisinin bir nicesidir Fotonlar ışık hızında ilerleyen parçalardır, ancak durağan halde iken kütleleri yoktur Klasik yarı iletken diyotlarda (sözgelimi, germanyum ve silisyum), süreç temel olarak ışıma yapmaz ve foton üretimi olmaz Bir LED imal etmek için kullanılan malzemenin enerji aralığı, LED'den yayılan ışığın görünür ışık olup olmadığını ve ışığın rengini belirler

En basit LED yapıları, sade eklemli, epitaksiyel olarak büyütülmüş veya tek dağılmış aygıtlardır Epitaksiyel olarak büyütülmüş LED'ler, genellikle silisyum katkılı galyum arsenitle yapılırlar Bu tür LED'den yayılan tipik bir dalga boyu 940 nm'dir; 100 mA'lik ileri yönde akımda tipik çıkış gücü ise 3 mW'tır Düzlemsel dağılmış (sade eklemli) LED'ler 900 nm'lik bir dalga boyunda yaklaşık 500 mW çıkış yaparlar Sade eklemli LED'lerin önde gelen dezavantajı, ışık emisyonlarının yönlü olmayışıdır; bu da bu tür diyotları fiber optik sistemler açısından kötü bir seçenek haline getirir

Düzlemsel karışık eklemli LED, epitaksiyel olarak büyütülmüş LED'e oldukça benzer; aradaki fark, düzlemsel karışık eklemli LED'de geometrik tasarımın, ileri yönde akımı aktif katmanın çok küçük bir alanına yoğunlaştıracak şekilde yapılmış olmasıdır Bu yüzden, düzlemsel karışık eklemli LED'lere oranla çeşitli avantajları vardır


Bu avantajlar şunlardır:

• Akım yoğunluğundaki artış, daha parlak bir ışık spotu oluşturur

• Emisyon yapan alanın daha küçük, yayılan ışığı bir fibere bağlamayı kolaylaştırır

• Etkili küçük alanın kapasitansı daha düşüktür; bu da düzlemsel karışık eklemli LED'lerin daha yüksek hızlarda kullanılmasını sağlar


4 FİBER OPTİK KABLOLARDA KAYIPLAR

Fiber optik kablolarda iletim kayıpları, fiberin en önemli özelliklerinden biridir Fiberdeki kayıplar, ışık gücünde bir azalmaya neden olur ve böylece sistem bant genişliğini, bilgi iletim hızını, verimliliği ve sistemin genel kapasitesini azaltır Başlıca fiber kayıpları şunlardır:

• Soğurma kayıpları
• Malzeme ya da Rayleigh saçınım kayıpları
• Renk ya da dalga boyu ayrılması
• Yayılım kayıpları
• Modal yayılma
• Bağlaşım kayıpları


41 SOĞURMA KAYIPLARI

Fiber optikteki soğurma (yutma) kaybı, bakır kablolardaki güç kaybına benzer; fiberin saf olmaması nedeniyle fiberde bulunan maddeler, ışığı soğurur ve ısıya dönüştürür Fiber optikleri imal etmede kullanılan aşırı saf cam, yaklaşık %999999 saftır Gene de, 1 dB/km arasındaki soğurma kayıpları tipik değerlerdir

Fiber optikteki soğurma kayıplarına yol açan üç faktör vardır: morötesi soğurma, kızılaltı soğurma ve iyon rezonans soğurması

411 Morötesi soğurma

Morötesi soğurmaya, fiberin imal edildiği silika malzemesindeki valans elektronları neden olur Işık, valans elektronlarını iyonize ederek iletkenlik yaratır İyonizasyon, toplam ışık alanındaki bir kayba eşdeğerdir ve bu nedenle fiberin iletim kayıplarından birini oluşturur

412 Kızılaltı soğurma

Kızılaltı soğurmaya, cam çekirdek moleküllerinin atomları tarafından soğurulan ışık fotonları neden olur Soğurulan fotonlar, ısınmaya özgü rastgele mekanik titreşimlere dönüştürülür

413 İyon rezonans soğurması

İyon rezonans soğurmasına, malzemedeki OH-iyonları neden olur OH-iyonlarının kaynağı, imalat sürecinde camın içinde sıkışıp kalan su molekülleridir İyon soğurmasına demir, bakır ve krom molekülleride neden olabilir

42MALZEME YA DA RAYLEIGH SAÇINIM KAYIPLARI

İmalat sürecinde, cam çekilerek çok küçük çaplı uzun fiberler haline getirilir Bu süreç esnasında, cam plastik haldedir(sıvı ya da katı halde değil) Bu süreç esnasında cama uygulanan germe kuvveti, soğuyan camda mikroskopla görülmeyecek kadar küçük düzensizliklerin oluşmasına neden olur;bu düzensizlikler fiberde kalıcı olarak oluşur Işık ışınları, fiberde yayınım yaparken bu düzensizliklerden birine çarparsa kırınım meydana gelir Kırınım,ışığın birçok yönde dağılmasına ya da saçılmasına yol açar Kırınım yapan ışığın bir kısmı fiberde yoluna devam eder, bir kısmı da koruyucu zarf üzerinden dışarı kaçar Kaçan ışık ışınları, ışık gücünde bir kayba karşılık gelirler Buna Rayleigh saçınım kaybı denir

43 RENK YA DA DALGA BOYU AYRILMASI

Daha önce de belirtildiği gibi, bir ortamın kırılma indisi dalga boyuna bağlıdır Işık yayan diyodlar(LED'ler) çeşitli dalga boylarını içeren ışık yayarlar Bileşik ışık sinyalindeki her dalga boyu farklı bir hızda ilerler Dolayısıyla, bir LED'den aynı zamanda yayılan ve fiber optikte yayınım yapan ışık ışınları, fiberin en uç noktasına aynı anda ulaşmazlar Bunun sonucu olarak, alma sinyalinde bozulma meydana gelir; buna kromatik bozulma denir

44 YAYILIM KAYIPLARI

Yayınım kayıplarına, fiberdeki küçük bükümler ve burulmalar neden olur Temel olarak, iki tür büküm vardır:mikro büküm ve sabit yarıçaplı büküm Mikro büküm, çekirdek malzemesi ile koruyucu zarf malzemesinin ısıl büzülme oranları arasındaki farktan kaynaklanır Mikro büküm, fiberde Rayleigh saçınımının meydana gelebileceği bir süreksizlik oluşturur Sabit yarı çaplı bükümler, fiberin yapımı ya da monte edilmesi sırasındaki bükülmeler sonucu meydana gelir

45 MODAL YAYILMA

Modal yayılmanın ya da darbe yayılmasının nedeni, bir fiberde farklı yollar izleyen ışık ışınlarının yayınım sürelerindeki farktır Modal yayılmanın yalnızca çok modlu fiberlerde meydana gelebileceği açıktır Dereceli indeksli fiberler kullanılmak suretiyle modal yayılma önemli ölçüde azaltılabilir; tek modlu kademe indeksli fiberler kullanıldığında ise hemen hemen bütünüyle bertaraf edilebilir

Modal yayılma, bir fiberde yayınım yapmakta olan bir ışık enerjisi darbesinin yayılarak dağılmasına neden olabilir Eğer darbe yayılması yeterince ciddiyse, bir darbe bir sonraki darbenin tepesine düşebilir(bu, semboller arası girişime bir örnek oluşturmaktadır) Çok modlu kademe indeksli bir fiberede, doğrudan fiber ekseni üzerinden yayınım yapan bir ışık ışını,fiberi bir ucundan diğer ucuna en kısa sürede kat eder Kritik açıyla çekirdek/koruyucu zarf sınırına çarpan bir ışık ışını, en çok sayıda dahili yansımaya maruz kalacak Dolayısıyla fiberi bir ucundan diğer ucuna en uzun sürede kat edecektir

46 BAĞLAŞIM KAYIPLARI

Fiber kablolarda, şu üç optik eklem türünden herhangi birinde bağlaşım kayıpları meydana gelebilir:ışık kaynağı-fiber bağlantıları, fiber-fiber bağlantıları ve fiber fotodedektör bağlantıları Eklem kayıplarına çoğunlukla şu ayar sorunlarından biri neden olur:yanal ayarsızlık, açısal ayarsızlık, aralık ayarsızlık ve kusursuz olmayan yüzey

461 Yanal Ayarsızlık

Yanal ayarsızlık, bitişik iki fiber kablo arasındaki yanal kayma ya da eksen kaymasıdır Kayıp miktarı, bir desibelin beş ila onda biri ile birkaç desibel arası olabilir Eğer fiber eksenleri, küçük fiberin çapının yüzde beşi dahilinde ayarlanmışsa, bu kayıp ihmal edilebilir

462 Açısal Ayarsızlık

Açısal ayarsızlığa bazen açısal yer değiştirmede denir Açısal ayarsızlık ikiden az ise, kayıp 05 desibelden az olur
463 Aralık Ayarsızlığı

Aralık ayarsızlığına bazen uç ayrılması da denmektedir Fiber optiklerde ekler yapıldığında, fiberlerin birbiri ile temas etmesi gerekir Fiberler birbirinden ne kadar ayrı olursa, ışık kaybı o kadar fazla olur İki fiber birbirine bağlantı parçasıyla birleştirilmişse, uçlar temas etmemelidir Bunun nedeni, iki ucun bağlantı parçasında birbiri ile sürtünmesinin fiberlerden birine ya da her ikisine birden hasara yol açabilecek olmasıdır

464 Kusursuz Olmayan Yüzey

İki bitişik kablonun uçlarının bütün pürüzleri giderilmeli ve iki uç birbirine tam olarak uymalıdır Fiber uçların dikey çizgiden açıklıkları 3'den az ise, kayıpların 05 desibelden az olur

5 FİBER OPTİK DÜZENLEMELERİ

51 ÇOK MODLU KADEME İNDEKSLİ FİBER

Çok modlu kademe indeksli düzenleme, tek modlu düzenlemeye benzer; aradaki fark, merkezi çekirdeğin çok daha geniş olmasıdır Bu fiber türü, daha geniş bir ışık-fiber açıklığına sahiptir, dolayısıyla kabloya daha çok ışık girmesine imkan verir Çekirdek / koruyucu zarf arasındaki sınıra kritik açıdan daha büyük bir açıyla çarpan ışık ışınları , çekirdekteki zikzak şeklinde yayınım yapar ve sürekli olarak sınırdan yansırlar Çekirdek / koruyucu zarf sınırına kritik açıdan daha küçük bir açıyla çarpan ışık ışınları, koruyucu zarfa girer ve yok olurlar Fiberde yayınım yaparken, bir ışık ışınının izleyebileceği çok sayıda yol olduğu görülebilir Bunun sonucu olarak, bütün ışık ışınları aynı yolu izlemez, dolayısıyla fiberin bir ucundan diğer ucuna olan mesafeyi aynı zaman süresi süresi içinde kat etmezler