Fiber Optik Kullanım Alanları ve Çözümlü Örnek

İletişim Teknolojilerinde Kullanım

Fiber optik malzemeler, veriyi çok hızlı ve güvenli bir şekilde iletebildiği için veri iletimine ihtiyaç duyulan her alanda kullanılabilir. Bu malzemelerle genel ağ, telefon, televizyon gibi iletişim teknolojilerinde sıklıkla karşılaşılır. Fiber optik malzemeler elektriksel sinyaller yerine ışık sinyalleriyle çalıştığı için manyetik alanlardan etkilenmez. Enerji kaybı düşük olan bu malzemeler daha yüksek bant genişliği sağlar.

Tıp, Sanayi ve Savunma Alanındaki Kullanım

İletişim alanı dışında fiber optik malzemeler tıpta endoskopi cihazında vücut içi görüntüleme yapılmasında kullanılır. Sanayide lazer kesim cihazlarında ve dar alanlara ışık gönderilerek görüntü alınmasını sağlayan endüstriyel kameralarda fiber optik malzemelerden yararlanılır. Askerî sanayi ve savunma sanayiinde ise güvenli iletişim sistemleri, silah kontrol mekanizmaları, güdümlü füzeler, radar ve savunma ağları gibi sistemlerde kullanılmaktadır. Dinlemeye karşı daha dirençli oldukları için şifreli ve güvenli veri iletiminde fiber optik kablolardan yararlanılır. Ayrıca hafif olması, az yer kaplaması ve uzun ömürlü olması gibi nedenlerle savaş uçaklarında, denizaltılarda ve insansız hava araçlarında fiber optik malzemeler tercih edilir.

Çözümlü Örnek: Fiber Çekirdeğe Farklı Açılarla Giren Işınlar

Ders kitabındaki bir örnekte, tek renkli ışık kaynağından çıkan I ve II numaralı ışınlar fiber optik kablonun çekirdeğine hava ortamından farklı açılarla giriş yapar, çekirdeğin içinden ilerler ve tekrar hava ortamına çıkar:

• I numaralı ışın, havadan çekirdeğe geçerken normale yaklaşacak şekilde kırılır. Çekirdek içinde ilerleyerek cam örtüye gelen ışının gelme açısı sınır açısından büyük olduğu için çekirdek içinde sürekli tam yansımalar yapar. Daha sonra fiber çekirdeğin içinde ilerler ve tekrar havaya çıkarken normalden uzaklaşacak şekilde kırılır.
• II numaralı ışın, havadan çekirdeğe dik olarak giriş yapar ve hiç kırılmaya uğramadan çekirdek içinden ilerleyerek tekrar havaya çıkış yapar.

Bu örnek, fiber optik kablonun çalışma ilkesinin özünde ışının çekirdek-cam örtü sınırında tekrar tekrar tam yansımaya uğrayarak ilerlemesi olduğunu somutlaştırır.

Alıştırma: Su Dolu Şişede Tam Yansıma Deneyi

Bir öğretmen, ışığın tam yansıması durumunu göstermek için karanlık bir ortamda lazer ışık kaynağı ve su dolu bir pet şişe kullanarak deney düzeneği kurar; şişenin tabana yakın bir noktasından delik açar. Lazer kaynağından gönderilen ışık suyun içinde hareket eder. Sudan havaya geçişte sınır açısının 48° olduğu bilinen bu düzenekte, yüzey normali ile 55° açı yapacak şekilde gönderilen ışık su içinde birden fazla tam yansıma yapar (55°>48° olduğundan sınır açısını aştığı için tam yansıma gerçekleşir). Bu düzenek, fiber optik kabloların çalışma ilkesinin küçük ölçekli, günlük malzemelerle nasıl gösterilebileceğinin bir örneğidir: gelme açısı sınır açısını her aştığında ışın tam yansıyarak suyun (fiberdeki çekirdeğin) içinde hapsolmuş gibi ilerlemeye devam eder.

Fiber Optik: Avantaj ve Dezavantajları

Ders kitabının değerlendirme bölümünde fiber optik kabloların özellikleri avantaj ve dezavantaj olarak sınıflandırılır. Avantajları: parazitlerden (elektrik ve manyetik) etkilenmemesi, sıcaklık değişimleri ve neme karşı dayanıklı olması, metalik kablolardan daha hafif ve küçük olması, sinyal kaybının yok denecek kadar az olması ve kaliteli bilgi iletimi sağlaması. Dezavantajı ise kablo döşemesinin kolay olmasına rağmen ek bakım ve temizlik gerektirmesidir.

Kontrol Noktası: Fiber Optiğin Tanımı, Kısımları ve Kullanım Alanları

Ders kitabının 3.6 Fiber Optik konusunu kapatan özet tabloya göre: fiber optik, cam, plastik gibi saydam malzemelerden üretilmiş, çok ince ve silindirik bir liftir; ışığın tam yansıması ilkesiyle bilgi iletimi sağlar. Kısımları çekirdek (merkez), cam örtü ve kılıftır. Kullanım alanları arasında genel ağ altyapısı, telefon, televizyon gibi iletişim teknolojileri; tıp, sanayi, askerî sanayi ve savunma sanayii yer alır.

Özet

• Fiber optik malzemeler manyetik alanlardan etkilenmez, düşük enerji kaybıyla yüksek bant genişliği sağlar; iletişim dışında tıpta (endoskopi), sanayide (lazer kesim, endüstriyel kamera) ve savunma sanayiinde (güdümlü füze, radar, güvenli iletişim) kullanılır.
• Fiber çekirdeğe dik giren ışın hiç kırılmadan geçer; açıyla giren ve sınır açısını aşan ışın çekirdek içinde sürekli tam yansıma yaparak ilerler.
• Su dolu şişe deneyinde, sınır açısını (48°) aşan bir gelme açısıyla (55°) gönderilen ışık su içinde art arda tam yansıma yapar — bu, fiber optiğin çalışma ilkesinin günlük bir modelidir.
• Fiber optiğin avantajları arasında parazitten etkilenmeme, dayanıklılık, hafiflik ve düşük sinyal kaybı sayılırken; ek bakım/temizlik ihtiyacı bir dezavantajıdır.
• Fiber optik; çekirdek, cam örtü ve kılıftan oluşan, tam yansıma ilkesiyle çalışan bir bilgi iletim teknolojisidir.