TEK MODLU FİBER OPTİK KABLO
Optik Kablo Özellikleri
Yapısı :
Fiberin çalışma prensibi temel optik kurallarına dayanır. Bir ışın demeti az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçerken geliş açısına bağlı olarak yansıması (tam yansıma) yâda kırılarak ortam dışına çıkması (bu istenmeyen durumdur) mantığına dayanır. Fiber optik kablo Resim 1.1’de görüldüğü gibi merkezi cam bir çekirdek kablonun etrafına sarılı koruyucu katmanlardan oluşmaktadır. Kablo temel olarak Şekil 1.1’de ki gibi 3 kısımdan oluşur.
Resim 1.1: Fiber Optik Kablo.
Çekirdek Nüve (Core): Işığın içerisinde ilerlediği ve kablonun merkezindeki kısımdır. Çok saf camdan yapılmıştır ve esnektir. Yani belirli sınırlar dâhilinde eğilebilir, cinsine göre çapı; tek modlu veya çok modlu oluşuna göre 8 mikrometre ile 100 mikrometre arasında değişir
Kılıf (Cladding): Tipik olarak 125 mikrometre çapında nüveyi saran ve fibere enjekte edilen ışının nüveden çıkmasını engelleyen kısımdır. Aynı nüve gibi camdan yapılmıştır; ancak indis farkı olarak yaklaşık %1 oranında daha azdır bu indis farkından dolayı ışık ışını nüveye enjekte edildikten sonra kılıfa geçmez (aşırı bir katlanma ya da ezilme yoksa). Işın, kılıf-nüve sınırından tekrar nüveye döner ve böyle yansımalar dizisi halinde nüve içerisinde ilerler.
Kaplama (Coating): Optik bir özelliği olmayan kaplama polimer veya plastik olabilir. Bir veya birden fazla katmanı olabilir. Optik özelliği bulunmayan kaplama sadece fiberi darbe ve şoklardan korur.
Fiber optik kablonun karakteristikleri:
Ø Dıştaki yalıtımı sağlayan kısım teflon ya da PVC’den oluşmaktadır.
Ø “Kevlar fiber” adlı madde kabloyu güçlendirir ve az da olsa kırılmadan bükülmesine olanak tanır.
Ø Merkezdeki fiberi plastik bir tabaka korur.
Ø Merkezdeki kablo cam ya da plastik fiberden oluşur.
Bu anlamda fiber optik kablonun avantajlarını şöyle sıralayabiliriz:
Ø Geniş band aralığına sahiptir
Ø Elektromagnetik bağışıklık nedeniyle manyetik indüksiyonun neden olduğu kablolar
arası karışmadan etkilenmezler.
Ø Karışma olmaması
Ø Çevre koşullarına karşı direnç
Ø Tesis kolaylığı
Ø Güvenilirlik
Ø Maliyet (aslında fiber optik kablo pahalıdır, ama fiber optik bir sistemin uzun vadeli maliyetinin, metalik bir sistemin uzun vadeli maliyetinden daha az olacağı düşünülmektedir).
1.1 Tek Modlu Fiber Optik Kablo
Işığın fiberin içerisinde hareket ettiği kısıma çekirdek (nüve) adı verilir. Işık ışınlarının açısı sayısal aralık içerisindeyse ışınlar çekirdek içerisine girebilirler Işık nüve (core-çekirdek) içerisinde hareket eder. Işınların açısı sayısal aralık içerisindeyse sınırlı sayıda yolda hareket edebilir. Bu optik yollara “mod” adı verilir. Eğer fiberin çapı yeteri kadar büyükse, ışık çok sayıda yolda hareket edebilir, bu tür fiberlere “çok modlu (multimode) fiber” denir. Tek modlu (singlemode) fiberin çekirdeği sadece tek mod da ışığın hareket etmesine müsaade eder.
1.1.1 Yapısı
Tek modlu fiber kablo çok modlu fiber kablo ile aynı parçalardan meydana gelir. Tek modlu fiberin dış ceket rengi genellikle sarı olur. Çok modlu fiber kablo ile tek modlu fiber kablonun arasındaki en temel farklılık, tek mod fiber kablonun adından da anlaşılacağı gibi tek modda iletim yapmasıdır (şekil 1.5). Tek modlu fiberin çekirdek yarıçapı 8-10 mikron seviyesindedir. 9 mikronluk çekirdek çok yaygındır. Kablo ceketinde yazan 9/125 olarak tanımlanan tek modlu fiber kablonun çekirdek yarıçapı 9 ve dış kılıf yarıçapının 125 mikron olduğu anlaşılır. tek modlu fiberler genellikle WAN’larda kullanılırken, çok modlu fiberler LAN’larda kullanılır.
ÇOK MODLU FİBER OPTİK KABLO
Yapısı
Çok modlu fiber-optik kabloların yapısı da tek modlu fiberlere benzer. Aralarında çok az farklar vardır (tablo 2.1). Işığın çekirdek içerisinde yayılması bakımından iki çeşidi bulunmaktadır (şekil 2.1).
|
Tek modlu fiber (single mode)
|
Çok modlu fiber (multimode)
|
|
Işık düzgün bir şekilde ilerler.
|
Işık geliş güzel kılıf yüzeyine çarparak yansır ve ışık ilerler.
|
|
Çekirdek çapı küçüktür. (5-8 mikron)
|
Çekirdek çapı tek modlu fiberden büyüktür (50 veya 62.5 mikron yâda daha büyüktür). Bu özeliği ile ışığı alış açısı esnekliği sağlar.
|
|
Işığın çekirdek içerisinde dağılımı azdır.
|
Işığın dağılması fazladır. Bundan dolayı ışık kayıpları da fazladır.
|
|
Uzak mesafelere ışığı iletebiliriz. (yaklaşık 3 km)
Not: yalnız unutmamalıdır ki bu mesafeler tek seferde gönderme mesafesidir, daha sonraki öğrenme faaliyetlerinde öğreneceğiniz gibi repeater (tekrarlayıcılar) kullanıldığı zaman mesafe artırılabilir.
|
Işığı uzak mesafelere iletmekle beraber tek modlu fiberden daha kısa kalmaktadır. (yaklaşık 2 km)
|
|
Işık kaynağı olarak lazer kullanılır.
|
Işık kaynağı olarak LED kullanılır.
|
Tablo 2.1: Tek modlu fiber ile çok modlu fiberin karşılaştırılması
Çok Modlu Kademe İndeksli Fiber
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 imkân 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.
DİĞER OPTİK EKİPMANLAR
Diğer Optik Ekipmanlar :
Gönderici veriyi anahtardan veya yönlendiriciden alır. Bu veri elektriksel sinyal şeklindendir. Gönderici bu elektronik sinyali aynı değere eş ışık sinyallerine çevirir. Elektronik sinyali ışığa çevirmek için iki tip araç kullanılır
Ø Işık yayan diyot (LED) 850 ve 1310 nanometre değerinde kızıl ötesi ışık üretir. Daha sonra bu ışık lensler sayesinde yansıtılarak kablonun sonuna kadar gönderilir.
Ø Tahrik edilmiş emisyon radyasyonundan üretilen yüksen ışık (LAZER) 1310 nm veya 1550 nm değerinde yoğun kızıl ötesi ışık yayan bir kaynaktır. Lazerler daha çok uzun mesafeler için kullanılır. Fakat insan gözüne zarar vermemesi için dikkatli olmak gerekmektedir.
Bağlayıcılar fiberin sonuna bağlanırlar ve böylece fiberle alıcıyı veya göndericiyi birbirine bağlarlar. Çok modlu fiberler için kullanılan bağlayıcının adı abone bağlayıcısıdır. (SC konektör). Tek modlu fiberler için kullanılan bağlayıcılar için ise düz uç bağlayıcı (ST konektör) denir.
Göndericiler, alıcılar, bağlayıcılar ve fiberler haricinde optik bir ağın mutlak olarak tekrarlayıcılara ve fiber patch panellere ihtiyaç vardır.
Tekrarlayıcılar uzun mesafelerde zayıflayan ışınları yükseltip orijinal şekillerine dönüştüren bir optik yükselticidir. Bu sayede optik sinyaller uzun mesafelere rahatça gönderilebilir.
Fiber patch panelleri normal patch panellerine benzemekle birlikte bakır kablolar için kullanılır. Bu paneller optik ağlardaki iletimin esnekliğini arttırarak daha hızlı bir iletim sağlar.
Sinyaller ve Fiber-Optik Kablolar İçinde Gürültü :
Fiber uzun mesafelere çok hızlı bir şekilde ve çok fazla veri taşımasına rağmen sorunsuz değildir. Işık çok uzun yol aldığı zaman ışığın enerjisinin bir kısmı kaybolur. Daha uzağa gönderilen ışında çeşitli nedenlerden ve fiberin doğasından dolayı daha fazla kayıp olur. Bu önemli faktörün adı saçılmadır. Fiberin içindeki saçılma fiber içindeki düzensiz yapıdan kaynaklanmaktadır ve bunun sonucunda ışık, enerjisinin birazını kaybeder.
Emilme enerji kaybının bir diğer sebebidir. Işık fiber içindeki saf olmayan kimyasal maddelere çarptığında bu maddeler enerjinin birazını emerek enerji kaybına neden olur. Bu enerji ısı enerjisi olarak ortaya çıkar. Emilim ışık sinyalini birazda olsa azaltır.
Enerjinin kaybının diğer bir faktörü ise kılıf ile çekirdek arasındaki çeperin pürüzlü oluşudur. Işık buralara çarptığında enerjisini kaybeder çünkü pürüzlü yüzey sinyali tam olarak yansıtamaz. Mikroskobik yüzeyde olan kalınlık düzensizliği sonucu fiber içindeki ışık sinyali çekirdekten kılıfa doğru çıkar ve orada emilir.
Işık demetindeki ayrılma da iletimi sınırlayan bir faktördür. Ayrılma ışık demetindeki fotonların dağılmasını anlatan teknik bir terimdir.
Optik Fiberin Kurulumu, Bakımı ve Test Edilmesi :
Fiber çekildiği zaman fiberin bir ucu kesilir ve bitim kısmının düzgünlüğünden emin olmak için cilalanır. Mikroskop veya test insturmanları bu işi çok iyi bir şekilde yaparlar. Daha sonra da bağlayıcı fiberin bitim kısmına dikkatlice entegre edilir. Bağlayıcının kabloya veya bir kablonun diğer kabloya uygun olmayan bir şekilde bağlanması sonucu sinyallerde büyük bir azalma olur. Bir kere fiber optik kablo ve bağlayıcılar yüklendiğinde bağlayıcılar ve kablonun bitim kısmı çok temiz tutulmalıdır. Fiberin bitim kısmı fiberi darbelerden korumak için koruyucu bir kılıfla kaplanmalıdır. Daha sonra bu koruyucu kılıf çıkarıldığında takılacak olan yer ve fiber temizlenmelidir. Bu temizlik isopropil alkolle olmalıdır. Aynı şekilde yönlendirici ve anahtar portu da kullanılmadığı zaman örtülmeli ve kullanılmadan önce isopropil alkolle temizlenmelidir. Kirli fiber uçları alıcının aldığı sinyallerdeki sayıyı büyük bir oranda düşürür. Saçılma, emilme, dağılma, uygunsuz kurulum ve kirli bir fiber ucu sinyal dayanıklılığını azaltır ve buna “fiber gürültüsü” denir. Fiber optik kablonun kullanımından önce göndericinin gönderdiği ışığı alıcının yeterli seviyede alıp almadığını test etmek gerekir. Bir fiber optik zinciri planlandığında, tolere edilebilecek enerji kayıpları hesaplanmalıdır. Buna “optik zincir kayıp bütçesi” denir. Desibel, güç kayıplarını ölçmek için kullanılan bir birimdir. Desibel, göndericinin gönderdiği ışının yüzde kaçının alıcıya gittiğini bize söyler. Fiber optik zincirlerinin testleri çok önemlidir ve bu test sonuçları mutlaka saklanmalıdır. Birçok test ekipmanı kullanılmaktadır. Bunlardan en önemlileri “optik kayıp metresi” ve “zaman tabanlı optik yansıtıcı (OTDR)” dır.
Fiber-Optik Kabloların Test Edilmesi
Fiber zinciri iki tane ayrılmış cam fiberden oluşan yollar içerir. Bir fiber yolundan bir yöne doğru giden sinyal diğer fiberden tekrar gelir. Her glass fiber ışık geçirmeyen bir kılıfla sarılıdır. Böylece optik kablo içinde bir karışma problemi söz konusu olmaz. Dış elektromanyetik karışma veya gürültü kablo üzerinde hiçbir etkiye sebep olmaz. Azalma mutlaka kablo üzerinde olacaktır ama bu azalma mutlaka bakır kablonun azalmasından daha azdır. Fiber hatlarda optik eşitlik, UTP’ nin süreksiz empedansıdır. Normal ışık sinyali iletilirken bir sinyalin bir kısmının kablo boyunca ters yönde kırılarak yansımasına optik süreksizlik denir. Bunun sonucunda alıcıya ulaşan enerji sinyal tanımlamasını zorlaştırır. Fiber kablolardaki optik süreksizlik, UTP kablolarda olduğu gibi bağlantı elemanının yanlış bağlanması sonucunda meydana gelir.
