11. SınıfFizik
Fizik · 11. Sınıf · Optik İletişim
Fiber Optik konusu, fizik dersinin programında yer alan temel başlıklardan biridir. Bu bölümde konunun kavramsal çerçevesi kurulur, ön bilgiye dayalı basit bir örnek çözülür, ardından ileri düzeyde adım adım çözümlere geçilir.
Fiber optik, ince cam liflerin içinden ışığı zıplatarak binlerce kilometre uzağa taşıma yöntemidir. Bugün telefon, internet ve veri iletimi büyük ölçüde bu yönteme dayanır. Bu konunun amacı, çalışma ilkesini anlamak ve tasarım ölçütlerini hesaplayabilmektir.
Lifin neden bu kadar ince olabildiğini ve ışığın neden dışarı çıkmadığını anlamak, optik lifin diğer bütün özelliklerini de açıklar. Anahtar kavram tam iç yansımadır.
Işık, kırılma indisinin büyük olduğu ortamdan küçük olduğu ortama, belirli bir açıdan büyük açılarla geçirildiğinde sınırdan geçemez ve tamamen yansır. Bu olaya tam iç yansıma denir. Sınırı belirleyen açıya kritik açı adı verilir.
Kritik açının sinüsü, geçiş yapılan iki ortamın kırılma indislerinin oranına eşittir. Camın kırılma indisinin yaklaşık 1,5 ve havanınki yaklaşık 1 olduğu düşünülürse, camdan havaya geçişte kritik açı yaklaşık 42 derece bulunur.
Saydam maddelerin kırılma indisleri arasındaki fark küçük de olsa tam iç yansımayı sağlamaya yeterlidir. Optik lif tasarımında bu nedenle çekirdek ve kabuk maddeleri birbirine çok yakın değerlerde seçilir.
Çekirdek indisi 1,5 olan ve dışı hava ile çevrili bir cam lif düşünülsün. Işık, lifin içinden dışarıya doğru gönderildiğinde tam iç yansıma koşulunu sağlamak için hangi açıdan büyük gönderilmemelidir?
Kritik açının sinüsü, havanın kırılma indisinin camın kırılma indisine bölünmesiyle bulunur. Bu bölmenin sonucu yaklaşık 0,667 çıkar ve kritik açı yaklaşık 42 derece olur. Bu açıdan büyük gönderilen ışık dışarı çıkar.
Çekirdek indisi 1,5 ve kabuk indisi 1,4 olan bir basamak indeksli lif için kabul açısı hesaplanabilir. Kabul açısının sinüsü, çekirdek indisinin karesinden kabuk indisinin karesinin çıkarılmasıyla elde edilen değerin kareköküdür.
Bu örnekte kareler arasındaki fark 0,29 bulunur ve karekökü alındığında kabul açısının sinüsü yaklaşık 0,54 olur. Kabul açısı büyük olduğu için lifin eğilmesine bağlı kayıplar az olur ve veri daha geniş açıyla gönderilebilir.
| Özellik | Çekirdek | Kabuk | Dış kılıf |
|---|---|---|---|
| Görev | Işığı yönlendiren iç bölge | Işığı içeride tutan tabaka | Lifi koruyan dış koruma |
| Kırılma indeksi | Daha büyük değerde | Daha küçük değerde | Önemsizdir |
| Işık davranışı | Işık bu bölgede ilerler | Sınırdan tam yansıma gerçekleşir | Işık buraya ulaşmaz |
| Malzeme | Yüksek kırılma indisli cam | Düşük kırılma indisli cam | Jel, plastik veya macun |
| Kritik açıya etkisi | Büyük | Küçük | Etkilemez |
| Özellik | Basamak indeksli lif | Kırılma indisinde lif | Tek modlu lif |
|---|---|---|---|
| Kırılma indisi | Çekirdek ile kabuk arasında sıçrama yapar | Sürekli olarak azalır | Basamak indekslidir |
| Işık yolu | Zigzag (basamak) biçimindedir | Düz çizgiye yakındır | Yalnızca tek yol izler |
| Iletim modu | Çok modludur | Çok modludur | Tek modludur |
| Kabul açısı | Geniştir | Geniştir | Dardır |
| Bant genişliği | Geniştir | Geniştir | Dardtır |
Optik lifte ışığın kırılarak ilerlediğini düşmek yanlıştır, ışık sürekli yansıyarak ilerler
Kabuk indisinin çekirdek indisinden büyük olduğunu varsaymak tam iç yansımayı engeller
Kritik açıyı 90 derece kabul etmek hatalıdır, açı daima 90 dereceden küçüktür
Kabul açısı hesabında karekök içindeki değerin negatif çıkabileceğini görmezden gelmek yanlıştır
Optik lifin iletken tel gibi akım taşıdığını sanmak yanlıştır, lif yalnızca ışık iletir
Özet: Optik lif çekirdek ve kabuk olmak üzere iki katmandan oluşur ve çekirdek indisinin kabuk indisinden büyük olması zorunludur. Işık, gelme açısı kritik açıdan küçük olduğu sürece sınırdan tamamen yansır ve lif içinde zıplar. Kritik açı için sin eşitliği kullanılır, kabul açısı ise karekök ifadesiyle bulunur. Kendini dene: (1) Çekirdek indisi 1,5 ve kabuk indisi 1,4 olan bir lifin kabul açısının sinüsü kaçtır? (2) Camdan havaya geçişte kritik açının sinüsü nedir? (3) Optik lifte ışık kırılır mı yansır mı?
Fiber optik, ince cam liflerin içinden ışığı zıplatarak binlerce kilometre uzağa taşıma yöntemidir. Bugün telefon, internet ve veri iletimi büyük ölçüde bu yönteme dayanır. Bu konunun amacı, çalışma ilkesini anlamak ve tasarım ölçütlerini hesaplayabilmektir.
Fiber Optik konusu, fizik dersinin programında yer alan temel başlıklardan biridir. Bu bölümde konunun kavramsal çerçevesi kurulur, ön bilgiye dayalı basit bir örnek çözülür, ardından ileri düzeyde adım adım çözümlere geçilir. Fiber optik, ince cam liflerin içinden ışığı zıplatarak binlerce kilometre uzağa taşıma…
Optik lifte ışık kırılmaz, sürekli yansıyarak ilerler ve bu sayede merkezden ışık kaybı olmaz
Hata: Optik lifte ışığın kırılarak ilerlediğini düşmek yanlıştır, ışık sürekli yansıyarak ilerler Hata: Kabuk indisinin çekirdek indisinden büyük olduğunu varsaymak tam iç yansımayı engeller
tam iç yansıma koşulu: n₁ > n₂ ve açı kritik açıdan küçük olmalıdır · kritik açı: sin θₛ = n₂ / n₁ (dış ortamın indisinin iç ortamın indisine oranı) · Snell yasası: n₁ · sin θ₁ = n₂ · sin θ₂ · kabul açısı (sayısal açı): sin θₘ = √(n₁² − n₂²)
Optik lifin merkezinde bulunan ve kırılma indisinin daha büyük olduğu bölgeye ne denir?
Doğru cevap: A) Çekirdek
Işığı yönlendiren iç bölgeye çekirdek denir. Kırılma indisi kabuğunkinden büyük olduğu için ışık bu bölgede tutulur.
Tam iç yansımanın gerçekleşmesi için aşağıdakilerden hangisi gereklidir?
Doğru cevap: C) Açı kritik açıdan küçük olmalıdır
Tam iç yansıma, gelme açısı kritik açıdan küçük olduğunda gerçekleşir. Kritik açıya eşit olduğunda ışık yüzey boyunca seker ve değişir.
Çekirdek indisi 1,5 ve kabuk indisi 1,45 olan bir lifde kritik açı yaklaşık kaç derecedir?
Doğru cevap: C) 75
Kritik açının sinüsü 1,45 / 1,5 oranından yaklaşık 0,967 bulunur. Bu değere karşılık gelen açı yaklaşık 75 derecedir.
Konu anlatımları hesapsız okunur. Quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Fizik için çalışma yolu
Konu anlatımları hesapsız okunur; quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Bu sayfa Fiber Optik konusunun anlatımını, kazanımlarını ve örnek sorularını içerir. Konuyla ilgili tüm sorular için testi çöz, diğer konular için DersTeders ana sayfasına geçebilirsin.
Bu konuyu çalış: hesap aç, ilerlemen kaydedilsin.
Hesap aç