İki fiber optik kablo yan yana konulduğunda, ışık birinden diğerine atlar mı?
Normal şartlarda, birbirine sıkıca temas eden iki sıradan, hasarsız optik fiber arasında, bir fiberden diğerine bir optik sinyalin „sıçraması“ (kuplajlanması) kesinlikle olmaz.
Optik fizik ve dalga kılavuzu mühendisliği açısından bu, aşağıdaki temel teknik prensipleri içerir:
1. Tam İç Yansıma (Total Internal Reflection) ve Dalga Kılavuzu Sınırlaması
Işığın fiber optik içinde iletilmesinin nedeni, fiber optiğin daha yüksek kırılma indisine sahip bir çekirdek ( n_{\text{core}} ) ve daha düşük kırılma indisine sahip bir kaplama ( n_{\text{cladding}} ) 'dan oluşmasıdır. Çekirdek ve kaplama arasındaki arayüzde meydana gelen tam iç yansıma sayesinde ışık, çekirdek içinde mükemmel bir şekilde sınırlanır ve ilerlemeye devam eder, dışarı sızamaz.
2. Sönümleyen Dalga (Evanescent Wave) ve Elektromanyetik Alanın Üstel Olarak Azalması
Işık arayüzde tam iç yansımaya uğrasa da, elektromanyetik olarak, ışık alanı çekirdek-kaplama arayüzünde aniden 0 'a düşmez. Işık alanının küçük bir kısmı kaplamaya nüfuz eder; buna sönümleyen dalga (veya zayıflayan dalga) denir.
Ancak, sönümleyen dalganın kaplamadaki elektromanyetik alan şiddeti üstel olarak hızla azalır. Sönümleyen dalganın nüfuz derinliği son derece sığdır; yaygın olarak kullanılan 1550\ \text{nm} iletişim kızılötesi ışığı için nüfuz derinliği genellikle yalnızca 1\ \mu\text{m} ila 2\ \mu\text{m} civarındadır.
3. Geometrik Boyutların „Fiziksel Kalkanlanması“
Endüstri standardı tek modlu fiber optik örnek olarak alınırsa:
Bu iki standart fiber optiğin çekirdek (Core) çapı yalnızca 9\ \mu\text{m} iken, kaplama (Cladding) dış çapı 125\ \mu\text{m} 'ye ve kaplama dış çapı 255\ \mu\text{m} 'ye ulaşır.
Bu, çekirdeğin dış kenarından kaplamanın dış kenarına kadar olan fiziksel engelin tek taraflı kalınlığının yaklaşık olarak şu anlama geldiğini gösterir:
(125 - 9) / 2 = 58\ \mu\text{m}
58\ \mu\text{m} 'nin, sönümleyen dalganın 1\ \mu\text{m} ila 2\ \mu\text{m} 'lik zayıflama sınır derinliğinden çok daha büyük olması nedeniyle, ışık alanı kaplama dış yüzeyine ulaştığında, enerji ihmal edilebilecek mutlak sıfır değerine kadar zayıflamış olur. Bu nedenle, iki fiber optik birbirine sıkıca temas etse bile, çekirdekler arasındaki fiziksel mesafe en az yüz mikrometre (kaplama dahil edilirse daha da uzak) olur ve optik sinyalin herhangi bir fiberler arası geçiş yapması mümkün değildir.
Işığın Başka Bir Fiber Optiğe „Sıçradığı“ Belirli Durumlar Nelerdir?
Belirli özel cihaz tasarımlarında veya mühendislik uygulamalarında, insan müdahalesiyle yukarıdaki fiziksel kısıtlamalar kırılarak ışığın fiberler arası kuplaj yapması sağlanabilir:
-
Fiber Optik Füzyon Konik Daraltma (Fused Biconical Tapering)
İki fiber optiğin kaplamaları soyulur, yüksek sıcaklıkta birleştirilir ve iki uca doğru çekilerek kaplamaları aşırı derecede inceltilir ve çekirdekler mikron düzeyine kadar birbirine yaklaştırılır. Bu durumda, iki çekirdeğin sönümleyen alanları örtüşür ve ışık bir fiberden diğerine kuplanır. Fiber optik ayırıcıların (splitter) veya kuplörlerin (coupler) temel üretim prensibi de budur. -
Çok Çekirdekli Fiber Optiklerde (Multicore Fiber, MCF) Çapraz Konuşma (Crosstalk)
Tek bir cam kaplama içinde birden fazla çekirdek aynı anda üretilir ve çekirdekler arasındaki mesafe çok yakın olacak şekilde tasarlanırsa, sönümleyen alanlar kısmen örtüşerek „çapraz konuşma (Crosstalk)“ oluşur.
Bu özellikten yararlanan özel sensörlerin üretiminde son derece hassas tasarımlar gereklidir. Örneğin, OFSCN® Çok Çekirdekli Fiber Bragg Izgaraları / FBG Dizileri (Çıplak) , OFSCN® Fiber Bragg Izgara Şekil Sensörleri içinde kullanılır; bu sensörler, kontrolsüz çapraz konuşmayı önlemek ve aynı zamanda birden fazla çekirdek arasındaki küçük gerilme farklarından yararlanarak fiberin üç boyutlu uzamsal şeklini hassas bir şekilde yeniden oluşturmak için hassas çekirdek geometrisi kullanır. -
Aşırı Bükülme Altında Işık Sızması (Bükülme Kaybı)
Fiber optik keskin bir şekilde büküldüğünde (bükülme yarıçapı izin verilen sınırdan küçük olduğunda), ışığın bir kısmı çekirdekten kaplamaya sızar (kaplama modlarına dönüşür). Bu ışık sızsa da, komşu fiber optiklerin dış kaplaması ve kaplaması tarafından engellendiği için, sızan ışık genellikle kaplama tarafından emilir veya dağılır ve komşu fiber optiğin çekirdeğine kuplanması hala son derece zordur.
Örnek Standart Fiber Optik Ürün Özellikleri
OFSCN® G.652D Optik Fiber
Standart G.652D tek modlu fiber optiğin çekirdek çapı 9\ \mu\text{m} , kaplama çapı 125\ \mu\text{m} ve kaplama çapı 255\ \mu\text{m} 'dir.
OFSCN® G.657 Optik Fiber
Standart G.657 tek modlu bükülmeye duyarlı olmayan fiber optiğin çekirdek çapı 9\ \mu\text{m} , kaplama çapı 125\ \mu\text{m} ve kaplama çapı 255\ \mu\text{m} 'dir.
