FIBER OPTIK KABLOLARDA KAYIPLAR

Fiber optik kablolarda iletim kayiplari, fiberin en önemli özelliklerinden biridir. Fiberdeki kayiplar, isik gücünde bir azalmaya neden olur ve böylece sistem bant genisligini, bilgi iletim hizini, verimliligi ve sistemin genel kapasitesini azaltir. Baslica fiber kayiplari sunlardir
• Sogurma kayiplari
• Malzeme ya da Rayleigh saçinim kayiplari
• Renk ya da dalga boyu ayrilmasi
• Yayilim kayiplari
• Modal yayilma
• Baglasim kayiplari

Sogurma Kayiplari:

Fiber optikteki sogurma (yutma) kaybi, bakir kablolardaki güç kaybina benzer; fiberin saf olmamasi nedeniyle fiberde bulunan maddeler, isigi sogurur ve isiya dönüstürür. Fiber optikleri imal etmede kullanilan asiri saf cam, yaklasik %99.9999 saftir. Genede, 1 dB/km arasindaki sogurma kayiplari tipik degerlerdir. Fiber optikteki sogurma kayiplarina yol açan üç faktör vardir: morötesi sogurma, kizilalti sogurma ve iyon rezonans sogurmasi.
Morötesi sogurma-Morötesi sogurmaya, fiberin imal edildigi silika malzemesindeki valans elektronlari neden olur. Isik, valans elektronlarini iyonize ederek iletkenlik yaratir. Iyonizasyon, toplam isik alanindaki bir kayba esdegerdir ve bu nedenle fiberin iletim kayiplarindan birini olusturur.
Kizilalti sogurma-Kizilalti sogurmaya, cam çekirdek moleküllerinin atomlari tarafindan sogurulan isik fotonlari neden olur. Sogurulan fotonlar, isinmaya özgü rastgele mekanik titresimlere dönüstürülür.
Iyon rezonans sogurmasi-Iyon rezonans sogurmasina, malzemedeki OH-iyonlari neden olur. OH-iyonlarinin kgi, imalat sürecinde camin içinde sikisip kalan su molekülleridir. Iyon sogurmasina demir, bakir ve krom molekülleride neden olabilir.

Malzeme ya da Rayleigh Saçinim Kayiplari:

Imalat sürecinde, cam çekilerek çok küçük çapli uzun fiberler haline getirilir. Bu süreç esnasinda, cam plastik haldedir (sivi ya da kati halde degil). Bu süreç esnasinda cama uygulanan germe kuvveti, soguyan camda mikroskopla görülmeyecek kadar küçük düzensizliklerin olusmasina neden olur;bu düzensizlikler fiberde kalici olarak olusur. Isik isinlari, fiberde yayinim yaparken bu düzensizliklerden birine çarparsa kirinim meydana gelir. Kirinim,isigin birçok yönde dagilmasina ya da saçilmasina yol açar. Kirinim yapan isigin bir kismi fiberde yoluna devam eder, bir kismi da koruyucu zarf üzerinden disari kaçar. Kaçan isik isinlari, isik gücünde bir kayba karsilik gelirler. Buna Rayleigh saçinim kaybi denir.

Renk ya da Dalga Boyu Ayrilmasi

: Daha önce de belirtildigi gibi, bir ortamin kirilma indisi dalga boyuna baglidir. Isik yayan diyodlar(LED'ler) çesitli dalga boylarini içeren isik yayarlar. Bilesik isik sinyalindeki her dalga boyu farkli bir hizda ilerler. Dolayisiyla, bir LED'den ayni zamanda yayilan ve fiber optikte yayinim yapan isik isinlari, fiberin en uç noktasina ayni anda ulasmazlar. Bunun sonucu olarak, alma sinyalinde bozulma meydana gelir; buna kromatik bozulma denir.

Yayilim Kayiplari:

Yayinim kayiplarina, fiberdeki küçük bükümler ve burulmalar neden olur. Temel olarak, iki tür büküm vardir:mikro büküm ve sabit yariçapli büküm. Mikro büküm, çekirdek malzemesi ile koruyucu zarf malzemesinin isil büzülme oranlari arasindaki farktan kaynaklanir. Mikro büküm, fiberde Rayleigh saçiniminin meydana gelebilecegi bir süreksizlik olusturur. Sabit yari çapli bükümler, fiberin yapimi ya da monte edilmesi sirasindaki bükülmeler sonucu meydana gelir.

Modal Yayilma:

Modal yayilmanin ya da darbe yayilmasinin nedeni, bir fiberde farkli yollar izleyen isik isinlarinin yayinim sürelerindeki farktir. Modal yayilmanin yalnizca çok modlu fiberlerde meydana gelebilecegi açiktir.
• Dereceli indeksli fiberler kullanilmak suretiyle modal yayilma önemli ölçüde azaltilabilir;
• tek modlu kademe indeksli fiberler kullanildiginda ise hemen hemen bütünüyle bertaraf edilebilir.
Modal yayilma, bir fiberde yayinim yapmakta olan bir isik enerjisi darbesinin yayilarak dagilmasina neden olabilir. Eger darbe yayilmasi yeterince ciddiyse, bir darbe bir sonraki darbenin tepesine düsebilir(bu, semboller arasi girisime bir örnek olusturmaktadir). Çok modlu kademe indeksli bir fiberede, dogrudan fiber ekseni üzerinden yayinim yapan bir isik isini,fiberi bir ucundan diger ucuna en kisa sürede kat eder. Kritik açiyla çekirdek/koruyucu zarf sinirina çarpan bir isik isini, en çok sayida dahili yansimaya maruz kalacak. Dolayisiyla fiberi bir ucundan diger ucuna en uzun sürede kat edecektir.

Baglasim Kayiplari:

Fiber kablolarda, su üç optik eklem türünden herhangi birinde baglasim kayiplari meydana gelebilir:isik kaynagi-fiber baglantilari, fiber-fiber baglantilari ve fiber fotodedektör baglantilari. Eklem kayiplarina çogunlukla su ayar sorunlarindan biri neden olur:yanal ayarsizlik, açisal ayarsizlik, aralik ayarsizlik ve kusursuz olmayan yüzey.

Yanal ayarsizlik:

Yanal ayarsizlik, bitisik iki fiber kablo arasindaki yanal kayma ya da eksen kaymasidir. Kayip miktari, bir desibelin bes ila onda biri ile birkaç desibel arasi olabilir. Eger fiber eksenleri, küçük fiberin çapinin yüzde besi dahilinde ayarlanmissa, bu kayip ihmal edilebilir.

Açisal ayarsizlik:

Açisal ayarsizliga bazen açisal yer degistirmede denir. Açisal ayarsizlik ikiden az ise, kayip 0.5 desibelden az olur.

Aralik ayarsizligi:

Aralik ayarsizligina bazen uç ayrilmasi da denmektedir. Fiber optiklerde ekler yapildiginda, fiberlerin birbiri ile temas etmesi gerekir. Fiberler birbirinden ne kadar ayri olursa, isik kaybi o kadar fazla olur. Iki fiber birbirine baglanti parçasiyla birlestirilmisse, uçlar temas etmemelidir. Bunun nedeni, iki ucun baglanti parçasinda birbiri ile sürtünmesinin fiberlerden birine ya da her ikisine birden hasara yol açabilecek olmasidir.

Kusursuz olmayan yüzey:

Iki bitisik kablonun uçlarinin bütün pürüzleri giderilmeli ve iki uç birbirine tam olarak uymalidir. Fiber uçlarin dikey çizgiden açikliklari 3'den az ise, kayiplarin 0.5 desibelden az olur.

Zayiflama, Saçilma ve Absorblama

Zayiflama :

isik fiber içerisinde yol alirken meydana gelen güç kaybidir dB/km olarak ölçülür. Plastik fiberler için 300dB/km tek modlu cam fiberler için 0,21dB/km civarindadir. Ancak isinin dalga boyu ile de ilgilidir asagidaki grafik bu durumu gösterir.




Zayiflamanin en fazla oldugu bölgeler 730-950 nm ve 1250-1380nm bölgeleridir. Bu bölgelerde çalismamak daha avantajli olur. Zayiflama iki sebepten dolayi olur; saçilma ve absorblama.

SAÇILMA:

Gelen isinin yabanci bir maddeye çapmasiyla olusan dagilma ve isik kaybidir Saçilma uzun dalga boyundaki isinlarda çok daha küçük bir etkiye sahiptir. Matematiksel olarak saçilma dalga boyunun 4.kuvvetinin tersi ile orantili oldugundan kisa dalga boyundan uzun dalga boylarina geçildikçe hizla azalir, ama asla sifir olmaz.

SAÇILMA:

820nm de :2,5db
1300nm de :0,24db
1550nm de :0,012db gibi degerlerde seyreder.

ABSORBLAMA:

Saçilmayla ayni nedenden olusur. Temel farklilik saçilma, isigin dagilmasi seklinde bir bozuklukken, bu olayda isigin sönümlenmesi söz konusudur. Fiber içindeki yabanci maddeler (örn: kobalt,bakir krom) absorblamaya neden olur. Kayiplarin düsük olmasi için bu maddelerin fiberde milyarda bir düzeyinde olmalidir.

Mikrobent Kayiplari

Mikrobent kayiplari kablonun çesitli sebeplerden bükülmesinden dolayi olusur. Eger ciddi boyutlarda bir bükülme varsa isinin tamamen yok olmasi söz konusu olabilir. Bu nedenle fiber kablolar genelde çok katmanli korumali imal edilir.

Malzeme Yayilmasi

Farkli dalga boylari (renkler) fiber nüvesi içerisinde farkli hizlarda hareket eder. Ancak farkli ortamlarda da ortama göre de farkli hizlarda hareket eder. Isik hizinin malzeme (nüve) içerisindeki hizi hem nüve malzemesine hem de isigin dalga boyuna baglidir. Malzeme özelliginden kaynaklanan yayilmaya bu nedenle malzeme yayilmasi denir. Bir kaynak normalde tek bir dalga boyunda isik yaymaz. Bir çok dalga boyundan isik yayabilir. Bu dalga boylari araligi spektral genislik olarak tanimlanabilir. Spektral genislik ledler için 35nm lazer için 2-3 nm dir. Örnekten de anlasilacagi gibi kullanilan kaynak lazer ise malzeme yayilmasi çok daha az olur. Örnegin lazer kaynagimizin 850nm de çalismasini istiyoruz. Kaynak 848 nm ile 851 nm arasinda bir spektral çerçevede çalisir.