Fiber Optik İletişim

Fiber optik iletişim, haberleşmenin gerçekleşmesi ve bilgilerin bir noktadan diğerine iletilmesi için ışık sinyallerini kullanan sistemdir. Bu bilgiyi bir noktadan diğerine taşımak için kullanılan modüle edilmiş ışık sinyali, ilk olarak 1970 yılında kullanılmış ve daha sonra telekomünikasyon alanında önemli bir rol oynamıştır. 

Günümüzde birçok uygulamanın yanı sıra ağırlıklı olarak telekomünikasyon sektöründe kullanılıyor ve telefon, data, internet, televizyon yayınları da fiber optik sistemler üzerinden iletiliyor.

Tarihçesi

1880'de Alexander Graham Bell ve asistanı Charles Sumner Tainter, Bell ‘in Washington DC'deki yeni Volta Laboratuvarı'nda fiber optik iletişimin ilk başlangıcı olarak kabul edilen telefonu icat etti. Bell ’in ürettiği telefonun yeryüzündeki 19.yüzyılın en önemli icadı olarak kabul edilir. 

Cihaz, sesin bir ışık huzmesi üzerinde iletilmesine izin verir. 3 Haziran 1880'de Bell, 213 metre arayla iki bina arasında dünyanın ilk kablosuz telefon iletimini yaptı. Atmosferik bir iletim ortamının kullanılması nedeniyle telefon, lazer ve fiber optik teknolojisindeki gelişmeler ışığında güvenli bir şekilde taşınmasını sağlayana kadar pratik olarak kullanılamadı. 

Telefonun ilk pratik kullanımı, onlarca yıl sonra askeri iletişim sistemlerinde ortaya çıktı. 1954 de Harold Hopkins ve Narinder Singh Capa, lamine cam elyafının ışık iletmesine izin verildiğini gösterdi. 

Tohoku Üniversitesi'ndeki Japon bilim adamları 1963 yılında optik fiberlerin kullanılmasının faydalı olacağını belirttiler, Nishizawa isimli bilim adamı statik dokunmatik sensör diyotunu icat etti ve transistörler fiber optik kablo ile iletişimin geliştirilmesine katkıda bulundu.

Optik fiberler 1970 yılında Corning Glass Works tarafından iletişim amaçları için yeterince düşük zayıflama (yaklaşık 20 db./km) ve ayrıca kompakt ve bu nedenle fiber optik kablo aracılığıyla ışığı iletmek için uygun olan GaAs yarı iletken lazerleri ile başarılı bir şekilde geliştirildi.

Optelecom, Inc., 1973 yılında lazer mucidi Gordon Gould tarafından kuruldu. Gould Amerika Alabama, Huntsville'deki Ordu Füze Komutanlığı için geliştirdiği sistem ile kısa menzilli bir füzenin, uçarken kapsülden füzeyi ayıran 5 km uzunluğunda bir optik fiber aracılığıyla uçmasını sağlayacak şekilde tasarlandı.

1975'te başlayan kısa bir araştırma döneminden sonra yaklaşık 0,8 μm dalga boyunda çalışan bir GaAs yarı iletken lazer kullanılarak ilk ticari fiber optik iletişim sistemi geliştirildi. Bu birinci nesil sistem, 10 km'ye kadar tekrar aralığı ile 5 mbit/s hızında çalışır. Kısa bir süre sonra 22 Nisan 1977'de General Telephone and Electronics, fiber üzerinden ilk doğrudan telefon trafiğini 6 Mbit/s iletim hızıyla Long Beach, California'ya gönderdi.

Ekim 1973'te Corning Glass, kentsel ortamlarda fiber optik kabloları test etmek için CSELT ve Pirelli ile bir geliştirme sözleşmesi imzaladı: Eylül 1977'de, bu test serisindeki COS2 olarak adlandırılan ikinci kablo deneysel olarak iki kablo üzerinden hatlar (9 km) genişletildi. Torino'da, ilk defa büyük bir şehirde, 140 Mbit/s hıza ulaşıldı. 

İkinci nesil fiber optik iletişim, 1980'lerin başında ticari kullanım için geliştirildi, 1,3 μm ‘de çalıştı ve InGaAsP yarı iletken lazerleri kullanıldı. Kanadalı servis sağlayıcı SaskTel, 3268 km'yi (2,031 mi) kapsayan ve 52 topluluğu birbirine bağlayan dünyanın en uzun ticari fiber optik ağının inşaatını tamamladı.

Fiber kullanan ilk transatlantik telefon kablosu, Desurvire'ın optimize edilmiş lazer amplifikasyon teknolojisine dayanan TAT8’di ve 1988 yılında faaliyete geçti.

1990'lı yılların sonlarında endüstri destekçileri ve KMI ve RHK gibi araştırma şirketleri, iletişim bant genişliği talebinde, internet ve video kullanımı gibi farklı bant genişliği tüketimi nedeniyle iletişim bant genişliği talebinde büyük bir artış planladı. 

Günümüzde veri hızları, çok büyük mesafeler kaydederek ışık hızına yetişmiş durumdadır. Fiber Optik İletişim, hayatın her alanına girmiş durumdadır.

Fiber Optik İletişim Nasıl Çalışır?

Fiber optik iletişim çalışmaları, birtakım ilkelere dayanır. İletimin tamamen kablolardan geçen elektrik sinyallerine bağlı olduğu bakır tel iletiminin aksine fiber optik iletişim, sinyallerin bir noktadan diğerine ışık şeklinde iletilmesini içerir. Ayrıca bir fiber optik iletişim ağı, verici ve alıcı devreler, bir ışık kaynağı ve detektörlerden oluşur. 

Elektrik sinyalleri şeklindeki giriş verileri, verici devresine iletildiğinde verici devre, bunları bir ışık kaynağı kullanarak ışık sinyallerine dönüştürür. Bu kaynak, verimli iletim için genliği, frekansı, fazları, sabit ve salınımsız olması gereken bir LED'dir. Kaynaktan gelen ışık demeti, fiber optik tarafından hedef devrelere iletilir. Burada bilgi, bir alıcı devresi tarafından tekrar elektrik sinyallerine dönüştürülür.

Alıcı devresi, optik alanın genliğini, frekansını ve fazını ölçebilen uygun bir elektronik devre ile birleştirilmiş bir foto detektörden oluşur. Bu iletişim türü, görünür aralığın hemen üzerindeki kızılötesine yakın dalga boylarını kullanır. Uygulamaya bağlı olarak ışık kaynağı olarak LED'ler ve lazerler kullanılabilir.

Fiber Optik Haberleşme Sisteminin Temel Elemanları

Fiber optik iletişim sisteminin temel bileşenleri şunlardır:

Kompakt ışık kaynağı: Yerel ağlar ve uzun mesafeli iletişim sistemleri gibi uygulamalara göre farklı ışık kaynaklarının gereksinimi şunlardır: Kapasite, hız, spektral hatlarının genişliği, gürültü, dayanıklılık, maliyet, sıcaklık vb. arasındaki kaynaklardır. Kompakt ışık kaynağı, ikiye ayrılır: Işık yayan diyotlar (LED) ve lazer diyotlardır.

Işık yayan diyotlar, düşük bant genişliği ve güç yetenekleri nedeniyle kısa mesafe ve düşük veri oranı için kullanılır. Bu tür iki LED yapısı, yüzey ve kenar yayıcı sistemlerini içerir. 

Yüzey yayan diyot, tasarım açısından kolay ve güvenilirdir, ancak daha geniş hat genişliği ve modülasyon frekans sınırlaması nedeniyle kenar yayan diyot çoğunlukla kullanılır. Kenar yayan diyot, yüksek güç ve daha dar hat genişliği özelliklerine sahiptirler. 

Daha uzun mesafeler ve yüksek veri iletimi için, yüksek hızlı, yüksek hızlı spektrum; genişlik fonksiyonlarından dolayı lazer diyotları tercih edilir.

Düşük kayıp fiber optik: Optik kablo, düşük kayıplı malzemelerden yapılmış, silindirik dielektrik dalga kılavuzu olarak da bilinen bir kablo türüdür. Bir optik fiber aynı zamanda çalıştığı ortam, gerilme mukavemeti, dayanıklılık ve sertlik gibi parametreleri de hesaba katar. Fiber optik kablo, yüksek kaliteli cam veya plastik ekstrüzyondan yapılmıştır ve esnek bir yapıya sahiptir, fiber optik kablonun çapı 0.25-0.5 mm'dir ve yapısı insan saçından daha incedir.

Fiber optik kablo ise dört bölümden oluşur:

1. Çekirdek (core)
2. Kaplama (cladding)
3. Tampon (buffer)
4. Ceket (jacket)

Fiber Optik Mod Çeşitleri

• Tek modlu fiberler: Fiber başına sinyal iletmeye yarar. Bu fiber kablo sistemleri, telefon ve televizyonlarda kullanılır. Tek modlu fiberler, küçük çekirdekleri içinde barındırır.
• Çok modlu fiberler: Fiber başına birden çok sinyal iletmek için kullanılır. Bu sinyaller, daha büyük çekirdeklere sahip olan bilgisayar ve yerel alan ağında kullanılır.
• Fotoğraf detektörü: Bunların hedefi, ışık sinyalini bir elektrik sinyaline dönüştürme işidir. Optik iletişim sisteminde ise optik alıcı için iki tip foto detektör kullanılır: PN foto diyot ve çığ foto diyot. 

Uygulamanın dalga boylarına bağlı olarak bu cihazların materyal bileşimi değişebilir. Bu malzemeler arasında silikon ve germanyum gibi bileşenler bulunur. Konektörler, anahtarlar, kuplörler, çoklayıcılar, amplifikatörler ve ek parçaları gibi aksesuarlar da bu iletişim sisteminin önemli parçalarıdır.

Fiber Optik Kullanım Alanları

Fiber optik, ışık sinyallerini taşıyarak veri aktarımı yapmayı mümkün kılan ince, esnek ve dayanıklı cam veya plastik borulardır. Bu nedenle, fiber optik birçok alanda kullanılır.

• Telekomünikasyon: Fiber optik, telefon, faks, televizyon ve diğer iletişim sistemlerinde veri aktarımı için kullanılır. Özellikle, uzun mesafelerde veri aktarımı yapılması gereken sistemlerde optik fiberler tercih edilir.
• Internet: Bu teknoloji, internet bağlantısı için kullanılır. Özellikle, yüksek hızlı internet bağlantısı için optik fiberler tercih edilir.
• Bilgi işlem: Fiber optik, bilgisayar ağları ve diğer bilgi işlem sistemlerinde veri aktarımı için kullanılır.
• Güvenlik sistemleri: Güvenlik kameraları ve diğer güvenlik sistemlerinde veri aktarımı için kullanılır.
• Uzay teknolojisi: Uzay gemileri ve diğer uzay araçlarında iletişim sistemleri için kullanılır.
• Sağlık sektörü: Sağlık tesislerinde bilgi işlem sistemleri ve diğer teknolojik cihazlar için kullanılır.
• Enerji sektörü: Elektrik hatlarında veri aktarımı için kullanılır.
• Havacılık sektörü: Havacılık sektöründe uçaklar ve diğer hava taşıtlarında iletişim sistemleri için kullanılır.