11. Sınıf Fizik · 3. Ünite: Optik
Fiber Optik
Bugün internet, telefon ve televizyon görüntülerinin büyük bölümü saç teli inceliğindeki cam kablolarda ışık atımlarıyla taşınır. Fiber optik, bir önceki konuda öğrendiğin tam yansımanın en çarpıcı uygulamasıdır. Bu konuda fiber kabloların yapısını, ışığı neden ve nasıl kayıpsız denecek kadar az kayıpla taşıdığını, kullanım alanlarını öğrenir; ayrıca bu bilgiyi güvenilir kaynaklardan toplayıp doğrulayarak kaydetmeyi uygularsın.
Kazanımlar
- FİZ.11.3.7. Fiber optik kablonun çekirdek, kılıf ve koruyucu kaplama katmanlarını ve görevlerini belirler.
- FİZ.11.3.7. Fiber optik kabloda ışığın tam yansımayla ilerlemesinin koşullarını (çekirdek ve kılıf kırma indisleri, sınır açısı) açıklar.
- FİZ.11.3.7. Fiber optik kabloların kullanım alanlarını ve avantajlarını sıralar.
- FİZ.11.3.7. Fiber optik hakkında kaynakları belirleyerek bilgi toplar, bilgiyi birden çok kaynakla doğrular ve kaydeder.
Konu anlatımı
Işığı Bir Borunun İçinde Taşımak
Fiber Optik Kablonun Yapısı
Çalışma Prensibi: Tam Yansıma
Çözümlü Örnekler
Bükülme, Kayıp ve Sınırlar
Kullanım Alanları ve Avantajları
Bilgi Toplama: Kaynak, Araç, Doğrulama, Kayıt
Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Fiber optik
- Işığı tam yansıma yoluyla taşıyan, saç teli inceliğinde cam ya da plastik fiber ve bu fiberlerden yapılan kablolar.
- Çekirdek (core)
- Fiberde ışığın ilerlediği, kırma indisi en büyük merkezi katman.
- Kılıf (cladding)
- Çekirdeği saran, kırma indisi çekirdekten küçük katman; çekirdek–kılıf yüzeyinde tam yansımayı sağlar.
- Koruyucu kaplama
- Fiberi nem, çizilme ve kırılmaya karşı koruyan plastik katman; ışık taşımaz.
- Tam yansıma
- Çok yoğun ortamda gelme açısı sınır açısından büyükse ışığın ikinci ortama geçmeyip tamamen geri yansıması.
- Sınır açısı
- Çekirdekten kılıfa geçişte kırılma açısının 90° olduğu gelme açısı: $\sin\theta_s = n_{\text{kılıf}}/n_{\text{çekirdek}}$.
- Işık atımı
- Fiberde veriyi taşıyan, çok hızlı açılıp kapanan ışık sinyali.
- Zayıflama
- Soğurma, saçılma ve bükülme nedeniyle fiberde ışık şiddetinin yol boyunca azalması.
Örnek soru
Fiber optik kabloda ışığın çekirdek içinde ilerlemesini sağlayan temel fiziksel olay hangisidir?
- Işığın dağılması (dispersiyon)
- Tam yansıma
- Işığın soğurulması
- Işığın kılıfa kırılarak geçmesi
- Işığın girişimi
Doğru cevap: B
Çözüm
1. Işık çekirdek–kılıf yüzeyine geldiğinde çok yoğun ortamdan (çekirdek) az yoğun ortama (kılıf) gitmek ister.
2. Gelme açısı sınır açısından büyük olduğunda ışık kılıfa geçemez ve tamamen geri yansır.
3. Ardışık tam yansımalarla ışık fiber boyunca zikzak çizerek ilerler.
Cevap: B. Kılıfa kırılarak geçme (D) ışığın sızması demektir ve fiberin amacına tersdir; soğurulma ise kayıp nedenidir, taşıma yöntemi değil.