1MODUL1-FiberTemel

İsttanbu
ul Ka
alkın
nma Ajan
nsı
Fiiberiist Projes
si
F roptik Ka
Fibe
ablo Derrs No
otları
Bo
olum
m1
Bu do
oküman, İsstanbul Kalkınma Ajansı’nın des
steklediği Fiberist
F
Pro
ojesi
kapsa
amında hazzırlanmıştır.
İİçerik ile ilg
gili tek soru
umluluk Ma
armara Ün
niveritesi Te
eknik Bilim
mler Meslek
k
Y
Yüksekokul
luna..’a ait olup İSTK
KA veya Ka
alkınma Ba
akanlığı’nın
n görüşlerin
ni
yanssıtmamakta
adır.
1 1. FİBER OPTİK PRENSİPLERİ
1.1. FİBER OPTİĞİN TARİHÇESİ
1.1.1.
Fiber Optik Ve Işık Kuramı
1.1.1.1.
Fiber Optiğin Tarihçesi
Optik haberleşme, duman işaretlerinin, kolların veya bayrakların sallanması ve ışığı
yansıtmak için aynaların kullanılması kadar eskidir.Son on yılda, elektronik iletişim
endüstrisinde çok sayıda önemli ve dikkate değer değişim meydana geldi. (fiber optik, Doç.Dr.
Sedat ÖZSOY, Birsen Yayınevi)
Gelişen teknoloji ile birlikte ses, veri ve görüntü iletişiminde daha ekonomik ve daha
geniş kapasiteli iletişim sistemlerine olan talep hızla artış göstermiştir. Bu talebe cevap
verebilecek ve yüksek kalitede hizmet sağlayabilecek ekonomik iletişim sistemlerinin gerekli
olduğu açıktır. Bilgi bir noktadan başka bir noktaya sağlıklı, hızlı ve büyük miktarlarda çok
kısa bir sürede taşınmalıdır.
Bilgi taşıyıcı olarak ışığın kullanıldığı iletişim sistemleri, son zamanlarda oldukça
büyük ilgi görmektedir.
Şekil 1.1:Fiber Optik Kablo
1980’lerde ışık dalgaları ile haberleşme ortaya çıkmıştır. ABD ve diğer sanayileşmiş
milletler fiber optik kullanmaya başladılar ve o kadar çok kullandılar ki son on yıl ‘’camın on
yılı’’ olarak adlandırıldı. Koaksiyel veya başka türden onlarca mil uzunluğundaki bakır
kablolar, uzun mesafe haberleşmesinde modası geçmiş olarak kabul edildi. Bir iletişim
sisteminin bilgi taşıma kapasitesi bu sistemin band genişliği ile doğru orantılıdır; yani band
genişliği ne kadar fazla olursa, sistemin bilgi taşıma kapasitesi de o kadar fazla olacaktır. Bu
sebeple; bugünün ve yakın geleceğin gereksinimlerini karşılamak için, çok fazla bilgi taşıma
kapasitesine sahip olmayan bakır kabloların yerini fiber optik kablolar almıştır. Bakır kablolar,
band genişliği denilen çok fazla bilgi taşıma kapasitesine sahip olmadıkları için, fiber optik
kablolar ile değiştirilmişlerdir.
Fiber optik sistemler, bakır tellerin yerine ışığın kullanıldığı sistemler olarak
günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Fiber kablo aracılığı ile bilgi taşıyan iletişim
sistemlerine fiber optik sistemler denmektedir. Bir fiber optik haberleşme sisteminde, bilgi,
metalik sistemlerdeki gibi elektron hareketiyle olmaktan ziyade ışık dalgasıyla taşınır.
Fiberoptik, içinde ışığın kolayca yayılabilmesi için temiz cam veya temiz plastikten yapılan
şeffaf ince bir çubuktan ibarettir. Işık sinyali vericiden çıkarak çubuğun içindeki alıcıya gider
ve çubuğun içindeki bu alıcıdan kolayca algılanabilir. Bir bakır kablo ile 12 telefon görüşmesi
gönderilirken, fiber optik kablo ile 1500 telefon görüşmesi gönderilebilir.
2 Şekil 1.2:Kılıfsız Fiber Optik Kablo
A.GrahamBell, ses işaretlerinin ışık aracılığıyla iletildiği cihazı geliştirmiştir, ancak bu
buluş hava koşullarının ışık üzerindeki olumsuz etkisinden dolayı pek uygulanamamıştır.
Tarih 1870 gösterdiğinde İngiliz fizikçi John Tyndall, akarsularda tam yansımadan
yararlanılarak ışık iletiminin yapılabileceğini göstermiştir. Bu denemeler ancak 1960 yılında
lazerin başarılı şekilde denenmesiyle mümkün olmuştur. Fiber optik kablonun tarihçesi
kısaca özetlenirse;
•
1870 gösterdiğinde İngiliz fizikçi John Tyndall, akarsularda tam yansımadan yararlanılarak ışık iletiminin
yapılabileceğini göstermiştir.
•
1880 Alexander GrahamBell “Photophone” adını verdiği icadı ile sesin ışık dalgaları üzerinden iletilebileceğini
gösterdi.
•
1958 yılında Laser’in keşfi, Nobel ile ödüllendirildi.
•
1966 Charles Kao cam fiberin ışık kılavuzu olarak kullanılabileceğini ispat etti.
•
1970 CorningGlass Works 633nm dalga boyunda çalışan,17dB/km kayıp değerine sahip optik fiberini üretti.
•
1972 yılında, (4 dB/km. 850 nm) Dereceli İndisli fiber üretildi.
•
1983 yılında Tek Modlu Fiber Kablo üretimine başlandı.
•
1987 0.20 dB/km zayıflama değerlerine kadar inildi.
•
1990 yılında, aynı fiber üzerinden birden fazla dalgaboyunda iletim sağlandı.
•
1997 yılında, 40Gb/sn’lik hızla 300 Km’lik Fiber üretildi.
•
2000 yıllarına gelindiğinde, Tek fiber üzerinden Tbit/s iletim hızlarına ulaşıldı.
http://www.fibere.com/tag/fiber/
1.1.1.2.
http://okul.selyam.net/docs/index-12097.html
Işık Kuramının Tarihçesi
Fiber optiğin insanları neden bu kadar çok etkilediğini anlamak için beklide önce ışık
kuramının tarihçesine bakmak gerekir. Son 3000 yıl içinde ışık ile ilgili geliştirilen onlarca
kuramdan önemli olan altısı şunlardır.
1) Dokunma 2) Işıma
3) Parçacık
4) Dalga 5) Elektromanyetik 6) Kuantum
Dokunma kuramı, temelinde hissetmeye dayalı bir teori. Eski çağlarda, gözün
görünmez bir cisim göndererek maddeye dokunduğu ve onu algıladığı sanılırdı. Işıma
kuramıysa dokunma kuramının tersine parlak cisimlerin gönderdiği ışın veya parçacıkların
cisimler üzerinden sekerek göze gelmesine ve algılanmasına dayanır. Işıma kuramı 11. y.y.
dokunma kuramına göre daha fazla kabul gördü.
3 Bundan sonra gelen iki kuram Sir Isaac Newton’un parçacık ve ChristianHuygens’in
dalga kuramları. Bunlar, birbirlerine tam ters olan kuramlardır. Newton’a göre ışık, parçacık
olarak düz bir yol üzerinde yer alır. Diğer bir deyişle, ışık bir parçacık sistemidir ve
kaynağında her yöne düz doğrular boyunca yayılır. Newton’un fizik yasası parçacıkların
cisimlerden yansımasını açıklayabilir.
Huygens’in dalga kuramı ise Newton’un kuramını kabul etmiyor. Ona göre, eğer ışık
parçacıklardan oluşsaydı birbiriyle karşılaşan ışık demetleri kendilerini yok etmeliydi.
Huygens, bunu açıklamak için karşılaşan iki su akıntısını gösterdi. Gerçekten de ışık böyle
bir özellik göstermez ve ışık demetleri karşılaştıklarında, su örneğinde olduğu gibi bir olay
ortaya çıkar. Huygens, ışığın bir dalga olduğunu öne sürdü. Ona göre ışık ve onunla ilgili
olaylar tümüyle dalga kuramına oturtulmalıydı. Buna karşılık Newton da eğer ışık bir
dalgaysa, hareketi boyunca rastladığı köşeleri de dönmesi gerektiğini ancak bunun
olmadığını ileri sürerek dalga kuramını reddetti. Bu günün bilimi ise ışığın gerçekten 3
köşeleri döndüğünü gösterebiliyor. Ancak dalga boyunun çok küçük olmasından dolayı bu
olayın gözle görülmesi olası değil. Dalga kuramı 1800 ‘lü yıllarda kabul gördü. Parçacık
kuramıysa 1800’lü yılların sonunda tamamen terk edildi.
Ondokuzuncu yüzyıl sonlarında, James ClerkMaxwell, elektrik, manyetizme ve ışığı
bir kuramda birleştirdi. Bu kurama elektromanyetik teori denildi. Maxwell’e göre ışık bir
elektromanyetik dalgadır ve diğer elektromanyetik dalgaların özelliklerini gösterir. Maxwell,
elektrik ve manyetik sabitlerden yararlanarak ışık hızını hesapladı. Gerçi bulduğu hız kabul
edilebilir değer içinde; ancak Maxwell’in teorisi fotoelektrik etkisini açıklayamıyor.
1887’de Heinrich Hertz, metal üzerine gönderilen belli özellikteki ışığın, elektronları
metal yüzeyinden kopardığını buldu. 1900’de Max Planck, ışık ile ilgili başka bir kuram
geliştirdi. Buna göre ışık, içinde enerji olan küçük bir paket içinde iletilir ve madde tarafından
emilir. Bu küçük pakete ‘quanta’ adını verdi. Quanta içindeki enerji, ışığın frekansıyla doğru
orantılıdır. Albert Einstein, Planck’ın kuramını tamamen kabul ederek ışığın quanta olarak
iletilmesinin ve madde tarafından emilmesinin yanında, ışığın quanta olarak yol aldığını ileri
sürdü. Einstein, quanta birimi olarak foton’u kabul etti. Değişiklikler, ışığın yoğunluğunu
arttırıp azaltılarak ayarlanabiliyor ve hoparlör benzeri bir aleti çalıştırabiliyor.
http://okul.selyam.net/docs/index-12097.html
1.1.2.
Fiber Optik Kablonun Üretim Aşamaları
Uzun mesafe ve yerel haberleşme ağlarında kullanılmak üzere tasarlanan fiber optik
kablolaren son teknolojiye göre üretilir. Fiber optik kablonun üretim aşamaları:
a) Fiber Boyama: Fiberler, en son teknolojiye göre üretilmiş bilgisayar
kontollümakinelerda 2100 m/dklikhizlarda UV teknolojisi ile boyanmaktadır.
b) BufferIzolasyon: Boyanan fiberler “loosetube” adı verilen tüplere yerleştirilerek bu
tüpler thixotropicjell ile doldurulur. Tüp içerisine 12 fibere kadar fiber
yerleştirilebilmektedir
c) SZ Büküm: Merkez elemanı etrafinaloose tüpler SZ olarak bükülerek kablonun
çekirdek yapısı oluşturulmaktadır. Bu yöntem ile en çok 216 fiberli kablonun üretimi
gerçekleştirilir. Kullanıcı isteklerine göre kabloda aramid iplik ve nem bariyeri
kullanılabilir ve son olarak kablo özü kılıflanır. Kablo isteklere göre ara kılıf
aşamasından sonra radyal kuvvetlere ve kemirgenlere karşı dayanımının artırılması
için ondüleli çelik bant ile ya da iki kat galvanizli çelik bant ile sarılarak zırhlanır.
Kullanıcının isteğine göre kablo çelik tellerle veya aramid iplik ile de zırhlanabilir.
http://www.hes.com.tr/hes‐3‐23‐uretim‐tesisleri‐fiber‐optik‐kablolari‐uretim‐tesisi.html
1.1.3.
Fiber Optik Kablolama Uygulamaları Ve Entegrasyonu
1.1.3.1.
Fiber Optik Kablo Uygulama Prensipleri
Elektromanyetik spektrumda insan gözünün algılayabildiği bölgeye görünür bölge
diyoruz. Görünür bölgede ışığın dalga boyu, ışık renkleriyle ifade edilebilir. Gökkuşağı
renkleri – kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor – görünür bölgede bulunurlar. Fiber optik
4 iletişimde kullanılan elektromanyetik dalgaların dalga boyu görünür bölgenin üzerinde
bulunur.Tipik optik iletişim dalga boyları, 850 nanometre (nm), 1310 nm ve 1550 nm’dir. Hem
lazerler hem de LED’ler fiber optik kablo üzerinden ışık sinyali üretiminde kullanılabilir. Lazer
kaynakları 1310 ve 1550 nm ve tek mod uygulamalarında uygundur. LED’lerse 850 veya
1300 nm dalga boyundaki çoklu mod uygulamalarında kullanılabilir.
Fiberin en iyi çalıştığı bazı dalga boyu aralık pencereleri bulunuyor. Bunlara çalışma
pencereleri denilebilir. Her pencere tipik dalga boyunun etrafında oluşur. Aşağıdaki tablo bu
pencereleri veriyor.
Tablo 1.1: Dalga boyuna örnekler
Pencere
Dalga boyu
800 – 900 nm
850 nm
1250 – 1350 nm
1310 nm
1500 – 1600 nm
1550 nm
1.1.3.2.
Fiber Optik Kablo Kullanım Alanları
Fiber Optik, 1920 yılında ortaya çıkmış olsa da, kullanımının yaygınlaşması son 20 yıl
içinde olmuştur.Fiber Optiğin ilk ticari uygulaması tıp alanındadır. Cerrahi müdahale ile
ulaşılamayan noktalardaki görüntüye ulaşılmak için kullanılan Fiber Optik, son dönemlerde
lazer tedavilerinde kullanılmaya başlanmıştır.
Şekil 1.3: Fiber Optik Havai Hattın Bağlanması
Fiber Optiğin asıl gelişimi ve yaygınlaşması ise özellikle haberleşme alanında olmuş
ve mevcut sistemde çığır açan değişikliklere yol açmış ve gelişimine hızla devam etmektedir.
Uzun mesafelerde kalın damarlı bakır kablolar yerine, geniş bant aralığında tek bir tel fiber
kablo ihtiyacı fazlasıyla sağlamaktadır.Başlıca Fiber Optik kullanım alanlarına kısaca
değinecek olursak:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Bilgisayar LAN& WAN ağ uygulamaları
Internet Altyapısı
CATV, Güvenlik kamera sistemleri CCTV, Mobese
SCADA Sistemleri
Digital TV
Videophone
Fiber ToTheDesk
Video konferans
Multimedia uygulamaları
http://www.fibere.com/tag/fiber-optik/
FTTX – Son Kullanıcıya Fiber
5 1.2. FİBER OPTİK İLETİŞİM PRENSİPLERİ
1.2.1.
Fiber Optik Hattının Parçaları
Şekilde fiberoptikhaberleşme sisteminin basitleştirilmiş blok diyagramı görülmektedir.
Bu sistem; elektrik sinyallerini ışık sinyallerine çeviren bir verici, sinyalleri iletmek için bir optik
fiber ve diğer uçtaki sinyalleri yakalayıp onları elektrik sinyallerine çeviren bir alıcıdan oluşan
üç ana bileşene sahiptir.
Şekil 1.4:Fiber Optik İletim Hattı Blok Şeması
Gerilim/Akım dönüştürücü, giriş devreleri ile ışık kaynağı arasında elektriksel arabirim
görevindedir. Işık kaynağı, LED veya enjeksiyon lazer diyot (ILD) tur. Ledin veya ILD’nin ışık
miktarı sürme akımının miktarına eşittir. Gerilim/akım dönüştürücüsü, bir giriş sinyal
gerilimini, ışık kaynağını sürmede kullanılan bir akıma dönüştürür. Kaynaktan fibere bağlayıcı
mekanik bir arabirim olup kaynaktan yayılan ışığı fiberoptik kabloya bağlamaktadır.
Fiber optik kablo taşıyıcı ortam olarak kullanılır. Kılavuz aşırı saf cam ya da plastik bir
kablodur. Cam ya da plastik kablo, fiber çekirdek, bir koruyucu zar ve bir koruyucu kılıftan
oluşur. Bilginin taşındığı yol boyunca, zayıflamaları telafi etmek için belli aralıklarla “hat
yükselticileri (repeater)” yerleştirilir.
Alıcı ise fiberden ışık dedektörüne bağlaşım aygıtı, bir foto dedektör, bir akım/gerilim
dönüştürücüsü, bir yükselteç ve analog/sayısal arabirimden oluşmaktadır. Fiber ışık
dedektörüne bağlaşım aygıtı da mekanik bir bağlayıcı olup görevi fiber kablodan mümkün
olduğunca çok ışığı ışık dedektörüne bağlamaktır. Işık dedektörü genellikle PIN (pozitif salt
negatif diyot) veya APD (çığ fotodiyot)dur. Bunlar ışık enerjisini akıma dönüştürür.
Akım/gerilim dönüştürücüde dedektör akımındaki değişiklikleri çıkış işaret gerilimindeki
değişikliklere dönüştürür.
https://dosya.sakarya.edu.tr/Dokumanlar/2013/302/261639395_fiberoptik.pdf
6 Şekil 1.5: F/O İletim Hattı Biriminleri
1.2.2.
Fiber Optik Verici
Fiber optik iletişim sistemlerindeki verici devreleri sürücü devresi ve ışık kaynağından
oluşmaktadır. Verici devresinin görevi elektriksel sinyali fiber iletişim hattındaki fiber kabloya
iletilecek hale getirmektir. Işık kaynağı olarak LED diyotlar veya yarıiletken lazerleri
kullanılmaktadır.
Bugün kullanılan en önemli optik vericiler lazer diyotlar ve ışık alan diyotlar (LED); en
önemli optik alıcılar da fotodiyotlardır. Lazer diyotlar LED’lerden çok daha dar bantlı (lazer
diyotlarda δ < 5 nm, LED’lerde δ ≈50nm) güçlü ve yönlendirilmiş ışık üreten optik vericilerdir.
Bu nedenle lazer diyotları tek modlu cam liflerle kullanılmaya çok uygundurlar ve böylece
büyük iletim kapasiteli sistemler oluştururlar. 1GHz üzerinde modülasyon bant genişlikleri ve
1mW düzeyinde optik güç kuplajı elde edilebilmektedir.
Şekil 1.6: F/O Verici
Duran KAYA ,Adil DELİN ,Remzi KIRILMAZKaynak: http://www.hasanbalik.com
LED’lerden cam life yeterli ışık kuplajı yapılabilmesi için, büyüklüklerinin lif çekirdek
yarıçapından küçük olması gerekir. Böylece küçük boyutlu bir LED ile istenen optik gücü elde
etmek için normal LED’lerdekinden çok daha büyük akım şiddetleri gerekir. Bu, optik verici
olarak kullanılacak LED tasarım ve üretimini etkileyen önemli bir faktördür. Birkaç yüzMHz’lik
modülasyon bant genişliği ve 50 μW düzeyinde bir optik güç kuplajı elde edilebilmektedir.
Lazer diyodu akım/ışık özeğrisi ısı ve yaşlanmaya bağlı olduğu için çıkışın
regülasyonu gerekir. Lazerin arka aynasından alınan ışık bir fotodiyoda verilir. Fotodiyot
akımı, lazeri süren akımı regüle eder. LED’lerin akım/ışık özeğrileri ısı ve yaşlanmaya bağlı
7 olmadıkları için çıkışın regülasyonu gerekmez. Bu nedenle LED’li vericilerin tasarımı daha
kolaydır.
Lazer diyotların modülasyonu doğrudan veya dolaylı oalrak yapılabilir. Dolaylı yoldan
modülasyonda modülatör malzemesinin soğurma özelliği ve kırılma indisi modülasyon
işaretine (bildir işareti) bağlı olarak değiştirilmektedir.
1.2.3.
Fiber Optik Alıcı
Optik alıcılar ise, fiber çıkışında alınan optik sinyali tekrar orijinal elektriksel sinyale
dönüştürülmesini sağlarlar. Optik alıcılar fotodedektör, elektriksel kuvvetlendirici ve sinyal
şekillendiriciden oluşmaktadır.
Şekil 1.7: Optik alıcı blok diyagramı
www.learn-about-electronics.com
Optik alıcılarda fotodiyotlar kullanılmaktadır. Optik haberleşmede kullanılacak
fotodiyotların değerlendirilmesindeki ara ölçülerden birisi olumlu sonuç elde edilebilecek
minimum optik güçtür. Yeterli işaret/gürültü oranı (analog haberleşmede) veya yanılgı oranı
(sayısal haberleşmede) sağlayan optik güç ne kadar küçük ise yani duyarlılık ne kadar 5
fazla ise fotodiyot o kadar değerlidir. Çünkü böylece hem yineleyici uzaklıkları arttırılabilir
hem de daha büyük bit hızlarında çalışılabilir.
İkinci değerlendirme ölçütü tepke zamanıdır. Tepke zamanı iletilen bit hızı için yeterli
olmalıdır. Optik haberleşmede kullanılan bugünkü fotodiyotlar0.2ns’den daha küçük
yükselme ve düşme zamanına sahiptirler. Böylece 1 GHz’in üzerinde bant genişlikleri elde
edilebilmektedir.
1.2.4.
Fiber Optik Güç Ve Bant Genişliği
Elektriksel ve optik bandgenişliği arasındaki ilişkiyi bulmak için sistemden çekilen
elektriksel akımlar incelenir. Işık ile akım arasında doğrusal bir ilişki olduğundan optik verici
ve alıcıdaki akımlar karşılaştırılır. Elektriksel çıkış gücü ile elektriksel giriş gücü arasındaki
oran desibel cinsinden aşağıdaki gibi verilir:
Elektriksel 3dB noktası, yukardaki elektriksel güçlerin oranının 1/2 olması durumunda
meydana gelir. Optik çıkış gücünün optik giriş gücüne oranı desibel cinsinden aşağıdaki gibi
verilir:
8 Böylece optik 3 dB noktası, akımlar oranının 1/2 olması durumunda meydana gelir.
Optik bandgenişliği de çıkış akımının, giriş akımının 0.5 katına düştüğü frekans olarak
tanımlanır. Bu oran ise, 6 dB’lik elektriksel güç zayıflamasına karşılık gelir. Bu iki
bandgenişliğinin karşılaştırılması şekilde gösterilmiştir:
Şekil 1.8: dB frekans Zayıflama Eğrisi
Optik bandgenişliği ile elektriksel bantgenişliği arasındaki fark (frekans terimleri
cinsinden), sistemin frekans tepkesinin şekline bağlıdır. Fakat sistemin frekans tepkesi bir
gauss dağılımı şeklindeyse, optik bandgenişliği elektriksel bandgenişliğinden √2 kat daha
büyük olur.
http://eee.ktu.edu.tr/foyler/telekom/Optik%20Fiberlerlerde%20%C3%96l%C3%A7meler.pdf
1.2.5.
Fiber Optik Kazanç, Zayıflama, Kayıp Ve Yansıma
Fiber kablo içinde yer alan ışık sinyalinin enerjisi ve dolayısıyla ölçü aletlerinin enerji
seviyesini ve frekansını gösterdiği şekli, değişik nedenlerle kayba uğrar. Bu kayıp desibel
cinsinden ölçülür (dB/km). Belli bir mesafede kullanılan fiberin düşük kayıplı olması gerekir.
Dolayısıyla düşük kayıplı fiber optik sistemleri tercih edilir. Örneğin ilk çıkış gücünün %50 sini
kaybı 3.0dB’lik bir kayba karşılık gelir. Fiber optik kablolar birleştirildiğinde veya sistem içine
monte edildiğinde, bazı kayıplarla karşılaşır. İki fiber kablo uç uca birleştirilirse, tipik kayıp 0,2
dBdir. Kayıp nedenleri pek çok olmakla birlikte iç ve dış kayıplar olarak iki sınıfa ayırabiliriz:
Işık sinyali, fiber kablo içinde herhangi bir düzensiz bölgeye gelirse saçılıma uğrar ve
saçılıma uğramış sinyal o bölge tarafından emilerek ilerlemesi engellenebilir. Rayleigh
saçılması, bilinen en önemli saçılım şeklidir. Fiber içindeki ışık, fiberi oluşturan cam atomları
ile etkileşir. Işık dalgaları atomlarla esnek çarpışma yapar ve ışık dalgası saçılıma uğrar.
Eğer ışık saçılımdan sonra tam kırılması sağlayan açıdan daha büyük bir açıyla çepere
çarparsa, fiber kabloyu terk eder ve kaçar.
Boş yerleri Not Tutmak için Kullanabilirsiniz! 9 Şekil 1.9: Saçılma
http://okul.selyam.net/docs/index-13887.html
İkinci tip iç kayıp, ışık sinyalinin fiber tarafından emilmesidir. Bu tür kayıplar genel
kayıpların %3-5’ini oluşturur. Işık sinyalinin fiber tarafından emilmesinin nedeni, fiberi
oluşturan camın içinde bulunan kirliliklerdir. Bu sebepten dolayı ışık enerjisindekayıplara
neden olurlar.
Diğer kayıp tipiyse dış kayıplardır. Örneğin, eğer fiber optik kablo bükülürse bu
bölgedeki gerilim artar ve gerilimin artması da kırılma indeksini değiştirir. Bu durumda ışık
sinyalinin tam yansıması gerçekleşmeyerek damar bölgesinin terk edilmesine neden olur. Bu
tür eğilmelere makro bükülüm adı verilir. Bu bükülümler mikro düzeyde kablonun içinde
olursa sinyal fiberin damar bölgesini terk ederek kayba neden olur.
Kromatik dağılım, ışık kaynağında kullanılan dalga boyu aralığına bağlıdır. Lazer veya
LED’ler tarafından üretilen ışığın dalga boyu belli bir aralıkta olur. Fiber içinde yer alan
değişik dalga boyundaki dalgalar, değişik hızlara sahiptir. Dolayısıyla eşit mesafeleri farklı
sürelerde alırlar; bu da sinyalin yayılmasına neden olur. Sinyalin gereğinden fazla yayılması
onun karakterini bozar ve bilginin kaybolmasına neden olur. Bu tür kayıplar, tek mod fiber
optik uygulamalarında oldukça önemlidir.
http://okul.selyam.net/docs/index-12097.html?page=3
1.2.5.1.
Zayıflama
Tüm iletim sistemlerinde olduğu gibi fiber optik sistemde de zayıflama olmaktadır. Bu
sistemde değişik etmenlerin etkisi sonunda optik sinyal; varış noktasına gücü azalmış olarak
ulaşmasına neden olur. Çıkış ile giriş arasındaki bu azalmaya zayıflama denir.
Zayıflama ışık ışınlarının taşındığı ortamın uzunluğuna bağlı olarak sinyal kuvvetinin
veya ışık gücünün azalmasıdır. Fiber optik sistemlerde zayıflama genellikle “birim uzunluk
başına desibel” cinsinde ifade edilir. Genelde dB/kilometre veya dB/metre
Fiber optikler yüksek bant genişliği ve düşük zayıflamayı bir araya getirdikleri için
diğer iletim ortamlarından daha yüksek bir performans sunmaktadırlar. Düşük zayıflama,
uzun mesafeler üzerinde daha az tekrarlayıcı veya yükseltici kullanılarak sinyallerin
güvenilirliğini ve kalitesini arttırırken aynı zamanda maliyetleri azaltmaktadır.
Bir optik sinyalin zayıflaması dalga boyunun bir fonksiyonu şeklindedir.
- Standart tek modlu bir fiber için 1300 nm dalga boyunda ortalama olarak 0.35
dB/km,
- bu zayıflama 1550 nm dalga boyunda daha azalarak 0.25 dB/km seviyelerine
düşmektedir. Bu durum ise sinyalin tekrar yükseltilmesine veya tekrarlanmasına
gerek kalmadan 100km’den uzağa gönderilmesini sağlamaktadır.
Zayıflamanın en fazla olduğu bölgeler 730-950 nm ve 1250-1380nm bölgeleridir. Bu
bölgelerde çalışmamak daha avantajlı olur.
10 Şekil 1.10: FO Kablo İçi Zayıflama Etmenleri
Genel olarak fiber optik damarlarda zayıflama; fiziksel kimyasal ve mekanik etmenlere
bağlıdır. Bu kayıplar:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Rayleigh dağılması,
Keskin ve güçlü kıvrımlar,
Yabancı maddeler,
Üretim hataları,
Çekme, büzülme, basınç ve sıcaklık etkisi,
IR (infra-red kızıl ötesi) ve UV yutması,
OH- (nem) yutması,
Metal iyonları yutması.
Soğurma (Absorblama) kayıpları
Soğurma (Absorblama) kayıpları
Yayılma kayıpları
Bağlaşım kayıpları
http://e-atolye.net/tag/fiber-optik/
1.2.5.2.
Fiber Optik Kablodaki Kayıplar
Fiber optik kablolarda iletim kayıpları fiberin en dikkat edilmesi gereken özelliklerinden
biridir. Fiberdeki kayıplar, ışık gücünde bir azalmaya sebep olur ve böylece sistem bant
genişliğini, bilgi iletim hızını, verimliliği ve sistem kapasitesini azaltır. Fiber kablo içinde yol
alan ışık sinyalinin enerjisi dolayısıyla şekli değişik nedenlerle kayba uğrar.Başlıca fiber
kaybına sebepleri, soğurma ve yansımadır.
1.2.5.3.
Soğurma (Absorblama ) Kayıpları
Maddenin özelliği olarak gönderilen ışık enerjisinin bir kısmı ısı ve kimyasal enerji gibi
enerji türlerine çevrilir buda gönderilen ışığın gücünü azaltmaktadır. Fiber optikteki soğurma
(yutma) kaybı, bakır kablolardaki güç kaybına benzer; fiberin saf olmaması nedeniyle fiberin
çekirdeğinde ve kılıfında bulunan metaller (kobalt, bakır krom)veya su iyonları gibi yabancı
maddeler ışığın yutulmasına sebep olmaktadır. Kayıpların düşük olabilmesi için bu
maddelerin fiberde milyarda bir düzeyinde olması gerekmektedir.Fiber optikteki soğurma
kayıplarına yol açan üç faktör vardır:
1. Morötesi Soğurma
1.2.5.3.1.
2. Kızılaltı Soğurma
3.İyon Rezonans Soğurması
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.
11 1.2.5.3.2.
Kızılaltı Soğurma
Kızılaltı soğurmaya, cam çekirdek moleküllerinin atomları tarafından soğurulan ışık
fotonları neden olur. Soğurulan fotonlar, ısınmaya özgü rastgele mekanik titreşimlere
dönüştürülür.
1.2.5.3.3.
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 molekülleri de neden olabilir.
Şekil 1.11: Fiber Zayıflama Eğrisi
1.2.5.4.
http://e-atolye.net/tag/fiber-optik/
Yansıma
Yansıtıcı parlak bir yüzeyde ışığın gelme açısı, yansıma açısına eşittir. Aşağıdaki
şekiller incelendiğinde yansıyan ışığın oluşturduğu şekillerde bir simetri farkı yoktur. Örneğin
şekildeki kuğuları gözlemleyen bir kişi sudaki yansımalarını da bir simetri içeresinde
görmektedir. Bu da gelme açısı ile yansıma açısını eşitliğinin ispatıdır. Bir ışık yansıdığı anda
da bir kısmı da kırılabilir. Bunu da suyun yüzeyindeki kuğulardan yayılan ışığın suyun
içindeki balık tarafından görülmesi olarak izah edebiliriz.
Şekil 1.12: Yansıma
Şekil 1.13: Suda yansıma
12 1.2.6.
Fiber Optik
O
Gücün Tanımı
Tüm sistem
T
mlerde olduğ
ğu gibi fiberr optik siste
emlerin tasa
arımında da
a her noktad
daki güç
durumunu göz önüne almak gerekir. Ölçüm
Ö
birim
mi dBmdir. Temel
T
olarrak güç ölç
çümünde
verilen ile
i kaybolan
n gücün ölçülmesidir.
1.3. IŞIĞ
ĞIN FİZİK
KSEL ÖZ
ZELLİKL
LERİ
1.3.1.
Işığın Elektroma
E
anyetik Da
alga Teoris
si
I
Işık
dalgassı çok yü
üksek frekanslı bir elektromag
gnetiksinyaldir.Fiber optiklerin
o
perform
mansı, maxw
well denklem
mlerini uygu
ulamak sure
eti ile tamam
mıyla analizz edilebilirse de, bu
oldukça
a karmaşık bir yöntemdir. Maxwe
ell denklemleri yerine geometrik
g
ışın izleme yöntemi
kullanıla
abilir.
Şekil 1.14: Elektromanyet
E
tik Dalga Şekllinde İlerleyen
n Işık ve Polarrizasyon
Şekil 1.15: Işık parrçacık ve dalga
IIşık nüve iççinde derecceli indis fib
ber gibi sinüs dalgalarrı çizmek yyerine tam yansıma
y
kurallarına bağlı zikkzaklar çize
erek iler.
http://hbo
ogm.meb.gov.ttr/modulerprog
gramlar/kursprogramlari/ele
ektrik/modullerr/iletisimteknolojileri.pdf
13 1.3.2.
Işığın Parçacık Teorisi
Işığın parçacıklardan oluştuğu fikrini ilk kez Isaac Newton ortaya koydu. Sonraları
ışığın dalgalardan oluştuğu düşüncesi yayıldı; ta kiMax Planck bazı deneylerinde ışığın hem
dalgahem de parçacık gibi davrandığını fark edinceye kadar.
Işık sanki devamlı dalgalar değil de, enerji paketçikleri gibi geliyordu. Einstein ve
Planck bu enerji paketlerini ışık quantumu veya foton olarak adlandırdılar. Fotonlar sanki
birer parçacıklarmış gibi davranıyordu. Relativite (izafiyet) teorisine göre, bir parçacığın ışık
hızında gidebilmesi için kütlesinin sıfıra eşit olması gerekiyordu!
Demek ki ışığın enerjisi sadece kinetik enerjiydi; kütlesinden kaynaklanan hiçbir
enerjisi yoktu. Einstein o güne dek açıklanamamış olan fotoelektrik olayını bu kavramla
açıkladıktan sonra, bilim adamlarının ağzında yeniden 'ışık nedir?' sorusu gündeme gelmişti.
Eğer ışık dediğimiz olgu parçacıklardan oluşuyorsa, frekans veya dalgaboyunun ne anlamı
var acaba?
Aslında sorulması gereken en iyi soru: "ışık gerçekten nedir?" Cevap: 'Hem dalga,
hem parçacık Işığın bazı özellikleri sadece dalga olgusu (mantığı) ile açıklanırken (girişim
veya kırınım gibi), bazı özellikleri ise sadece foton konsepti ile açıklanabiliyor (Fotoelektrik
olay veya atomların enerji soğurması ve salması gibi).
Işık dalga özelliklerine de sahiptir. Etkileşimlere parçacık olarak girebilir ancak dalga
olarak yayılır.http://tr.wikipedia.org/wiki/Foton
1.3.3.
Işığın Elektromanyetik Spektrumundaki Yeri
Optik spektrumda F/O haberleşme aralığı {1,6 μm-0.6μm} dalga boyları arasındadır. En fazla
kullanılan F/O dalga boyu 1,3 μm’dir. Görünür ışık dalga boyu aralığı {700 nanometre – 400
nanometre} dalga boyları arasındadır.
• Frekans ve Dalga Boyu Grupları
Tablo 1.5: Frekans ve Dalga Boyu Grupları
Şekil 1.16: Fiber optik Haberleşmenin spektrumu
14 Bir hertzlik işaretin aldığı yola dalga boyu denir. Birimi metredir. Işık renklerine ait
frekans değerleri λ dalga boyu formülünde yerine konarak o renge ait dalga boyu bulunur.
ÖRNEK 1:f = 1*1014 Hz ise λ = ?
ÇÖZÜM:
ÖRNEK 2:Mor ışığın f = 7,5*1014 Hz ise, mor ışığın dalga boyunu hesaplayınız.
ÇÖZÜM:
λ=3/7,5=0,4 μm
0,4μm=400 nm=400*10-9m=4000*10-10m=4000 A0=4000 Angstrom
Her ışının bir dalga boyu vardır. Bu dalga boyu ışığın görünür-görünmez ya da
elektromagnetik spektrumda nerede ve ne özellikte olduğunu belirler. Örneğin infrared (kızıl
ötesi) ışınlar insan gözünün algılayabileceği sınırın altındadır.
Bir ışın demetinin nüve içerisinde ilerleme hızı dalga boyuna bağlıdır. Örneğin mor
olan yani mor renkli ışığın dalga boyu 455 nm, kırmızı ışığın dalga boyu 620 nm. Bunun
anlamı bu iki ışın fiber içinde aynı hızla ilerlemez. Kırmızı ışın aralarındaki dalga boyu farkı
kadar daha hızlı ilerler (her saykılda). Işığın bu özelliği bize bir dezavantaj olarak geri döner
(modal yayılma olarak).
1.3.4.
Işığın Kırılması
Işık çok yoğun (kırılma indisi daha büyük olan) bir ortamdan az yoğun (kırılma indisi
daha küçük olan) bir ortama geçerken, normal çizgisi denilen düzleme dik çizgiden
uzaklaşarak yoluna devam eder. Ortamın kırılma indisi (n) ışığın ortamdaki hızı ile ters
orantılıdır.
15 N1:1. Ortamın Kırılma indisi n2:2. Ortamın Kırılma indisi
Ө1:Geliş Açısı Ө2:Kırılma açısı
Şekil 1.17: Işığın Kırılması
Şekil 1.18: Cam Piramit Işığın Kırılması
1.3.5.
Işığın FresnellKırılımı
Kırılma indisleri farklı iki ortamdan birinden diğerine geçerken bir bölümü geldiği
ortama geri yansır. Bu yansımaya Fresnell yansıması denir.
Şekil 1.19:Fresnell Yansıma
16 1.4. YANSIMA
1.4.1.
Işığın Kırılım İndisi İle Işığın Hızı
Bir ışık ışınının madde içersinde ilerlemesine gösterilen zorluk katsayısıdır.
• Kırılma İndisi
Işığın boşluktaki hızının madde içerisindeki ışık hızına oranına kırılma indisi denir. N
harfi ile gösterilir ve aşağıdaki formül ile gösterilir.
N=c/v c:Boş alanda ışık hızı
v:Belli bir ortamda ışık hızı
Tablo 1.5: Kırılma indisleri örnekler
TİPİK KIRILMA İNDİSLERİ
ORTAM
KIRILMA İNDİSİ
Vakum
1.0
Hava
1.0003
Su
1.33
Etil Alkol
1.36
Eritilmiş Kuvars 1.46
Cam Fiber
1.5-1.9
Elmas
2.0-2.42
Silisyum
3.4
Galyum Arsenit 3.6
Aynı kesit dereceli indis fiberden alınacak olursa nüvenin dışa doğru tıpkı bir dış
bükey mercek gibi yay çizdiği görülür. Bunun anlamı ise nüvenin çok sayıda farklı
yoğunluklarda cam tabakadan oluştuğudur. Bu durumda ışık nüve içerisinde kabaca bir sinüs
dalgası çizerek ilerler.
Şekil 1.18: Dereceli İndisli Fiber Optik Kırılma
ÖRNEK 1:
Aşağıdaki şekilde 1. ortamın cam, 2 ortamın ise etil alkol olduğunu varsayarak 30
derecelik açıyla gelen ışının kırılma açısını bulunuz.
17 Şekil 1.19: Cam-Etil alkol Ortam Kırılması
n1(cam)=1,5 ve n2(etil alkol)=1,36 den formüldeki yerine yerleştirirsek;
Şekil 1.20:Farklı yoğunluktaki ortamlarda ışığın kırılması
n1/n2 . sin Ө1=sin Ө2 1,5/1,36 .sin30= sin Ө2 Ө2=sin-1 0,5514=33,47o
Sonuç olarak; ışsk ışınının iki ortamın sınırında 33,47o kırıldığını göstermektedir.
18 1.4.2.
•
Işığın Yansıma
Y
E
Etkileri
Kritik Açı
Ç
Çok
yoğun
n ortamdan
n az yoğun
n ortama giden
g
ışığın
n kırıldıktan
n sonraki yansıma
y
açısının
n 90 derece olduğu gelme açısına kritik açı de
enir.
Şe
ekil 1.21: Kritikk(sınır) açı ve ortam yoğunlu
uğu
K
Kritik
açı Qcc ile gösteriilir. Hesapla
anması aşağ
ğıdaki gibid
dir.
Şekil 1.22:
1
Kritik Açı Konisi
Ş
Şekildeki
ka
abul konisi olarak
o
görülen bölüm kritik
k
açının oluşturduğu ve tamam
men fiber
kablonu
un parametrelerine gö
öre değişebilen bir kon
nidir. Bu aççılardan küçük gelen her ışın
demeti fibere
f
girer.. Formüldekki n1 nüve n2
n kılıf indis
sleridir.
19 Tam Yansıma
Kritik açıdan daha büyük bir gelme açısı ile çok yoğun ortamdan az yoğun ortama
giden ışık ikinci ortama geçemez. Bu durumda gelme açısı yansıma açısına eşit olur ve tam
yansıma gerçekleşir.
Şekil 1.23: Tam Yansıma
http://www.nedirkimdirnasil.com/index.php/fiber-optik-haberlesmesi-ders-notlari/
Şekil 1.24: Tümden iç yansıma
akademi.itu.edu.tr/atahanh/DosyaGetir/.../ch10_Optik%20Ozellikler.pdf
20 1.4.3.
Snel Yasası
Y
B ışık ışınının, farklı kırılma
Bir
k
indisslerine sahiip iki geçirg
gen ortamın sınırına ge
eldiğinde
nasıl ha
areket ettiği Snell yasassı ile açıklanabilir.
Ş
Şekil
1.25: Kritik açıdan büy
yük ışığın kayb
bı
1.4.4.
Fresne
ell Yansım
masının Fib
ber Optik İletim Hatttındaki
Perform
mans Etkiisi
F kabloda ışık nüve
F/O
e-clad arasın
nda tam ya
ansıma ile yayılır.
y
Nüve
e içine kritik
k açıdan
küçük açı
a ile giren
n ışık ışınla
arı jacket (ceket)
(
tara
afından abssorbe edilerrek emilir. Absorbe
A
edilen ışşınlar nüve içinde ilerle
eyemez.
Şekil 1.26: F/O Kabloda Işığın Tam Yansım
ma Kanununa Göre İlerleme
esi
21 Fiber optik kablolar birbirine veya konnektörlere bağlandığında ışığın bir kısmı kaynak
fiber optik kabloya geri yansır. Bu da bir kayba neden olur. Bu kayba fresnell yansıması
denir.
Fiber optik kabloların eklendiği yerlerdeki küçük hava boşluklarından dolayı yansıma
indeksinde kaymadan meydana gelir. Bu yansımadan kaynaklanan kaybı en aza indirmek
için “matching gel”(eşleştirme jeli) kullanılır.
Fresnell yansımasını en aza indirmek için dikkat edilmesi gereken hususlar vardır.
Kabloların tam uç ucu boşluk kalmadan denk getirilmesi, hizalamanın tam olması veaçısal
olarak kayıklık olmaması gerekir.
Şekil 1.27: F/O kablo boşluğu
Şekil 1.28: F/O kablo hizalama kayıklığı ve F/O kablo açı kayıklığı
http://www.tpub.com/neets/tm/108-2.htm
Şekil 1.29: Yansıma oranı akademi.itu.edu.tr/atahanh/DosyaGetir/.../ch10_Optik%20Ozellikler.pdf
22 1.4.5.
Optik Dönüş
D
Kaybı
F
Fiber
Konn
nektörler ge
enelde karşşılıklı olarak birbirine temas ede
erler. Tema
as eden
yüzey ne
n kadar tem
miz ise o kadar iyi bir geçiş sağla
anır. Yani konnektör
k
yyüzeyinin ka
alitesi ve
konnekttörün kendi kalitesi iyi bir geçiş içiin çok önem
mlidir. Bir uççtan gönderrilen ışığın bir
b kısmı
karşıya geçerken bir
b kısmı ise geri yanssır. Geri yansıyan ışığın geçen ışşığa oranı ise "Geri
Dönüş Kaybı
K
(ReflectionLoss - RL)" olara
ak adlandırılır. Genel olarak
o
SM kkonnektörle
erde Geri
Dönüş Kaybının
K
45
5dB civarında olması gerekir.
g
Geri Dönüş ka
aybı değeri ne kadar yüksekse
y
konnekttör o denli iyidir. Kon
nnektörler birbirine
b
tak
kıldığında fiiberler tam temas etm
mezlerse
arada bir
b hava duvvarı oluşur ve
v bu hava
a duvarı dah
ha fazla ışığ
ğın geriye yyansımasına neden
olur. Bö
öylece geri dönüş
d
kaybı 14 dB sevviyelerine ka
adar düşebiilir.
ORL
L: Dönüş ka
aybı, dB
Pi: Giriş
G
optik güç
g
Pr: Yansıyan
Y
optik güç
O
ORL
değeriini en aza in
ndirmek için
n kullanılan ışın kaynağ
ğı lazerdir.
http:///www.samm.ccom.tr/tr/indexx.php?P=SSS&K=2&S=16&
&D=Konektorle
erde-Geri-Don
nus-kaybi-ne-d
demektirhttp:///en.wikipedia.org/wiki/Return_loss
23 İsttanbu
ul Ka
alkın
nma Ajan
nsı
Fiiberiist Projes
si
F roptik Ka
Fibe
ablo Derrs No
otları
Bo
olum
m2
Bu do
oküman, İsstanbul Kalkınma Ajansı’nın des
steklediği Fiberist
F
Pro
ojesi
kapsa
amında hazzırlanmıştır.
İİçerik ile ilg
gili tek soru
umluluk Ma
armara Ün
niveritesi Te
eknik Bilim
mler Meslek
k
Y
Yüksekokul
luna..’a ait olup İSTK
KA veya Ka
alkınma Ba
akanlığı’nın
n görüşlerin
ni
yanssıtmamakta
adır.
1 2. FİBER OPTİK KABLO ÖZELLİKLERİ
2.1.
FİBER OPTİK KABLO ÖZELLİKLERİ
2.1.1.
Fiber Optik Kablonun Temel Parçaları
Fiber optik kablo core(nüve, çekirdek) ve cladden(kılıf,yelek) oluşur.Optik fiberler,
ultra saf oldukları için çok az iletim kayıplarına sahiptirler. Her bir fiber üç kısma sahiptir.
Fiberin merkezinde ışık sinyalini taşıyan nüve vardır. Nüve, ‘’kaplama’’ adı verilen yaklaşık
olarak 125 µm çapındaki eş eksenli bir cam tabakası ile çevrelenmiştir. Kapsama, nüveden
farklı bir kırma indisine sahip olduğu için ışığı nüvede muhafaza ederek tam iç yansıma
oluşur. Kaplamanın çevresi, fiberi aşınma, baskı ve kimyasallardan koruyan poliüretan bir
cekettir. Birden birkaç yüze kadar sayıdaki fiber, bir kablo oluşturmak için gruplandırılırlar.
Bir optik fiber camdan yapılsa dahi, şaşırtıcı biçimde serttir. Aslında tel gibi bükülüp
burulabilir. Bununla beraber optik fiberi uç uca eklemek zor olabilir, fiberlerin uçları mekanik
ekleme veya füzyon ile birleştirilebilir.
Şekil 2.1.: Fiber Optik Kablo Birleştirme
Şekil 2.2: F/O Kablo katmanları
Core: Çekirdek, Cladding: Kılıf, Coating: Kaplama, StrengtheningFibres: Destek fiber,
Cable Jacket: Kablo izalatorü-Ceketi
2 2.1.1.1.
Core (Nüve)
Işığın içerisinde ilerlediği ve kablonun merkezindeki kısımdır. Fiber içinde en içte yer
alan ve saf camdan yapılmış olan, ışığı taşıyan kısım çok saf camdan yapılmıştır ve esnektir.
Yani belirli sınırlar dahilinde eğilebilir cinsine göre çapı tek modlu veya çok modlu oluşuna
göre 8 mikrometre ile 100 mikrometre arasında değişir (not: insan saçı 100 mikro metre
civarındadır).
2.1.1.2.
Cladding (Kılıf)
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.
Şekil 2.3: F/O Kablo Katmanları
Şekil 2.4.: F/O Kablo Temel Kısımları
http://hbogm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/elektrik/moduller/iletisimteknolojileri.pdf
2.1.2.
Fiber Optik Kabloda Kullanılan Materyaller
Temel olarak, günümüzde mevcut üç (3) fiber optik çeşidi vardır. Bunlar:
2.1.2.1.
Cam fiberler
3 Nüvesi ve kılıfı camdan imal edilir, çoğunlukla SCS (silika koruyucu zarflı
silika) denir. Veri iletimi açısından en iyi performansı gösterir. Yapımında kullanılan
cam ultra saf silikon dioksit veya kuartz kristalidir. İmalat aşamasında indisi azaltmak
için, flor veya bor, indisi artırmak için, germanyum veya fosfor ile katkılanır. Cam
çekirdekli fiberler düşük zayıflama özellikleri sergilerler. Ancak, PCS fiberler SCS
fiberlerden biraz daha iyidir. Ayrıca, PCS fiberler yayılımdan daha az etkilenirler;
dolayısıyla, askeri uygulamalar açısından daha caziptirler. SCS fiberler en iyi yayılım
özelliklerine sahiptir ve sonlandırılmaları. PCS fiberlere oranla daha kolaydır. Ne
yazık ki, SCS kablolar en dayanıksız kablolardır ve yayılıma maruz kaldıklarından en
fazla zayıflama bu kablolarda meydana gelir.
2.1.2.2.
Plastik Kaplı Silisyum Fiber
Cam çekirdekli, plastik koruyucu zarflı(çoğunlukla PCS fiber (plastik koruyucu
zarflı silika) denir. Cam nüveye plastik kılıfa sahiptirler. Fiyat olarak cam fiberlere göre
daha ucuz ama performans açısından daha verimsizdir.
2.1.2.3.
Plastik Fiberler
Plastik fiberlerin cam fiberlere oranla çeşitli avantajları vardır. Birincisi, plastik
fiber daha esnektir ve bu nedenle camdan daha dayanıklıdır. Monte edilmeleri
kolaydır, basınca daha dayanıklı ve daha ucuzdurlar; üstelik cama oranla %60 daha
hafiftirler. Plastik fiberin dezavantajı, yüksek zayıflama özelikleridir; ışığı cam kadar
verimli yayamazlar. Dolayısıyla, plastik fiberlerin kullanımı nispeten kısa mesafelerle
(örneğin, tek bir bina ya da bir bina kompleksi dahili) sınırlıdır.
Plastik çekirdekli, plastik koruyucu zarflı fiberler en ucuz fiber tipidir. Nüvesi de
kılıfı da plastiktir. Performansı en zayıf fiyatı en uygun fiberdir genelde kaplamaları
yoktur. Kısa mesafe iletişimi için uygundur.
2.1.3.
Fiber Optik Kablo Üretim Tekniği
2.1.3.1.
Yüksek Silikalı Üretim Teknikleri
Optik fiberlerde en önemli konu, zayıflamada baskın rol oynayan, malzemelerin saflığıdır. Pencere camı
ile modern optik fiberlerde ulaşılan geçirgenlik arasında 10000 katlık (dB olarak) bir fark vardır. (Eğer deniz, optik
fiber camdan yapılmış olsaydı, Atlantik Okyanusunun dibi net bir şekilde görülebilirdi; bir güneş gözlüğünün etkisi
3 m kalınlığında bir pencere camı ile elde edilirken, aynı etki 3 km’lik bir optik fiber camla elde edilebilirdi.)
http://fiberoptik.wikispaces.com/Fiber+Optik+Kablo+Yap%C4%B1m%C4%B1+Video)
Tabii kuartz kristallerini eriterek cam elde edilmesine rağmen, haberleşme optik fiberleri için kullanılan
silikanın sentetik orjinli olduğu söylenebilir. Geliştirilen teknikler iki ana grupta toplanabilir; İçerden buhar fazında
oksitlenme (IVPO) ve dışardan buhar fazında oksitlenme (OVPO) her ikisi de Buhar Fazı işlemleri sınıfına
dahildir.
VPP’ler, ek kirlilikleri en aza indirmekle kalmayıp, aynı zamanda kullanılan reaktif maddeden daha saf
olan camların eldesini sağlar. Ana reaktif maddelerin (SiCl4, GeCl4, TiCl4, BCl3) buhar basıncı, kirliliklerinkinden
çok daha yüksektir ve basit buharlaştırma ile kirlilik azaltılır.
OVPO işlemi, 1970’de ilk düşük kayıplı optik fiberin üretilmesine imkan vermiştir. Bu yöntem SiCl4
buharının bir gaz yakıcıya gönderilmesinden oluşur. Alevin olduğu yerde 22242ClSiOOSiCl reaksiyonu meydana
gelir. Bu şekilde oluşan silika parçacıkları bir hedef üzerine biriktirilir. İşlem şartlarına bağlı olarak camsı silika elde
etmek veya çeşitli büyüklüklerde camsı silika parçacıklarından oluşan bir kurum çubuğu elde etmek mümkündür.
İki ana OVPO işlemi, ileri bir pekiştirme safhasından sonra bir preform haline gelecek olan bir çubuk verir.
IVPO işlemleri, yarı iletken endüstrisinde yaygın olarak kullanılan kimyasal buharla biriktirme
işlemlerinden geliştirilmiştir. Bir silika camdan yapılmış reaksiyon tüpünden geçirilen asal oksitleyici bir gaz
karışımı içine küçük bir miktar SiH4 katılmıştır.
Bazı işlem parametrelerini değiştirmekle, tüpün iç duvarı üzerinde camsı bir2SiO tabakası oluşturmak
mümkün olmuştur. Pek çok 2SiOtabakasından sonra, daha yüksek kırılma indisli tabakalar oluşturmak için, gaz
karışımına küçük bir miktar 4GeH katılmıştır. Daha sonra tüp yüksek sıcaklıkla çöktürülmüştür. Böylelikle bir
preform elde edilmiştir. Tüp küçük çaplı, işlem düşük verimli yavaş bir işlemdi ve yüksek zayıflatmalı fiberler elde
edilmişti. Bununla birlikte bu yöntem, kısa zamanda optik fiber teknolojisi alanında en güçlü bir araştırma aracı
4 haline gelen MCVD işleminin geliştirilmesinde temeli oluşturmuştur. Orijinal CVD’de yapılan ana değişiklikler
şunlardır:
1- Hidroksil oluşumunu önlemek için hidrürlerle klorürler yer değiştirilmiştir
2- Bir ‘’hacim’’ reaksiyonu (homojen reaksiyon) elde etmek ve böylece daha büyük verime ulaşmak için
bir yüksek sıcaklıklı yakıcı eklenmiştir.
3- Düzgün tabakalar oluşturmak ve uzun preformlar elde etmek için, reaksiyon tüpü döndürülmüş ve
yakıcı uzunluğuna hareket ettirilmiştir.
Sadece bu değişiklikler MCVD yönteminin çok büyük başarısını ve potansiyelini açıklamaz; oldukça iyi
esnekliği kadar basitliği ve düşük maliyeti de üstünlüklerindendir.
2.1.3.1.1.
MCVD Yöntemi
Bu yöntem, pek çok bakımdan yapılan katkılarla yavaş yavaş değiştirilmiş olan, bir içten biriktirme (IVP)
işlemidir. MCVD işlemi en yaygın preform elde etme yöntemidir. Bir preform, sonuçta elde edilecek olan fiberin
kırılma indis profiline sahip olan, ancak oldukça büyük çaplı ve 1 m uzunluklu bir çubuktur. İşlemdeki ilk adım,
bir2SiOtüpünü oluşturmaktadır. Bu tüp, sonuç fiberin yeleği görevini görecektir ve bu yüzden oluşturulurken
katkılanabilir. Bu tüp mandral denen, dönen seramik bir elamanın üzerine, kurum olarak adlandırılan 2SiO
parçacıkları ve katkılayıcılarda oluşan bir tabakanın biriktirmesiyle oluşturulur. Kurum yeterli kalınlığa ulaşınca,
yaklaşık 1400 0C ’ye kadar ısıtılarak temiz bir cam haline getirilir. Daha sonra Mondrel çekilir.
Bu şekilde oluşturulan silika yelek tüpünün kısa bir bölgesi, tüp, bir cam işleme tezgahı üzerinde
döndürülürken tüp boyunca hareket ettirilen harici bir ısıtıcı ile ısıtılır. Buhar fazında olan reaktif maddeler, taşıyıcı
oksitleyici asal gazların bir karışımı ile beraberkontrollü miktarlarda reaksiyon tüpünden geçirilir, ısıtılan bölgeye
yakınlarında oksitlenme oluşur.
Isıtıcı hızı, reaktif madde akışı yönünde kontrol edilir. Reaksiyon tüpünün ısıtılan bölgesinin sıcaklığı,
aynı ısıtıcı taşıyıcısına yerleştirilmiş olan bir pirometre (sıcaklık ölçer) ile okunur. Tipik sıcaklık bölgesi 1200 C 0
’den 1600 C 0 ’ye kadardır. Isıtılan bölgede, tüpün iç duvarı ile gazlar arasında homojen bir reaksiyon meydana
gelir; bu reaksiyonla silika parçacıkları oluşur. Bu parçacıklar, sıcak bölgenin ilerlediği yönde tüp duvarları
üzerinde bir kurum oluşturur.
Bir sıcaklık değişimi olan bir bölgede bulunan bir parçacık, yüksek sıcaklıktaki parçacıklarla çarpışmanın
bir sonucu olarak, soğuk bölgelere doğru hareket eder.
2.1.3.1.2.
OVD Yöntemi
OVD yöntemi, 1930’da J.F.Hyde tarafından geliştirilen yönteme çok benzer ve OVPO işlemleriyle birlikte
kısaca tasvir edilmiştir. Biriktirme fazı, yüksek sıcaklığa dayanıklı bir malzemeden (genellikle32OAlveya grafit)
yapılmış küçük çaplı silindirik bir çubuğun dış duvarı üzerinde meydana gelir, bu çubuk aynı zamanda preformun
desteğini oluşturur ve biriktirme işleminin sonunda çıkarılır. Çubuk bir tazgah üzerinde döndürülür ve biriktirme
ocağının alevine tutulur. Ocak, tezgah ekseni boyunca hareket eder ve tazgahın bir gidiş geliş mesafesi
preformun uzunluğunu belirler. Yakıt gaz, bazen diğer hidrokarbonlarla beraber olmak üzere çoğu kez metan
veya hidrojendir.
Başlangıç bileşikleri, IVPO yöntemindekilerle aynıdır. Reaktantlar, bunlar olarak yakıcıya gönderilir, akış
kontrolü ve karıştırma sistemleri, eş merkezli bir ağız takımıyla sağlanır. Reaktant gazlar merkezi ağızlardan,
yanacak gazlar dıştaki ağızlardan çıkar. Bir asal gaz orta ağızlardan çıkar ve reaksiyon gazlarını alevin en sıcak
bölgesine doğru götürür.
Burada, reaksiyon, oksijenlerle halojenler arasında meydana gelir ve 0,1 μm çaplı, silika veya katkılı
silikanın küçük camsı parçacıklarından oluşan bir toz oluşur. Bu parçacıklar çubuğun üstüne püskürtülür ve beyaz
süngerimsi silindirik bir gövde oluşturur; bu gövdenin yoğunluğu, bitmiş preformunkinden %15-25 daha azdır.
Biriktirme fazından sonra, destek çubuk çıkarılır ve süngerimsi silindir müteakip bir destek fazına geçer bu
süngerimsi ara evrenin avantajları, düşük işlem sıcaklığı olması (bu, daha az katkı maddesinin buharlaşmasına
yol açar) ve yoğun cama göre süngerimsi kütleden OH gruplarını gidermenin daha kolay olmasıdır. Biriktirmenin
meydana geldiği dolanım, yüksek temizlik şartlarında çalışmayı mümkün kılmalıdır. OVD işleminde, biriktirme hızı
ve verimi, üzerine biriktirmenin yapıldığı silindirin çapıyla ve akan gazların miktarıyla artar.
Bu yöntemin üstünlükleri, yüksek biriktirme hızı, büyük preform boyutu, düşük OH miktarı ve preformun
iyi geometrik düzenliliği olarak özetlenebilir. Bir preform elde etmek için gereken adımların çokluğu bu yöntemin
dezavantajıdır. Bundan başka, tüp biçimindeki bir preformdankonsolidasyon evresi geçirme özelliği olan bütün
işlemler gibi, eksenel dönüş (dip) problemi vardır.
2.1.3.1.3 VAD Yöntemi
VAD yöntemi, iyi ürün kalitesi sağlamak, daha fazla işlem çok yönlülüğü elde etmek için endüstridleşme
ve araştırmada büyük gelişme sağlamıştır. VAD’yi diğer buhar fazında biriktirme işlemlerinden ayıran
karakteristik, optik fiber fabrikasyonu için sürekli bir işlem olarak kullanılabilmesidir. OVD için olduğu gibi, VAD,
dehidrasyon ve konsolidasyon evresinin izlediği bir süngerimsi preform büyütme evresi ihtiva eder. OVD’de
büyütme preform boyunca radyal iken, VAD’deekseneldir ve preform, biriktirme odasından tedricen çıkarılmalıdır.
Böylece biriktirme ve pekiştirme evresi ard arda gelir ve aynı tesiste aynı hat üzerindedir. Camsı silika biriktirme
5 odasının üst ucunda, pekiştirme evresi için bir elektriksel direnç ihtiva eden ikinci bir oda vardır. Dış çevreden
gelebilecek kirliliği önlemek için, iki oda sağlamca bağlanır ve mühürlenir. Preform, pekiştirme odasından dik bir
konumda yavaşça çekilir. Simetriyi iyileştirmek için, ayrıca, preform çekilirken ekseni etrafında döndürülür.
İyi işlem düzgünlüğünü sağlamak için, sürekli kontrol altında tutulacak parametreler şunlardır. Reaktant
ve yanıcı gazların akışı, egzost akışı alev ve büyüme yüzeyi sıcaklığı, dönme hızı ve preform konumlandırma.
Mesela, preform konumunda bir dalgalanma, çapta bir değişime ve kırılma indisi profilinde düzensizliğe yol açar.
Bunu önlemek için, büyüme bölgesi, dikkatlice sabit tutulur ve bir telekamera ile sürekli gözlenir. Preformun tekrar
üretilebilirliğini ve kırılma indis profili düzgünlüğünü etkileyen diğer bir etken, ocak biçimidir. Yelek malzemesini
biriktiren ocak, genellikle büyüyen preforma dik yerleştirilir.
Tüp çöktürülerek preformeldesinde kullanılan diğer yöntemlere göre bu işlemin üstünlüklerinden birisi,
hiçbir eksenel düşüşün olmamasıdır, çünkü preform, bir tüpün kapatılmasından ziyade, bütün bir tüpün
konsolidasyonu ile elde edilir. Konsolodasyondan sonra, uygun öz yelek oranlı fiberler elde etmek için, preform
yüksek sıcaklıkta gerilir ve sonra preform üzerine çöktürülerek olan, uygun boyutlardaki camsı silikondan yapılmış
bir tüp ceketle kaplanır. Ana dezavantaj, her tip kırılma indisi profili için gerektiğinde ayarlanabilen yakıcıların
kompleksliği olarak gözükür.
2.1.3.1.4.
Tüp İçinde Çubuk Yöntemi
Bu çok basit ve optik fiber imalatında kullanılan ilk metodlar arasında bulunan bir yöntemdir. Yüksek
kırılma indisli katı silindirik bir cam çubuk, daha düşük kırılma indisli fakat benzer kimyasal ve fiziksel özellikleri
olan bir cam tüp içine konulur. Bu topluluk bir fırın içine tedricen sokulur. Bu fırında a- tüp çubuğa yaklaşacak
şekilde çöker b- topluluğun çapı fiberi oluşturacak şekilde büzülür. Çubuk ve tüpün sokulma hızları, öz ve yelek
çapları arasındaki oranı değiştirmek için değiştirilebilir. Çekme işleminin balarısı için, çekme sıcaklığı yakınında iki
camın viskozitesinin ve fermal genleşme katsayılarının uyumu çok önemlidir.
Özel dikkat gösterilmezse, kabarcıklar ve pisletici parçacıklar öz-yelek ara yüzeyinde kolayca
bulunabilirler; bu da ışığın saçılmasına ve soğrulmasına neden olur. Bundan sakınmak için, temasa gelen cam
yüzeyler, çekme işleminden önce temizlenir; bu işlem kontrollü tozsuz bir atmosferde gerçekleşmelidir. Bu teknik,
şimdi CVD işlemiyle elde edilen preformun öz/yelek oranını düzeltmek veya üretim verimini arttırmak içinbazen
kullanılmaktadır. Bu amaçla, herhangi bir metotla üretilen bir preform, yüksek optik kalitede bir cam tüp içine
sokulur ve sonra çekilir.
2.1.3.1.5.
Çift Pota Yöntemi
Çift pota yöntemi, sadece düşük kalitede düşük maliyette optik fiberin üretiminde ve yeni cam
malzemelerin (ortak kızılötesi fiberler) çekilmesinde hala kullanılmaktadır. Temel malzemeler genellikle nispeten
düşük erime noktalı (800-1200 C 0 ) çok bileşenli camlardır. Çift pota, cam topları veya çubukları ile beslenir.
Kısa mesafeli (LAN gibi) uygulamalar için yararlı olan yüksek NA’lı fiberler (mesela silika fiberler için NA=0,6) çift
pota yöntemiyle elde edilebilir.
Çift pota yönteminde ortaya çıkan ana sakıncalar, eriyikte bulunan gaz yüzünden kabarcıkların oluşumu
ve fiber çapında değişimlere yol açan, ikinci pota dışındaki çekme menüsküsünün değişkenliğidir. Son olarak,
pota malzemesinin sebep olduğu külçe kirlenmesi vardır. Platin bile bu açıdan ideal değildir. Diğer taraftan bu
yöntemin ana faydası yüksek üretim verimini sağlayan sürekli bir işlem olmasıdır.
2.1.3.2.
Fiber Çekme
Optik fiberler, çekme olarak adlandırılan bir işlem kullanılarak preformlardan elde
edilirler. Bu işlem, preformun sahip olduğu optik özellikleri ve kırılma indisi profilini
değiştirmeden, preformun çapını fiberin çapına tedrici olarak düşürme işlemidir. Çap, düşey
vaziyette, malzemenin erime noktasının yukarısındaki bir sıcaklıkta azaltılır. Çekme
sıcaklığının seçimi ilk önce cam tipine (katkı yüzdesi) yani sıcaklığa göre viskozite eğrisine;
daha sonra preform çapı, çekme hızı ve fırın boyutları gibi diğer parametrelere bağlıdır.Bir
çekme makinesi aşağıdaki kısımlardan oluşmuştur:
1- Bütün makine elemanlarının bağlandığı düşey bir destek; bu destek mümkün
olduğunca sağlam olmalıdır.
2- Preformu fırının içine aşamalı olarak sokan bir besleme mekanizması
3- Bir yüksek sıcaklı fırını (fiber çekme için)
4- Bir fiber çapı ölçme sistemi
5- Kaplama işlemi için tüp biçimli fırın
6- Fiberi çekme ve sarma makinesi
Bu klasik düzen zaman içinde büyük değişikliklere uğramıştır. Başlıca değişiklikler
şunlardır; Kasnak, toplayıcı kasnaktan ayrı olan bir çekme sistemi ile yer değiştirmiştir ve bir
6 veya daha fazla kaplama ağızlığı ile fiber üzerinde daha fazla koruyucu tabakalar oluşturmak
için birleşik kaplama işleme fırınları eklenmiştir.
Endüstride daha büyük boyutları olan preformlar üretme eğilimi olduğundan ve
desteğe bağlanan elemanların sayısı ve büyüklüğü arttığından, modern çekme kuleleri
gittikçe yükselmektedir. Başlangıçta birkaç metre iken sonradan 10 veya 15 m’ye veya daha
fazlaya çıkmıştır. Bir silika çekme fırını için aranan özellikler şunlardır:
1234-
2000-2200 C 0 ’de çalışma kabiliyeti
Isıtma ve soğutma hızı
Havayla az veya hiç reaksiyona girmeme
Uzun ömür, az veya hiç parçacık püskürtmeme
Bütün bu gerekleri karşılayan tek bir fırın tipi yoktur. En yaygın kullanılan ısıtma
sistemleri 22/OH alevi, 2CO lazer, grafit rezistans, 2ZrO veya grafit suseptörlü indüksiyon
fırınıdır.
2.1.3.3.
Kaplama
Silika cam, iyi fiziksel ve kimyasal özellikli bir malzeme olmasına rağmen, dış ortam
onun mekaniksel ve iletim özelliklerinin hızlı bir şekilde bozulmasına yol açabilir. İletim
özelliği, sadece hidrojen ve iyonize edici radyasyon tarafından bozulur. Bir fiberin mekaniksel
özellikleri onun yüzey şartlarına çok sıkı bağlıdır. Gerilme veya atmosferik tozdaki aşındırıcı
parçacıkların sebep olduğu mekaniksel etkiler; çevre sıcaklığında, su moleküllerinin, alkali
çözeltilerin, hirdoflorik asitlerin ve birkaç tuzlu çözeltinin kimyasal etkileri veya kimyasal ve
mekanik etkilerin birleşmesi yüzünden oluşan cam yüzeyi üzerindeki hava, mekanik
özelliklerde, özellikle gerilme dayanımında hızlı bozulmaya yol açar. Bu yüzden koruyucu
kaplamalar yapılır. Bazı durumlarda, daha kuvvetli bir cam elde etmek için, preformun dışının
katkılanması yapılmıştır. Mesela bu işlem bor-silikat cam fiberler durumunda ZnO ve32OAl
yüzey katkılamasıyla yapılmıştır. Ancak, en yaygın yöntem organik polimer kaplamalar
kullanmak olmuştur. Organik polimerler sadece atmosferik toza karşı mükemmel koruma
sağlarken, aşınmaya karşı iyi koruma sağlar fakat sudan ve su buharı sızmasından iyi
korunmaz; bugün, sadece inorganik kaplamalar iyi (etkilenmezlik) özellikleri gösterirler.
Fiber optik Doç.Dr. Sedat ÖZSOY, Birsen YAYINEVİ
http://okul.selyam.net/docs/index-12097.html?page=4
2.1.4. Fiber Optik Kablo Gerilme Gücü
Eğer fiber optik kablo üreticisi, kablonun tam ortasına bir de kablonun gerilme
direncini artırmak için bir kılavuz hat (çelik, vb.) çekebilir. Fiber optik kablolu
işlemlerde gerilme gücü, bu klavuz hatta bağlıdır. Kablonun diğer kısımları ihmal
edilecek kadar gerilme gücüne etkisi azdır. Ancak bazı fiber optik kabloların dış
ceket kısmı aramid veya çelik içeriyorsa hesaba katmak gerekir.
Ts = Sum of ( Y A Ep )
Ts = F/O kablo gerilme gücü
Y = Young’smodülü kablo maddesi
A = Kablo kesit alanı
Ep = Kabul edilebilir kablo uzunluğu
7 Şekil 2.5: Kablo gerilmesi
http://www.fiberopticmania.com/2009/01/how-to-calculate-tensile-strength-of.html
2.1.5. Fiber Optik Modları
Elektromanyetik enerji(örneğin ışık), boş alanda yaklaşık 300.000.000 m/sn hızla
ilerler. Elektromanyetik bir dalganın hızı bir ortamdan daha yoğun başka bir ortama geçerken
azaldığında, ışık ışını normale doğru kırılır(bükülür). Fiber optik terminolojisinde, mod
sözcüğü yol anlamına gelir. Eğer ışığın kabloda alacağı tek bir yol varsa, buna tekli modlu
yayınım denir. Eğer birden çok yol varsa, buna çok modlu yayınım denir.
Şekil 2.6.:Modlara Göre İletişim Formu
8 2.1.5.2.
Tek (Single) Modlu Fiber Optik Kablo
Işığın fiberin içerisinde hareket ettiği kısıma çekirdek (nüve) adı verilir. Işık ışınlarının
açısı sayısal aralık içerisindeyse ışınlar çekirdek içerisine girebilir. 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 modda ışığın hareket etmesine müsaade eder.
Şekil 2.7.: Tek Modlu F/O Kablo
Tek modlu fiber kablo çok modlu fiber kablo ile aynı parçalardan meydana gelir.
Tekmodlu 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 fiberde ışık kaynağı olarak lazer kullanılır. Işık ışını çekirdeğe 90 derecelik
açı yaparak girer. Sonuç olarak veri ışın dalgalarında ve çekirdeğin tam ortasında düz bir hat
üzerinde taşınır. Böylece hem iletim hızını hem de iletim mesafesini artırmış oluruz. Bu
yüzden tek modlu fiberler genellikle WAN’larda kullanılırken, çok modlu fiberler LAN’larda
kullanılır.
2.1.5.3.
Çok(Multi) Modlu Fiber Optik Kablo
Girişine uygulanan paralel bilgiyi, tek clockpalsiyle paralel çıkışlarına yükleyen
devreye paralel girişli – paralel çıkışlı devre denir.
Çok modlu fiber-optik kabloların yapısı da tek modlu fiberlere benzer. Aralarında çok
az farklar vardır. Işığın çekirdek içerisinde yayılması bakımından iki çeşidi bulunmaktadır:
Çok modlu kademe indisli ve çok modlu derece indisli F/O.
2.1.5.3.1. Çok Modlu Kademe İndisli F/O Kablo
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.
Şekil 2.8.: Çok Modlu Kademe İndisli F/O Kablo
9 Çekirdek/koruyucu zarf arasındaki sınıra kritik açıdan daha büyük bir açıyla çarpan
ışıkışınları, 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
ışınınınizleyebileceği çok sayıda yol olduğu görülebilir. Bunun sonucu olarak, bütün ışık
ışınlarıaynı yolu izlemez, dolayısıyla fiberin bir ucundan diğer ucuna olan mesafeyi aynı
zamansüresi içinde kat etmezler.
2.1.5.3.2. Çok Modlu Derece İndisli F/O Kablo
Dereceli indisli çok modlu fiberin yapısındaki çekirdeğin indisi yarıçapa bağlı olarak
değişir. Yani dışarıdan bakıldığında (çok hassas ve güçlü mikroskoplarla) içten dışa doğru
eşmerkezli halkalar halindedir. Bu halkaların her birinin kırılma indisi farklıdır ve içten dışa
doğru gidildikçe kırılma indisi düşer. Yani tam merkezde en büyük indeks, en dışta ise en
küçük indeks bulunur.
Şekil 2.9.: Çok Modlu Derece İndisli F/O Kablo
Bu katmanların sayısı imalatçı firmaya göre değişir. Genellikle bu katmanların sayısı
50-400 arasındadır. Merkezde direkt olarak giden ışık az yol alır; ancak burada indeks
büyüktür. Daha dış katmanlarda giden ışıkların aldıkları yol daha fazladır;ancak bu
katmanlarda indeksi küçük olduğundan ışığın hızı indeks profili ile ters orantılı olarak değişir.
Dolayısıyla tüm ışıklar belli düğüm noktalarında birleşirler; ancak alıcı uçta darbeler arasında
bir gecikme olur. Buna rağmen gecikme basamak indeksli ve çok modlu fiberlere göre daha
azdır.
Tablo 2.1: F/O Modları ve Kablo Çapları
2.1.6. Fiber Optik Kablo Temel Kırılma İndisleri
Kırılma indis profili nüve kılıf indisleri arasındaki ilişkiyi tanımlar. İki tip kırılma indisi
vardır: Kademeli indis ve dereceli indis. Bir kademeli indis fiberin uç kesitine baktığımızda
10 düz bir kesit görürüz. Bunun yorumu fiber nüvesinin her noktasında aynı indis değerinin
olduğudur. Yani enjekte edilen ışık nüvenin her yerinde aynı dirençle karşılaşır. Dolayısıyla
bildiğimiz sıradan yansıma kurallarına göre nüve içerisinde yansıyarak ilerler.
2.1.6.1.
Dereceli İndis Fiber Optik Kablo
Aynı kesit dereceli indis fiberden alınacak olursa nüvenin dışa doğru tıpkı bir dış
bükey mercek gibi yay çizdiği görülür. Bunun anlamı ise nüvenin çok sayıda farklı
yoğunluklarda cam tabakadan oluştuğudur. Bu durumda ışık nüve içerisinde kabaca bir sinüs
dalgası çizerek ilerler. Dereceli indisli fiberlerde kılıf yoktur. Nüvenin kırılma indisi merkezde
en yüksek değerdedir ve dış kenara doğru yavaş yavaş azalır.
Şekil 2.10.: Derece indisli fiber
2.1.6.2.
Kademe(step)İndisli Fiber Optik Kablo
Kademe indisli fiber, sabit kırılma indisli merkezi bir çekirdeğe sahiptir. Nüvenin
çevresi, sabit ve merkezi nüvenin kırılma indisinde daha düşük bir kırılma indisine sahip,
harici koruyucu zarfla sarılmıştır. Şekil 2.1.6.2-1 nüve ve kılıf sınırında, kademe indisli bir
fiberin kırılma indisinde ani değişiklik olduğu görülmektedir.
Şekil 2.11: Kademe(step)indisli fiber
11 2.2
Standartlara Göre Tek Mod-Çok Mod Özellikleri
2.2.1. Çokmodlu Fiber Optik Kablo Adım İndisi
İsmini çekirdeğin basamağa benzeyen kırılma indisi profilinden alır. Transmisyon
kapasitesi modalsaçılım ile sınırlıdır. Özün çapı kullanılan ışığın dalga boyuna göre çok
büyük olduğundan mod sayısı artmakta ve zayıflamalara neden olmaktadır. Modalsaçılım
nedeni ile fiber içindeki ışık modlarının izlediği farklı yollar ve bu sebeple meydana gelen
gecikmelerin meydana getirdiği sinyal bozulmalarıdır. Çok modlu basamak indisli fiberler
kanal boyunca sonlu sayıda klavuzlanmışmodun yayılmasına izin verirler.Klavuzlananmod
sayısı, fiberin fiziksel parametrelerine (bağıl kırılma indisi farkı, öz yarıçapı) ve taşınan ışığın
dalga boyuna bağlıdır. Basamak indisli bir fiber için klavuzlanan toplam mod sayısı veya mod
hacmi;
MS=V2/2ile verilir.
850nm ve/veya 1300nm dalga boylarında çalışır. Telefon dağıtımı, LAN omurgaları,
ses video servisi ve kısa mesafe dahili kablolarda kullanılır. Şekil 2.12’de çok modlu
basamak indisli fiber optik kablo mod yayılımı görülmektedir.
Şekil 2.12: Çok Modlu Basamak İndisli Fiber Mod Yayılımı
2.2.2 Derece İndisliÇokmodlu Fiber Optik Kablo
Basamak indisli çok modlu fiberlerde zaman farkından meydana gelen mod bozulması
dereceli kırılma katsayılı fiber kullanarak büyük ölçüde azaltılır. Farklı modların farklı
zamanlarda diğer uca ulaşmasından kaynaklanan gecikme süresi mümkün olan en az
süreye indirilir. Parabolik kırılma indisi profili nedeniyle değişik modlardaki ışık aynı gecikme
ile yayılır. Gradyanindisli fiber öz içerisin de sabit kırılma indisine sahip olmayan fiber türüdür.
Özün kırılma indisi, merkezde maksimum olup, dış kenarlara doğru yavaş yavaş azalır. Bu
sayede modalsaçılım en aza indirgenmiştir. Basamak indisili fibere göre gecikme ve sinyal
bozulması daha azdır.
Kablo TV ve orta uzaklıkta (100Mb/s – 15-20km) haberleşme bağlantılarında
kullanılmaktadır. Şekil 2.13’de çok modludereceindisli fiber optik kablo mod yayılımı
görülmektedir.
Şekil 1.13: Derece İndisli Çok Modlu Fiber Mod yayılımı 12 2.2.3. Tek Modlu Fiber Optik Kablo Adım İndisi
Fiber çekirdeği ve kaplama tabakası ile çekirdek arası kırılma indisi farkının çok küçük
olması sebebi ile bu tip fiberlerde sadece ışığın temel modu yayılabilir. Bu nedenle
modalsaçılım ortadan kaldırılmıştır ve bant genişliği sadece dalga kılavuzu (yapısal) saçınımı
ile sınırlıdır. Çok modlu fibere göre yüksek transmisyon kapasiteleri vardır. 1300nm’de
kullanılması için optimize edilmiştir. 1550nm’deki performansı da geliştirilmiştir. 1310nm’de
yapısal saçınım minimumdur. Yüksek bant genişliği, düşük zayıflama elde etmek amacıyla
geliştirilmişlerdir. Uzak mesafe telefon kabloları ve denizaltı kablolarında kullanılır. Şekil
2.14’de tekmodlu fiber optik kablo mod yayılımı görülmektedir.
Şekil 2.14: Tek Modlu Fiber Mod Yayılımı 2.2.4. ANSI/TIA-568-C Standartlarına Göre Çokmodlu Fiber Optik Kablo
ANSI/TIA-568-C standartlarına göre çokmodlu fiber optik kablonun iletim performans
parametreleri Tablo 2.2’ de göre belirlenmiştir.
Tablo 2.2: ANSI/TIA-568-C standartlarına göre çokmodlu fiber optik kablonun iletim performans parametreleri
Optik Fiber Kablo Tipi
Dalga Boyu(nm)
Max Zayıflama (dB/km)
Bandgenişliği (MHz-Km)
50/125µm çokmodlu
850
1300
850
1300
3.5
1.5
3.5
1.5
500
500
160
500
62.5/125µm
çokmodlu
Çokmodlu fiber patch kablosu ST,SC, LC ve MT-RJ konektörlerle sonlandırılabilir.
Çokmodlu fiber kablo portakal renginde olup, konektörleri siyah renktedir.
2.2.5. ANSI/TIA-568-C Standartlarına Göre Tekmodlu Fiber Optik Kablo
ANSI/TIA-568-C standartlarına göre tekmodlu fiber optik kablonun iletim performans
parametreleri Tablo 2.3’ de göre belirlenmiştir.
Tablo 2.3: ANSI/TIA-568-C standartlarına göre tekmodlu fiber optik kablonun iletim performans parametreleri
Optik Fiber Kablo Tipi
Dalga Boyu(nm)
Max Zayıflama (dB/km)
Bandgenişliği (MHz-Km)
9/125µm tekmodlu iç
bölge
9/125µm tekmodlu
dış bölge
1310
1550
1310
1550
1
1
0.5
0.5
N/A
N/A
N/A
N/A
Tekmodlu fiber patch kablosu ST,SC, LC ve MT-RJ konektörlerle sonlandırılabilir.
Tekmodlu fiber kablo yeşil renkte olup, konektörleri mavi renktedir.
13 2.2.6. ITU-T-G.652, ITU-T-G.655 Standardına Göre Tekmodlu Fiber Optik
Kablo
ITU-T-G.XXX Standartları Tekmodlu bir fiber optik kablonun geometrik, optik, iletim ve
mekanik parametrelerini tanımlamaktadır.
Tablo 2.4’ de ITU-T-G.652, ITU-T-G.655 standardına göre tekmodlu fiber optik kablo
parametreleri verilmiştir.
Tablo 2.4: ITU-T-G.652, ITU-T-G.655 standardına göre tekmodlu fiber optik kablo parametreleri
OPTİK, GEOMETRİK ve MEKANİK
ÖZELLİKLER
Zayıflama(*)
IŞIK DALGA BOYU
1310 nm
BİRİMİ
Maksimum
Ortalama
Mode Alan Çapı (ModeFieldDiameter)
Kromatik Saçılma
Örtü tabakanın(Cladding) çapı
Core/Claddingeşmerkezlilik hatası
Saçılmanın 0 noktaları
Örtü tabakanın (Claddingin) ovalliği
Birinci kaplamanın(Coating) çapı
dB/km
dB/km
Dalga Boyu kesimi
(λc)(CutOffWavelength)
Bükülme Kaybı;(30 mm yarı çaplı
makaraya 100 tur sarılı iken kayıp)
Deneme gerilme kuvveti (Proff Test)
Deneme gerilmesi (Proff Test strain)
Depolama ve Taşıma sıcaklığı
Tesis sıcaklığı
Nm
μm
ps/(nmxkm)
μm
μm
Nm
%
μm
G 652
≤ 0.40
≤ 0.36
8.2+0.5
G 655
≤ 0.40
≤ 0.36
9.2<< 10
G 652
≤ 0.22
G 655
≤0.22
≤ 3.5
125+ 2
1
≤185
125+ 2
2
≤18
≤3.5
1300≤ ≤1324
2
250+15
1530≤ ≤1565
6
245+10
≤0.2
≤0.2
≤1480
1150≤≤1270
dB
N
%
°C
°C
1550 nm
8.4
1.00
-40≤ ≤+80
0≤
≤+50
8.4
1.00
-40≤ ≤+80
0≤
≤+50
2.2.7. ISO/IEC 11801 OM1,OM2,OM3 ve OM4 Fotosarımları
TIA kuruluşunun uluslararası standart olarak kabul ettiği ISO/IEC 11801 standartında
fiber optik için bir terminoloji tespit edilmiştir. Bu standartta çokmodlu fiber “OM” öneki ile
tanımlanmıştır.
Yeni tanımlama ile uygulama mesafeleri ile ilgili karışıklığı gidermek amaçlanmıştır. Her
bir “OM” tipik minimum bant genişliği gereksinimine sahiptir. Tablo 2.5’ de ilgili ethernet
standardına göre belirlenen mesafeler verilmiştir.
Tablo 2.5: OM1,OM2,OM3 ve OM4 Fotosarımları için Ethernet Standartında Mesafeler
OM1
OM2
OM3
OM4
1000BASE-SX
275m
550m
Belirtilmemiş
Belirtilmemiş
10GBASE-S
32m
82m
300m
500m
14 40GBASE-SR4
Belirtilmemiş
Belirtilmemiş
100m
150m
100GBASE-SR 10
Belirtilmemiş
Belirtilmemiş
100m
150m
2.2.8. Plastik Kaplı Silika Fiberler (PCS) ve Cam Kaplı Silika Fiberler (HCS)
Plastik kaplı silika fiberler: Cam nüveye plastik kılıfa sahiptirler. Fiyat olarak cam fiberlere
göre daha ucuz ama performans açısından daha verimsizdir. Şekil 2.15’ de plastik kaplı silika
fiber katmanları gösterilmiştir.
Şekil 2.15: Plastik kaplı silika fiber katmanları
Cam kaplı silika fiberler: Nüvesi ve kılıfı camdan imal edilir. Veri iletimi açısından en
iyi performansı gösterir. Yapımında kullanılan cam ultra saf silikon dioksit veya kuartz
kristalidir. Malat aşamasında indisi azaltmak için, flor veya bor, indisi artırmak için,
germanyum veya fosfor ile katkılanır. Şekil 2.16’ da cam kaplı silika fiber katmanları
gösterilmiştir.
Şekil 2.16: Cam kaplı silika fiber katmanları
2.2.9. Plastik Fiber Optik Kablo (POF)
Plastik maddesinden yapılan fiberlere, plastik fiber optik kablo denir. Plastik fiber optik
kablonun çekirdek çapı, cam fibere göre yüz kat daha fazladır. Plastik fiber, tüketici fiber
optiği olarak isimlendirilir. Bunun sebebi optik kablo, konektör ve yüklemenin ucuz olmasıdır.
Klasik plastik fiber optik kablo düşük hız ve kısa mesafe uygulamalarında kullanılmaktadır.
Bunlar arasında ev uygulamaları, ev ve araç ağları sayılabilir.
2.3. Fiber Optik Kablo Fiziksel Farklılıkları ve Özellikleri
2.3.1. Fiber Optik Kablo Kesiti ve Kablo Kısımları
FO kabloya; kablonun bina içi/bina dışı kullanım yeri ve şartlarına bağlı olarak çelik zırh
ya da jel tabakası gibi başka koruyucu ve esneklik kazandırıcı kısımlarda ilave edilmektedir.
Kablonun üzerine yerleştirilen koruyucu tabaka aynı zamanda kemirgenlerin ısırmalarına
engel olmak için özel kimyasal maddeler içerir. Bu maddeler kemirgenlerin kabloyu
15 ısırdıklarında tiksinerek kabloyu koparmalarına engel olur. Şekil 2.17’ de bir fiber optik
kablonun kesiti görülmektedir.
Şekil 2.17: Fiber Optik Kablo Kesiti ve Kısımları
2.3.2. Gevşek Tüp Fiber Optik Kablo ve Kullanımı
Normal konumda tüp içindeki fiber damar serbest durumda olup hareket edebilir. Bu
özellik fiber damarların bakım ve ek yapımında kolaylık sağlar. Tüp içi -30ºC ile +70ºC
arasında özelliği bozulmayan kimyasal bakımdan nötr bir dolgu maddesi ile doldurulmuştur.
Şekil 2.18’ de gevşek tüp fiber optik kablo kesiti görülmektedir.
Şekil 2.18: Gevşek tüp fiber optik kablo
Bu şekilde tüp içine alınan fiber damar zarar görmeden kablo yapımı için hazırlanmış
olur. Tüp; kablonun döşenmesi ve işletmesi sırasında oluşacak mekanik etkenlerden fiber
damarı korur.
2.3.3. Sıkı Tampon Fiber Optik Kablo
Bu tip kılıf fiber damar üzerindeki koruyucu tabakanın üzerine doğrudan doğruya
uygulanır. Bina içi optik bağlantı yapılması gerekli olan yerlerde, optik iletimi sağlayabilmek
16 için sıkı tüplü fiber damarlar üretilir. Böylelikle çok yer kaplamayarak optik iletimi sağlarlar.
Şekil 2.19 ’da sıkı tampon fiber optik kablo kesiti görülmektedir.
Şekil 2.19: Sıkı tampon fiber optik kablo
2.3.4. Fiber Optik Kablonun Mukavemet Elemanlarının Genel Farklılıkları
Uygulamada fiziksel mukavemetin sağlanması açısından, FO kablonun kullanım yerine
bağlı (bina içi veya bina dışı gibi) olarak başka parçalarda içerebilir. Örneğin hava veya bina
dışı uygulamalarda kullanılan fiber optik kablolar ağırlığın direkler arasındataşınması için
çelik tel, dış ortamın yağışlı etkisinden korunmak için kılıftan sonra jel tabakası ve bir kılıf
daha içerir.
Fiber optik kablolar kullanım yerine uygun olarak hangi fiziki ortamda kullanılacaklarsa o
ortama uygun seçilir ve döşenirler. Örnek olarak şehir içinde çekilen kablo menhollerinin sık
sık kullanılası menhollere her türlü madde karışımı ve fare gibi kemirgenlerin yaşama olasılı
fazla olmasından dolayı DUCT tipi fiber optik kablolar, şehir dışında ise fiber optik kablo PVC
yerine sürtünme ve kemirgenlere karşı koruma sağlayan HDPE tipi fiber optik kablolar
kullanılmaktadır. Her iki kabloda çekme direncini artırmak için aramid lifler kullanılmıştır.
DUCK tipi kablonun HDPE tipi kablodan farklı özelliği aramid liflerin üzerinde alüminyum bant
sarılmış olmasıdır.
2.3.5. Fiber Optik Kablonun Ceket Kısmında Kullanılan Malzemeler
Bir optik kablonun kılıfı, kablo ömrünün uzatılmasında çok önemlidir; kablo özünü
tamponlar ve mekanik çevre etkilerine karşı koruma vazifesi yapar. Plastik kılıflar (kablonun
tipine göre bir veya daha çoktur) özün üzerine geçirilir. Kılıfın geçirilmesi kablo üretiminde
kritik bir noktadır; çünkü soğuma sırasında, plastik malzemenin ısıl büzülmesi bütün kablo
elemanları üzerinde sıkıştırıcı baskıya sebep olurken, kablo özü gerilmeye maruz kalabilir.
Dış kılıf için genellikle kullanılan malzemeler polivinilklorit (PVC), polietilen ve poliüretandır.
PVC, iyi mekanik özellikler ve esneklik gösterir ve alev almaz; ama yüksek nem
geçirgenliğine sahiptir. Yüksek yoğunluklu polietilen, iyi mekanik ve kimyasal özellikleri
yanında, PVC'den yaklaşık 100 kez daha az nem geçirgenliğine sahiptir; fakat çabuk tutuşur
ve PVC'den daha az esnektir. Polietilenin sürtünme katsayısı düşüktür; bu da, kabloyu kanal
boyunca çekerken faydalı olur.Daha esnek ve yumuşak olmasından dolayı, kablonun iç
kılıfında genellikle poliüretan kullanılır. Poliüretan, yüksek sürtünme katsayısına sahip
olmasından ve düşük mekanik özelliklerinden dolayı genellikle dış kılıfta kullanılmaz.
Düşük toksite (zehirleyicilik) istendiğinde, halojen içermeyen maddeler kullanılır. Nemin,
kablonun özüne işlemesini önlemek için, plastik kılıflara metal elementler ilave edilir. Nem,
fiberlerin mekanik özelliklerini zayıflatabilir ve optik kayıpları çoğaltabilir (Eğer sıcaklık
0°C'nin altına düşerse, nem donar ve mikro-bükülmelere sebep olur). Çokça kullanılan nem
17 engeli tipi kablolar, her iki yanı polietilen tabaka ile kaplanmış milimetrenin onda biri
kalınlığında alüminyum şeritten oluşur. Şerit, kenarları üst üste gelecek şekilde kablonun
etrafına boylamasına sarılır ve kılıfın altına doğrudan yerleştirilir. Kılıf geçirme esnasında,
polietilen tabaka erir; şerit böylelikle kılıfa bağlanır. Bu, suyun kılıfla şerit arasına sızmasını
engeller. Bu yapı, genellikle üst üste bindirilmiş (LAP) kılıf olarak tanımlanır. Metalik zırh
(mesela oluklu çelik şerit veya zırh görevi gören çelik teller) genellikle, kablo doğrudan
gömüldüğü zaman, kemirgenlere, böceklere ve diğer hayvanlara karşı iyi koruma sağlaması
için kullanılır. Oluklu çelik şerit, ayrıca, polietilen kılıfa bağlanabilir ve böylece nem engeli
olarak davranır. Kılıflar için kullanılan maddelerin (özellikle metaller) ürettiği hidrojen
miktarına dikkat edilmelidir.
2.3.6. Fiber Optik Tekli ve Çoklu Halat Yapıları
Kabloların en basit yalın hali genellikle halat olarak isimlendirilir ve aygıtlarla patch paneli
arasındaki bağlantıyı yapmakta kullanılır. Kablo ve halat arasındaki ana fark halat kılıfta
sadece bir adet fiber/tampona sahipken kablo tek bir kılıfta çok sayıda fibere sahiptir. Halatın
tekli ve çoklu olarak isimlendirilen iki türü vardır.
2.3.6.1.
Tekli Halat
Tekli halat Şekil 2.20’ de gösterildiği gibidir. Bir adet fiber, ince tampon, aramid
mukavemet elemanı ve PVC kılıftan oluşmaktadır. Plastik fiberli tekli halatın mukavemet
elemanı kullanılmazken ince bir ceketi vardır.
Şekil 2.20: Tekli Halat Yapı
2.3.6.2.
Çoklu Halat
Çoklu halat, zip kablosu olarak da bilinmektedir. Şekil 2.21’de gösterilen çoklu halatın
evlerde kullanılan elektrik kabloları gibi bir görünümü vardır. İki tekli kablonun uygunca
birleştirilmesi ile çoklu halat elde edilir.
18 Şekil 2.21: Çoklu Halat
Tekli ve çoklu halatlar sadece kısa mesafe aygıt bağlantıları ve geçici bağlantılar için
kullanılır. Bunlar ağ omurgası ve uzun mesafe iletim hattı için kullanılmazlar.
2.3.7. Gevşek Tüp Jelli ve Gevşek Tüp Jelsiz Kablo Karakteristiği
Gevşek tüp jelsiz fiber optik kablolar alev geciktirici özellikle imal edilirler. Genel
kullanıma uygun olarak bina içi omurgalarda havadan, kanaldan ve yükselticilerden oluşan
ortamlarda uygulanırlar. Topraklamaya ya da yapıştırmaya ihtiyaç duymadan mekanik
dayanıklılık ve sağlamlık içerirler.
Jel dolgulu gevşek tüp suda şişebilme özelliğini bertaraf ederek uygun kullanım alanı
sağlamaktadır. Esneklikleri, ceket kısmındaki alev geciktirici özelliği, UV ışınlara karşı direnci
ve direk güneş ışığına maruz kalabilme özelliği ile jel dolgulu gevşek tüpler dış ortamda
kullanıma uygun özellikleri bulunmaktadır. Geçmeli zırh yapısından dolayı ek mekanik
dayanıklılık gerektiren uygulamalarda kullanılabilmektedir. Bu tür kablolar bina içine
girildiğinde ekleme ihtiyacını en aza indirgeyerek bina içi dönüş noktalarındaki zorlukları
gidermektedir.
2.3.8. 2.3.8. Su Engelleme Özelliği Olan Kablolar
Bu kablo çeşidi gevşek tüp jelli ve jelsiz kablolardan geliştirilmiştir. Suyun
ulaşabileceği alanlarda zamanla oluşabilecek aşınmalar optik liflere zarar verebilir.
(http://www.google.com/patents/EP1170614A1?cl=en) Bunu engellemek amacıyla tüp Şekil
2.22’de görülen tipte su engelleme özelliği bulunan kablolar geliştirilmiştir.
Şekil 2.22: Su engelleme özelliği olan gevşek tüp jelsiz FO Kablo
19 (http://www.primuscable.com/Shared/images/Corning%20Fiber/6TubeDesignR-Small.jpg)
2.3.9. Dağıtım Kablosu
Dağıtım Kabloları genel olarak kevlar bir koruma içerisinde yer alan birden çok fiber
optik lif içermektedir. Her bir fiber lif ayrıca 900 mikrometre kalınlığında bir kaplama ile
korunmaktadır. (http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_fiber_cable). Şekil 2.23’de dağıtım
kablosu örnek kesiti görülmektedir.
Şekil 2.23: Dağıtım Kablosu Örnek Kesiti
(http://blog.fibersavvy.com/category/fiber-bulk-cable/#.UZfRSLXwkz4)
2.3.10. Zırhlı Kablo
Fiber lifleri kemirgen hayvanlar ve basınç gibi dış etkenlerden korumak amacıyla
üretilmiş kablo türleridir. Şekil 2.24’te görüldüğü gibi dış ceketin altına yerleştirilen metal zırh
optik lifleri dış etkilere karşı koruyacaktır.
Şekil 2.24: Zırhlı Kablo Örnekleri
(http://www.aflglobal.com/Products/Fiber-Optic-Cable/Loose-Tube.aspx)
2.3.11. Şerit Kablo
Şerit Kablolar düzenli yerleşim ve bağlantı kolaylığı sağladığı için uygulamalarda
tercih edilmektedir. İlerleyen bölümlerde göreceğimiz Renk kodlarına göre bağlantı
yapılabilmesinin yanında sıralı olarak bağlantı yapımına olanak sağladıkları için patch panel
uygulamalarına ve bina içi kullanıma uygundur. (http://www.timbercon.com/ribbon-fibercables/). Şekil 2.25 ve Şekil 2.26’da şerit kablo ve bileşenleri görülmektedir.
20 Şekil 2.25: Şerit Kabllo Çizimi
(http:///csmedia.corn
ning.com/CableSystems/%5
5CResource_D
Documents%5
5Carticles_rl%
%5CLAN-736-E
EN.pdf)
Şekil 2.26
6: Şerit Kablo Görünümü
G
w.spectra-strip
p.com/Ribbon%
%20Fiber%20
0Cable.cfm)
(http://www
2.3.12. Denizaltı Kablosu
Kıtalar arassı haberleşme amacıyyla kullanıla
K
an fiber opttik kablo türüdür. Gün
nümüzde
haberleşme ve intternet altya
apısının ana taşıyıcıla
arı olarak görev
g
yapm
maktadırlar. Şekilde
er lifler dış etkenlere
e
ka
arşı birçok koruyucu
k
ka
atmanla çevvrilmiştir. Şe
ekil 2.27
görüldüğü gibi fibe
b)’de deniz altı kablosu
u çizimi ve görünümü
g
verilmiştir.
v
(a) ve (b
Şekil 2.2
27: (a)Deniz Altı
A Kablosu Çizimi ve (b) Gö
örünümü
(http://en..wikipedia.org/wiki/Submarine_communiccations_cable))
21 (http://fopnews.wordpress.com/2011/03/24/incident-report-hudson-canyon-geologic-city-report-10/)
Şekil 2.27 (a) üzerinde görüldüğü gibi bir kesit modern denizaltı iletişim kablosunun
bölümleri;
1 - Polietilen
2 - Mylar bant
3 - Çelik teller
4 - Alüminyum su bariyeri
5 - Polikarbonat
6 - Bakır veya alüminyum boru
7 - Vazelin
8 - Optik fiberler , şeklindedir
Şekil 2.28: Deniz Altı Kablosu Uygulama Fotoğrafı
(http://www.itnewsafrica.com/2009/09/glo-one-submarine-cable-debuts-in-lagos/)
22 Şekil 2.29: Tipik Bir Denizaltı Kablolama Şeması
(http://blog.zulyusof.com/?p=119)
Uygulamalarda kabloları balıkçı teknelerinin çapaları ve benzeri dış etkenlerden
korumakiçin Şekil 2.30’da görüldüğü gibi çeşitli tiplerde ve boyutlarda bağlantı aparatları
kullanılmaktadır.
Şekil 2.30: Deniz Altı Kablolama da Kullanılan Bağlantı Konektörleri
(http://www.gizmodo.com.au/2010/09/scenes-from-a-massive-undersea-cable-ship/)
2.3.13. Kompozit Kablo
Kompozit kablolar kelime anlamı olarak birden fazla amaçla kullanılan kablolar için
kullanılmaktadır. Optik haberleşmenin yanı sıra bakır kablo ile haberleşme amacıyla
kullanılan kablo çeşididir. İçerisinde fiber optik liflerin yanında bakır iletkenler de bulunur. Bu
bakır kablo ile uzun hatlarda meydana gelen zayıflamalar nedeniyle, örneğin okyanusun
ortasında ışık gücünün düşmesi nedeniyle kablonun içine yerleştirilen tekrarlayıcının enerjisi
verilebilir.
Şekil 2.31’de görülen kompozit kablo içerisinde 1; koruyucu kevlar katman, 2; Bakır
iletken, 3; Fiber optik koruyucu tüp, 4; bakır iletken koruyucu katman ve 5; dış ceket
katmanıdır.
Şekil 2.31:Kompozit Kablo Yapısı
(http://www.occfiber.com/main/index.php?m=1&p=2&l=en&i=15)
23 Şekil 2.32: Düşük Gerilim İçin Kompozit Kablo Örnekleri
(http://www.weiku.com/products/12222399/Optical_fiber_composite_low_voltage_cable.html)
2.3.14. Elektrik Enerjisi ve Optik Kablo
Kompozit yapıda bulunan fiber kablolarda bakır iletkenler haberleşme amacıyla değil
de enerji taşımak için kullanılacaksa yapısı biraz farklılaşmaktadır.Taşınan enerji
büyüklüğüne ve kullanım alanlarına göre farklı özelliklere sahip alçak ve yüksek gerilim
kompozit kabloları bulunmaktadır. Fiber optiğin sensör olarak kullanımı uygulamalarında yola
çıkarak elektrik dağıtımında kullanılan bakır kablonun yanından geçen fiber kablo ile elektrik
akımının bakır kabloyu çok ısıttığı bölgenin veya elektrik kesintisi yaşanan kısımların ışık
gücü ve ışık yansıma ölçümleri ile tespiti yapılabilir. Bu özellik yer altı yüksek gerilim
hatlarında arıza yerinin bulunmasında uygulama kolaylığı sağlamaktadır. Şekil 2.33 (a)’da
denizaltı fiber optik kompozit güç kablosu, Şekil 2.33 (b)’de kompozit alçak gerilim kablosu
görülmektedir.
Şekil 2.33: (a) Denizaltı Fiber Optik Kompozit Güç Kablosu ve (b) kompozit Alçak gerilim kablosu
(http://www.weiku.com/products-image/16013713/Submarine-Optical-Fiber-Composite-Power-Cable.html)
(http://www.weiku.com/products-image/16107599/Optical-Fiber-Composite-Low-Voltage-Cable-OPLC-.html)
2.3.15. Hibrit Kablo
Hibrit ve kompozit kablolar yapı olarak bir birine benzemekle birlikte kullanım amaçları
farklıdır. Hibrit kablolar kamera sinyali ve ya karasal yayın sinyallerini gibi görüntü içeren
yüksek frekanslı sinyalleri bakır kablolarla taşımak amacıyla kullanılır. Bu nedenle koaksiyel
kablolarda olduğu gibi bakır iletkenlerin çevresi ekranlama dediğimiz yöntemle elektiriksel
gürültülere karşı koruma altına alınmıştır. Şekil 2.34’de hibrit kablo örneği görülmektedir.
Şekil 2.34: Hibrit Kablo Örneği
24 2.4 FİBER OPTİK KABLOLAMA STANDARTLARI
Her konuda olduğu gibi fiber optik kablolama içinde uyulması gereken kurallar
standartlar haline getirilmiştir. Bu konuda oluşturulan standartların öne çıkanlarını
inceleyeceğiz ancak yapacağınız uygulamalar için ortaya konulmuş olan yeni standartları ve
ya standardın en güncel halini ürün manuellerinden ve standartları belirleyen
kuruluşlarıninternet sayfalarından kontrol edilmelidir.
2.4.1. ANSI / TIA-568-C STANDARDI
AmericanNational Standart Instute tarafından haberleşmenin içerisinde kullandığımız
birçok ürün ve bunlara ait uygulama esasları standartlara dayandırılmıştır. Belirlenen
standartlar teknolojik gelişmelere paralel olarak güncellenmekte ve bunların yazılı duyuruları
yapılmaktadır. TIA-568-C standardı zaman içerisinde gelişerek 2008 yılında başlıca 4
kategori için son halini almıştır. Bu kategorilerden 3 ü 2009 yılı içerisinde güncellenmiştir.
( http://www.afielektrik.com/PDF/urunler/Hubbell-Premise-Wiring/N-Standards.pdf)
(http://www.siemon.com/us/standards/09-06-10-update-568-c.asp)
ANSI/TIA-568-C.0
: Bireysel kullanım için genel haberleşme amaçlı kablolama (2009)
ANSI/TIA-568-C.1
: Ticari kullanım için genel haberleşme amaçlı kablolama
(2009)
ANSI/TIA-568-C.2
: Dengelenmiş bükümlü çift kablolama ve birleşenleri
(2009)
ANSI/TIA-568-C.3
: Fiber optik kablolama kompenentleri
(2008)
2.4.2. İç Mekan Fiber Optik Kablolama Özellikleri
Bina içi kablolama da kullanılan fiber optik kablolarda genellikle hafif bir koruyucu olan
plastik türevi malzemeler (aramid, kevlarv.b.) kullanılmaktadır. Fiber optik lifleri koruma
amacıyla tüpler içerisine içerisine yerleştirilir ve dayanımı arttırmak için optik lif
barındırmayan bir tampon tüp kullanılır. Şekil 2.35 ve Şekil 2.36’da iç mekan fiber optik
kablo örneği görülmektedir.
Şekil 2.35: İç Mekan Fiber Optik Tüplü Kablo Örneği
(http://www.hes.com.tr/urunler-1-8-188-haberlesme-kablolari-fiber-optik-kablolar-bina-ici-fiber-optik-kablolar.html)
Şekil 2.36: İç Mekan Fiber Optik Tüplü Kablo Örneği
(http://catalog.corning.com/CableSystems/enUS/catalog/ProductDetails.aspx?cid=distribution_indoor_cables_web&pid=105441&vid=9411)
25 İç mekan kablolama amacıyla kullanılan kablolarda ANSI/TIA-568-C standartlarına
göre bir tüp içerisinde ilerleyen maksimum fiber optik lif sayısı 12 dir ve bu lifler UV tekniği ile
boyanarak renk kodları ile kodlanmıştır. 2.4.3. Dış Ortam Fiber Optik Kablolama Özellikleri
Dış mekan kablolama için kullanılacak kablo tiplerinin mekanik dayanımının daha
yüksek olması için zırhlı olmasına dikkat edilmedir. Şekilde görüldüğü gibi fiber optik kablolar
özelliklerine göre ayrı ayrı isimlendirilebildiği gibi birkaç özelliği aynı anda taşıyabilir. Şekilde
görülen kablo Tek modlu, zırhlı, gevşek tüp jelsiz, şerit kablo olarak isimlendirilmektedir.
Şekil 2.37’de dış mekan fiber optik zırhlı kablo örneği görülmektedir.
Şekil 2.37: Dış Mekan Fiber Optik Zırhlı Kablo Örneği
(http://catalog.corning.com/CableSystems/enUS/catalog/ProductDetails.aspx?cid=ribbon_outdoor_cables_web&pid=9059&vid=9060)
2.4.4. Damla (Drop) Fiber Optik Kablolama Özellikleri
Damla kablo diğer kablo örneklerinden farklı olarak tüp içerisinde daha az sayıda
optik lif içeren (2 ve ya 4), ezilmeye karşı dayanımını arttırmak için destek tüpleri bulunan
kablo türüdür. Şekil 2.38’de damla fiber optik kablo örneği görülmektedir.
(https://www.google.com/patents/EP1224496B1?cl=en&dq=drop+fiber+cable&hl=tr&sa=X&ei=KDWZUYD2G4ah
O6CdgPgE&ved=0CG4Q6wEwCA )
Şekil 2.38: DamlaFiber Optik Kablo Örneği (http://catalog.corning.com/CableSystems/enUS/catalog/ProductDetails.aspx?cid=drop_outdoor_cables_web&pid=8817&vid=82295)
2.4.5. Dağıtım (Dallanma) Kiti
Kablo tiplerinde gördüğümüz gibi tek bir tüp içerisinde 12 adet fiber optik lif
bulunabilir. Bu lifleri farklı noktalara yönlendirmek amacıyla kullandığımız kite dallanma
(furcation) kiti adı verilmektedir. Bu ayırma işlemi ile tüp içerisindeki lifler bağımsız hale
getirilebileceği gibi dış koruma kılıfı içerisinde yer alan taşıyıcı tüpler de ayrı birimlere
yönlendirilebilir. Şekil 2.39’da dağıtım işleminin şematik gösterimi verilmiştir.
26 Şekil 2.39: Dağıtım İşleminin Şematik Gösterimi
(http://www.fiberoptics4sale.com/wordpress/what-are-fiber-fan-out-kit-and-breakout-kit/)
Örnek bir dallanma işleminin nasıl yapıldığı Şekil 2.40 da anlatılmıştır.
27 Şekil 2.40: Dağıtım kitinin kullanımı
(http://www.panduit.com/heiler/InstallInstructions/PN155B.pdf)
28 2.4.6. Koparma (Breakout) Kiti
Koparma kiti kullanım şekli olarak dağıtım kitine benzer ancak amacı hattı dağıtmak
değil, belirli bir noktadan kopararak ek yapmak ve uzatmaktır. Bu şekilde kırılan bir noktanın
tamirini de yapmak mümkündür. Bu amaçla kit içerisinde farklı nitelikte fiber optik kablolarda
bulunmaktadır. Şekil 2.41’de örnek bir koparma kiti gösterilmiştir.
Şekil 2.41: Örnek Bir Kopartma Kiti http://www.fiberoptics4sale.com/p/Fiber_Optic_Universal_Breakout_Kit/F1‐
5527.html 2.4.7. NEC Kodlarına Göre Fiber Optik Kablo Tipleri
NationalElectricalCode (Ulusal Elektrik Kodu) tanımlamalarına göre kablo üzerinde
bulunan kısaltmalar kabloların kullanım amacına göre farklılık göstermektedir. Kısaltmaların
anlamları Tablo2.6da görüldüğü gibidir. (http://www.thefoa.org/tech/ref/basic/cable.html)
Tablo 2.6 : NEC Kodlarına Göre Fiber Optik Kablo Türleri
NEC KODU
OFN
OFC
OFNG ve ya OFCG
OFNR ve ya OFCR
ANLAMI
Fiber Optik Yalıkan (Optical Fiber Non-conductive)
Fiber Optik İletken (Optical Fiber Conductive)
Genel Amaçlı Kullanım (Optical Fiber General Purpose)
Fiber Optik Yalıtkan ve ya İletken Yükseltici Özellikli (Optical
Fiber Non-conductiveOrConductiveRiser)
OFNP ve ya OFCP
Fiber Optik Yalıtkan ve ya İletken Plenum (Optical Fiber NonconductivePlenumorConductivePlenum)
OFN-LS
Fiber Optik Yalıtkan-Düşük Duman Yoğunluklu (Optical Fiber
Non-conductiveLowSmokeDensity)
Şekilde 2.42’de görülen kablo fiber optik yalıtkan ve yükseltici özellikli bir kablodur.
Şekil 2.42: Örnek Bir Kablo Görünümü (http://www.thefoa.org/tech/ref/basic/cable.html)
29 2.4.8. Renk Kodları ve Kablo İşaretlemeleri
Fiber lifleri belirli bir düzende sıralayabilmek için tüp içerisinden çıkan 12 adet kablo
renklerle kodlanmıştır. ANSI/TIA-568-C standartlarına göre Fiber kablo numaraları ve Renk
eşleşmeleri Tablo2.7 de görüldüğü gibidir. (http://www.thefoa.org/tech/ColCodes.htm). Şekil
2.43’de fiber optik kablo renk kodları gösterilmiştir.
Tablo2.7: Kablo Renk Kodları
Fiber Numarası Renk
1
Mavi
2
Turuncu
3
Yeşil
4
Kahverengi
5
Kayrak Grisi
6
Beyaz
7
Kırmızı
8
Siyah
9
Sarı
10
Mor
11
Gül
12
Turkuaz
Şekil 2.43: Kablo Renk kodları (http://fiberoptictraining.blogspot.com/2009/10/fiber-optic-color-coding.html)
2.4.9. Uluslararası Kablolama Standartları
International StandardizationOrganization tarafından belirlenen ISO/IEC 11801
standartlarına göre kablo tipleri Tablo 2.8 de görüldüğü
gibidir.(http://en.wikipedia.org/wiki/ISO/IEC_11801)
Tablo 2.8: ISO Kablolama Standartları
Kablo Tipi – Çok
Modlu Fiber
OM1
OM2
OM3
OM4
Kablo Tipi – Tek
Modlu Fiber
OS1
OS2
Core Çapı
Bant Genişliği
(MHz x km)
200
500
2000
4700
62.5 µm
50 µm
50 µm
50 µm
Referans Dalga
Boyu
850 nm
850 nm
850 nm
850 nm
Zayıflama (db/km)
1 db
0.4 db
2.4.10. ANSI/TIA-568-C Standardına Göre Bükülme Yarıçapı Ölçüleri
Kablolama uygulamaları yapılırken hattın bükülmesi gereken yerlerde kablo için
belirtilen minimum bükülme yarıçapını sağlamak gerekir. Bükülme açısı daha fazla
olduğunda iletimde kayıplar ve ya kabloda fiziksel bozulmalar meydana gelecektir.
30 A
ANSI/TIA-5
568-C stand
dartlarına göre kablola
arı bükerken
n uyulması gereken minimum
m
yarıçap değerleri Tablo
T
2.9 da
a verilmiştir; (http://www.oopgwfitting.com
m/news/Minim
mum-Bend-Radius.html)
Tablo 2.9:
2 ANSI/TIA--568-C Standa
artlarına Göre Minimum Bükkülme Yarıçap
p Ölçüleri
KABLO TİPİ
2 ve ya
a 4 lif içere
en Bina İçi
Fiber Ka
ablo
4 ten fa
azla lif içere
en Bina İçi
Fiber Ka
ablo
12 life kadar
k
İç Mekan ve Dış
Mekan Fiber Kablo
o
12 den
n fazla lif içeren İç
Mekan ve Dış Me
ekan Fiber
Kablo
OutsideP
Plant Cable
Drop Cab
ble Installedb
byPulling
Drop
Cable
InstalledbyDirectlyBu
uried,
Trenched
dorBlowninto
oDucts
Minimum
m Bükülme Yarıçapı
Y
(Kuru
ulum Sırasında)
Minimum Bükülme Ya
arıçapı
(Kurulu
um Sonrasın
nda)
50,8 mm
2
25,4 mm
D çap x 20
Dış
0
Dışş çap x 10
D çap x 20
Dış
0
Dışş çap x 10
D çap x 20
Dış
0
Dışş çap x 10
Dış çap x 20
D
0
D çap x 20
Dış
0
Dışş çap x 10
Dışş çap x 10
D çap x 20
Dış
0
Dışş çap x 10
2.4.11. ITU-T ve Telcordia Standartllarına Görre Bükülm
me Yarıçap
pı
IITU-T ve Te
elcordia standartlarına göre minim
mum bükülm
me yarıçapla
arı Tablo 2.1
10 da
verilen değerlerin
d
a
altında
olma
amalıdır. Şe
ekil 2.44’ de
e minimum bükme
b
yarıççapı 7 cm olan
o
bir
fiber kablonun uygulaması görülmektedirr.(http://www.oopgwfitting.com
m/faq/Rules-fo
or-Install.html)
10: ITU-T ve Telcordia
T
Stan
ndartlarına Gö
öre Minimum Bükülme
B
Yarıççap Ölçüleri
Tablo 2.1
Fiber Sayıısı
2-12
14-24
26-48
48-72
74-216
Minimum
m Bükülme Yarıçapı
Y
(Kuru
ulum Sırasında)
105 mm
159 mm
267 mm
304 mm
294 mm
Şekil 2.4
44: Kablo Bükü
üm İşlemi
(http://en.wikipedia.org/wikii/Bend_radius)
31 Minimum Bükülme Ya
arıçapı
(Kurulu
um Sonrasın
nda)
70 mm
106 mm
178 mm
2
203 mm
196 mm
2.4.12. ANSI/TIA-568-C Standardına Göre Gerilim Yük Oranları
Kablolama işlemi sırasında optik kabloların maruz kalacağı gerilmelerin belirlenen
miktarları aşması durumunda kırılmalar ve kopmalar meydana gelebilir. Bu nedenle hat
döşemesi sırasında Tablo 2.11 de verilen maksimum yük oranlarını aşmamak gerekir. Aynı
zamanda üretici firmanın katalog bilgilerinden de kullanılacak kablonun maruz kalabileceği
maksimum yük oranı kontrol edilmelidir.(http://www.opgwfitting.com/news/Minimum-Bend-Radius.html)
Tablo 2.11: Maksimum Gerilim Yük Oranları
KABLO TİPİ
Maksimum Gerilim Yük
Oranları
2 ve ya 4 lif içeren Bina İçi
Fiber Kablo
4 ten fazla lif içeren Bina İçi
Fiber Kablo
12 life kadar İç Mekan ve Dış
Mekan Fiber Kablo
12 den fazla lif içeren İç
Mekan ve Dış Mekan Fiber
Kablo
Dış Mekan Zırhlı Kablo
Zırhlı Damla Kablo
Damla Kablo
Katalog Değerlerine Bakınız
1.335 N
2.670 N
2.670 N
1.335 N
440 N
32 220 K