Cam İçinden Konuşmak Ve Görmek

IŞIK, bu eski ve gizemli hikmet ve zekânın sembolü, artık sadece bir sembol değildir. Son yıllarda hızlı ve sessiz biçimde hakkı olan rolü almış ve harfi anlamda her türlü bilginin taşıyıcısı olmuştur. Işığın, bilgiyi çok uzaklara taşıma konusundaki gerçek potansiyeline ulaşması, iki konudaki gelişmeye bağlıydı: (1) Özel bir ışık türüne ve (2) özel bir ışık kılavuzuna.

Son zamanlarda bir dizi heyecan verici yeni gelişme sayesinde, insan, ışık demetleri kullanarak inanılmaz bir şekilde büyük miktarlarda her tür bilgiyi artık büyük hızlarla çok uzaklara gönderebilmektedir. Evet, saç teli kalınlığındaki cam liflerin içinden geçen ince ışınlar sayesinde, artık çok hızlı ve verimli bir şekilde konuşmak, görmek ve işitmek mümkündür. Havada uçuşan ince örümcek ağına benzeyen kablolar içinde korunmuş olan bu cam lifleri, Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa ve Japonya’da bazı şehirler arasına döşenmiştir bile. Şimdi okyanusları aşıp kıtadan kıtaya ulaşma çabasındadır.

Hepimiz, ışığın düz doğrultuda hareket ettiğini biliyoruz; buna göre, ışık kıvrımlardan acaba nasıl geçebiliyor? İnce ışınların, kıvrımları dönen cam liflerin içinde kalmasını sağlayan acaba nedir? Bu ışınlar nasıl o kadar uzağa gidebilmekte ve o kadar çok bilgiyi taşıyabilmekteler? Bütün bunları mümkün kılan, özel bir çeşit ışık, yani eş-fazlı ışıktır.

VERİMLİ EŞ-FAZLI IŞIK

Bilginin iletilmesi yönünden eş-fazlı ışığın normal ışına üstünlüğü, cam fiber içinde hareket eden ışık fotonlarının yolda yürüyen insanlarla karşılaştırılmasıyla açıklanabilir. Normal ışını, her boyda insanın değişik adımlarla ve birbiri ile karışarak yürümesi şeklinde düşünelim. Öte yandan, eş-fazlı ışını ise, aynı boyda askerlerin düzenli bir sıra içinde ve uygun adımla yürümesine benzetebiliriz. Birbirine karışmadan uygun adım yürüyen insanların, daha uzun mesafelere daha yüksek verimli ve daha az enerji kaybıyla ulaşacağı bilinir. Eş-fazlı ışıkta da durum böyledir.

Burada bazıları şöyle sorabilir: ‘Neden bu tür ışığın kullanımı bu kadar gecikmiştir? Neden hiç kimse bunu daha önce düşünmemiştir?’ Aslında bu konu tamamen yeni değildir. En azından bir kişi, Alexander Graham Bell, ışık vasıtasıyla konuşmanın üstünlüğünü görmüş ve 1880 yılında “Selenyum ve Fotofonlar” isimli bir teknik bildiri yayımlamıştır.

Bu ileri görüşlü bir fikirdi, fakat eş-fazlı ışık olmadan bu buluşun ancak sınırlı bir başarısı olabilirdi. 1960’larda LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) Uyarılmış Işın Salınım Yoluyla Işığın Güçlendirilmesi’nin geliştirilmesine kadar, gerekli ilk şart sağlanamamıştı. Bell, aynı zamanda diğer temel ihtiyaca, bilgiyi iletecek yüksek verimli ışık kılavuzuna da sahip değildi.

HÜNERLİ CAM IŞIK KILAVUZLARI NASIL ÇALIŞIRLAR?

Laserin geliştirilmesi yönündeki çalışmalar devam ederken, başkaları da eş-fazlı laserin çok uzun mesafeler boyunca hareket etmesine olanak veren, çok parlak ve hünerli bileşimi cam olan bir gerecin buluş ve geliştirilmesi işinde çalışıyorlardı. Bu gereç daha sonra saça benzeyen fiberler şeklinde çekiliyordu.

Birçoklarımız belki de göz alıcı ve sanat değerine sahip masa üstü süs eşyalarında kullanılan ışıklandırılmış cam fiberleri hatırlayacaktır. Bu süs eşyalarının yapımında cam ya da plastik fiber demetleri kullanılıp çeşitli çiçek şekilleri içinde yelpaze gibi açılmakta ve altlarından ışıklandırılmaktadır. Bu tür süs eşyalarında fiberler ışıklandırılırken sadece normal ışık kullanılır. Bu da, en azından ışığın normal seyri olan düz hatlar boyunca gitmek yerine, cam liflerin içinde kalarak, kavisleri dönebildiğini göstermektedir. (Şekil 1) Bu tür süslemelerde ışık, çok kısa mesafeler boyunca hareket etmektedir.

Işığın, sanat süslemelerinde gerekenden çok daha uzaklara gidebilmesini sağlamak amacıyla, özel cam veya plastikten yapılmış kaplamalar geliştirilmiştir. Bu özel kaplamalar, dışarıya sızabilecek tüm ışınları camın içine döndürmekte ve böylece ışık kaybını önlemektedir. Bu kaplamaların bileşim ve yapım yönünden farklılık gösteren ve maharetle yapılan birçok çeşidi vardır. Bununla birlikte tüm bu çeşitlerden her biri, kendi yöntem ve özel şartıyla olmak üzere, ışığın gidebileceği mesafeyi artırmaya yardım eder. (Şekil 2)

Bu cam lif veya fiberler, ışığı gönderme ve ışığa kılavuzluk etmedeki olanakları büyük ölçüde artmıştır. Fakat yine de ışığı, sınır açısında veya daha küçük bir açıda lifler içine sokmamız gerekmektedir. Bununla ilgili prensibi, durgun bir gölün yüzeyinin ayna gibi parladığını düşünmekle daha iyi anlayabiliriz. Gerçekten, gölün çevresindeki ağaçlar, bir ayna gibi bazen göl yüzeyinde yansıyabilirler. Bu ayna etkisi, ışık demetinin gözlerimize çok dar bir açıdan gelmesiyle gerçekleşir. Ancak sınır açısı denilen bu özel açı içinde su yüzeyi ışığı bir ayna gibi yansıtır. Benzer şekilde, ışık, cam liflerin içinde sınır açısı veya daha küçük bir açıyla sokulduğu takdirde, fiber bir ayna gibi ışığı içine yansıtmakta ve dışarıya pek az ışık sızabilmektedir.

Işınlar, ince lifler içinde yeniden güçlendirilmeye gerek olmadan 40 km hatta daha da fazla uzağa gidebilmektedirler. Gelecekle ilgili beklentiler ise, daha da cesaret vericidir. Yakın zamanlarda düzenlenen bir rapora göre, “tekrarlayıcılara gerek olmaksızın bilgiyi binlerce kilometre uzağa taşıyabilecek, kaybı son derece az olan fiberler” geliştirilmiştir.

Bu hayret verici ışık iletkenlerini korumak amacıyla, onların etrafına koruyucu maddelerden katlar ve sargılar yerleştirmek gerekmektedir. Ayrıca, küçük kablolar haline getirmek üzere genellikle sert fiber teller ve elektriksel iletkenler eklenmektedir. (Şekil 3) Kablolar içinde korunan bu cam fiberler o kadar yüksek bilgi iletişim verimliliği sağlarlar ki, normal bakır teller içinden geçen elektrik akımı bile artık bu yöntemle rekabet edemez. Bu, özellikle büyük mesafeler için doğrudur. Fakat bilgi, resim ve insan sesi bu özel ışık çeşidiyle bu ince cam fiberlerin içinde acaba nasıl taşınabilmektedir?

İNCE FİBERLER BÜYÜK YÜKLERİ NASIL TAŞIR?

Özel ışık türleri ve harikulade bir yapıya sahip cam fiberlerin bizi etkilemelerinin yanında, ışınların büyük orandaki bilgiyi taşıma şekilleri de aynı derecede etkileyicidir. Bunun temel sırrı, ışığın yaklaşık saniyede 300.000 kilometrelik hızından kaynaklanmaktadır. Bu işin bir diğer sırrı da, ışık dalgalarının saniyede milyarlarca titreşime varan çok yüksek frekansıdır. Bu yüksek frekans sayesinde ve ışık darbeleri kodlanarak ince fiberler çok yüksek oranda bilgiyle yüklenebilmektedir. Işık vasıtasıyla konuşma ve işitme konusunda bir örneği inceleyelim.

IŞIK VASITASIYLA KONUŞMA VE İŞİTME

Işık vasıtasıyla konuşma ile işitme ve hatta görüntü sağlamak, günümüzün en karmaşık teknolojisini gerektirmektedir. Durumu daha iyi takdir edebilmek amacıyla, ışık vasıtasıyla konuşma ve işitme sürecinin sadece bir kaç adımını inceleyelim.

Bilgiyi taşımada ışık kullanılmakla birlikte olay, eskiden beri olduğu gibi, telefon konuşmasıyla başlamaktadır. Konuşmamızdan kaynaklanan ses dalgaları yine telefonda elektriksel işaretlere çevrilmektedir. Sonra çok yüksek hızlarda yol alan bu elektriksel işaretlerden örnekler “dilimlenerek” alınmaktadır. Bu süreç, aslında hareketlerin durgun resimlerini yahut dilimlerini çeken film kameralarına benzemektedir. Daha sonra, seyirciye hareket ettiği izlenimini vermek için resimli kareler birbiri ardınca ve hızla gösterilir. Benzer şekilde, bu elektriksel dilimler de, çok adımlı bir süreçle alınıp kodlanmakta ve ışık darbelerine çevrilmektedir. Kodlanmış ışık darbeleri, sonra cam lifler boyunca alıcının ucuna gelir. Alıcıya geldiklerinde, aynı sürecin ters işlemiyle telefonun kulaklığında ses dalgalarına çevrilir. Bunun günümüzdeki yararı nedir? Gelecek neler vaat etmektedir?

GÜNÜMÜZDEKİ FAYDALARINDAN BAZILARI

Günümüzde dünya çapındaki iletişim şebekesini kabul edip takdir etmeye başladığımız bir anda, yepyeni bir sistem ortaya çıkmıştır. Fiber-optik sistemi, çok iletkenli telefon kabloları, mikrodalga şebekeleri ve hatta bazı uydu istasyonlarının yerini almaya adaydır; ve beraberinde de birçok ek faydalar getirmektedir.

◼ Karışımsız iletişim. Telefonu kullanan için, fiber-optik iletişimin en önemli üstünlüklerinden biri alışmış olduğumuz birçok ses karışımı türünden arınmış olmasıdır. Şimşek, yıldırım, elektrik hatları, jeneratörler gibi araçlar bizleri statik ve gürültü yönünden rahatsız ederler. Çok korumalı bakır iletkenler bile bu tür etkenlerin bazılarını engelleyememektedir.

Telefon görüşmeniz kısmen uydular aracılığıyla sağlandığında, herhalde saniyenin küçük oranları kadar iletişim gecikmelerini ve atmosferin olumsuz etkilerini fark ettiniz. Geçmişte konuşmalarda yankılar olabilmekteydi. Fiber-optik sistem, dikkat edilebilir gecikmeleri önlemekte, net ve karışmasız bir iletişim sağlamaktadır.

◼ Güvenli iletişim. Tam güvenlik, fiber-optik sisteminin başta gelen üstünlüklerinden biridir. Böylece, hatların karışması önlenmekte ve hatlara kanunsuz müdahale büyük ölçüde imkânsız hale gelmektedir. Bu uygulamada işareti aşırı zayıflatıp, dikkat çekmeden ışınlara ulaşarak konuşmayı “dinleyebilme” yöntemi henüz geliştirilmiş değildir.

◼ Yüksek verimlilik. Işık vasıtasıyla bilgi iletişiminin inanılmaz verimliliği, binlerce telefon görüşmesinin sadece bir çift ışık fiberi aracılığıyla yapılabilmesidir; bunu göz önünde tutarsak durum daha iyi anlaşılır. Webster Ansiklopedisinin tüm metni, tek bir cam lifiyle binlerce kilometre uzağa sadece altı saniyede gönderilebilir.

◼ En az yer fakat kötü çevre şartlarına dayanıklılık. Bu yeni gelişmelerden şimdiden birçok kuruluş yararlanmaya başlamıştır bile. Büyük kentler, bu yeni ve yüksek kapasiteli iletişim sisteminden, ayrıca azalan donanım taleplerinden yararlanmaktadır. Odalar dolusu modası geçmiş anahtarlama, şimdi sadece az bir yer kaplayan fiber-optik cihazlarıyla değiştirilmektedir. Florida Keys gibi uzak bölgeler de şimdi gürültüden arınmış iletişim hizmetinin tadını çıkarmaktadırlar. Keys ve benzeri bölgelerdeki kötü koşullar, yani tuzlu suyla çevrilen bölgeler, elektriksel kısa devrelere ve kimyasal bozulmalara neden olmaktadır. Ancak, fiber-optik sistemi bunlardan pek az etkilenmektedir.

GELECEĞE BAKIŞ

Gelecek, yeni gelişmeler için çok ümitli görülmektedir. Değişiklikler, şimdiden bazı kişilerin tahminlerinden çok daha hızlı cereyan etmektedir. En büyük sorunlardan biri, kurulacağı zamana kadar, modası geçmeyecek sistemi seçebilmektir.

◼ Aynı terminalden ses, video ve bilgisayar. High Technology (Yüksek Teknoloji) dergisinin Şubat 1986 sayısı “Ticarete Bakış” bölümünde, “A.B.D.’de, özellikle uzak mesafelerde ses, bilgi ve video kayıtlarının nakli için fiber-optik sistem tercih edilen bir araç olmaktadır” denilmektedir. Makale şu cümlelerle devam etmektedir: “Evlere kadar ulaşacak bir fiber-optik şebekesini kurmaya başlıyoruz. Ses, video kayıtlar ve bilgi sunan bankalardan bilgi almak üzere tek terminal kullanılacaktır.” Bu, en azından bazı insanlar için evlerinden alışveriş ve banka işlemleri yapmak, uçak bileti satın almak veya belirli kütüphane hizmetlerinden yararlanmak gibi birçok olanak sağlamaktadır. Hatta insanlar telefonla görüşürken birbirlerini görebilecekler; bütün bunlar o muhteşem cam fiberler içinden geçen ışık sayesinde olacak.

[Sayfa 23’teki resimler]

Cam fiber içinde ışığın yolu içten yansıtılmakta ve dışarıya çıkarak kaybolmamaktadır

Sert fiberler ve teller koruma sağlamaktadır

Cam veya plastik kaplamalar dışarıya kaçan ışığı azaltmaktadır

[Sayfa 24’teki resim]

Sağdaki bu küçük fiber-optik kablo, soldaki konvansiyonel büyük kablodaki kadar, hatta daha da fazla telefon görüşmesi sağlamaktadır