Fiber Optik Kablo İçerisinde Işığın Yayılması

Bir önceki yazımızda fiber optik kablo nedir ve hangi maddeden yapıldığını özet şeklinde anlatmaya çalıştık. Bu yazımızda ise ışık sinyalinin fiberin içerisinde nasıl ilerlediğini ve bu ilerleme sürecinin nelere bağlı olduğunu aktarmaya çalışacağız. En son kısımda ise bu yazıda aktarılan bilgilerin, en önemli organlarımızdan olan “GÖZ” ile ilişkisinden bahsedeceğiz. Bu yüzden lütfen yazıyı sonuna kadar okuyarak kendimizce konunun yorumlamasını yapalım.

Öncelikle şunu belirtmek gerekir ki ışık fiber optik kablonun içerisinde, temeli Snell yasası olarak bilinen yasaya dayanan TIR (Total internal reflection) yani “Tam Yansıma” prensibine dayalı olarak ilerler. Şöyle ki, ışık fiberin içerisine giriş yaptıktan sonra eğer gerekli şartlar yerine getirilmişse ışık karşılıklı yerleştirilmiş iki aynadan yansıyormuşcasına fiberin içinde hareket eder. Işığın ilerleyeceği yol fiber tarafından belirlendiği ve ışık bu yolun dışına çıkmayacağı için bu tarz dalgalara ‘kılavuzlanmış (veya guided)’ dalgalar denilmektedir. Öte yandan, ilerleyeceği yön tam olarak belli olmayan veya ilerlemesi için net bir yol gösterilmeyen dalgalar ise kılavuzlanmamış dalgalar olarak bilinmektedir.

TIR adını verdiğimiz bu prensip temelde iki çok önemli noktaya dayanır. Birincisi fiberin çekirdek ve iç kılıf kırıcılık indisleri, ikincisi ise bu indislere bağlı olarak hesaplanan “kritik açı” değeri.

Fizik derslerinden hatırlayacağımız üzere, bir ışın parçası belli bir açı ile geldiğinde (kritik açının üzerindeki açılarla geldiğinde) çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçemez ve bu yoğun olan ortamın içerisinde hapsolur. Bu bağlamda, bizim istediğimiz ışığın fiberin dışına sızmasını engelleyip, ışığı minimum kayıpla iletmek olduğuna göre fiber çekirdeğinin kırıcılık indisinin, iç kılıf kırıcılık indisinden mümkün olduğunca büyük olması gerekmekte. Ayrıca ışını fiberin içerisine doğru açı ile göndermek gerekir ki ışın tam yansıma yaparak fiberin içerisinde ilerleyebilsin.

Günümüz teknolojisinde çeşitli yöntemler kullanılarak fiber çekirdeğinin ve iç kılıfının içerisine çok yoğun ve az yoğun olan elementler katkılanarak, çekirdek/iç kılıf arayüzünde mümkün olduğunca fazla yoğunluk farkı oluşturup sinyalin hapsolmasını sağlamak mümkün. Bu noktada, Snell yasasına dayalı olarak geliştirilen kritik açı hesaplamasının formülasyonu aşağıda verildiği gibidir.

n_i • sine(θ_i) = n_r • sine (θ_r)
n_i • sine(θ_critical) = n_r • sine(90 degrees)
n_i • sine(θ_critical) = n_r
sine(θ_critical) = n_r/n_i
θ_critical= sine^-1 (n_r/n_i) = sine^-1(n_r/n_i)

Bu formülde;

• θ_critical: Kritik açı
• n_i : 1. Ortamın kırıcılık indisi
• n_r: 2. Ortamın kırıcılık indisi

Bu şartlar sağlandığında, yani fiber çekirdeğinin kırıcılık indisi iç kılıfın kırıcılık indisinden büyük olduğunda ve ışın fiberin içerisine yukarıda formülasyonu verilen kritik açıdan daha büyük bir açısal değer ile giriş yaptığında, adeta birbirine paralel olarak yerleştirilmiş iki aynadan sürekli yansıyan bir görüntü gibi, çekirdeğin iç çeperlerinde yansımalar yaparak ilerlemeye devam edecektir.

Öte yandan şunu belirtmekte fayda var ki; günümüzde fiberin birçok çeşidi bulunmakta ve bu çeşitlere bağlı olarak fiberin fiziksel yapısı da değişiklik göstermekte. Fakat temel olarak ışığın fiberin içerisinde ilerleme serüveni yukarıda aktarılan tam yansıma prensibine dayalıdır ve bu yüzden fiberin fiziksel yapısı her ne kadar değişkenlik gösterirse göstersin, fiberin içerisine katkılanacak maddelerin ve ışığın fiberin içerisine girdiği açının önemi çok büyüktür.

Asıl önemli olan noktaya gelecek olursak; yukarıda aktarıldığı üzere, bir parça ışını fiberin içerisine almak, fiberin içerisine hapsedip iletmek ve son olarak iletilmesi gereken noktaya uygun bir biçimde aktarmak için ciltler dolusu kitaplar yazılmış, yasalar geliştirilmiş, formülasyonlar üretilmiştir. Bu kadar çabaya rağmen hala içerisinde nasıl olduğunu anlayamadığımız, bilgimizin yetmediği ve aksiyom olarak kalmış birçok detay bulunmakta. Biz sıradan bir ışığı bir noktadan başka bir noktaya taşımakta bu kadar zorlanırken ve her zaman başarılı olamazken, her bir ışık parçasını canımızı acıtmadan kabul eden ve fiberden defalarca kat daha ince olan nöron ve damarlardan geçirerek, minimal kayıplarla (veya hiç kayıp olmadan) beynimize iletebilen yapıya hiç hayran olduk mu? Olmadı isek veya konunun bu boyutunu hiç düşünmediysek daha fazla geç kalmadan düşünmemiz gerekmekte.

Çünkü ben şahsi olarak şuna inanıyorum; insan oğlunun “icat” olarak nitelendirdiği herşey evrenin bir noktasında canlı ve kanlı olarak zaten bulunuyor ( Örneğin gözümüz bir fiber kablo gibi ışığı mükemmel bir hızla ve minimal kayıpla iletebiliyor). Biz ise evrende bulunan bu icatları yalnızca keşfediyoruz, icat etmiyoruz. O yüzden, eğer biri “ben bunu icat ettim” diyorsa emin olun ki; o kişinin buluşunu yaptığı şey milyarlarca yıl önce evrenin bir köşesine yerleştirilmiş fakat buluş yapan kişi o icad ile buluşmamış veya farkına varamamıştır. Peki, kimine göre pek de inandırıcı gelmeyen bu teoriyi fizikle nasıl ilişkilendirebiliriz?

Çift yarık deneyinin insan hayatındaki yeri isimli yazımızda belirttiğimiz gibi, evren üzerindeki her varlığın birbirinden haberi var ve her varlık aslında bir şekilde etkileşim içerisinde. Bu açıdan baktığınızda, buluş yapan kişi bir şekilde, bir noktada, evrende hali hazırda bulunan icatın enerjisi ile buluşmuş olamaz mı? Örneğin, Nikola Tesla‘nın ürettiği AC Motorun projesinin bir seyahati sırasında zihnine aniden geldiğini ve unutmamak için motorun çizimini bir sopa yardımıyla yere yaptığını biliyoruz. Ya da uçak yapma fikrinin kuşlar ile yakından ilgilenen ve hareket prensiplerini merak eden bir kişi tarafından ortaya atıldığını. Yani bu kişi kuş ile etkileşim kurmuş ve ortaya çıkan enerji bir biçimde bu kişinin aklına fikir olarak yansıtılmıştır. Peki sizce de biz icat değil de varlığı mevcut olan sistemleri gün yüzüne çıkartmıyor muyuz?