FİBEROPTİK - Sedat ÖZSOY
ÖNSÖZ
Dünyamız, elektronik çağı olarak adlandırılan bir dönemden, bilgi çağı olan yirmi birinci yüzyıla girmiştir. Bilgi çağının toplumuna da bilgi toplumu denilmektedir. Bilgi toplumunun en büyük ihtiyacı, çok fazla miktardaki bilgilere çok kısa sürede ulaşabilmektir. Bundan dolayı, mevcut haberleşme, kayıt, depolama ve algılama sistemlerinin yerini optik sistemler almaya başlamıştır. Bu sebeple, bu çağa optik çağı da diyebiliriz.
Bir haberleşme sistemi üç ana bölüme ayrılabilir: Verici, taşıyıcı ortam ve alıcı. Şu anda opto-elektronik olarak kurulabilen bu sistem yakın gelecekte tamamen optik hale gelecektir. Yani, bilginin alınması, işlenmesi, taşınması ve kaydı tamamıyla optik olarak yapılabilecektir.
Bu kitapta verilen konular, fizikçilere, fizik mühendislerine ve elektronik mühendislerine ve bu konu ile ilgili işlerde çalışanlara yönelik olarak, optik haberleşmede taşıyıcı ortam olarak kullanılan optik fiberler hakkında temel oluşturacak şekilde seçilmiştir. Ayrıca, bildiğim kadarıyla, bu kitap bu konuda hazırlanan ilk Türkçe kaynak olmuştur. Bu kitap ders kitabı olarak takip edileceği zaman, Elektromanyetik Teori dersinden sonra verilmesi uygun olur; haftada iki veya üç saat olarak okutulabilir. Çok uzak olmayan bir zamanda bir optik mühendisliği kavramının gündeme geleceğine ve fakültelerde bu bölümlerin de açılacağına inanıyorum.
İkinci baskıda bazı bölümlere problemler eklenmiş, gözden kaçan bazı hatalar düzeltilmiş ve ekler bölümüne bir ek daha yapılmıştı. Bu ilaveli üçüncü baskıda, ikinci bölüme, son on yılda ortaya çıkıp gelişen “Fotonik Kristal Fiberler” konusunda kısa ve öz bilgiler; üçüncü bölüme, yeni bir dispersiyon mekanizması olarak “Kutuplanma Mod Dispersiyonu” konusu; altıncı bölüme “Fiber Bragg Kafesli” algılama ile ilgili bir kısım eklenmiştir. Ayrıca, “Optik Fiber Parametrelerinin Ölçüm Teknikleri” adıyla yeni bir bölüm dokuzuncu bölüm olarak ilave edilmiştir. Ayrıca her bölümün sonuna o bölümde öğrenilmesi gerekenleri sorgulayan “Sorular” kısmı konulmuştur.
Bu kitabı sevgili annem ve eşime ithaf ediyorum.
Sedat ÖZSOY Kayseri, 2009
İÇİNDEKİLER
Birinci Bölüm
OPTİK HABERLEŞMENİN TARİHİ YE OPTİK FİBEMLİ SİSTEMLERİN ROLÜ Giriş
İletim Ortamı,
Serbest Uzay İletimi,
Fiber Optiğin Gelişimi,
Optik Kaynaklar,
Fotodedektörler,
Pasif Elemanlar,
Optik Fiber Haberleşme Sistemi,
Optik Fiberlerle Haberleşmenin Üstünlükleri ve Kullanım Alanları,
Sorular,
ikinci Bölüm
Işın Teorisi İle İletim ve Temel Kavramları,
Tam iç yansıma,
Kabul açısı, nümerik açıklık ve bağıl kırılma indis farkı,
Çapraz ışınlar,
Optik Yayınım İçin Elektromanyetik Mod Teorisi,
Elektromanyetik dalgalar,
Bir düzlem dalga kılavuzunda modlar,
Faz ve grup hızı,
Toplam iç yansımayla faz kayması ve sönen alan,
Goos-Haenchen kayması,
Silindirik fiber,
Mod bağlaşımı (kuplaj),
Basamak İndisli Fiberler,
Çok modlu basamak indisli fiberler,
Tek modlu basamak indisli fiberler,
Gradyan İndisli Fiber,
Delikli ve Fotonik Kristal Fiberler Sorular,
Problemler,
Üçüncü Bölüm
OPTİK FİBERLERİN İLETİM KARAKTERİSTİKLERİ.
Giriş,
Zayıflama (İletim Kaybı),
Malzeme Soğurum Kayıpları,
Öziçli (Intrinsic) Soğurum, *
Özdışlı (Extrinsic) Soğurum,
Lineer Saçılma Kayıpları,
Rayleigh Saçılması (Küavuzlanmış ışığın geri saçılması), Mie saçılması (Özdışlı),
Lineer Olmayan Saçılma Kayıpları,
Zorlanmış Brillouin saçılması (Öziçli),
Zorlanmış Raman saçılması (Öziçli),'
Fiber Bükülme Kayıpları,
Dispersiyon,
Mod Dışı (intramodal) Dispersiyon Malzeme dispersiyonu,
Dalga kılavuzu dispersiyonu,
Modlar Arası Dispersiyon,
Çok modlu basamak indisli fiber,
Çok modlu gradyan indisli fiber,
Toplam Fiber Dispersiyonu,
Çok modlu fiberde toplam pals genişlemesi,
Tek modlu fiberde toplam pals genişlemesi,
Mod Alanı Çapı,
Kesilim Dalga boyu,
Standardizasyon Parametreleri,
Mod Gürültüsü,
Kutuplanma.
Modal çift kırıcılık (birefringence), Kutuplanma Mod Dispersiyonu (PMD), Sorular,
Problemler
Dördüncü Bölüm
FİBER MALZEMELERİ VE ÖZELLİKLERİ
Giriş,
Gamlar.
Atıksek Sılikaiı Camlar,
Katkıların etkileri,
Öksit Camlar (çoklu-oksit camlar),
Halojen Camlar,
Çinko klorür camlar,
Berilyum florür camlar,
Alüminyum florür camlar,
Ağır metal florin camlar,
Florürden başka halojen camlar, Diğer Malzemeler.
Kalkojen camlar,
Kristaller,
Plastikler,
Sorular,
Beşinci Bölüm
OPTİK FİBER ÜRETME TEKNİKLERİ
Yüksek Silikalı Fiber Üretme Teknikleri, MCVD yöntemi,
OVD yöntemi,
VAD yöntemi,
Tüp içinde çubuk yöntemi,
Çift pota yöntemi,
Plazma işlemleri,
Fiber Çekme,
Kaplama,
Sorular,
Sekizinci Bölüm
OPTİK FİBERLERİN KABLOLÂNMASI Giriş,
Optik Fiber Kaplama Yöntemleri,
Sıkı kaplamalı fiberler,
Gevşek kaplamalı fiberler,
Kablo Elemanları,
Kablo özü,
Destek elemanı,
Kılıflar,
Dolgu bileşiği,
Kablo özünde kullanılan diğer elemanlar,
Optik Kablo Yapıları,
Sıkı kaplanmış fiberli burulmuş kablo (stranded cable), Gevşek kaplanmış fiberli burulmuş kablo,
Oluklu özlü kablo (slotted core cable),
Şerit kablo (ribbon cable),
Gevşek demetli birim kablo (loose bunca unit cable), Kablo Türleri ve Kullanım Yerleri,
Havai kablolar,
Kanal kabloları,
Direkt toprak altı kabloları,
Dahili (bina içi) ve drop kabloları,
Su altı kabloları,
Optik Kabloların Çevresel Testi,
Optik Kabloların Mekanik Testleri,
Deniz Altı Optik Kabloları,
Özel Uygulamalar İçin Optik Kablolar,
Sorular,
Dokuzuncu Bölüm
OPTİK FİBER PARAMETRELERİNİN ÖLÇÜM TEKNİKLERİ Giriş,
Laboratuar Ölçümleri,
Zayıflama ölçümü,
Kesilim dalga boyu ölçümü,
Bant genişliği ölçümü,
Kromatik dispersiyon ölçümü,
Fiberin geometrik parametrelerinin ölçümü, öz çapı ölçümü,
Nümerik açıklık ölçümü,
Mod alanı çapı ölçümü,
Araya girme kaybı ölçümü,
Geri dönüş kaybı ve yansıtıcılık Saha Ölçümleri
Optik zaman domeni reflektometrisi,
OTDR ile zayıflama ölçümü,
Güç-metre ile ölçme,
Sorular
KAYNAKLAR
OPTİK TEORİLERİNDEKİ GELİŞMELER
OPTOELEKTRONİKTE EMNİYET
KATİLARIN OPTİK ÖZELLİKLERİ