Fiber optik iletişim
Fiber optik iletişim, ya da bilinen adıyla ışıklifi, optik lif boyunca ışık sinyalleri göndererek bilginin bir yerden başka bir yere iletilmesi metodudur. Işık, bilgi taşımak için yönlendirilmiş elektromanyetik taşıyıcı dalga görevi görür. İlk olarak 1970 yılında geliştirilen ışıklifli iletişim sistemleri; telekomünikasyon endüstrisinde devrim yaratmış, bilgi çağının gelişinde önemli bir rol oynamıştır. Elektriksel iletimden avantajlı olması nedeniyle ışıklifleri gelişmiş ülkelerdeki çekirdek ağlarda bakır tellerin iletişimdeki yerini aldı.
Işıklifi iletişim işlemi, üç temel aşamayı içerir:
- Verici kullanımını kapsayan optik sinyal üretimi ve lif boyunca bu sinyalin yayınının yapılması,
- Sinyalin çok zayıf ve bozulmuş olmamasından emin olunması,
- Optik sinyalin alınması ve elektrik sinyaline dönüştürülmesi.
Uygulamaları
Işıklifi telefon sinyallerini iletmek, İnternet iletişimini sağlamak ve kablo televizyon sinyallerini iletmek gibi amaçlarla birçok şirket tarafından kullanılır. Çok daha az etki zayıflaması ve engele maruz kalması nedeniyle ışıklifleri yüksek talepli ve uzun mesafeli uygulamalarda bakır kablolara göre daha avantajlıdır. Buna karşın şehirlerdeki altyapı geliştirmesi zor ve zaman alıcıdır. Işıklifi sistemlerin kompleks olması nedeniyle bu sistemlerin kurulması ve işletilmesi pahalıdır. Bu zorluklar nedeniyle ışıklifi iletişim sistemleri öncelikli olarak yüksek maliyetini dengeleyen ve tam iletim kapasitesiyle çalışabileceği uzun mesafeli uygulamalarda kurulmuştur. 2000’den beri ışıklifi iletişim fiyatları oldukça düşmüştür. Herhangi bir konuta lif açma fiyatı bakır içerikli ağ açmaya göre daha uygundur. Amerika Birleşik Devletleri ve Hollanda gibi kazı masraflarının düşük ve konaklama yoğunluğunun yüksek olduğu ülkelerde fiyatlar abone başı 850$’a kadar düşmüştür.
Işıklifleri, optik yükseltici sistemlerin piyasalarda yer almaya başladığı 1990 yılından beri telekomünikasyon endüstrisinde şehirlerarası ağlara ve okyanus aşırı iletişim hatlarına serildi. 2002’den itibaren, 2,56 Tbit/s kapasiteli 250,000 km’lik kıtalararası denizaltı ışıklifi iletişim kablosu tamamlandı, özel ağ kapasiteleri öncelikli bilgi olmasına rağmen telekomünikasyon yatırım raporları 2004’ten beri ağ kapasitesinin çarpıcı bir biçimde arttığını gösterir.
Tarihi
1880 yılında Alexander Graham Bell ve yardımcısı Charles Sumner Tainter Washington’daki Volta Laboratuvarında ışıklifi iletişimin erken müjdecisi olan fotofonu yarattı. Bell bunun en önemli icadı olduğu düşüncesindeydi. Cihaz, ışık huzmesi üzerinde sesin iletimine olanak tanıdı. 3 Haziran 1880’de Bell, dünyanın ilk kablosuz telefon iletiminin 213 m. aralıklı iki bina arasında test etti. Atmosferik iletim ortamında kullanılması nedeniyle fotofon, lazer ve ışıklifi teknolojilerinin ışığın güvenli iletimine imkân sağlayacak kadar kullanışlı olduğunu kanıtlayamadı. Fotofon ilk olarak onlarca yıl sonra askeri haberleşme sistemlerinde elverişli olarak kullanılabildi.
1966 yılında Charles K. Kao ve George Hockham, Harlow’daki STC Laboratuvarı’nda ışıkliflerini deneyerek mevcut camdaki 1000 dB/km’lik kayıpların imkân dâhilinde yok edilebilen kirletici maddelerden kaynaklandığını gösterdiler.
Işıklifleri 1970 yılında iletişim amaçlarına yetecek kadar düşük etki zayıflamalı olarak başarılı bir şekilde Corning Glass Works tarafından geliştirildiler ve aynı zamanda kompakt GaAs yarı iletken lazerler üretildi. Böylece ışığın uzun mesafeler boyunca ışıklifi kablolar üzerinden iletimi sağlandı.
1975 yılından itibaren başlayan bir dizi araştırma sonrasında 0,8 µm dalga boyu civarında işletilen ve GaSa yarı iletken lazer kullanan ilk ticari ışıklifi iletişim cihazı geliştirildi. İlk nesil sistem 10 km’ye kadar aralıklı yineleyicilerle 45 Mbit/s değerinde işletildi. 22 Nisan 1977’de, General Telephone and Electronics 6 Mbit/s hızında ilk canlı telefon görüşmesini ışıklifi ile Long Beach, California boyunca gönderdi.
Dünyadaki ilk yaygın ışıklifi ağ sistemin Rediffusion tarafından İngiltere’de 1978 yılında kurulduğu öngörülüyor. Kablolar şehir boyunca kanallara yerleştirildi ve 1000’den fazla aboneye ulaştırıldı. Yerel yayın alma problemleri nedeniyle o zamanlarda televizyon kanallarının yayın iletimi için kullanıldılar. Şu anda ise sistem hâlen durmakta fakat kullanılmamaktadır.
1,3 µm ile işletilip InGaAsP yarı iletken laser kullanan ikinci nesil ışıklifi iletişim, 1980 yılında ticari amaçla kullanılmak üzere ilk kez geliştirildi. İlk sistemler başlangıçta çok modlu dağılımı nedeniyle sınırlandı. 1981’de tek modlu lif sistem, iletişim performansını geliştirmek üzere ortaya çıkarıldı fakat tek modlu lif ile çalışan kullanışlı birleştiricilerin geliştirilmesinin zor olduğun kanıtlandı. 1987’den itibaren bu sistemler 50 km yineleyici mesafeleriyle 1.7 Gbit/s hızında işletildiler.
Işıklifi kullanan okyanus ötesi ilk telefon kablosu TAT-8’di ve Desurvire lazer yükseltme teknolojisini esas alarak tasarlanmıştı.İlk kez 1988 yılında kullanılmaya başlandı.
Üçüncü nesil ışıklifi sistemler 1,55 µm ve 0,2 dB/km kayıpla işletildiler. Bu gelişme Indium galyum arsenit geliştirilmesinden ve Indium galyum arsenit fotodiyodunun Pearsall tarafından ilerletilmesinden sonra mümkün hâle gelebildi. Mühendisler klasik InGaAsP yarı iletken lazer kullanarak o dalga boyundaki yayılım ile önceki problemlerin üstesinden geldiler. Bilim adamları bu zorluğu 1,55 µm’de minimum dağılmaya sahip olacak şekilde tasarlanan ve parçalı dağılım lifleri kullanarak veya lazer spektrumunu bir tek uzunlamasına moda sınırlayarak aştılar. Bu gelişmeler üçüncü nesil sistemlerin yineleyici aralıklarının 100 km üzerine çıktığı ağlarda 2.5 Gbit/s hızında işletilmesine olanak tanıdı.
Dördüncü nesil ışıklifi iletişim sistemi yineleyici ihtiyacını azaltmak için optik yükselticileri, veri kapasitesini artırmak için ise dalgaboyu bölmeli çoklama yöntemi(wavelength-division multiplexing) kullanıldı. Bu gelişmeler 1992’de başladığından bu yana 2001’de 10 Tbit/s'a ulaşılmasıyla her 6 ayda bir sistem kapasitesini iki katına çıkardı. 2006 yılında optik yükselticiler kullanılarak 160 km’lik tek hat üzerinde 14 Tbit/s veri hızına ulaşıldı.
Beşinci nesil ışıklifi komünikasyonun gelişimi için, WDM sisteminin işleyebileceği dalga boyu aralığının genişletilmesine odaklanıldı. C bandı olarak da bilinen klasik dalga boyu penceresi 1.53-1.57 µm aralığını kaplıyor ve kuru lif bu aralığı 1.30-1.65 µm ile aşarak düşük kayba izin veriyor. Diğer gelişmeler optik çözümler konseptini içeriyor. Özel şekiller kullanarak doğrusal olmayan etki ile dağılma etkisini yok edip şekli koruyan sinyal gönderiyor.
90’ların sonundan 2000’lere doğru sanayi ilerleticileri ve KMI, RHK gibi bazı araştırma şirketleri, iletişim bant genişliği talebindeki büyük artışın İnternetin kullanılmasının artmasına ve çeşitli bant genişliklerinin video talebi gibi yoğun müşteri servislerince ticarileşmesine bağladılar. İnternet protokol veri trafiği üstel biçimde, Moore Yasası kapsamında entegre edilmiş devre kompleksliğinin arttığı orandan daha hızlı artıyordu. Nokta com balonunun iflas ettiği 2006 yılı boyunca sanayide yeni trend, firmaları sağlamlaştırma ve maliyeti azaltmak için üretimin yabancı ülkede yapılmasıydı. Verizon ve AT&T gibi şirketler yüksek işlem hacimli veriyi ve geniş bantlı hizmetleri müşteri evlerine iletmek için ışıklifi iletişimin avantajını kullandılar.
Teknoloji
Modern ışıklifi iletişim sistemleri genellikle elektrik sinyalini optik sinyale çevirip optik life göndermek için bir optik ileticiyi, yeraltı devrelerine ve binalara yönlendirilmiş çoklu ışıklifi yığınından oluşmuş bir kabloyu, birçok çeşit yükselticiyi ve sinyali elektrik sinyali olarak toplayan bir optik alıcıyı içerir. İletilen bilgi genellikle bilgisayarlar, telefon sistemleri ve kablolu televizyon şirketleri tarafından üretilen dijital bilgilerdir.
Vericiler
En yaygın kullanılan optik ileticiler led ve lazer diyotlar gibi yarı iletken cihazlardır. Led ve lazer diyotlarının arasındaki fark led eş evresiz ışık üretirken lazer diyodun eş evreli ışık üretmesidir. Optik iletişimlerde kullanım için yarı iletken optik ileticiler optimum dalga boyu aralığında işlerken ve yüksek frekanslarda direkt olarak yönlendirilirken; verimli, güvenilir ve kompakt olarak tasarlanmalıdır.
En basit formuyla led, elektriksel ışıldayış olarak da bilinen kendiliğinden salım aracılığıyla ışık saçan ileri önyargılı bir p-n eklem’dir. Yayılan ışık 30-60 nm gibi oldukça geniş spektrum aralığına sahip olan eş evresiz ışıktır. Led ışık transferi giriş gücünün yalnızca %1’i (veya 100 microwatt) kadar verimsizdir ve sonuç olarak ışıklifi içinde çiftlenilen ateşlenmiş güce dönüştürülür. Fakat basit tasarımları nedeniyle düşük maliyetli uygulamalar için çok kullanışlıdır.
İletişim ledleri genellikle InGaAsP (Indium galyum arsenit fosfat) veya GaAs’tan (galyum arsenit) yapılır. Çünkü InGaAsP ledler GaAs ledlere göre daha uzun dalga boylarında çalışabilirler (1.3 mikrometreye karşı 0.81-0.87 mikrometre) aynı zamanda eşdeğer enerji dalga boyu bazından 1.7 kat daha geniştir. Ledlerin büyük spektrum genişliği veri hız mesafesi ürününün sınırlayan (kullanışlılığı tipik ölçütü) daha yüksek lif dağılmasına maruz kalır. Ledler öncelikli olarak veri hızının 10-100 Mbit/s olduğu yerel ağ alanları ve birkaç km’lik iletim mesafeleri için uygundur. Aynı zamanda ledler günümüzde yerel alan WDM ağlarında kullanımda olan geniş spektrum üzerinde ışığı farklı dalga boylarında yayacak birkaç kuantum kaynağı kullanacak şekilde geliştirildi.
Günümüzde ledlerin yerine benzer fiyata geliştirilmiş hız, güç ve spektral özellikler sunan VCSEL cihazları geçti. Genel VCSEL cihazları kuyuyu çok modlu life birleştirir.
Yarı iletken bir lazer ışığı kendiliğinden salımdan ziyade yüksek çıkış gücü (100 mW) kadar eş evreli ışığın doğasıyla ilgili diğer faydalarıyla sonuçlanan uyarılmış salınım yoluyla yayar. Bir lazerin çıkışı tek modlu lifde yüksek çiftleme verimi (yaklaşık %50) sağlayan yöneltmelidir. Dar spektral genişlik aynı zamanda yüksek veri hızlarına izin verir çünkü renksel dağılım etkisini azaltır. Üstelik yarı iletken lazerler kısa rekombinasyon zamanları nedeniyle yüksek frekanslarda yönlendirilebilirler.
Işıklifinde sıklıkla kullanılan yarı iletken lazer iletici sınıfı VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), Fabry–Perot ve DFB’yi içerir.
Lazer diyotları sıklıkla ışık çıkışının bir devre tarafından cihaza direkt olarak uygulanan direkt yönlendirmeli şeklinde olurlar. Yüksek veri hızları veya uzun mesafeli hatlar için, lazer kaynağı devamlı dalga şeklinde veya elektro emilim modülatörü veya Mach–Zehnder girişimölçer gibi dış cihazlardan yönlendirilen ışık tarafından işletilebilir. Dış yönlendirme, doğrudan yönlendirilen lazerlerde hat genişliğini genişleten, lifin kromatik saçılmasını artıran lazer cıvıldamasını yok ederek katedilebilir hat mesafesini artırır.
Transceiver tek birleştirmede hem alıcıyı hem vericiyi içeren cihazdır.
Alıcılar
Optik alıcının ana bileşeni fotoelektrik etkisini kullanarak ışığı elektriğe dönüştüren foto detektördür. Telekomünikasyon için öncelikli fotodedektörler Indium galyum arsenitden yapılır. Foto detektör genellikle yarı iletken bazlı foto diyottur. Birkaç çeşit foto diyotlar p-n fotodiyotlar, p-i-n fotodiyotlar, ve avalanche fotodiyolar içerir. Metal- yarı iletken- metal foto detektörler rejenerator’lardaki devre entegrasyonu ve dalga boyu bölmeli çoklamaya uygunluğu nedeniyle kullanılır.
Optik-elektrik dönüştürücüler, kanal boyunca hareket ederken etki zayıflamasına veya bozulmaya maruz kalabilen gelen optik sinyalden elektrik alanı içinde dijital sinyal üretmek için transimpedance yükselteç ve bir sınırlayıcı yükseltici tarafından çiftlenirler. Saat sinyali yenileme gibi kilitli faz döngüsü tarafından yapılan ileri düzeyde işlemler veri geçmeden önce de uygulanabilir.
Lif kablo çeşitleri
Bir ışıklifi çekirdek, kılıf ve tam içsek yansıma metoduyla kılıfın çekirdek boyunca ışığa kılavuzluk ettiği tampon bölgesinden oluşur. Çekirdek ve kılıf plastikten yapılabileceği gibi genellikle yüksek kalite silika camdan yapılır. İki ışıklifini birleştirme işlemi füzyon birleştirme veya mekanik birleştirmeyle yapılır ve lif çekirdeklerini birleştirmek için gereken mikroskobik hassas hizalama nedeniyle özel yetenek ve birbirine bağlama teknolojisi gerektirir.
Optik komünikasyonda kullanılan ışıklifinin iki çeşidi tek modlu ve çok modlu liftir. Çok modlu lifler daha az hassas ve daha ucuz alıcı ve vericileri aynı şekilde daha ucuz birleştiricilere bağlanmasına izin veren daha büyük bir çekirdeğe (50 mikrometreden büyük) sahiptir. Fakat çok modlu lif hattın bant aralığını ve uzunluğunu sınırlayan multimode distortion yaratır. Üstelik içeriklerindeki yüksek dopingli madde nedeniyle genellikle daha pahalı olup daha fazla etki zayıflaması gösterirler. Tek modlu lifin çekirdeği daha küçüktür (10 mikrometreden küçük) ve daha pahalı bileşen ve birleştirme metodu gerektirir, fakat çok uzun ve yüksek performanslı hatlarda çalışır.
Lifi ticari olarak uygulanabilen bir ürün hâline getirebilmek için kızılötesi kullanılarak koruyucu mantolaması yapılır, ışıkla kürlenmiş acrylate polymers, daha sonra ışıklifi birleştiriciyle sonlandırılır ve kabloya birleştirilir. Bu işlemden sonra zemine serilebilir, binanın duvarlarında işletilebilir veya bakır tellerde olduğu gibi havada yayılabilir. Yayıldıklarında bu lifler klasik bükülmüş tel çiftlerine göre daha az bakım gerektirirler.
Transatlantik iletişim kabloları gibi özelleşmiş kablolar deniz altı veri iletimi için kullanılır. Ticari girişimciler (Emerald Atlantis, Hibernia Atlantic) tarafından işletilen yeni (2011-2013) kablolar genellikle dört köşeli lifden oluşur ve Atlantik’i (New York-Londra) 60-70 ms içinde geçerler. 2011’de bu gibi kabloların her birin maliyeti yaklaşık 300M$’dır. (kaynak: The Chronicle Herald.)
Bir diğer yaygın uygulama ışıklifi iplerinin uzun mesafeli güç iletim kabloların içinde demetlemektir. Bu durum güç iletiminin geçiş üstünlüğünü verimli bir şekilde sömürür, bir şirketin kendi cihaz ve hatlarını gözlemlemesi için gereken lif kontrolünü garantiye alır, sıkıştırılmaya karşı dayanıklı olur ve akıllı ağ teknolojisinin yayılmasını kolaylaştırır.
Yükselticiler
Işıklifi iletişimin iletim mesafesi lifin etki zayıflaması ve bozulması tarafından genellikle sınırlanır. Optoelektronik yineleyiciler kullanılarak bu problem yok edilir. Bu yineleyiciler sinyali elektrik sinyaline dönüştürür ve daha sonra sinyali öncekinden daha şiddetli gönderebilmek için bir verici kullanır. Modern dalgaboyu bölmeli çoklanmış sinyallerin (her 20 km’de bir kurulması gereği gerçeğiyle) karmaşıklığı nedeniyle bu yineleyicilerin maliyeti çok yüksektir.
Alternatif bir yaklaşım optik sinyali elektrik alan sinyaline dönüştürmeye gerek kalmadan doğrudan yükselten optik yükseltici kullanmaktır. Lifin bir kısmını nadir toprak elementlerinden olan erbiyumla dopinglemek ve iletişim sinyalinden daha kısa dalga boylu bir lazerden ışığa pompalamakla gerçekleştirilir. Yeni kurulumlarda yükselticiler büyük oranda yenileyicilerle değiştirildi.
Dalgaboyu bölmeli çoklama
Dalgaboyu bölmeli çoklama her kanalın ışık dalga boyuna gittiği paralel kanallarla fiber optiğin mevcut kapasitesini çoğaltma yöntemidir. Bu verici ekipmanındaki bir dalgaboyu bölmeli çoklayıcı ve alıcı ekipmanındaki bir antiçoklayıcı'yı gerektirir. DBÇ’daki çoğullama ve çoğullama çözme işlemleri için genellikle Arrayed waveguide gratings kullanılır. Piyasada bulunan DBÇ teknolojisini kullanarak 1.6 Tbit/s’lik birleştirilmiş veri hızı aralığını destklemek için lif bant genişliği 160 kanala kadar bölünebilir.
Parametreler
Bant genişliği-uzaklık
Saçılma efektinin lifin uzunluğuyla artması nedeniyle lif iletim sistemi genellikle MHz・km birimiyle ifade edilen bant genişliği-mesafe ürünüyle nitelendirilir. Bu değer bant genişliğiyle mesafenin çarpımıdır çünkü sinyalin bant genişliği ve taşınabileceği mesafe arasında değiş tokuş vardır. Mesela, bant genişliği-mesafe çarpımı 500 MHz/km olan sıradan çok modlu bir lif 1 km için 50 MHz sinyal taşır ya da 1000 MHz sinyali 0,5 km’de taşır.
Mühendislik ışıklifi komünikasyonu geliştirmek için güncel kısıtlamalara bakmaktadırlar ve günümüzde bu kısıtlamaların birçoğu araştırılmaktadır.
Kayıtlı hızlar
Her lif, her biri ışığın farklı dalga boyunu kullanan birçok bağımsız kanal taşıyabilir. Lif başına net veri oranı FEC overhead tarafından azaltılan kanal başına düşen veri oranının kanal sayısıyla çarpılmasıdır. Elektrik kablolarının fiziksel limitleri saniyede 10 Gbit’i aşan hızları önlerken ışıkliflerinin fiziksel limitlerine henüz ulaşılamamıştır.
2013 yılında New Scientist, Southampton Üniversitesi’nden bir takımın boşluklu çekirdekli fotonik kristal lif üzerinde ışığın %99.7 hızıyla ilerleyen saniyede 73,7 Tbit’lik veri aktarımını başardıklarını rapor etti.
| Yıl | Kuruluş | Etkin hız | WDM kanalları | Kanal başına hız | Mesafe |
|---|---|---|---|---|---|
| 2009 | Alcatel-Lucent[1] | 15 Tbit/s | 155 | 100 Gbit/s | 90 km |
| 2010 | NTT[2] | 69.1 Tbit/s | 432 | 171 Gbit/s | 240 km |
| 2011 | KIT[3] | 26 Tbit/s | 1 | 26 Tbit/s | 50 km |
| 2011 | NEC[4] | 101 Tbit/s | 370 | 273 Gbit/s | 165 km |
| 2012 | NEC, Corning[5] | 1.05 Petabit/s | 12 core fiber | 52.4 km | |
Dağılım
Modern cam ışıklifi için maksimum iletim mesafesi doğrudan malzeme emişinden ziyade birçok çeşit saçılma veya optik sinyallerin lif boyunca ilerlerken yayılmasıyla kısıtlanır. Işıklifindeki saçılma birçok çeşitli faktörden kaynaklanır. Farklı çapraz modların farklı eksenel hızlarından kaynaklanan Intermodal dispersion çok modlu fiberin performansını kısıtlar. Çünkü tek modlu fiber sadece tek transverse mode destekler, böylece Intermodal dispersion yok edilir.
Tek modlu lifde performans, öncelikli olarak ışığın dalga boyuna bağlı olarak camın indisinin hafifçe değişmesi nedeniyle meydana gelen kromatik saçılım ve sıfırdan farklı spektrum genişliğine sahip olma şartı bulunan gerçek optik vericiden gelen ışık tarafından kısıtlanır. Polarizasyon mod dağılımı, kısıtlamanın diğer kaynağı, meydana gelir çünkü tek modlu fiber yalnızca bir transverse mode sürdürmesine rağmen bu modu iki farklı polarizasyonla taşır ve lifdeki küçük kusur ve bozukluklar iki polarizasyon için ilerleme hızını değiştirebilir. Bu olaya fiber birefringence adı verilir ve ışıklifinin polarizasyon korumasıyla bu durumun etkisi yok edilebilir. Saçılma, lifin bant genişliğini sınırlar çünkü yayılan optik sinyal, sinyallerin lif üzerinde birbirini izleme oranını sınırlar ve alıcı tarafından hâlâ fark edilebilir durumdadır.
Kromatik saçılma başta olmak üzere bazı saçılmalar dağılma kompansatörü tarafından yok edilebilir. Bu, saçılımı verici lif tarafından uyarılmış lifin saçılımına zıt olan özel hazırlanmış lif uzunluğu kullanılarak yapılır; bu sinyali keskinleştirir, böylece elektronik tarafından doğru bir biçimde deşifre edilebilir.
Güç kayıpları
Yükseltici sistemi gerekli kılan lif etki zayıflaması malzeme emişi, Rayleigh d, Mie saçılım ve bağlantı kaybı kombinasyonundan kaynaklanır. Saf silikanın madde emişinin yalnızca 0,03 dB/km olmasına rağmen orijinal ışıklifindeki kusurlar etki zayıflamasının 1000 dB/km civarında olmasına neden olur. Etki zayıflamasının diğer şekilleri life doğru fiziksel basınç, yoğunluktaki mikroskobik dalgalanmalar ve iyi olmayan birleştirme tekniklerindne kaynaklanır.
İletim pencereleri
Etki zayıflamasına ve saçılmaya katkıda bulun her etki optik dalga boyuna bağlıdır. Bu etkilerin en zayıf olduğu dalga boyu bantları (pencere) iletim için en yararlısıdır. Bu dalga boyları standartlaştırıldı ve günümüzde tanımlanan bantlar şunlardır: (Tablo) Not: Bu tablo orijinalinde ayrık olan 2. Ve 3. Dalga boyu bantlarının günümüz teknolojisi tarafından birleştirilmesini göstermektedir.
| Bant | Tanım | Dalga boyu oranı |
|---|---|---|
| O bandı | orijinal | 1260 - 1360 nm |
| E bandı | genişletilmiş | 1360 - 1460 nm |
| S bandı | kısa dalga boyları | 1460 - 1530 nm |
| C bandı | geleneksel ("erbium window") | 1530 - 1565 nm |
| L bandı | uzun dalgaboyları | 1565 - 1625 nm |
| U bandı | ultrauzun dalga boyları | 1625 - 1675 nm |
Tarihsel olarak, birinci pencere adı verilen, 800-900 nm arasında, O bandının aşağısında bir pencere vardı, fakat kayıpların yüksek olması nedeniyle bu bölge öncelikli olarak kısa mesafe iletişim için kullanılır. Günümüzdeki daha düşük pencereler (O ve E) 1300 nm civarındadır ve kayıpları daha düşüktür. Bu bölgede saçılma olmaz. Orta pencereler (S ve C) 1500 nm civarındadır ve en yaygın kullanılandır. Bu bölge etki zayıflamasının en az olduğu bölgedir ve en uzun mesafeye ulaşmayı başarır. Biraz saçılma gösterebilir bu nedenle, bu saçılmaları yok etmek için saçılma düzenleyici cihazlar kullanılır.
Yenileme
Bir iletişim hattının hâlihazırdaki ışıklifi teknolojisinin yapabileceğinden daha uzun mesafe kapsaması gerektiğinde, yineleyiciler tarafından orta noktalarda sinyal tekrar üretilmelidir. Yineleyiciler komünikasyon sisteminin maliyetini oldukça artırırlar, bu nedenle sistem tasarımcıları yineleyicileri minimum ölçüde kullanmaya çalışır.
Lif ve optik komünikasyon teknolojisindeki yeni gelişmeler sinyal azalmasını, optik sinyallerin tekrar üretiminin yalnızca yüz kilometrelik mesafelerden fazla olan mesafelerde gerektirecek kadar azaltmıştır. Bu durum optik ağ işleminin maliyetini azaltmıştır, özellikle deniz altı kapsamalarında yineleyicilerin fiyat ve güvenirliliği tüm kablo sisteminin performansını belirleyen anahtar faktördür. Bu performans artırıcılarına katkıda bulunan ana faktörler doğrusalsızlığa karşı saçılma efektini dengelemeye çalışan saçılma yönetimi ve uzun mesafelerdeki saçılmasız ilerlemeye olanak tanımak için lifdeki doğrusal olmayan etkileri kullanan solitons’dır.
Son mesafe (last mile)
Işıklifi sistemler yüksek bant genişlikli uygulamalarda sivrilmesine rağmen fiber to the premises amacına ulaşamamış ve last mile problemini çözememiştir. Fakat, bant genişliği talebi yükseldikçe bu amaca yönelik birçok ilerleme gözlemlenebilir. Mesela Japonya’da, EPON geniş bantlı İnternet kaynağı olarak DSL’in yerini almıştır. Güney Kore’nin KT’si FTTH isminde abonenin evine ışıklifi ileten bir servis sağlar. Eve ışıklifi dağıtımın en yüksek olduğu yerler Japonya, Çin ve Güney Kore’dir. Singapur, OpenNet tarafından kurulup 2012 yılında bitmesi planlanan her yeri lifle kaplama projesine başlamıştır. Servisleri 2010 Kasım’ından beri açtıkları için Singapur’daki ağ kapsaması ülke genelinde %60’a ulaşmıştır.
Amerika’da Verizon Communications, bölgesindeki yüksek ARPU’ları (kullanıcı başına düşen hasılat) seçmek amacıyla FiOS adında her konuta ışıklifi bağlatı sağlar. ILEC ve AT&T, lifi çift bükümlü telle ağa taşıyan U-Verse servisini kullanır. MSO rakipleri HFC kullanarak koaksiyonel FTTN (fiber to the net) işletir. Tüm ana erişim ağları lifi, servis sağlayıcısının ağından müşteriye olan toptan mesafe için kullanır.
Dünya çapındaki baskın erişim ağı EPON’dur. Avrupa’da, Ameridaki telekomünikasyonların arasında, BPON ve GPON, FSAN (ful servis erişim ağı) ve ITU-T gibi kontrolleri altında olan organizasyonlarda kökleşmiştir.
Elektrik iletimi ile karşılaştırması
Özel bir sistem için ışıklifi ve bakır tel seçimi değiş tokuş sayısına göre yapılır. Yüksek bant genişliği gerektiren ve uzun mesafeleri kapsayan sistemler için ışıklifi elektrik kablolarına göre tercih edilir. Lifin temel faydaları olağanüstü az kaybı (yükseltici/yineleyici arasındaki uzun mesafelere olanak tanıma), zemin akımı, diğer parazit sinyaller ve uzun, paralel elektrik iletkenlerine mahsus güç problemlerinden (iletim için elektrik yerine ışığın güvenilirliği ve ışıklifinin dielektrik doğası nedeniyle) yoksun olması ve doğal olarak yüksek veri taşıma kapasitesidir. Binlerce elektrik hattı tek bir yüksek bant genişlikli lif kabloyla değiştirilmeyi gerektirebilir. Lifin diğer bir faydası elektrik ileten hatların aksine, uzun mesafelerde birbirlerinin yanı sıra yerleştirildiklerinde bile ses karışması göstermemeleridir. Liflerin kamu hatları, güç hatları ve demiryolu rayları gibi yüksek elektromanyetik engel içeren alanlara da kurulabilir. Ametal tüm dielektrik kabloları da yüksek yıldırım çarpma olasılığı olan alanlar için idealdir.
Tek hatlı sisteme kıyasla birkaç kilometreden uzun voice grade bakır sistemleri tatmin edici performans için hat içinde sinyal yineleyicilerine ihtiyaç duyabilir; optik sistemler için aktif veya pasif işlem olmadan 100 km. ilerlemek olağandışı değildir. Tek modlu kablolar genellikle uzun kablo akışındaki birleştirme sayısını minimize eden 12 km. uzunlukta olurlar. Endüstriyel standartlar 2 kilometrelik kırılmamış kablo akışlarını zorunlu kılsa da 4 kilometre uzunluktaki çok modlu lifler mevcuttur.
Kısa mesafelerde ve düşük bant genişlikli uygulamalarda elektrik kabloları genellikle şu özellikleri nedeniyle tercih edilir:
Büyük miktarlar gerekmedikçe daha az malzeme fiyat
Alıcıların ve vericilerin ucuzluğu
Sinyaller kadar elektriksel gücü de taşıma kapasitesi (gereğine uygun şekilde tasarlanan kablolarda)
Lineer modda transdüser işletmenin kolaylığı.
Işıkliflerinin birleştirilmesi elektrik kablolarına göre daha zor ve pahalıdır. Yüksek güçlerde ışıklifleri lif çekirdeğinin feci bir şekilde tahrip olmasıyla ve iletim bileşenlerinin hasarlanmasıyla sonuçlanan lif kaynamasına karşı hassaslaşırlar.
Elektrik iletimin yararları nedeniyle optik komünikasyon kısa box-to-box, backplane, veya chip-to-chip uygulamalarda yaygın değildir, fakat bu ölçeklerdeki optik sistemler laboratuvarlarda gösterilmiştir.
Bazı durumlarda lif şu özellikleri nedeniyle kısa mesafe ve düşük bant genişlikli uygulamalarda bile kullanılırlar:
• Nükleer elektromanyetik sinyal (lifin alfa ve beta ışımalarından hasar alabilmesine rağmen) dâhil elektromanyetik engellere karşı dayanıklı olmaları.
• Yüksek voltajlı ekipmanlarda veya potansiyel farkın bulunduğu alanlarda kullanılmasını güvenli kılan yüksek elektrik direnci.
• Daha hafif ağırlık- özellikle uçaklarda.
• Kıvılcım çıkarmaması- alev alıcı ve patlayıcı gaz içeren ortamlarda önemlidir.
• Elektromanyetik ışıma yapmaması- sinyali bozmadan tıkanmasınız zor olması, yüksek güvenlikli yerlerde önemlidir.
• Daha küçük kablo boyutu- Mevcut binadaki ağ işlemi gibi kablo yolunun sınırlı olduğu daha küçük kablo kanallarının açılıp mevcut kanal boşluklarıyla alan tasarrufu yapılan yerlerde önemlidir.
• Ametal iletim ortamı nedeniyle korozyona karşı dirençli olması.
Işıklifi kablolar, optik kabloların küçük boyutu, sınırlı çekme kapasitesi ve bükülme yarıçapları nedeniyle bazı modifikasyonlarla bakır ve ortak eksenli kabloların kurulumu için kullanılan aletlerle kurulabilirler. Optik kablolar genellikle 6000 metre veya kanal sisteminin durumuna, planına ve kurulma tekniğine göre daha fazla mesafe kapsayacak şekilde kurulabilirler. Daha uzun kablolar gerektiğinde ortadaki bir noktadan sarmalanıp kablo sisteminin içine çekilebilir.
Ülke standartları
Birçok üreticinin ışıklifi komünikasyona uygun bir biçimde çalışan bileşenler geliştirebilmesi için birkaç standart geliştirildi. Uluslararası Telekomünikasyon Birliği liflerin özellik ve performansıyla ilgili şunları da içeren birkaç standart yayımladı:
ITU-T G.651 “50/125 µm multimode graded index optical fibre cable özellikleri”
ITU-T G.652, “Tek modlu fiber optik kablo özellikleri”
Diğer standartlar uygun sistemlerde kullanılacak olan lif, alıcı ve verici performans ölçütlerini belirtir. Bu standartların bazıları şunlardır:
• 100 Gigabit Ethernet
• 10 Gigabit Ethernet
• Fibre Channel
• Gigabit Ethernet
• HIPPI
• Synchronous Digital Hierarchy
• Synchronous Optical Networking
• Optical Transport Network (OTN)
TOSLINK, dijital kaynakları dijital alıcılara bağlamak için plastik ışıkfiberi kullanan dijital ses formatının en yaygın olanıdır.
Kaynakça
- "Alcatel-Lucent Bell Labs announces new optical transmission record and breaks 100 Petabit per second kilometer barrier" (Basın açıklaması). Alcatel-Lucent. 28 Ekim 2009.
- "World Record 69-Terabit Capacity for Optical Transmission over a Single Optical Fiber" (Basın açıklaması). NTT. 25 Mart 2010. Erişim tarihi: 3 Nisan 2010.
- "Laser puts record data rate through fibre". BBC. 22 Mayıs 2011. 26 Eylül 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 31 Ocak 2014.
- "Ultrafast fibre optics set new speed record". New Scientist. 29 Nisan 2011. 10 Haziran 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Şubat 2012.
- "NEC and Corning achieve petabit optical transmission". Optics.org. 22 Ocak 2013. 24 Mayıs 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Ocak 2013.