Fiber Optiğin Tarihçesi

[Constantin]

FİBER OPTİK TARİHÇESİ
1920 den bu yana fiber optik bilinen bir eleman olarak ortaya çıkmış olsada ilk uygulamaları son 20 yıl içinde kendini göstermiştir.
İlk ticari uygulaması tıp alanındaydı.Fiber optik kablo ışığı vücudun cerrahi müdahale olmaksızın erişilemiyen bölgelerine iletmekte ve ve oranın görüntüsünü doktara getirmekte kullanıldı.Yakın bir geçmişte ise fiber optikler lazer tedavisinde kullanılmaya başladı.
Aynı zamnda fiberle haberleşme alanındada büyük değişiklikler meydana getirdi.Uzak mesafelerde kalın ve çok damarlı telefon kabloları yerine geniş bir bant aralığına sahip tek bir fiber optik koblo yeterli oldu.
Fiber Optik 'in kullanım alanları;
* LAN & WAN uygulamaları
* Internet
* CATV
* CCTV
* SCADA Sistemleri
* Digital TV
* Videophone
* Fiber To The Desk
* Video konferans
* Multimedia uygulamaları
* Video-on-demand
* Fiber To The Home
FİBER OPTİK AYDINLATMA
Şöyle hayalimizde eski zamanlara bir yolculuk yapacak olursak,tarih boyunca insanların gün ışığına muhtaç olduklarını ve onu nasıl değerlendirdiklerini daha iyi görürüz.Geceleri çalışmak için yeterli ışık bulamadıklarından bütün işlerini gündüz yapmak zorunda kalıyorlar,evlerinin içi gündüz karanlık olduğundan dolayı dışarı çıkıyorlardı.Tıpkı tasfirler de çok sık görülen eski çağ filozoflarının kitap yazmak için evlerinin cam kenarlarında oturmaları gibi.Onlar için gün ışığı korunma ve çalışma ortamı demekti.Aslında günümüzde de gün ışığının ne kadar önemli bir faktör olduğu kaçınılamaz bir gerçektir.İnsanoğlu tarih boyunca yeterli görüş elde edebilmek kısacası aydınlanabilmek için;mum,meşale,gaz lambası gibi bir çok malzeme kullanmıştır.Fakat bütün bu yapay aydınlatma hiçbir zaman gün ışığının yerini almamış görme kalitesini ve uzun vadede de göz sağlığını etkilemiştir.
Ancak elektriğin keşfinden sonra insanlık tarihinde büyük değişikler meydana gelmeye başlamıştır.Bugün yeni milenyum da;insanoğlu her saniyesini yapay aydınlatma ile geçirmekte,modern dünya ancak extra aydınlatmalar ile bu hızlı yükselişini ve çalışma ortamını sürdürebilmektedir.Bütün gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde,insanlar binalara kapanıp,çalışmalarını yapay aydınlatmalar altında gerçekleştirmektedirler.Kısacası çağımız dünyasında insanların zamanlarının büyük bölümlerini geçirdikleri,teknolojik olarak gelişmelerini sağladıkları bu ortamların insanların sağlığını etkilemiyecek ve onları yormayacak şekilde aydınlatılması gerekiyor.İşte burada bizim amacımız bunu sağlamak.
Günümüz dünyasında aydınlatmada kullanılan elektrik enerjisi,toplam enerji sarfiyatının %25'ini oluşturmaktadır.Extra aydınlatma gereksiniminden dolayı güneşin en verimli olduğu,aydınlık seviyesini yüksek olduğu zamanlarda ise toplam aydınlatmada harcana enerjinin %40'lık bir bölümü harcanmaktadır.
Aydınlatma belki birçok insanın düşündüğünden daha çok masraflıdır.Aydınlatmada maliyet sadece aydınlatma elamanlarına ve elektrik enerjisine gitmez.Aynı zamanda yapay aydınlatmanın oluşturduğu ısıyı telafi içinde soğutma sistemlerine yatırım yapmak gerekmektedir.Şu andaki bina içi soğutma gereksinimin %10'u aydınlatma sırasında açığa çıkan ısıdan dolayı harcanmaktadır.İşte bu maliyetlerin düşürülmesi için ;fluoresant,halojen lamba kullanımı,otomatik açılan ve klapanan sistemlerin kullanılması bile bu maliyeti istenen seviyeye düşürmekte yeterli olamamıştır.
İşte biz burada aydınlatma maliyetini azaltmak için gün ışığından faydalanarak yapılabilecek sistemler hakkında konuşacağız.
Fiber Optik Aydınlatma Sistemleri:
Aklınızda pencereli bir oda resmedin ve güneş ışığının pencereden içeri girdiğini hayal edin.Odada bulunan sensör aracılığı ile karanlık bölgelerin tespit edilerek armaturlerin o yöne doğru dönerek aydınlatma işlevini gerçekleştirdiğini düşünün.Sizce bu sadece bir hayal mi?
Benim burada üzerinde durup açıklamaya çalışacağım sistem;doğal ve yapay aydınlatmanın birlikte kullanılması için yapılabilecek sistemler üzerine olacak.Böylece elektrik enerjisi sarfiyatında büyük miktarlarda tasarruf hedeflemekteyim.Araştırmam ile oda içindeki aydınlık şiddetinin gün ışığı ve yapay aydınlatma ile istenen seviyede tutmayı amaçlamakta,gün ışığının yeterli olduğu durumlarda sadece gün ışığını kullanarak iç mekanların aydınlatmasını gerçekleştirmeyi planlamaktayım.
SİSTEMİN İÇERİĞİ:
Gün ışığından faydalanarak aydınlatma sistemini 4 ana bölümde inceleyeceğiz.
1- Doğal ışığı(gün ışığı) toplama
2- Yapay ışığın üretimi
3- Işığın transferi
4- doğal ve yapay ışığın birlikte otomatik kullanımı
Kısa bir örnek olarak aşağıdaki resme bakacak olursak;
Resimde de görüldüğü üzere gün ışığı çatıda toplanıyor ve fiber optik kablolarla bina içine dağıtılıyor.Eğer doğal ışık yetersiz kalırsa yapay ışıkla takviye edilerek aydınlık şiddetinin istenen değerde kalması sağlanıyor.
1- IŞIĞIN TOPLANMASI:
Doğal ışık kaynağı elbette ki güneştir.Bulutsuz güneşli bir günde,dünya üzerindeki metre kare başına düşen güneş ışığı miktarı 1000 W'tan daha güçlüdür.Yani birçok işi yapmamızı sağlayacak kadar çok ışığa sahibiz.Lütfen şimdi bu metre kare başına 1000w lık gücü aklınızda tutunuz.Yapay ışık kaynaklarının ürettiği ışıkla karşılaştırıldığında bu muazzam bir kaynaktır.Bir 100w lık ampülün çektiği enerji 100w olmasına rahmen verdiği ışık 17-18 w gücündedir.Geri kalan güç ise ısı olarak kaybolmuştur.Eğer biz 1 metre kareye 1000w lık ışık vermek isteseydik 55 adet 100w lık ampul kullanmak zorunda kalırdık.Teorik olarak 1 veya 2 adet 100w lık ampülün bir oda veya ofisi aydınlatabildiğini düşünürsek biz gün ışığı ile 20 daireyi çok rahat aydınlatabiliriz.Eğer biz 100 katlı bir binanın çatısında ışığı toplayabilirsek bu kaynak komple binayı aydınlatmak için kafi gelecektir.Tek sorunumuz ışığın toplanması ve dağıtılmasıdır.
Evet,güneş gerçektende mükemmel bir ışık kaynağı,fakat dünyamız güneş ekeseninde devamlı döndüğünden dolayı,günlere ve yıllara bağlı olarak güneş ışığı dünyaya hep değişik açılardan gelir.Bu sie güneş ışığını toplama esnasında bazı sorunlara yol açar.Güneş ışığını toplamak için en mükemmel yol,ayçiçekleri gibi güneşi takip eden ve ışığı en yoğun noktadan almaya olanak veren döner sistemler geliştirmektir.Fakat buda teknik olarak çok hantal ve pahalıdır.Dönen çanak panaller elektromekanik sistemler olup hareket eden parçalara sahiptirler.Dolayısı ile enerji gerektirir ve microprosesörler ile hareketlerini sağlarlar.Bazı durumlarda rotadan sapma gösterebilir,fırtınada yıkılabilir ve doludan etkilenebilirler.Bunlar dez avantajları olarak gözükse de biz bunu daha verimli hale getirmek için cam panallerle koruma altına alabiliriz.
Eğer güneşin; günün büyük bir bölümünde çatıya düşürdüğü ışık miktarının binanın aydınlatması için yeterli olduğunu düşünürsek,daha sağlam yapıda olan çatıya monte edilmiş sistemler kullanabiliriz.Bu sistemde toplayıcı 3 ana bölümden oluşmaktadır.yukarı bakan ve gün ortası güneşi alan kısım,sabah ve ikindi güneşini alan farklı iki kısımdır. Bu sistem önceki güneşi takip eden sistemle karşılaştırıldığında oldukça verimsiz olmasına rahmen,daha ucuz ve daha az bakım gerektirmektedir.
2- YAPAY IŞIĞIN ÜRETİLMESİ:
Akkor flemanlı ve fluoresant lambalar ışık tayfları üretirler.100Wlık bir akkor flemanlı lambanın vermiş olduğu ışık gün ışığı ile karşılaştırıldığında hafif sarımtırak renktedir.Fluoresantlar enerji kullanımı bakımından daha uygun olsada onunda ışık rengi tam olarak gün ışığı rengini verememekte ancak sunlight tipi fluoresantlardaki yakınlık akkor flemanlı lambaya göre oldukça ileri seviyededir.Halojen lambalar ise metal buharı içerirler ve hem fluoresant hemde akkor flemanlı lambaya oranla daha yüksek bir aydınlatma verimi sağlarlar.Halojen lambalarda tam gün ışığı rengini veremesede biz tek merkezli ışık üretiminde yüksek ışık şiddeti ve daha düşük güçlü olmasından dolayı halojen lambayı tercih edecek ve ışık kaynağı çıkışlarında filtreler kullanarak gün ışığı rengini yakalamaya çalışacağız. Yandaki şekilde ışık kaynağında üretilen ışığın filtre edilerek Fiber-optik kablo içine girmesi görülmektedir.
3- IŞIĞIN DAĞITILMASI:
Lambasız sokak lambaları hayal edin.Işığın tek merkezden üretilip lambalara dağıtıldığı sokak lambaları.Sonra,dışarıdaki ışığı içeri getiren sadece %5’lik bir bölümünün aydınlatılmasında elektrik kullanılan bir tünel.Bunlar hiçte hayal değil. Nasıl mı yapacağız diyorsunuz.İşin sırrı:Fiber optik kablolar.
3-a-Fiber Optik Kablolar:
3-b-)FİBER OPTİK AYDINLATMA
Fiber optik aydınlatma sisteminde;ışık kaynağının üretmiş olduğu ışık fiber optik kablonun sonuna yada transparant fiberlerde kablo boyunca iletilir.
Fiber optik aydınlatmanın en önemli avantajı elektrikle ışığın birbirinden ayrılmış olması ve bir tek ışık kaynağı ile ışığı bir çok noktaya aynı anda iletme olanağı sunmasıdır.
Işık ve elektriğin birbirinden ayrılması ile fiber optik sistemler kimyasal ve elektriksel tehlike arz eden alanlarda(havuz,özel sanayi bölgeleri v.b) kullanım alanı buldu.Ayrıca gerek elektrik kaçağına gereke yangına meydan vermemesi yönüyle de önemli bir avantaj yakaladı.
Hemen hemen bütün fiber optik aydınlatma sistemlerindeki ışık kaynakları uv filtreleri kullanırlar.Bu bağlamda aldığımız ışık ısı veya UV içermez.Basit bir anlatımla yağlı boyalı yüzey daha uzun süre dayanır,Çikolata erimez,Çiçekler daha uzun süre taze kalır,solmaz.
Işık kaynağında üretilen ışık dalgaları fiber optik kablo içinde nüve (core) diye adlandırılan bölgede yansıtıcı yüzeye çarparak kablo boyunca yol olur.Burada şunu önemli bir not olarak belirtmekte yarar var oda;en uygun performans için en önemli faktör ışığın kabloya giriş açısıdır.Bu konuya ileride daha geniş kapsamlı değineceğiz.
Yukarıdaki şekil özet olarak bir fiber optik kablonun yapısını göstermektedir.Fiber kablonun iç kısmı(nüve) “N1” ,Dış çeper ise “N2” ile sembolize edilmiş ve ışığın giriş ve çıkış açısı “A” harfi il gösterilmiştir.Eğer “A” açısı çok büyük bir değerde olursa ışık iletilemez ve Fiber kablo içinde kaybolur.Işte ışığın en son taşınamadığı bu açıya kritik açı adı verilir ve yansıtma indislerinin hesaplanması ile bulunur.Kritik açının sinüsü matematiksel açıklık olarak nitelendirilir ve “NA” İle sembolize edilir.Optik fiberlerde sayısal açıklık önemli bir noktadır ve iletim sırasında dikkate alınmalıdır.
Örnek olarak N1=1.62 ve N2=1.52 genel cam indisli bir Fiber optik kabloda NA 0.56 ‘dır ve kiritik açı ise bunun sin0.56 alınarak 34 derece olarak bulunur.Kabul edilebilir açı olarak tanımlanan (Acceptable Angle) ise kritik açının 2 katıdır ve bu örnek için 68 derece olarak bulunur.
Fiber optik kablo içinde taşınan ışık birçok faktörden etkilenebilir.Kullanılan camın cinsi,saflığı core ve clad arasında kalan yüzeyin kalitesi çıkıştki ışığın kalitesini direkt olarak etkiler. Işık transferinin ölçümünde günümüzde ne yazık ki şu an endüstriyel bir standart bulunmamaktadır.Üretici ve tüketiciler birlikte konuşarak spariş esnasında amaçlara uygun olarak kullanılacak malzemeye birlikte karar vermektedirler. Fiber optik aydınlatma sistemi ile maliyet klasik aydınlatma sistemlerine oranla oldukça düşüktür.
4- AYDINLATMA KONTROLÜ:
Güneş ışığı hem yoğunluk hem de geliş yönü açısından devamlı değişken olduğundan,aydınlatma esnasında bütün zamanlar için ışık seviyesini devamlı kontrol etmeliyiz.Teknolojideki gelişmeler bize bu sorunu çözmek için ucuz kompak sensörler sunmaktadır.Gün ortasında hepimizin bildiği gibi hava bazen güneşli bazen ise bulutlu olmaktadır.Durum ne olursa olsun biz aydınlatma işlevini gerçekleştirme zorundayız.

Konuyu daha iyi açıklamak için yandaki sisteme bakacak olursak;4 adet fluoresant lambanın birlikte kullanıldığı bir sistem gözükmektedir.Ancak bunların 2 tanesi normal fluoresant diğer iki tanesi ise fiber optik kablonun getirdiği ışığı yansıtan elemanlardır.Estetik açıdan fluoresant şeklinde yapılmışlardır.Gün ışığının yeterli olduğu durumlarda aydınlatma fiber optik sistemle gerçekleştirilmekte,yetersiz olduğu durumda ise sensör aracılığı ile diğer fluoresantlar devreye girmektedir.
FİBER OPTİĞİN DİĞER KULLANIM ALANLARI
Fantastik plastik
Amerikalı araştırmacılara göre evlerde kullanılan bakır kabloların yerini çok yakın bir gelecekte plastik alacak. Çok kanallı dijital televizyonlardan İnternet'e kadar her türlü ortamda kullanılan veri, bakır kablolar yerine plastikten yapılma, ucuz optik kablolardan akacak. Plastikten yapılma optik kabloların, camdan yapılma optik kablolara göre daha kusurlu olması yüzünden fiber-optik teknolojisinde bugüne kadar cam kullanımı tercih ediliyordu. Yüksek hızlı sinyallerin, uzun mesafelerde iletimi, optik kabloların, her bir ışık demetini tek bir kanaldan akıtacak çok ince liflerden oluşmasını gerektiriyordu. Ancak bu tür ince liflerden oluşan kabloların birbirine eklenmesi oldukça maliyetli bir işlem gerektiriyor. Bu yüzden, evlerde kullanılan kısa optik-kabloların daha kalın liflerden oluşması gerekiyor. Pennsylvania Üniversitesi'nden Anthony Garito, plastik optik kabloların veri akışını olumsuz etkileyen dezavantajlarına çözüm getirerek, bu tür geniş lifler kullanılan fiber-optik kabloların üretilebilmesini sağladı. Yeni üretilen plastik fiber-optik kablolar hem çok daha ucuz maliyetli, hem de çok daha kolay kullanımlı olacak.
Kansere sihirli değnek
Fiber optik bir sondaj değneği tümör araştırması yaparak radyoterapide hangi hücrelerin öldürülmesi gerektiğini belirliyor. Daha fazla oksijen taşıyan tümör hücreleri radyoterapi ve kemoterapide daha kolay imha edilebiliyor. Oksijen oranı düşük olanlar ise tedaviye direnç gösteriyorlar. Sihirli değnek kanserli tümördeki oksijen oranını tayin ederek, öncelikle öldürülmesi gereken kanserli hücreleri gösteriyor. Tümördeki oksijen miktarını ölçmesinden ötürü "Oxylite" adı verilen sihirli değneğin mucitlerinden Dr. Borivoj Vojnovic tümörlü bölgenin oksijen oranın saptamasının kanser tedavisinde büyük avantaj sağlayacağını belirtiyor. Bir video kayıt cihazına bağlı olarak çalışan değneğin ucundaki ışıklı gösterge hafif kızıllaşarak oksijen miktarını haber veriyor. Eğer tümörlü bölgede az oksijen bulunuyorsa ışık kor kızıl renge bürünüyor. Sihirli değneğin bazı kalp hastalıklarında da damarlardaki oksijen oranını ölçebilmesi sayesinde çok kullanışlı hale gelmesi bekleniyor.
Uyduyla teşhis
Fransa'nın uzaya fırlattığı 2 uyduları tıbba açıldı. Türkiye'nin de dahil olduğu program çerçevesince bir ülkeden bir ülkeye hasta muayenesi, hasta takibi yapılacak. Sağlık alanında 'uyduyla teşhis' dönemi başlıyor. Tıpta dev bir adım olarak yorumlanan proje çerçevesince, uydu kanalıyla bir ülkeden bir ülkeye hasta muayenesi, tele-radyoloji, tele-patoloji, tele-diagnostic, hasta takibi, tele-konferans yapılabilecek. Uyduyla teşhis, Fransa tarafından uzaya fırlatılan Eutalsat W ve Eutelsat Hot Bird 5 uyduları sayesinde gerçekleşecek.
Avrupa Birliği'nin 5 milyon dolar ayırdığı ve ETNA (Eurometireoun Networkof Medicine) adını taşıyan projeye İtalya ile birlikte Türkiye de dahil edildi. ABD Pitsburg Üniversitesi, İtalya İs.Me.T.T Enstitüsü (İstituto Mediternacoper Trapianti e Terapie ad Alta Specialita) ve Türkiye'de 5 hastane radyoloji, patoloji tetkik sonuçları, yoğun bakım hastalarının takibi ve organ nakli, tele-konferansla hasta eğitimi konusunda uydudan bilgi alışverişinde bulunacak.
Türkiye'de Eutelsat uydusundan yararlanacak hastaneler arasında birbirlerine fiber-optik kablolar ve bilgisayar ağıyla bağlanacak Ankara Numune Eğitim ve Araştırma Hastanesi, Erzurum Atatürk Üniversitesi Tıp Fakültesi, Isparta Süleyman Demirel Üniversitesi Tıp Fakültesi, Ankara Yüksek İhtisas Hastanesi, Akdeniz Üniversitesi Tıp Fakültesi, Ankara Kadın Hastalıkları ve Doğum Hastanesi bulunuyor.
Türkiye'nin sağlıkta uydulu sisteme geçmesine önayak olan, Ankara Numune Hastanesi. Daha önce Pitsburg Üniversitesi'yle Tele-Medicine (Bilgisayardan on-line sistemiyle muayene) sözleşmesi imzalayan Ankara Numune Hastanesi, bu üniversitenin Eutelsat uydusundan tıp alanında yararlanmasıyla, de Türkiye'nin uydulu sisteme geçmesine katkıda bulundu.
Ankara Numune Hastanesi Başhekimi Prof.Dr. Osman Müftüoğlu, ABD'nin Türkiye'nin ETNA projesine dahil edilmesini istediğini belirterek, "Sistem ağırlıklı olarak Akdeniz ülkelerini içerdiği için, Amerika Türkiye'nin de yeralmasını istedi. Türkiye de beş hastane sisteme dahil edilmiş oldu. Yöntemle ülkeler arası organ alışverişi, yoğun bakımdaki hasta takibi, telekonferansla personel eğitimi, mikrobik teşhis sonuçlarının değerlendirilmesi sağlanacak. Yöntem yurtdışına hasta gitmesini azaltarak, ekonomik katkı sağlayacak" dedi.
FİBER OPTİK SİSTEMİN AVANTAJLARI

* Çok geniş bir band genişliği ve taşıma kapasitesi sağlar.
* Optik taşıma frekansı birkaç yüz Terrahertz'i (THz) geçmektedir.
* Fiber kılın kalınlığı bir saç telinin kalınlığını geçmez. Bu yüzden her türlü koruyucu madde ile kaplansa bile, normal bakır bir kablonun kalınlığını geçmez, çok daha hafif ve ucuzdur. Bu yüzden Uçak, Gemi ve Uydu gibi yerlerde fiber kullanımı popüler hale gelmiştir.
* Elektriksel yalıtkan bir malzeme olduğundan parazitlenme (EMI, RFI, EMP) ve etkileşim gibi problemleri yoktur.
* Tekrarlayıcı (Repeater) kullanmadan bilgi taşıma mesafesi bakır kablolardan çok daha fazladır.
* Uzun mesafelerde bile kayıplar çok azdır.
* Gizlilik ve güvenlik sağlar. Fiber Optik kablolardan bilgi çalmak mümkün değildir.