Tip:
Highlight text to annotate it
X
Fiber optik kablolar
Nasıl çalışırlar ve mühendisler onları kullanarak nasıl sinyal gönderirler
Mühendisadam videoları Bölüm #3
İşte size ilginç bulduğum bir nesne : Müzikseti optik kablosu.
Eğer bir ucunu lazer ışığı ile aydınlatırsam, ışığın diğer ucuna gitmesini sağlar.
Bu kablolar günümüz dünyasını birbirine bağlamaya yararlar
ve bilgiyi ülkelerden ülkelere, okyanusların ötesine taşıyabilirler
ama önce, size nasıl çalıştığını göstereyim.
Ön yüzüne bir pencere açarak değiştirdiğim bir kovam var.
Kovamın diğer yüzünde ise bir tapa taktığım delik var.
İçine çok az krema(suni krema, süt tozu vb.)eklediğim bir şişe propilen glikol\'um (petrol türevli bir tür reçine)var.
Bir adet kıskaçlı ayak.
Ve tabii, lazer işaretleyici.
Şimdi ben ışıkları kapatırken gözünüz tapanın üstünde olsun.
Harika.
Işık sıvının diğer kovaya olan akışı boyunca onu izliyor.
Şaşırtıcı.
Bunu yapmasının sebebi \"toplam iç yansıma\".
Işık akıma girdiğinde, hava ve sıvının temas ettiği
yüzeye geldiği anda yansıtılıyor.
Burada ilk yansımayı, daha sonra ikincisini ve üçüncüsünü görebilirsiniz.
Bunun olmasının sebebi maddeler arasındaki \"kırılma indisi\" farklılığı
ilk olarak propilen glikol
ve dışında
örneğimizde olduğu gibi hava.
Hatırlayalım, ışık bir yüzeye çarptığında
ya madde tarafından soğurulur,
ya yüzeyden yansıtılır,
yada içinden geçip gider
ikincisini (yansıma) biz kırılma olarak adlandırıyoruz.
Üstten bakınca daha kolay görebiliriz.
Yansıma ve kırılma aynı anda olabilir,
fakat ışın yüzeye kritik açıdan daha büyük bir açıyla çarparsa
hiç kırılmadan tamamıyla yansır.
Bu sebeple propilen glikol ve hava sisteminde ışın demeti
yüzeye 44.35 dereceden daha büyük açıyla çarptığı sürece
toplam iç yansıma sayesinde
akım boyunca yayılacaktır.
Mühendisler aynı etkiyi optik fiberde oluşturabilmek için genellikle saf silikon diyoksitten oluşan cam çekirdek (merkez) oluştururlar
ve dıştaki katmana ise \"kaplama\" denir,
kaplama da silikon diyoksitten yapılır
fakat bir miktar bor yada germanyum ilave edilerek kırılma indisi düşürülür.
Kırılma indisindeki yüzde birlik fark fiberin çalışması için yeterlidir.
Böylesine uzun ve ince camı imal etmek için mühendisler daha önceden imal edilmiş büyük yarı mamul cam kalıpları ısıtırlar.
Merkezi saf çekirdek camı, dış kısmıda kaplama malzemesinden oluşur.
Daha sonra ısıtılan bu malzemeden elyaf(fiber) akıtılarak veya çekilerek bir bobine sarılır,
bu düzeneğin hızı dakikada 1600 metreye çıkabilir.
Genelde bu akıtma kuleleri birkaç kat (15-20 metre) yüksekliğindedir.
Bu yükseklik elyafın bobinlere sarılmadan önce soğumasına imkan tanır.
En büyük mühendislik başarılarından birisi
ilk kez okyanusu geçen fiber optik kabloydu.
TAT-8 olarak adlandırılan kablo ve Tuckerton, New Jersey, ABD\'den başlayarak
5633 km (3500 mil) okyanus tabanından ilerleyip iki kola ayrılarak
Widemouth, İngiltere ve Penmarch, Fransada sona ermekteydi.
Mühendisler kabloyu okyanus altında bozulmadan kalabilmesi için dikkatle tasarlamışlardı.
Merkezinde çekirdek bulunmaktaydı
Çekirdek yaklaşık bir inçin onda biri çapındaydı ve altı adet optik kablo
merkezdeki çelik telin etrafına sarılmıştı.
Tüm bu yapıyı yastık vazifesi görmesi için kauçukla kaplamışlar,
çelik halatla çevreleyip, sudan korunması için
bakır bir silindirle kaplayarak sızdırmaz olacak şekilde mühürlemişlerdi.
Nihai kablo yaklaşık bir inç çapındaydı,
ve aynı anda 40,000 telefon görüşmesine imkan tanıyordu.
Fiber optik kablo ile veri göndermenin esası oldukça basittir.
Kablonun sonundaki kişi ile daha önceden anlaştığımız bir kod oluşturalım
,örneğin Mors Alfabesi kodu,
ve laser ışığını engelleyip serbest bırakarak kablonun sonundaki kişinin
flaşlar görmesini ve mesajımızı almasını sağlayalım.
Telefon görüşmesindeki ses gibi analog bir sinyali iletmek için mühendisler \"darbe kod kiplenimi\" (pulse code modulation)yöntemini kullanırlar.
Analog bir sinyal alalım yapabileceğimiz en iyi şekilde
dalganın şiddeti ve genliğinin aslına en yakın olacağı şekilde parçalarına ayıralım.
Bunu dijital sinyale dönüştürmek isteyelim,
ki bu her biri ayrı ses şiddeti değerleri demektir.
Örnek olarak ben dört bitlik sistem kullanayım,
bu ses şiddetini gösterebileceğim onaltı farklı değer demektir.
Diyelim ki sinyalimizin ilk dört parçasının değeri,
10,12,14 ve 15 olsun.
Daha sonra her parçanın ses genliği değerini alıp birler ve sıfırlardan oluşan bir seri oluşturalım.
Birinci kolonun değeri olan 10 şifrelendiğinde 1-0-1-0 olacaktır.
Bunu eğrinin tamamı için yapalım.
Şimdi, yeşil renkli dalga şekline yada,
mavi kolonlara bakmak yerine,
sinyalimizi birler ve sıfırlardan oluşan ve
belli bir zamana göre akan bir seri olarak düşünelim.
İşte fiber optik kablodan gönderdiğimiz dizin budur.
Bir için bir flaş, sıfır için hiçbirşey (karanlık).
Elbette şifreleme metodumuz alıcı uçtakiler tarafından bilinmekte,
bu sayede diğer uçtaki şifre çözücü için bunu çözmek gayet kolay.
Şimdi lazer titreşiminin 4000 mil mesafeyi nasıl katettiğini merak edebilirsiniz,
okyanusun bir ucundan diğer ucuna.
Biraz yardım olmadan edemez, çünkü ışık elyafın(fiberin) kenarından kaçacaktır.
Tekrar propilen akışına bakalım.
Bakın ışık yolculuğu boyunca nasıl zayıflıyor.
Kovanın içindeki ince ışın demetini görebilirsiniz,
akıma girdiğinde biraz genişliyor.
İlk sekmesinden sonra akıma girdiği anki duruma görede biraz daha genişliyor.
Bunun sebebi sıvımızın hava ile temas ettiği yüzeyin kusursuz düz olmaması
ve ışınlar bu yüzeye az da olsa farklı açılarla çarpıyor.
Işın demeti ikinci yansımayı yaptığında ise ışınlar arasındaki sapma miktarı daha da artıyor
ışın demetinin üçüncü sekmesinde ise pek çok ışın
kritik açının dışına çıktığı için akımın kenarlarından dışarı kaçıyor.
Burada bu birkaç inç mesafede gerçekleşiyor,
ama TAT-8 gibi bir kabloda sinyal 50 kilometre mesafeyi
güçlendirilmeye ihtiyaç duymadan seyahat edebilir.
Kesinlikle şaşırtıcı.
Ben Bill Hammack, mühendis adam.