Optik lif

Optik lif(optical fiber) veya bilinen diğer adıyla ışıklifi(fiberoptic), yüksek kaliteli püskürtülmüş cam veya plastikten yapılmış olan esnek ve şeffaf bir lifdir. Kabaca insan saçından daha kalındır. Işığı lifin iki ucuna iletmek için bir ışık kılavuzluğu veya ışık borusu görevini görür. Işıkliflerin dizayn ve uygulaması ile ilgilenen uygulamalı bilim ve mühendislik dalı “fiber optik” olarak bilinir. Optik lifler, iletişimin diğer formlarına göre iletimin daha uzun mesafelerde ve daha geniş bant genişliği ile olmasına imkân veren “ışıklifi iletişim” alanında yaygın olarak kullanılır. Liflerin metal kablolar yerine kullanılmasının nedeni sinyallerin lifler üzerinde daha az kayıpla ilerlemesi ve aynı zamanda elektromanyetik engellerden etkilenmemesidir. Lifler aynı zamanda ışıklandırma için de kullanılır ve yığınlar halinde sarılır. Bu şekilde sınırlı alanlarda görüntülemeye imkân verecek şekilde görüntü taşımak için kullanılabilirler. Işıklifleri özel tasarlanmış lifli sensörler ve lifli lazerler dâhil, birçok değişik uygulama içinde de kullanılırlar.

Bir ışıklifi demeti.

Stealth lif ekibi Manhattan sokaklarında ışıklifi kablo tesisatı kurarken (New York City).

Bir çeşit TOSLINK ışıklifi ses kablosu.

Bir çeşit ışıklifi kablo dağıtım kutusu.

Optik lifler genellikle düşük kırılım çarpanına sahip şeffaf giydirme gereci tarafından çevrelenen şeffaf çekirdek içerir. Işık, tam içsel yansıma tarafından çekirdekte tutulur. Bu durum lifin bir ışık kılavuzu işlevi görmesine neden olur. Birden fazla yayılım yolunu destekleyen liflere “çok modlu lif” adı verilirken, yalnızca tek mod destekleyen liflere “tek modlu lif” adı verilir. Çok modlu lifler genellikle daha geniş çekirdek çapına sahiptir ve yüksek gücün iletilmesini gerektiren kısa mesafeli iletişim hatları için kullanılır. Tek modlu lifler çoğunlukla 1000 metreden (3300 feet) daha uzun iletişim hatlarında kullanılır.

Optik liflerin birleştirilmesi elektrik tel ve kablolarının birleştirilmesinden daha zordur. Liflerin uçları dikkatlice ayrılmalı ve sonra mekanik yöntemlerle veya sıcaklıkla eritilerek birbirine eklenmelidir. Taşınabilir bağlantılar için özel ışıklifi birleştiricileri mevcuttur.

Tarihi

_________________________________________________________________________________________________________________________

, ilk olarak 1842 yılında yayınlanan “On the reflections of a ray of light inside a parabolic liquid stream” adlı bir makalede bu durumu “ışık pınarı” veya “ışık borusu” olarak tanımladı.

Optik lifler, yaygın olarak gelişmiş ülkelerde kullanılmasına rağmen, basit ve eski bir teknolojidir. Işığa kırılım aracılığıyla yol gösterme, optik lifleri mümkün kılan ilke, ilk olarak Daniel Colladon ve Jacques Babinet tarafından Paris’te 1840 yıllarının başlarında ispatlandı. John Tyndall 12 yıl sonra Londra’da bu konuyla ilgili bir konferans düzenledi. Tyndall aynı zamanda 1870’te ışığın doğası hakkındaki tanıtıcı kitabında tam içsel yansıma özelliği hakkında bilgi verdi: “Işık havadan suya girdiğinde ışın kırığı düşey yöne doğru bükülür. Işın sudan havaya geçtiğinde ise düşey yönden dışa doğru bükülür. Eğer sudaki ışının yüzeye dik olan eksenle yaptığı açı 48 dereceden büyükse, ışın suyu terk etmez; tam olarak yüzeyde yansıtılır. Işığın tam yansıma yaptığı yerin başlangıç sınırını işaretleyen açıya “sınır açısı” adı verilir. Su için bu açı 48º27’ iken, kristal için 38º41 ve elmas için 23º42’dır.”Aynı zamanda pigmentsiz insan saçının da fiber optik görevi gördüğü gösterilmiştir.

Dişçilikteki kapalı içsel ışıklandırım gibi pratik uygulamalar 20. Yüzyılın başlarında ortaya çıktı. Tüpler aracılığıyla görüntü iletimi birbirinden bağımsız olarak radyo deneycisi Clarence Hansell ve televizyonun öncüsü John Logie Baird tarafından 1920’lerde kanıtlandı. Bir sonraki on yıl aralığında bu ilke dahiliye deneylerinde Heinrich Lamm tarafından kullanıldı. Daha uygun kırılma çarpanı sunmak için ışıklifinin şeffaf bir kılıfla kaplandığı modern ışıklifleri daha sonra ortaya çıktı. Gelişmeler görüntü iletimi için lif yığınları üzerine yoğunlaştı. London Imperial College’dan Harold Hopkins ve Narinder Singh Kapany birkaç bin lifin birleştiği 75 cm’lik yığınlar boyunca düşük kayıplı ışık iletimini başardılar. “A flexible fibrescope, using static scanning” başlıklı makaleleri 1954 yılında Journal dergisinde yayınlandı. İlk optik lifli yarı esnek gastroskopun patenti Michigan Üniversite’si araştırmacıları Basil Hirschowitz, C. Wilbur Peters ve Lawrence E. Curtiss tarafından alındı. Gastroskopu geliştirme aşamasında Curtiss ilk cam kılıflı lifleri üretti. Daha önceki ışıkliflerinin düşük kırılım çarpanı, kılıf maddesi olarak kullanışsız yağlara ve balmumuna bel bağlıyordu.

Sonrasında çeşitli görüntü iletimi uygulamaları bu gelişmeleri izledi.

1880 yılında Alexander Graham Bell ve Summer Tainter Washington’daki Volta Laboratuvarı’nda ses sinyallerini optik ışınlar üzerinde ileten fotofon cihazını icat etti. Bu cihaz telekomünikasyonun ileri düzey formuydu ve fiber optik mühendisliği tarafından güvenli ışık transferi sunulana kadar kullanışsızdı. Atmosferik engellere maruz kalmalarıda bir diğer sorunlarıydı. 19. Yüzyılın sonu 20. Yüzyılın başında ışık, bükülmüş cam çubuk aracılığıyla beden çürüklerini aydınlatmak amacıyla yönlendirildi. Jun-ichi Nishizawa, Tohuku Üniversitesi’ndeki bir Japon bilim adamı, 2004 yılında Hindistan’da basılan kitabında belirttiği gibi 1963 yılında ışıkliflerinin iletişim için kullanılmasını önerdi. Nishizawa, ışığın yarı iletken lazerler üzerinden iletilmesini sağlayacak bir kanal görevi gören kademeli kırılım çarpanlı ışıklifleri gibi ışıklifi iletişimin gelişmesine katkı sağlayacak diğer teknolojiler de icat etti. Çalışan ilk ışıklifi data iletim sistemi Alman fizikçi Manfred Börner tarafından 1965 yılında Telefunken Araştırma Laboratuvarı’nda üretildi ve bu gelişmeyi 1966 yılındaki bu teknoloji alanındaki ilk patent alımı izledi. İngiliz STC şirketinden Charles K. Kao ve George A. Hockham lifleri pratik iletişim ortamı yapan ışıkliflerindeki etki zayıflamasının 20 dB/km’nin altına düşürülebileceği fikrini ortaya attı. Liflerdeki etki zayıflamasının saçılma gibi temel fiziksel etkilerden ziyade yok edilebilen yabancı maddelerin neden olduğunu önerdiler. Işıklifleri için ışık kaybı özelliklerini teori haline getirdiler ve bu çeşit lifler için kullanılacak doğru maddenin silika cam olduğunu belirttiler. Bu buluş Kao’ya 1999 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü getirdi.

NASA Ay’a gönderilen televizyon kameralarında ışıklifi kullandı. O zamanlar bunların kamerada kullanılması kişiye mahsustu, sadece gerekli güvenlik iznine sahip olanlara ya da gerekli güvenlik iznine sahip olan birilerinin eşliğinde bulunanlara izin veriliyordu.

Kritik etki zayıflaması olarak 20 db/km kullanımı ilk olarak 1970 yılında şimdinin Corning Incorporated’i olan bir Amerikan cam üreticisin araştırmacıları Robert D.Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz ve Frank Zimar tarafından başarıldı. Silika camı titanyumla dopingleyerek 17 db/km etki zayıflamalı lif ürettiler. Birkaç yıl sonra çekirdek katkılayıcı olarak germenyum dioksit kullanarak yalnızca 4 db/km etki zayıflamalı lif ürettiler. Bu derece düşük bir etki zayıflaması telekomünikasyondaki ışıklifine öncülük etti. 1981 yılında, General Electric 40 km. uzunluğa ulaşabilen eritilmiş kuartz külçeler üretti.

Modern optik kablolardaki etki zayıflaması bakır tellere göre çok daha düşüktür. Bu durum yineleyici 70–150 km uzunluğundaki lif bağlantılarına öncülük etmiştir. Optik-elektrik-optik yineleyicilerin azaltılarak veya kaldırılarak uzun mesafeli lif sistemlerinin maliyetini düşüren erbiyum dopingli lif yükselticileri Southampton Üniversitesi’nden David N. Payne ve Emanuel Desurvire tarafından 1986 yılında Bell Laboratuvarı’nda geliştirildi. Güçlü modern ışıklifi, hem çekirdek hem de kılıf için cam kullanır ve bu nedenle yaşlanmaya daha az meyillidir. Bu prensip Gerhard Bernsee tarafından Almanya’da 1973 yılında icat edilmiştir.

Gelişmekte olan fotonik kristal alanı 1991’de tam içsel yansıma yerine kırınım yoluyla ışığı yönlendiren fotonik kristal liflerin gelişmesine önderlik etti. İlk fotonik kristal lifler 2000 yılında piyasada yerini aldı. Fotonik kristal lifler geleneksel liflerden daha yüksek güç taşıyabilir ve dalga boyu bağlantılı özellikleri performansı artırmak için değiştirilebilir.

Kullanım alanları

_____________________________________________________________________________________________________________

ışıklifi iletişim

Işıklifleri esnek olmaları ve kablo şeklinde yığın oluşturabilmeleri nedeniyle telekomünikasyon ve bilgisayar ağlarında ortam olarak kullanılabilir. Özellikle uzun mesafeli iletişimlerde, ışığın elektrik kablolarına göre lif boyunca daha az etki zayıflaması ile yayılmasından dolayı daha avantajlıdır. Bu durum uzun mesafelerin az yineleyicilerle kaplanmasına olanak tanır. Yayılmalı sistemlerde tipik olarak 10 veya 40 Gbit/s olmasına rağmen, NTT’ye göre lifdeki yayılan kanal başına düşen ışık sinyalleri saniyede 111 gigabit büyüklüğünde ayarlanır. Haziran 2013’te araştırmacılar 4 modlu yörüngesel açısal momentum mod bölüşümlü çoğullamayla tek kanal üzerinden 400 Gbit/s’lik iletimi sağladılar. Her lif farklı dalgaboylu ışık kullanarak birden fazla bağımsız kanal taşıyabilir. Lif başına düşen net veri oranı FEC tarafından düşürülmüş kanal başına düşen veri oranının kanal sayısıyla çarpılmasıyla bulunur. 2011’den itibaren tek çekirdek üzerindeki band genişliği rekoru 101 Tbit/s’dir. Çok çekirdekli lif rekoru Haziran 2013’ten itibaren saniyede 1.05 petabittir. 2009 yılında Bell Laboratuvarları 100 Pbit/s*km rekorunu kırmıştır. Ofis binasındaki ağ gibi kısa mesafeli uygulamalarda ışıklifi kablo kullanımı, kablo kanalları bakımından yer tasarrufu sağlar. Çünkü tek bir lif, 100 Mbit/s veya 1Gbit/s hızlarında çalışan 5. kategori ethernet kablosu gibi standart elektrik kablolarına göre çok daha fazla veri taşır. Lifler aynı zamanda elektriksel karışmaya dayanıklıdırlar. Farklı kablolarda ses karışımı yoktur ve çevreden gelen gürültüler alınmaz. Korumasız lifler elektriği iletmez ve bu durum lifi, güç üretim tesisleri veya yıldırıma çarpmasına meyilli olan metal iletişim yapıları gibi yüksek voltajlı çevrelerde iletişim ekipmanlarının korunması için iyi bir çözüm haline getirir. Aynı zamanda ateşleme tehlikesi olmaksızın patlayıcı gazların bulunduğu ortamlarda da kullanılabilirler. Elektrik bağlantılarına göre hatta girme olayı daha zordur ve hatta girme korumalı olduğu söylenen eş merkezli çift çekirdekli lifler vardır.

ışıklifi sensörler

Liflerin uzaktan algılama sistemlerinde geniş kullanımı vardır. Bazı uygulamalarda sensörün kendisi bizzat ışıklifidir. Diğer durumlarda ışıklifi, optik lif olmayan sensörü ölçüm sistemine bağlamak için kullanılır. Lifler küçük boyutları, uzak mesafelerde elektrik gücüne ihtiyaç duymaması, birçok sensörün her bir sensör için farklı dalga boylu ışık kullanılarak lif uzunluğu boyunca çoğullanabilmesi, ışığın lif boyunca geçtiği her sensörde zaman gecikmesini hissetmesi gibi nedenlerden dolayı kullanılabilirler. Zaman gecikmesi, optik zaman bölgeli yansımaölçer kullanılarak ölçülebilir. Işıklifleri gerinim, sıcaklık, basınç ve diğer özellikleri ölçmek için sensör olarak kullanılabilirler. Bu durum bir lifi ayarlayarak ölçülecek özellik yoğunluk, faz, polarizasyon, dalga boyu veya ışığın lif üzerindeki geçiş süresi olarak değiştirilmesiyle yapılır. Işığın yoğunluğunu ayarlayan sensörler en basitleridir çünkü yalnızca bir basit kaynak ve algıç(dedektör) gereklidir. Bu tarz ışıkliflerinin özelliği, gerektiğinde 1 metreye kadar yayılmış algılama kapasitelerine sahip olmalarıdır. İkincil ışıklifi duyaçlar(sensorlar), modüle edilmiş ışığı lifden üretilmeyen optik duyaçtan(sensordan) ya da optik ileticiye bağlanan elektrik sensöründen iletmek için genelde çok modlu ışıklifi kablo kullanır. İkincil duyaçların(sensörlerin) en büyük avantajı ulaşılamayan yerlere ulaşabilme yeteneklerinin olmasıdır. Uçak jet motorunun içindeki ısıyı ölçmek bu duruma örnek verilebilir. Radyasyonu motorun dışındaki radyasyon pirometresine iletmek için lif kullanılır. İkincil duyaçlar, aşırı elektromanyetik alanın ölçüm yapmayı imkânsız hale getirdiği elektrik dönüştüreçlerin(transformatörlerinin) iç sıcaklığını ölçmek için de aynı şekilde kullanılır. İkincil duyaçlar titreşim(vibrasyon), dönüş, deplasman, hız, ivme, tork ve burulma ölçerler. Işığı engelleyerek jiroskopun katı haldeki versiyonu icat edilmiştir. Işıklifi jiroskobun hareket eden kısmı yoktur, mekanik dönmeyi saptamak için Sagnac Etkisi’ni kullanır. Işıklifi duyaçların genel kullanım alanı ileri saldırı tespit güvenlik sistemlerini içerir. Işık tele, boru hattına veya iletişim kablosuna yerleştirilmiş ışıklifi sensör kablosu boyunca iletilir. Dönen sinyal karışıklıklar için analiz edilir. Bu dönüş sinyali, karışıklıkları saptamak ve saldırı olması durumunda alarm sistemini devreye sokmak için dijital olarak işleme alınır.

diğer kullanım alanları

Işıklifleri ile aydınlatılmış bir frizbi.

Işıklifi tarafından yansıtılan ışık sergilenen modeli aydınlatırken.

Lifler ışıklandırma uygulamalarında yaygın olarak kullanılırlar. Tıbbi ve diğer uygulamalar gibi açık bir görüş alanı olmayan parlak ışığın aydınlatması gereken yerleri aydınlatmak için lifler kılavuz ışığı olarak kullanılır. Bazı binalarda ışıklifleri güneş ışığını çatıdan binanın diğer yerlerine gönderirler. Bu yöntem “nonimaging optics” olarak adlandırılır. Işıklifi ışıklandırma; işaretler, oyuncaklar, sanatsal yapılar ve yapay yılbaşı ağaçlarını da içeren dekoratif uygulamalarda da kullanılır. Swarovski Butik, kristal camekânlarını yalnızca tek bir ışık kaynağı çalıştırarak birçok açıdan aydınlatmak için ışıklifi kullanır. Optik lif, ışığı ileten beton bina ürünü olan LiTraCon’un asıl kısmıdır. Işıklifleri, optik görüntü oluşturmada da kullanılır. Endoskop ismi verilen, nesneleri küçük bir delikten görüntülemek için kullanılan uzun ince görüntü cihazıy ile ve bazen de lenslerle beraber yapışkan bir lif demeti ile kullanılır. Cerrahi prosedürlerde ve invazif keşiflerde medikal endoskopla asgari derecede kullanılır. Endüstriyel endoskoplar (bkz: fiberskop ve baroskop) jet motor içleri gibi ulaşılması zor şeyleri saptamak için kullanılır. Çoğu mikroskop üzerinde çalışacak numunelerin aydınlatılması için yoğun optik lif ışık üretir. Spektroskopta, optik lif yığınları ışığı spektrometre üzerinden bileşimini analiz etmek için spektroskobun içine yerleştirilemeyen maddeye iletirler. Spektrometre maddeleri ışığı çarpıtıp geri yansıtmak suretiyle analiz eder. Lif kullanarak, spektrometre uzaktaki nesneler üzerinde çalışmak amacıyla kullanılabilir. Işıklifi, lazer ortamı veya optik güçlendirici elde etmek için erbiyum gibi doğada nadir bulunan elementle dopinglenebilir. Tabiatta nadir bulunan elementle dopinglenmiş ışıklifi, dopinglenmiş kısa bölgedeki bir lifin kesilerek dopinglenmemiş bölüme eklenmesiyle sinyal güçlendirici olarak kullanılabilir. Dopinglenmiş lif, sinyal dalgasına eklenerek çiftelenmiş ikinci bir lazer dalga boyuyla optiksel pompalanmış olur. Her iki ışığın dalga boyu, ikinci pompa dalga boyundan sinyal dalgasına enerji transfer eden dopinglenmiş lif boyunca iletilir. Amplifikasyona neden olan işlem eşdeğer salınımdır. Dalga boyu güçlendiriciyle dopinglenmiş ışıklifi, fiziksel deneylerde parıldama ışığını toplar. Işıklifleri, zorlu elektriksel ortamda konumlanmış elektroniklere düşük seviyede (1 Watt civarında) güç tedarik etmek için kullanılırlar. Yüksek güçlü anten elemanları ve yüksek voltajlı aktarma cihazlarında kullanılan ölçüm aygıtları bu duruma örnek olarak verilebilir. Silah ve tüfeklerin madeni nişan tertibatı zıtlık iyileştirmesi için küçük bir parça optik lif kullanılabilir.

Çalışma Prensibi

_____________________________________________________________________________________________________________

Işıklifinin çalışma prensibine genel bir bakış.

Işıklifleri, ışığı kendi ekseni boyunca tam içsel yansımayla ileten silindirik ve dielektrik dalga kılavuzlarıdır. Lif, her ikisi de dielektrik maddeden yapılan bir çekirdek ve bu çekirdeği çevreleyen kılıftan oluşur. Çekirdekteki optik sinyali hapsetmek için çekirdeğin kırma indisinin kılıfın kırma indisinden büyük olması gerekir. Çekirdek ve kılıf arasındaki lif, sınır step indisli lif veya aşamalı indisli lif olabilir.

kırılma indisi

Kırılma indisi ışığın bir malzemedeki hızını ölçmeye yarayan bir yöntemdir. Işık, uzayda olduğu gibi, boşluktada en hızlı şekilde hareket eder. Işığın boşluktaki hızı yaklaşık olarak saniyede 300.000 km’dir. Kırılma indisi, ışığın boşluktaki hızının başka bir ortamdaki hızına bölünmesiyle bulunur. Bu nedenle ışığın boşluktaki kırılma indisi 1’dir. Optik lif kılıfının tipik kırılma indis değeri 1.52’dir. Çekirdeğinki ise 1.62’dir. Bir ortamda kırılma indisi ne kadar büyükse ışığın hızı o kadar yavaştır. Bu bilgiye göre, iletişim için fiber optik kullanan bir sinyal saniyede 200,000 km yol alır. Bir başka deyişle fiber içinde 1000 km. yol almak sinyalin 5 milisaniyesini alır. Bu nedenle Sidney-New York arasında, 16,000 km’lik mesafede, fiber tarafından iletilen bir telefon çağrısı bir taraftan konuşulup diğer taraftan duyulana kadar mutlak olarak 80 milisaniye (yaklaşık olarak saniyenin 1/12’i) gecikmeye uğrar. (Lif bu mesafede büyük olasılıkla daha uzun bir rotaya sahip olacaktır. İletişim araçlarının birleştirilmesi ve sesin lif üzerinde kodlanıp çözülmesi işlemleri nedeniyle ekstra gecikmeler ortaya çıkacaktır).

toplam iç yansıma

Yoğun ortamda hareket eden ışık dik bir açıyla (sınır açısından büyük bir açıyla) sınıra çarptığında ışık tam olarak yansıtılır. Bu duruma tam içsel yansıma denir. Bu etki, ışıkliflerinde ışığı çekirdeğe hapsetmek için kullanılır. Işık, çekirdek ve kılıf arasındaki bölgeye çarpıp geri dönerek lif çekirdek boyunca yol alır. Çünkü ışık, sınır bölgesine sınır açısından daha büyük bir açıyla çarpmalıdır. Yalnızca life belli aralıktaki açılarla giren ışık sızmadan lif boyunca hareket edebilir. Bu açı aralığına lifin “kabul konisi” adı verilir. Kabul konisinin büyüklüğü lifin çekirdeği ve kılıfı arasındaki kırılma indisine bağlı bir fonksiyondur. Basitce, ışığın lif ekseniyle yaptığı, life girip çekirdeğe doğru yol almasını sağlayan bir maksimum açısı vardır. Bu maksimum açının sinüsü o lifin sayısal açıklığını (NA) verir. Sayısal açıklığı daha fazla olan bir lif birbirine eklemelerde daha az hassasiyet ve sayısal açıklığı az olan bir life göre daha az iş gerektirir. Tek modlu lifler düşük sayısal açıklığa sahiptir.

çok modlu lif

Çok modlu ışıklifi sayesinde ışığın yayılması.

Çok modlu bir ışıklifi içindeki ışığın toplam içsel yansımasını gösteren, aşağı sıçrayan bir akrilik çubuk lazer.

Büyük çaplı (10 mikrometreden büyük) lifler geometrik optik tarafından analiz edilebilirler. Elektromanyetik analize göre bu lif çok modlu lif olarak adlandırılır. Adım indisi çok modlu olan bir lifde ışık ışınları lif çekirdeği boyunca tam içsel yansımayla yönlendirilir. Çekirdeği kaplayan kılıf ile yüksek bir açıyla buluşan ışın –sınırın sınır açısından büyük bir açıyla- tam olarak yansıtılır. Sınır açısı (tam içsel yansıma için gerekli olan minimum açı) çekirdek ve kılıfın kırılma indislerine farkına göre belirlenir. Sınıra düşük açıyla çarpan ışın çekirdekten kılıfa doğru kırılır ve ışık ile veriyi lif boyunca iletmez. Sınır açısı, çoğu zaman sayısal açıklık olarak da bilinen, lifin kabul açısını belirler. Yüksek sayısal açıklık, ışığın lif içinde verimli birleştirme oluşturmasına olanak verecek şekilde, eksene yakın ve çeşitli açılarla ışığın ışın şeklinde yol almasını sağlar. Fakat bu yüksek sayısal açıklık dağılma miktarını artırır çünkü farklı açılardaki ışınlar farklı yol uzunluklarına sahiptir, bu nedenle lif boyunca karşıdan karşıya geçme süreleri farklıdır.

Optik lif çeşitleri.

Kademeli indisli lifde çekirdekteki kırılma indisi, eksen ve kılıf arasında sürekli olarak düşer. Bu durum ışık ışınlarının çekirdek-kılıf sınırından ansızın yansıması yerine kılıfa yaklaştıkça düzgünce kıvrılmasına neden olur. Sonuçta oluşan eğimli yollar çok yollu dağılmayı azaltır çünkü yüksek açılı ışınlar, yüksek indisli merkez yerine daha düşük indisli çekirdek çevresi boyunca daha çok içeri girer. İndis profili, ışınların lif içindeki eksenel yayılma hızı farkını minimize edecek şekilde seçilir. İdeal indis profili, indis ve eksene olan mesafe arasındaki parabolik ilişkiye çok yakındır.

tek modlu lif

Tek modlu lif yapısı.

Çekirdeğinin çapı, üzerinde yayılan ışığın dalga boyunun 10 katından daha küçük olan lifler geometrik optikle modellenemez. Onun yerine bir elektromanyetik yapıymış gibi analiz edilmelidir, Maxwell denklemlerinin çözülmesiyle elektromanyetik dalga denklemine indirgenir. Benek gibi eş evreli ışığın çok modlu lif üzerinde yayılırken meydana gelen davranışların anlaşılması için elektromanyetik analiz gerekli olabilir. Bir optik dalga kılavuzu olarak lif, ışığın lif boyunca yayılabileceği bir veya daha çok hapsedilmiş enine modları destekler. Yalnızca tek modu destekleyen life tek modlu lif veya monofiber adı verilir. Daha büyük çekirdekli multi modlu lifin davranışı, lifin birden fazla yayılma modunu desteklediğini gösteren dalga denklemiyle modellenebilir. Bu şekilde çok modlu lifi yaklaşık olarak modellemenin sonucu, lif çekirdeğinin birkaç moddan fazlasını destekleyecek kadar büyük olması durumunda geometrik optiklerin tahminiyle aynıdır. Dalga kılavuzu analizi lifdeki ışık enerjisinin çekirdekte tam olarak hapsedilemediğini gösterir. Bunun yerine özellikle tek modlu liflerde, bağ modu içerisindeki enerjinin önemli bir kısmı kılıf içinde fani dalga olarak yol alır. Tek modlu liflerin en yaygın tipi çekirdek çapının 8-10 mikrometre olduğu ve yakın kızılötesinde kullanılmak üzere tasarlananıdır. Mod yapısı kullanılan ışığın dalga boyuna bağlıdır, bu nedenle bu lif görülebilir dalga boyunda az sayıda ekstra modu destekler. Buna kıyasla çok modlu lifler 50 mikrometre kadar küçük ve 100 mikrometre kadar büyük çekirdek çaplarıyla üretilir. Bu lif için normallendirilmiş frekans V, Bessel fonksiyonundaki ilk sıfırdan (J0) daha az olmalıdır.

özel amaçlı lifler

Bazı özel amaçlı ışıklifleri genellikle eliptik ve dikdörtgen kesitli olmak üzere silindirik olmayan çekirdek ve/veya kılıf tabakasından üretilirler. Bunlar polarizasyon koruyucu lifi içerir ve fısıldayan galeri modu yayılmasını önlemek için tasarlanırlar. Polarizasyon koruyucu lif, lifin içine yerleştirilen ışığın polarizasyonunu koruma özelliği nedeniyle optik lif sensörlerde yaygın olarak kullanılan özel bir lif tipidir. Fotonik kristal lif düzgün şekilli kırılma indisine sahip malzemeden yapılmıştır. (çoğu zaman lif uzunluğu boyunca uzanan silindirik delikler halinde.) Bu çeşit lifler ışığı lifin çekirdeğine hapsetmek için tam içsel yansıma yerine kırılma etkisini kullanırlar. Lifin özellikleri başka lifin başka alanlarda kullanımına uygun hale getirilir.

Zayıflama Mekanizmaları

_____________________________________________________________________________________________________________

ZBLAN ve silika liflerin meydana getirdiği ışık zayıflaması.

Işıkliflerinde aynı zamanda iletim kaybı olarak da bilinen etki zayıflaması, ışığın iletim ortamı boyunca hareket ederken uğradığı sinyal yoğunluğu düşmesidir. Işıkliflerindeki etki zayıflaması katsayısı olarak, modern optik iletim medyasının yüksek kalite şeffaflığından dolayı genellikle ortam boyunca, dB/km birimini kullanılır. Ortam genellikle gelen ışığı hapseden silika cam lifdir. Etki zayıflaması, dijital sinyallerin uzun mesafeler boyunca iletimini sınırlandıran önemli bir faktördür. Bu nedenle çoğu araştırma hem etki zayıflamasını sınırlandırmayı hem de optik sinyali maksimum oranda güçlendirmeyi inceler. Deneysel araştırmalar, ışıklifindeki etki zayıflamasına birincil olarak dağılmanın ve soğurmanın neden olduğunu gösterir.

ışık saçılması

Düzgün yansıma.

Dağınık yansıma.

Işığın ışıklifi çekirdek boyunca ilerlemesi, ışık dalgasının tam içsel yansımasını esas alır. Moleküler seviyede olsa dahi kaba ve düzensiz yüzeyler ışık ışınlarının rastgele yönlerde yansıtılmasına neden olur. Bu duruma dağınık yansıma(diffuse reflection) veya saçılma adı verilir ve çok çeşitli yansıma açıları tarafından nitelendirilir. Işık saçılması, dağılan ışığın dalga boyuna bağlıdır. Bu nedenle gelen ışığın dalga boyu frekansına ve saçılım merkezinin fiziksel boyuna bağlı olan genellikle mikro yapısal özellikteki bazı sınırlar ortaya çıkar. Görülebilir ışığın bir mikrometre dalga boyuna sahip olması nedeniyle saçılma merkezi uzaysal ölçeğe sahip olacaktır. Bu nedenlerden ötürü, etki zayıflaması ışığın arayüz ve içsel yüzeylerde karmaşık saçılmasından ortaya çıkar. Metal ve seramik gibi (poli)kristal maddelerde porlara ilaveten çoğu iç yüzey ve arayüz kristal yapıdaki küçük bölgeleri ayıran taneli sınır (grain boundary) yapıdadır. Son zamanlarda, saçılım merkezinin boyutu saçılan ışığın dalga boyunun altına düştüğünde saçılımın önem verecek büyüklükte oluşmadığı kanıtlanmıştır. Bu olay şeffaf seramik maddelerin üretimini artırmıştır. Benzer şekilde ışığın optiksel özellikteki cam lif üzerinde saçılması, camın yapısındaki moleküler düzeydeki düzensizliklerden kaynaklanır. Bu nedenle, ortaya çıkan düşünce tarzlarından biri de camın polikristal katının sınır durumu olduğudur. Bu taslak içinde çeşitli derecelerdeki kısa menzilli yapıları sergileyen domainler, cam ve seramikler kadar metaller ve alaşımların da yapıtaşı oldu. Bu domainlerin hem arasına hem de içine ışık dağılımı için en ideal yeri veren mikro yapıdaki kusurlardır. Aynı olay, kızılötesi atılan frekans kubbelerinin (IR missile domes) şeffaflığını sınırlandıran bir faktör olarak görülebilir. Yüksek optiksel güçlerde saçılma, lifdeki doğrusal olmayan işlemden kaynaklanır.

ultraviyole - görünür bölge - kızılötesi emilim

Işık saçılmasına ilaveten etki zayıflaması veya sinyal kaybı, rengin ortaya çıkışına benzer türden bir durumla, özel dalga boylarının seçici emmesinden dolayıda oluşabilir. Bu durum birincil materyalin göz önünde bulundurulması(primary material considerations) olarak adlandırılır. Birincil materyalin göz önünde bulundurulması şu maddeleri içerir. 1) Elektronik seviyede, elektron orbitallerinin boşluklu olup olmamasına bağlıdır, böylelikle özel dalga boylu veya frekanslı ışık fotonunu morötesi veya görülebilir aralıklarda soğurabilirler. 2) Atomik veya moleküler seviyede, atomik veya moleküler titreşimlere veya kimyasal bağlara - atomların veya moleküllerin ne kadar yakın yerleştiğine veya uzun mesafeli diziliş gösterip göstermediğine- bağlıdır. Bu faktörler kızılötesi, uzak kızılötesi, radyo ve mikrodalga aralıklarında malzemenin uzun dalga boyu iletme kapasitesini belirler. Optik şeffaf cihazın tasarımı seçilen malzemenin özellikleri ve kısıtlamaları bilgisini esas almayı gerektirir. Düşük frekanslı (orta kızılötesinden uzak kızılötesine kadar) bölgelerde gözlemlenen kafes soğurma(lattice absorption) özelliği malzemenin uzun dalga boylu şeffaflık özelliğini tanımlar. Termal olarak uyarılmış element atomlarının titreşim hareketleri, katı kafesli özel ışık dalgası radyasyonunun interaktif kavraması sonucu oluşur. Bu nedenle, uzak kızılötesinde tüm maddeler atomik ve moleküler titreşimden ortaya çıkan soğrulma limit bölgeleri tarafından çevrelenir. Böylece çoklufonon emilimi (multi-phonon absorption), iki veya daha fazla fononun anlık ışımayı çiftleyebilecek elektrik dipol momentlerini üretmek için birbirleriyle eşzamanlı olarak etkileşime girdiğinde oluşur. Bu dipoller, uzak kızılötesinde veya onun uyumlularından birinde frekans moleküler dipolün ana titreşim moduna eşit olduğunda ışımayla maksimum birleşmeyi oluşturarak anlık ışımadan enerji emebilirler. Kızılötesi ışığın özel bir madde tarafından seçici emilmesi meydana gelir çünkü ışık dalgasının seçilmiş frekansı o malzemeyi titreştirecek frekansla eşleşir. Farklı atom ve moleküllerin farklı titreşim frekansına sahip olmaları nedeniyle kızılötesi ışığın farklı frekanslarını seçici emerler. Işık dalgalarının yansıması ve iletimi meydana gelir çünkü ışık dalgalarının frekansıyla nesnelerin titreşimlerinin doğal rezonans frekansı eşleşmez. Bu frekanslardaki kızılötesi ışık bir nesneye çarptığında ya yansıtılır ya da iletilir.

Üretimi

_________________________________________________________________________________________________________________________

hammaddeleri

Cam ışıklifleri çoğunlukla silikadan yapılır fakat fluorozirconate, fluoroaluminate ve kalkojen camlar gibi bazı diğer maddeler safir gibi kristal maddelerden yapılır ve uzun dalga boylu kızılötesi veya diğer uygulamalar için kullanılır. Silika ve florür cam genellikle 1,5 civarında kırılma indisine sahiptir fakat kalkojenler gibi bazı maddelerin kırılma indisleri 3’e kadar çıkabilir. Genellikle çekirdek ve kılıf arasındaki indis farkı yüzde 1’den azdır. Plastik ışıklifleri çekirdek çapı 0.5 mm veya daha büyük olan genellikle aşamalı indisli çok modlu liflerdir. Plastik ışıklifleri, cam ışıkliflerine göre daha yüksek etki zayıflaması katsayısına sahiptirler (1 dB/m veya daha fazla) ve bu yüksek etki zayıflaması plastik ışıklifi bazlı sistemlerin aralığını sınırlar.

silika

Silika geniş aralıklı dalga boyları üzerinde oldukça iyi bir optiksel iletim sergiler. Spektrumun yakın kızılötesi bölgesinde 1.5 µm civarında, silika oldukça düşük soğurma özelliğine ve 0,2 dB/m kadar saçılım kaybına sahip olabilir. Bu kadar dikkat çekici derecede düşük kayıplar mümkündür çünkü entegre devreler ve ayrık transistörlerin üretimi için önemli malzeme olan ultra saf silikon kullanılabilir durumdadır. 1,4 µm bölgesindeki yüksek geçirgenlik düşük konsantrasyonlu hidroksil gruplarını (OH) koruyarak elde edilir. Alternatif olarak, yüksek OH konsantrasyonu morötesi bölgedeki iletim için daha iyidir. Silika oldukça yüksek sıcaklıklarda lifin içine yanaştırılabilir ve oldukça geniş cam dönüşümü(glass transformation) aralığına sahiptir. Bir diğer avantajı da silikanın eritilerek birleştirilmesi ve ayrılması nispeten etkilidir. Silika aynı zamanda lifin çok kalın olmadığı ve işlem esnasında iyi hazırlandığı durumlarda çekmeye ve hatta bükmeye karşı yüksek mekanik dayanım gösterir. Lifin uçlarını basitçe kırmak bile kabul edilebilir optik özellikte düzgün yüzeyler meydana getirir. Silika kimyasal olarak eylemsizdir. Özellikle higroskopiktir (su emmez). Silika çeşitli malzemelerle dopinglenebilir. Dopinglemenin bir amacı da kırılma indisini artırmak (GeO2 veya Al2O3 ile) veya düşürmektir (B2O3 ile). Lif yükselticileri ve lazer uygulamalarında olduğu gibi aktif lif elde etmek için dopinglemeyi iyon aktif maddeler de yapmak mümkündür. Hem lif çekirdeği hem de kılıfı sıklıkla dopinglenir, böylece tüm birleşim (çekirdek ve kılıf) tek bir bileşik etkisi gösterir. Özellikle aktif lifler için saf silika genellikle uygun bir hammadde değildir, çünkü doğada nadir bulunan iyonlara çözünürlük özelliği gösterir. Bu durum dopant iyon için söndürme etkisi özelliği göstermesine öncülük edebilir. Aliminoslikatlar bu bağlamda daha etkilidirler. Silika lifler optik hasar için yüksek eşik değere sahiptir. Bu özellik, lazer uyarmalı bozukluklara karşı düşük meyilliliği garanti eder. Bu durum, lif yükselticiler için kısa darbelerin güçlendirilmesi maksadıyla kullanıldığında önem arz eder. Bu özellikler nedeniyle silika lifler iletişim (plastik ışıklifli çok kısa mesafeler haricinde), lazer lifler, lif yükselticiler ve ışıklifi sensörler gibi birçok optik uygulamada tercih edilen maddedir. Çeşitli silika lif geliştirilmesi üzerine ortaya koyulan yoğun çabalar, bu çeşit liflerin performansını diğer maddelere göre daha çok artırır.

florür

Florür cam çeşitli metallerin florürlerinden oluşan, oksitsiz optik özellik gösteren cam sınıfındandır. Düşük akma dirençleri nedeniyle, cam geçişi işlemi boyunca tam olarak kristalleşmeden kaçınmak zordur. Bu nedenle, ağır metalli florür camlar çok düşük etki zayıflaması göstermesine rağmen, sadece üretmesi zor değildir; aynı zamanda biraz kırılgandırlar ve nem ve diğer çevresel faktörlere karşı zayıf direniş gösterirler. En iyi özellikleri, neredeyse bütün oksit bazlı camlarda bulunan ve OH gruplarıyla ilgili olan soğurma bandı eksiklikleridir. Zirkonyum, baryum, lantan, alüminyum ve sodyum florürden oluşan ZBLAN cam grubu ağır metalli florür cam (HMFG) bir örnektir. Ana teknolojik uygulamaları hem düzlemsel hem de lif formdaki optik dalga kılavuzluğudur. Özellikle orta kızılötesi aralıkta avantajlıdır. HMFG’ler başlangıçta optik lif uygulamaları için plandaydılar çünkü orta kızılötesi lifin esas kayıpları prensipte sadece 2 µm’ye kadar geçirgen olabilen silika liflerden daha azdı. Fakat pratikte bu çeşit kayıplar asla fark edilemedi ve florür liflerin kırılganlık ve yüksek maliyeti onları birinci seçenekten daha az ideal olma durumuna soktular. Sonra, florür liflerin diğer çeşitli uygulamalar için kullanımı keşfedildi. Bu uygulamalar orta kızılötesi spektroskopi, ışıklifi sensör, termometre ve görüntüleme de dâhildi. Florür lifler aynı zamanda tıbbi uygulamalar (oftalmoloji ve dişçilik) için gerekli olan 2.9 µm’deki ortamda YAG lazerleri kılavuz edilmiş ışık dalgası iletimi için kullanılabilir.

fosfat

P₄O₁₀ cagelike yapısı—fosfat camının temel yapıtaşı.

Fosfat cam, çeşitli metallerin metafosfatlarından oluşan optik cam sınıfını oluşturur. SiO4 yerine silika camda en az dört farklı formda kristalleşebilen, silika camın yapı maddesi P2O5 gözlemlenmiştir. En çok bilinen polimorf P4O10 moleküllerinden oluşur. Işıklifleri için fosfat camlar yüksek konsantrasyondaki dopingleyici nadir toprak iyonlarıyla silika camlara göre daha avantajlı olabilir. Florafosfat camlar, florür cam ve fosfat camın karışımıdır.

halojenler

Halojenler, periyodik cetveldeki grup 16 elementleri, özellikle sülfür (S), selenyum (Se) ve tellür (Te) halojenik bileşikleri oluşturmak için gümüş gibi elektropozitifliği daha yüksek olan elementlerle tepkimeye girerler. Bunlar çok yönlü bileşiklerdir, kristal, amorf, metalik, yarı iletken ve iyon veya elektronların iletkenleri olabilirler. Halojenik lifler uzak kızılötesi iletimler için kullanışlıdır fakat üretimleri zordur.

üretim süreci

İçine buhar takviyesi modellemesi.

Standart ışıklifleri ilk olarak dikkatlice kontrol edilmiş kırılma indis profilli büyük çaplı kalıplar inşa edilerek ve sonra uzun, ince optik lif meydana getirmek için bu kalıpların çekilmesiyle yapılır. Kalıp genellikle üç kimyasal buhar takviyesi(chemical vapor deposition) metoduyla yapılır: içine buhar takviyesi(inside vapor deposition), dışına buhar takviyesi(outside vapor deposition) ve eksensel buhar takviyesi (vapor axial deposition). Buhar takviyesinde kalıp, bir torna üzerinde yatay pozisyonda yerleştirilip yavaşça döndürülen yaklaşık 40 cm uzunluğunda boşluklu cam tüp olarak başlar. Tüpün sonuna SiCl4 ve GeCl4 gibi gazlar oksijenle birlikte enjekte edilir. Bu gazlar daha sonra tetraklorürlerin oksijenle tepkimeye girip silika ve germanyum dioksit parçacıkları oluşturmasına yetecek 1600 °C sıcaklığına kadar hidrojen ocağıyla ısıtılır. Reaksiyon koşulları bu reaksiyonun tüp hacmi boyunca gaz fazında gerçekleşmesine izin verecek şekilde seçildiğinde, reaksiyonun yalnızca cam yüzeyinde gerçekleştiği eski tekniklerin aksine bu teknik uyarlanmış kimyasal buhar takviyesi(modified chemical vapor deposition) (MCVD) olarak adlandırılır. Oksit parçacıkları, daha sonra is lekesi gibi tüpün duvarlarında biriken büyük parçacık zinciri oluşturmak için bir araya gelirler. Bu birikim, gazın parçacıkları dışarı doğru itmesine (thermophoresis olarak da bilinir) sebep olan gaz çekirdeği ve duvar arasındaki yüksek sıcaklık farkı nedeniyle oluşur. Daha sonra ateş, maddeyi eşit olarak biriktirmek için tüpün uzunluğu boyunca alttan ve üstten verilir. Ateş tüpün sonuna ulaştıktan sonra tüpün başlangıcına getirilir ve birikmiş parçacıklar katı bir tabaka oluşturmak için eritilir. Her bir tabaka için karışım, gaz karışımı değiştirilerek, tamamlanmış lifin optik özelliklerinin detaylı kontrolüyle sonuçlanacak biçimde değiştirilebilir. Dışına veya eksensel buhar takviyesinde cam hidroliz alevi(flame hydrolysis) (oksihidrojen alevde silikon tetraklorür ve germanyum tetraklorürün su ile tepkimeye girerek oksilenmesi reaksiyonu) tarafından oluşturulur. Dışına buhar takviyesinde cam ileriki işlemler öncesi yok edilen katı bir çubuk üzerinde biriktirilir. Eksensel buhar takviyesinde kısa bir tohum çekirdeği kullanılır ve uzunluğu kaynak çubuğun boyutuyla sınırlandırılmayan boşluklu kalıp oluşturulur. Delikli kalıp 1500 °C’ye kadar ısıtılarak katı ve geçirgen kalıpla birleştirilir. Kalıp daha sonra ısıtılıp optik lifin ip gibi çekildiği drawing kulesi olarak bilinen cihaza yerleştirilir. Oluşturulan lif genişliğini ölçerek lif kalınlığının korunması için lifdeki çekme kontrol edilebilir.

tabakaları

Işık, tam içsel yansımayla kendisini çekirdeğe hapseden düşük kırınım indisli optik kılıf tarafından lifin çekirdeğine doğru yönlendirilir. Kılıf kendisini fiziksel hasar ve nemden koruyan bir tamponla kaplanır. Tampon, sona erdirme veya birleştirme için lifden soyulan yerdir. Bu kaplamalar, lifin çizilmesi sırasında lif dışına uygulanan UV bakımlı üretan akrilit kompozit (urethane acrylate composite) maddelerdir. Kaplamalar, cam lifin insan saçı büyüklüğündeki çok hassas kenarlarını korur ve üretim zorlukları, kablolama, test etme ve kurulum sırasında dayanıklılığı sağlar. Günümüzün cam ışıklifi üretim işlemi çift tabakalı kaplama işlemine dayanır. Mikro bükülme tarafından meydana gelen etki zayıflamasını minimize etmek için şok emme görevi görecek birincil iç kaplama tasarlanır. İkincil dış kaplama birincil kaplamayı mekanik hasarlardan korur ve yanal kuvvetlere karşı bir bariyer görevi görür. Ekstra koruma için bazen metalik zırh kaplaması eklenir. Optik lif kaplama tabakaları saatte 100 km’ye yaklaşan hızlarda lifin drawing işlemi sırasında yapılır. Optik lif kaplama şu metotlardan biri kullanılarak yapılır: wet on dry, wet on wet. Wet on dry’da lif, UV kürlü birincil kaplama işleminden geçer, daha sonra ikincil kaplama işlemi yapılır. Wet on wet’de lif hem birincil hem de ikincil kaplama işleminden geçer, daha sonra UV kürüne gider. Optik lif kaplamaları drawing uygulaması esnasında oluşacak hasarları önlemek ve mikro bükülme ve lif dayanımını maksimize etmek için eş merkezli tabaklar halinde uygulanır. Düzensizce kaplanan lifleri lif genişlediğinde ve daraldığında düzensiz kuvvetlere maruz kalacaktır ve büyük sinyal etki zayıflamalarına duyarlıdır. Düzgün kaplama ve drawing işlemlerinde kaplamalar lifin çevresinde eş merkezlidir, işlem boyunca devamlıdır ve kalınlığı sabittir. Optik lif kaplama, cam lifi mukavemet kaybına neden olacak çiziklere karşı korur. Nem ve çizik karışımı, lifin yaşlanma ve dayanımındaki bozulma hızını artırır. Lif uzun dönem boyunca düşük basınca maruz kaldığında lif çatlağı oluşabilir. Zaman geçtikçe veya zorlu şartlar içerisinde bu faktörler birleşerek lifin başarısız olmasına neden olan mikroskobik kusurları oluşturur. Işıklifi dalga kılavuzunun üç kilit özelliği şu çevresel faktörlerden etkilenebilir: Dayanım, etki zayıflaması ve mikro bükülmeden kaynaklanan kayıplara karşı direniş. Dış optik lif kaplamaları cam lifin performansını ve uzun dönemli dayanıklılığını etkileyebilecek çevresel faktörlere karşı cam lifi korur. İç tarafta, kaplamalar taşınan sinyalin güvenirliğini garanti edip mikro bükülmeden kaynaklanan etki zayıflamasını minimuma düşürmeye yardım eder.

Işıklifi Kablolar

Bir çeşit ışıklifi kablo.

Pratik liflerde, kılıf sert reçine tampon tabakasıyla kaplanır, bu tabaka daha sonra genellikle camdan yapılan ceket tabakasıyla çevrelenebilir. Bu tabakalar life dayanıklılık kazandırırlar fakat lifin optik dalga kılavuzluğu özelliğine katkıda bulunmazlar. Rijit lif demetleri arasına bir lifden sızıp başka bir life giren ışığı önlemek amacıyla ışık emici kara camlar koyulur. Bu durum lifler arasındaki ses karışımını ve görüntüleme uygulamalarında lif demetindeki parlamayı azaltır. Modern kablolar, hendeklere direkt gömülme, yüksek voltaj izolasyonu, güç hatları için çift kullanım, devreye yerleştirme, telefon direklerine bağlama, denizaltı montajı, kaldırımlı sokaklara montaj gibi uygulamalar için tasarlanıp çeşitli zırh ve kaplamalarla birlikte üretilirler. Lif kablolar çok esnek olabilir, fakat 30 mm yarıçapından daha küçük bir yarıçapla büküldüğünde sıradan lifin kaybı fazlasıyla artar. Bu durum, kablo köşelerinden büküldüğünde ya da bobine sarıldığında FTTX montajını zorlaştıracak problem yaratır. Konutlarda daha kolay montaj için bükülebilir lifler ITUT G.657. şeklinde standartlaştırıldı. Bu çeşit bir lif kötü bir etki bırakmadan 7,5 mm’den daha düşük yarıçaplarda bükülebilir. Hatta daha da fazla bükülebilen lifler de geliştirildi. Bükülebilir lifler aynı zamanda lifdeki sinyalin bükülme tarafından gizlice izlenmesine neden olan lif hackine ve sızıntıların tespitine karşı daha dayanıklıdırlar. Lif kablonun bir diğer önemli özelliği ise yatayda uygulanan kuvvete karşı dayanıklı olmasıdır. Teknik olarak, kablonun montajı sırasında kabloya ne kadar kuvvetin uygulanabileceğini tanımlayan ”maksimum çekme dayanımı” olarak adlandırılır. Bazı ışıklifi kablo versiyonları aracı dayanım üyesi olarak aramid ve cam ipliği tarafından güçlendirilir. Ticari olarak, cam ipliğin kullanımı kablonun mekanik dayanımında bir kayıp olmaması bakımından daha etkilidir. Cam iplikler kablo çekirdeğini kemirgenlere ve termitlere karşı da korurlar.

bitiş ve ek yerleri

Çok modlu liflerde kullanılan bir bağlayıcı çeşidi.

Işıklifi kablolar terminal ekipmanlarına optik lif bağlayıcılar tarafından bağlanır. Bu bağlayıcılar, genellikle yüksek güç iletimi için ayarlanan FC, SC, ST, LC, MTRJ veya SMA gibi standart tiplerdir. Işıklifleri birbirlerine bağlayıcılar tarafından “splicing” yani devamlı optik dalga kılavuzu oluşturmak için liflerin birleştirilmesi yöntemiyle bağlanırlar. Kabul görmüş splicing yöntemi lif uçlarını elektrikle arkıyla bağlamayı öngören “ark füzyon splicing”dir. Daha hızlı birleştirme işlemi içim mekanik splicing kullanılır. Füzyon birleştirmesi özel aletlerle şu şekilde yapılır: kablonun uçları birleşme bölgelerini birleştiricinin içinde kalacak şekilde birleştirilir ve lifin uçlarındaki koruyucu polimer kaplamalar soyulur. (varsa dış ceket de soyulur). Uçlar dik olması için hassa bir ayırıcı tarafından kesilir ve birleştirici içindeki özel kaplara yerleştirilir. Birleştirme işleminden önce ve sonra meydana gelebilecek açıklıkları kontrol etmek için birleştirme işlemi büyütülmüş izleme ekranından denetlenir. Birleştirici, uçları hizalamak için küçük motorlar kullanır ve tozu ve nemi yakmak için elektrotlar arasındaki boşlukta küçük kıvılcım ortaya çıkarır. Daha sonra, birleştirici sıcaklığı camın erime noktası üzerine çıkartıp uçları kalıcı olarak birleştiren daha büyük bir kıvılcım saçar. Kıvılcımın yeri ve enerjisi dikkatlice kontrol edilir, böylece erimiş çekirdek ve kılıf karışmaz, bu durum optik kayıpları minimuma indirir. Birleşim kaybı tahmini, ışığı kılıfın bir kenarına yönlendirip diğer kenarından sızan ışığın ölçülmesiyle yöntemiyle birleştirici tarafından yapılır. 0,1 dB’nin altındaki birleşim kaybı tipik değerdir. Bu işlemin karmaşıklığı lif birleştirmeyi bakır tel birleştirmekten çok daha zor hale getirir. Mekanik lif birleştiricisi hızlı ve montajının kolay olması için tasarlanmıştır, fakat sıyırma, hassas ayırma ve dikkatli temizlik işlemlerine ihtiyaç duyar. Lif uçları hizalanır ve çoğu zaman ışığın birleşim yeri karşısına iletimini artıran temiz indis eşleştirici jel olan bir hassas birleştirici tarafından bir arada tutulur. Bu çeşit birleşim yerleri genellikle daha fazla optik kayba sahiptir ve özellikle jel kullanıldığında füzyon birleşimlerinden daha az dirence sahiptir. Bütün birleştirme teknikleri birleşimi koruyan montaj ve çevreleme işlemlerini içerir. Lifler, lif ucunu hassas ve dikkatli biçimde tutan birleştiriciler içinde bitirilir. Bir optik lif bağlayıcı basitçe fıçıyı eşleme soketinde tutan bir ek bileziği tarafından çevrelenen rijit, silindirik bir fıçıdır. Eşleme mekanizması push and click, turn and latch veya screw in şeklinde olabilir. Tipik bir birleştirici, lif ucunu hazırlayıp birleştirici gövdenin arkasına yerleştirilmesiyle kurulur. Lifi güvenli bir biçimde tutmak için genellikle çabuk kuruyan yapıştırıcı kullanılır ve arkaya bir gerilme rahatlatıcı bağlanır. Yapışkan kuruduğunda lif ucu ayna görevi görecek şekilde parlatılır. Lif tipi ve uygulamaya göre çeşitli parlatma profilleri kullanılır. Tek modlu lif için lif uçları birbirini takip eden birleştiricilerin liflere sadece çekirdeklerinden dokunduran küçük bir kavisle parlatılır. Buna fiziksel bağlantı parlatması (physical contact polish (PC)) adı verilir. Kıvrımlı yüzey (angled physical contact (APC)) bağlantısı yapmak için açılı bir şekilde parlatılabilir. Bu çeşit bağlantılar PC bağlantılara göre daha yüksek kayba uğrar, fakat geri yansımayı fazlasıyla azaltırlar çünkü açılı yüzeyden yansıyan ışık lif çekirdeğine sızar. Sonuçta oluşan sinyal gücü kaybına “gap loss” adı verilir. APC fiber uçları bağlantısı koptuğunda bile düşük geri yansımaya sahiptirler. 1990'larda ışıklifi kabloları sonlandırmak yoğun emek gerektirirdi. Birleştirici başına parça sayısı, liflerin parlatılması ve her birleştiricideki fırında pişirilmiş tutkal ihtiyacı ışıklifi kablolarını sonlandırmayı zorlaştırdı. Günümüzde kabloları sonlandırmanın daha kolay ve daha az emeğe olanak tanıyan yolunu sunan birçok birleştirici türü piyasada bulunmaktadır. En popüler birleştiricilerin bazıları fabrikadan önceden parlatılıp birleştiricin içinde jel içermektedir. Bu iki aşama bilhassa büyük projelerde işgücünde para tasarrufu sağlar. Birleştiricinin içindeki parlatılmış parçaya yakınlaştırmak için gerekli uzunlukta kesik yapılır. Çok düşük ışık kaybı için jel iki parçanın birleştirici içinde karşılaştığı noktayı çevreler.

boş-uzay bağlantıları

Çoğu zaman optik lifi başka bir optik lif ile veya bir lazer diyot, bir modülatör gibi optoelektronik bir cihazla hizalamak gerekir. Bu aşama ya lifi dikkatlice hizalayıp cihazın içine yerleştirebilmeyi ya da hava boşluğu üzerinden kavramaya olanak tanımak için lens kullanabilmeyi içerir. Bazı durumlarda lifin ucu lens görevi görebilmesi için eğrisel biçimde parlatılır. Hatta bazı firmalar lifleri lazerle keserek lens gibi şekillendirebilir. Laboratuvar ortamında çıplak lif ucu, ışığı narin bir noktaya odaklamak için mikroskobik objektif lens kullanan lif fırlatıcı sistem (fiber launch system) kullanılarak çiftlenir. Hassas çeviri bölümü lensi, lifi veya cihazı çitftlenme veriminin optimum yapmak için hareket ettirmekte kullanılır. Ucunda birleştirici bulunan lifler bu işlemi kolaylaştırır: Birleştirici, ayarlanabilen veya life karşı tam olarak pozisyonunu almış lens içeren önceden hizalanmış ışıklifi yönlendiriciye takılır. Tek modlu lifde en iyi enjeksiyon verimine ulaşmak için ışının yön, doğrultu, boyut ve ıraksaklığı optimum şekilde ayarlanmalıdır. İyi ışınlarda %70 ila %90 arasındaki çiftleme verim yüzdelerine ulaşılabilir. Düzgünce parlatılmış tek modlu lifle iyi bir lens kullanıldığında yayılan ışık –uzak bölgelerde bile- neredeyse mükemmele bir Gauss Yüzeyi’ne sahip olur. Lifin dolu nümerik açıklığını destekleyebilmek için lens yeteri kadar büyük olmalıdır ve ışın içinde sapma yaratmamalıdır. Genellikle yuvarlak lensler kullanılır.

lifin erimesi

Santimetrekare başına 2 megawatt gibi yüksek optik yoğunluklarda lif aniden hasar aldığında veya şoka maruz kaldığında lif kaynaması meydana gelir. Hasardan kaynaklanan yansıma kırılmadan hemen sonra lifi buharlaştırır, bu yeni kusur yansıtıcı olarak kalır, böylece hasar saniyede 1–3 m. hızında vericiye doğru yayılır. Bozulmuş bir lifde lazer göz güvenliğini garantiye alan açık lif kontrol sistemi lif kaynamasını etkili bir biçimde durdurabilir. Su altı kabloları gibi açık lif kontrolüne ihtiyaç duyulmayan yüksek güç seviyelerinin kullanıldığı durumlarda, vericideki lif kaynaması koruyucu cihazı hasarı minimum düzeyde tutmak için devreyi kesebilir.

güç aktarımı

Optik lifler, ışığı elektriğe dönüştürmek için fotovoltanik hücre kullanarak güç iletilmesinde kullanılabilirler. Bu güç iletim metodu diğer klasik metotlara göre pek verimli olmasa da, MRI makinelerinin yakınları gibi güçlü magnetik alan yaratan ve metalik iletken kullanmanın arzu edilmediği durumlarda kullanışlı olabilir.

ön kalıp

Kalıp, optik lif üretmek için kullanılan bir parça camdan meydana gelir. Lifin çekirdeği ve kılıfını ortaya çıkarması için farklı kırılma indisli birkaç parça camdan oluşabilir. Çift kılıflı lifler gibi başka formun tercih edildiği uygulamalara rağmen kalıbın şekli yuvarlak olabilir. Çift kaplamalı lifi esas alan fiber lazerlerde asimetrik şekil lazer pompalaması için doluluk oranını artırır. Yüzey gerilmesi nedeniyle üretilme işlemi sırasında lifin şekli düzgün hale getirilir, sonuçta hazır olan lif şekli keskin kenarlı kalıp üretmez. Yine de, kalıbın dikkatlice parlatılması önemlidir, kalıbın yüzeyindeki kusurlar üretilecek lifin optik ve mekanik özelliklerini etkiler.

Kaynakça