BUTUNSiNAVLAR.COM
        Giriş     Üye OL
Fiber optik haberleşmesi ders notları, Fiber optik haberleşmesi dersi notları, Fiber optik haberleşmesi notları, fiber optik notları, fiber optik baplantısı, kaynağı

Fiber optik haberleşmesi ders notları

FİBER OPTİK HABERLEŞME

2.1. Fiber Optik Haberleşme Sisteminin Temel Elemanları ve Işık Kanunları

Fiberin çalışma prensibi temel optik kurallarına dayanır. Bir ışın demeti az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçerken geliş açısına bağlı olarak yansıması ( tam yansıma) ya da kırılarak ortam dışına çıkması (bu istenmeyen durumdur) mantığına dayanır.

2.1.1. Temel Kavramlar

2.1.1.1. Işık Dalgası

Işık dalgası çok yüksek frekanslı bir elektromagnetik sinyaldir.Fiber optiklerin performansı, maxwell denklemlerini uygulamak sureti ile tamamıyla analiz edilebilirse de, bu oldukça karmaşık bir yöntemdir. Maxwell denklemleri yerine geometrik ışın izleme yöntemi kullanılabilir.

Işık nüve içinde dereceli indis fiber gibi sinüs dalgaları çizmek yerine tam yansıma kurallarına bağlı zikzaklar çizerek iler.

2.1.1.2. Işık Dalga Sistemleri (Fiber Optik) Teknolojisi

Işık dalga sistemlerinde ışık frekansındaki elektromagnetik dalgalar fiber optik kablo içerisinden bilgi taşır.

2.1.1.3. Optik Spektrumda Fiberoptik Haberleşmesinin 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

fiper optik haberleşmesi fiper optik haberleşmesi

2.1.1.4. Işığın Dalga Boyu

Bir hertzlik işaretin aldığı yola dalga boyu denir. Birimi metredir. Işık renklerine ait frekans değerleri ? dalga boyu formülünde yerine konarak o renge ait dalga boyu bulunur.

fiper optik haberleşmesifiper optik haberleşmesi

ÖRNEK:

f = 1*1014 Hz ise ? = ?

ÇÖZÜM:

fiper optik haberleşmesi

ÖRNEK:

Mor ışığın f = 7,5*1014 Hz ise , mor ışığın dalga boyunu hesaplayınız.

ÇÖZÜM:

?=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. Kırmızıışın aralarındaki dalga boyu farkı kadar daha hızlı ilerler (her saykılda). Işığın bu özelliği bize bir dezavantaj olarak geri döner (modal yayılma olarak).

2.1.1.5. Işık Kanunları

? Yansıma Kanunu

Yansıtıcı parlak bir yüzeyde ışığın gelme açısı, yansıma açısına eşittir.

fiber optik haberleşmesi ders notları

• Kırılma Kanunu

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.

n1:1. Ortamın Kırılma indisi n2:2. Ortamın Kırılma indisi

fiber optik haberleşmesi ders notları

?1:Geliş Açısı ?2:Kırılma açısı

fiber optik haberleşmesi ders notlarıfiber optik haberleşmesi ders notları

Bir ışık ışınının, farklı kırılma indislerine sahip iki geçirgen ortamın sınırına geldiğinde nasıl hareket ettiği Snell yasası ile açıklanabilir.

fiber optik haberleşmesi ders notları

• Kritik Açı

Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama giden ışığın kırıldıktan sonraki yansıma açısının 90 derece olduğu gelme açısına kritik açı denir.

fiber optik haberleşmesi ders notları

Kritik açı Qc ile gösterilir. Hesaplanması aşağıdaki gibidir.

fiber optik haberleşmesi ders notları

Şekildeki kabul konisi olarak görülen bölüm kritik açının oluşturduğu ve tamamen fiber kablonun parametrelerine göre değişebilen bir konidir. Bu açılardan küçük gelen her ışın demeti fibere girer. Formüldeki n1 nüve n2 kılıf indisleridir.

• 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.

fiber optik haberleşmesi ders notları

• İndis

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 2.2: Tipik kırılma indisleri
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.

fiber optik haberleşmesi ders notları fiber optik haberleşmesi ders notları

Şekil 2.8: Dereceli indis

ÖRNEK

Aşağıdaki şekilde 1. ortamın cam, 2 ortamın ise etil alkol olduğunu varsayarak 30 derecelik açıyla gelen ışının kırılma açısını bulunuz.

fiber optik haberleşmesi ders notları

Tablo.2.2. den n1(cam)=1,5 ve n2(etil alkol)=1,36 den formüldeki yerine yerleştirirsek;

fiber optik haberleşmesi ders notları

n1/n2 . sin ?1=sin ?2 1,5/1,36 .sin30= sin ?2 ?2=sin-1 0,5514=33,47o

Sonuç olarak; ışsk ışınının iki ortamın sınırında 33,47o kırıldığını göstermektedir.

2.2. Fiber optik Kablo İçinde Işığın Yayılması ve F/O Kablonun Çalışması

F/O kabloda ışık nüve-clad arasında tam yansıma ile yayılır. Nüve içine kritik açıdan küçük açı ile giren ışık ışınları jacket (ceket) tarafından absorbe edilerek emilir. Absorbe edilen ışınlar nüve içinde ilerleyemez.

fiber optik haberleşmesi ders notları

Şekil 2.11’de fiber optik bir iletişim hattının basitleştirilmiş blok diyagramını göstermektedir. Hattın üç asal öğesi, verici, alıcı ve fiber kılavuzdur.

    • Verici şunlardan oluşur:
      • Analog ya da sayısal arabirim
      • Gerilim-akım dönüştürücüsü
      • Işık kaynağı
      • Kaynaktan-fibere ışık bağlayıcı
    • Alıcışunlardan oluşur:
      • Fiberden ışık dedektörüne bağlaşım aygıtı
      • Fotodedektör
      • Akım-gerilim dönüştürücüsü
      • Analog ya da sayısal arabirim
  • Yayınım Modu

fiber optik haberleşmesi ders notları

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.

fiber optik haberleşmesi ders notları

2.2.1. Fiber Optik Kablonun Yapısı

Fiber optik kablo nüve ve cladden oluşur

2.2.1.1. 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).

2.2.1.2. Kılıf (Yelek)

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.

fiber optik haberleşmesi ders notları fiber optik haberleşmesi ders notları

Temel olarak, günümüzde mevcut üç (3) fiber optik çeşidi vardır. Bunlar:

  • Plastik çekirdekli
  • Cam çekirdekli
  • Cam çekirdekli, plastik koruyucu zarflı

fiber optik haberleşmesi ders notları

2.2.2. Fiberoptik Kablonun Geleneksel (Bakır) Kablolara Olan Üstünlükleri

  • Yüksek bant genişliği kapasitesine sahiptir.
  • F/O kablolarda sinyal zayıflaması daha azdır.
  • F/O kablolar hafif ağırlığa sahiptir. F/O kablonun malzemesi cam ve plastiktir.
  • Dolayısıyla bakır kablolardan çok daha hafiftir.
  • F/O kablo boyutu küçüktür. F/O kablonun çapı elektrik kablosundan kat kat küçüktür.
  • F/O kablo çapı yaklaşık 100 mikro metredir.
  • F/O kablo çapı, insan saç telinin çapından yaklaşık 2 kat büyüktür.
  • F/O kablo bilgi iletiminde daha güvenlidir. F/O kabloda bilgi kolayca yakalanamaz.
  • F/O kablo gürültüden ve elektromagnetik dalgalardan etkilenmez.
  • Elektrik akımı taşımadığı için çarpılma tehlikesi yoktur.

Aşağıdaki tabloda koaksiyel kablo ile fiber optik kablolar karşılaştırılmıştır.

ORTAM BİT ORANI (Mbps) SES KANALI TEKRARLAYICI BOŞLUĞU (km)
KOAKSİYEL 1,5 3,1 6,3 45 90 24 48 96 672 1344 1 – 2
FİBER OPTİK 45 90 180 405 – 435 565 1700 672 1344 2688 6048 8064 24192 6-15 ÇOK MODLU 30 –40 TEK MODLU

fiber optik ders notları

2.2.3. Fiber optik Kablonun Kullanılma Alanları

  • Telefon haberleşmesinde
  • LAN ,MAN, WAN Network ağlarında
  • Kablolu TV te
  • Uçak ve füzelerde
  • Gizli haberleşmede

2.2.4. Fiber optik Kabloların Sınıflandırılması

Fiber optik kablolar indis yapısına ve ışık moduna göre gruplandırılır.

2.2.4.1. İndise Göre F/O Kablo Çeşitleri

  • Basamak İndisli Kablo (Step-İndex Kablo)
  • Dereceli İndisli Kablo (Graded-Index Kablo)

fiber optik ders notları fiber optik ders notları

2.2.4.2. Işık Moduna Göre F/O Kablo

• Single Mod (Tekli Mod)

Tekli moda ek bir ışık ışını ile bilgi gönderilir. 10µm nüve çapına ve 125µm yelek çapına sahiptir. Bu tip kabloyu kullanan haberleşme sistemlerinin çoğunda tekrarlama ihtiyacı duyulmadan 500 km’ye kadar 1Gbit/sn hızla bilgiler iletilebilir. SM fiberler için ortalama zayıflatma 0,25 dB/km dir. Özelliği: Kablonun nüve çapı küçüktür.

fiber optik ders notları

• Multi Mod (Çoklu Mod)

Çoklu modda birden fazla ışık bilgi gönderilir. 50µm nüve çapına ve 125µm yelek çapına sahiptir. Bu tip kabloyu kullanan haberleşme sistemlerinin çoğunda tekrarlama ihtiyacı duyulmadan 50 km’ye kadar 300 Mbit/sn hızla bilgiler iletilebilir. MM Fiberler için ortalama zayıflatma 2,5 dB/km’dir. İki tip optik fiber vardır. tekli modda fiber ve çoklu modda fiber.

o Multi Mode Fiber (Step-Index Tipi)

Yolculuk eden ışığın tümü tek bir yol üzerinde hareket eder. En yüksek kapasitedeki bilgi multi mode fiberden daha iyi iletir. Çünkü sinyalin yayılması ve clad’a çarparak ilerlemesi yoktur.

fiber optik ders notları

o Multi Mode Fiber (Graded Index Tipi)

Yolculuk eden ışık çoklu yol üzerinden hareket eder. Veri alma ve gönderme tekli modda fibere göre daha yavaş ve kısa mesafelidir.

fiber optik ders notlarıfiber optik ders notları

2.3. Fiber Optik Kabloyu Oluşturan 3 Katmanın (Nüvecore, Clad-Yelek, Jacket-Kaplama) İncelenmesi

fiber optik ders notları

Farklı dalga boyları (renkler) fiber nüvesi içerisinde farklı hızlarda hareket eder. Ancak farklı ortamlarda da ortama göre de farklı hızlarda hareket eder. Işık hızının malzeme (nüve) içerisindeki hızı hem nüve malzemesine hem de ışığın dalga boyuna bağlıdır. Malzeme özelliğinden kaynaklanan yayılmaya bu nedenle malzeme yayılması denir. Bir kaynak normalde tek bir dalga boyunda ışık yaymaz. Birçok dalga boyundan ışık yayabilir. Bu dalga boyları aralığı spektral genişlik olarak tanımlanabilir. Spektral genişlik ledler için 35nm lazer için 2-3 nm’dir. Örneğin lazer kaynağımızın 850nm’de çalışmasını istiyoruz. Kaynak 848 nm ile 851 nm arasında bir spektral çerçevede çalışır. 848nm deki sinyaller (kırmızımsı) 851 nm’deki sinyallerden daha hızlı hareket edecektir. Ancak lede göre çok daha az bir yayılma ortaya çıkar.

2.4. Fiber Bağlantıları ve Veri Aktarımı

Şekil.2.24’ Aşağıdaki şekillerde fiber optik kablonun konektörleri görülmektedir.

fiber optik ders notları

• Veri Aktarımı

Aşağıda çeşitli fiber optik kablonun veri aktarım hızları verilmiştir.

fiber optik ders notları

TÜM DERS NOTLARI İÇİN TIKLAYIN
YORUMLAR

YORUM YAZ
Yorum yazabilmek için sağ üstten giriş yapmanız gerekir.
  Üye değilseniz,üye olmak için
 TIKLAYIN.
Lütfen sorularınızı yukarıdaki SORUSOR sekmesinden sorunuz
Buradan sorularınıza admin tarafından CEVAP VERİLMEYECEKTİR.
Max. 1000 karakter.
Sinavlara hazirlik