Sonsuz Yansımanın Mühendisliği: Fiberoptik

İçerik Yazarı: Meliha Gökçe Sarısoy

Editör: Elif Nur Öztürk

Tasarım: Sudenaz Kesik

Bir ortaokul öğrencisinin derste sorduğu soru: “İki aynayı karşılıklı yerleştirirsek ve aynalardan birine ışık yansıtırsak ışık bu iki ayna arasında sonsuza dek yansımaz mı?” Bu sorudan yola çıkarak mühendislikle bağlantı kuruyoruz ve karşımıza fiberoptik kabloların çalışma prensibi çıkıyor.

Öncelikle öğrencimizin sorusunu inceleyelim: Böylesi bir durumda aynalardan birine uygun bir açıyla ışık gönderecek olursak teoride ışık, aynalar arasında sonsuza dek yansıma yapabilir. Ancak pratikte ayna malzemelerinin yapımında kullanılan ince gümüş ve alüminyum ışığı az da olsa emer ve ayrıca ayna yüzeyi tamamen pürüzsüz olmadığından ışık her yansımasında enerji kaybederek sönümlenecektir. 

Fiberoptik kablolardaki amaç ışığın yansıma esnasındaki enerji kaybını en aza indirerek uzun bir yol boyunca bilgi iletimini sağlamaktır. Bunu yapmak için de ayna yerine farklı kırılma indisine sahip cam yapılar kullanılmaktadır.

Fiberoptik Nedir?

Fiberoptik temelde bilginin taşınması için ışığın kullanılmasıdır. Fiberoptik kablolar adını verdiğimiz bu yapı ince ve şeffaf liflerden oluşmakta olup veri, ses ve görsellerin iletilmesinde rol oynar.

Fiberoptiğin Yapısı

Fiberoptik kablolar 3 temel bileşenden oluşmaktadırlar: 

1. Çekirdek (Core): Camdan yapılmış ışığın içerisinde yol aldığı kısımdır.

2. Kılıf (Cladding): Camdan yapılmıştır ve çekirdeği sarar. Kırılma indisi çekirdeğe göre küçüktür. Bu fark sayesinde ışığı tam yansıma ile çekirdeğe geri yansıtarak ışığın çekirdekte kalmasını sağlar.

3. Koruyucu Kaplama (Coating/Buffer): Polimer veya plastikten olabilir. Optik bir özelliği yoktur sadece fiberi dış etkenlere karşı korur.

Fiberoptik Kabloların Çalışma Prensibi

Fiberoptik kabloların çalışmasında temel optik prensipler, özellikle tam iç yansıma kullanılmaktadır.  Işık çok yoğun bir ortamdan az yoğun bir ortama geçerken geliş açısında bağlı olarak tam yansıma veya kırılma gerçekleşir. 

Fiberoptik kablolardaki amaç ise tam iç yansımayı sağlamaktır; ışık belirli bir açıda yüksek yoğunluklu çekirdekten düşük yoğunluklu kılıfa geçmek isterken tam iç yansıma gerçekleşir ve ışık çekirdek içerisinde defalarca yansıyarak ilerler. Bu noktada, çekirdeğin kırılma indisi kılıftan daha yüksek olduğundan, ışığın çekirdek içinde kalması ve tam iç yansımanın gerçekleşmesi mümkün olur.

Bu yansıma esnasında enerji kaybının en aza indirilmesi önemlidir.  Çünkü enerji kaybının az olması kilometrelerce uzağa sinyal taşıyabilmeyi sağlar. Fiberoptik kablolar, bu sayede internet, telefon, televizyon ve tıp alanında (örneğin endoskopi cihazları) veri iletiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.