Fizik-Kimya-Matematik
Prof. Dr. Hüseyin Sarı
16/02/2021 - 19:11

Optoelektronik: Işığın Teknolojiyle Buluşması

İnternette dolaşan büyük miktarda verinin hiç gecikmeden ve birbirine karışmadan yerli yerine ulaşması ışık teknolojisi ile mümkündür.

Günümüzde cep telefonumuzla çektiğimiz fotoğraf ve videoları sosyal medyada anında paylaşıyor, aynı anda internet üzerinden müzik dinliyor, video veya film izliyor ya da görüntülü olarak canlı bir ders veya seminere katılıyoruz. Aynı zamanda Google’da ödevlerimiz veya merak ettiğimiz bir konu için arama yapıyoruz. Benzer işleri dünya üzerinde bizim gibi yüz milyonlarca insanın aynı anda yaptığını düşünürsek internette anlık dolaşan verinin büyüklüğünü ve veri trafiğinin yoğunluğunu tahmin edebilirsiniz. Bu bilgilerin hiç gecikmeden ve birbirine karışmadan yerli yerine ulaşmasını sağlayan şey ise ışık teknolojisi.

Işık teknolojisi; ışığın üretilmesi, iletilmesi, işlenmesi ve verilerin ışık ile depolanması süreçlerini içeren bir alan. CD ve DVD çalarlar, LED ve lazerler, dijital kamera ve fotoğraf makineleri, LED ekranlar ve fiber optik kablolar bu teknoloji sayesinde hayatımıza giren ürünlerden bazıları. Işık teknolojisinde elektron ve ışık birlikte kullanılır. Dolayısıyla bu teknoloji ışığın davranışını inceleyen bilim dalı optiği içerdiği için optoelektronik, ışık fotonlardan oluştuğu için fotonik olarak da adlandırılıyor. Ancak çalışma prensibi sadece optik ilkelere dayanan dürbün, teleskop veya mikroskop gibi aletler ile tümüyle elektronik prensiplere göre çalışan radyo, MP3 çalar veya bilgisayar gibi elektronik aygıtların ışık teknolojisinden ayrı tutulması daha doğru olacaktır.

Işık teknolojisinin kullanıldığı uygulamalar sadece veri iletimi ve haberleşme ile sınırlı değil. Bu teknoloji aslında birçok alanda hayatımızı kolaylaştırıyor. Örneğin ışık teknolojisinin kullanıldığı barkod etiketi sayesinde market alışverişlerinde aldığımız ürünlerle ilgili bilgiler kasada hızlı ve doğru bir şekilde okunabiliyor. Günümüzde artık göz ameliyatlarında çoğunlukla neşter yerine lazer ışığı kullanılıyor. Evimize tamir veya tadilat için gelen bir usta salonun ölçülerini eskiden olduğu gibi metre (mezura) ile değil ışık kullanarak alıyor. Bilimsel araştırmalarda, özellikle çok hassas ölçümlerde ışık kullanılıyor.

Peki, Neden Işık?

Haberleşme gibi daha önce elektronik teknolojisi ile kolayca yaptığımız birçok işi şimdi neden ışık kullanarak yapıyoruz ya da yapmak zorunda kalıyoruz? Cevabı basit: Işığın veri iletim kapasitesi daha yüksek ve teknoloji uygulamalarında kullanılabilecek kalitedeki ışık (lazer ışığı) kolay bir şekilde üretilebiliyor.

Işık Teknolojisinin Veri İletme ve Saklamadaki Üstünlükleri

Günümüzden sadece 20 yıl önce, televizyonların az kanallı olduğu ve internetin yaygın olarak kullanılmadığı zamanlarda, ses ve görüntü elektronik devreler ve radyo dalgaları ile kolayca iletilebiliyordu. Çünkü aktarılan veri miktarı çok fazla değildi. Televizyon kanallarının sayısı arttıkça ve internet yaygınlaştıkça iletilen veri miktarı da arttı. Büyük miktardaki veriyi iletmek için bakır kablolar ve kablosuz iletişimde kullanılan radyo dalgaları yetersiz kalmaya başladı. Çünkü bakır tel ve radyo dalgalarının veri iletim kapasitesi sınırlıdır.

Veri iletmek için kullanılan dalgaların frekansı ne kadar yüksekse belirli bir zamanda o kadar çok bilgi iletilebiliyor. Bu yüzden bugün fotonik cihazlarda genellikle frekansı radyo dalgalarından daha yüksek olan görünür veya kızılötesi ışık kullanılıyor.

Görünür ışığın frekansı radyo dalgalarından milyon kez daha yüksek olduğundan, radyo dalgaları yerine görünür ışık kullanıldığında milyon kat daha fazla veri iletilebiliyor. İnternetin ana iletim hatlarında kullanılan fiber optik kablolar ise bakır kablolara göre daha çok veri taşıyabiliyor.

 

Veri, özellikleri bilinen ve kontrol edilebilen bir taşıyıcı dalganın yani lazer ışığının üzerine bindirilerek (Bu işlem modülasyon olarak isimlendirilir.) iletim ortamından etkilenmeyecek şekilde fiber optik kabloyla veya havadan iletilir. Üzerine bilgi bindirilen ışık alıcı noktasındaki optik dedektörle algılanır. Daha sonra ışığın üzerindeki bilgi ayrıştırılır (Bu işlem demodülasyon olarak isimlendirilir. Bu sistemde bilgiyi taşımak için kullanılan ışığın frekansı çok yüksek olduğundan (1014 Hz) birim zamanda çok fazla bilgi iletilebilir.

Görünür ışığın frekansının yüksek olması, veri iletiminde radyo dalgalarına göre bir üstünlük sağlasa da teknolojik açıdan bu özellik tek başına yeterli değil. Yüksek frekansın yanı sıra ışığın veri iletimine uygun ve uzak mesafelere veri kaybına sebep olmayacak şekilde dağılmadan gidebilmesi için başka özelliklere de sahip olması gerekiyor.

Güneş veya yapay aydınlatmalardan çıkan ışık ışınları üzerine bilgi bindirilerek uzak mesafelere iletilemez. Bu özelliklere sahip ışık sadece lazerlerden elde edilebilir. Bu nedenle ışık teknolojisinin gelişip yaygınlaşmasında lazerlerin keşfinin çok önemli rolü var.

Çeşitli lazer türleri olsa da ışık teknolojisinin yaygınlaşarak günlük hayatımıza girmesi yarı iletken lazerler sayesinde gerçekleşmişti. Bu tür lazerleri çok küçük boyutlarda ve elektronik devre elemanları ile birlikte aynı yonga (çip) üzerinde üretmek mümkün. Ayrıca seri üretime uygundurlar, verimlidirler ve uygulanan akım ile ışık şiddeti kolaylıkla ayarlanabilir.

Işık teknolojisi sadece veri iletiminde değil, başka alanlarda örneğin veri depolamada da büyük kolaylıklar sağlar. CD ve DVD gibi veri depolama ortamları manyetik kayıt ortamı olan disketlere (floppy disk) göre büyük kapasite artışı sağlamıştı. Ancak sabit diskler veya CD ve DVD’lerde olduğu gibi bilgiyi bir yüzey üzerine iki boyutlu bir ortamda depolamak yerine holografik olarak üç boyutlu bir ortamda depolamak mümkün. Veri depolama kapasitesini büyük oranda artırmayı sağlayacak holografik bilgi depolama teknolojisi henüz hayatımıza fazla girmemiş olsa da gelecekte bu teknolojilerin yaygınlaşması kaçınılmaz görünüyor.

Son yıllarda optoelektronik sayesinde iletişimden enerjiye, bilgisayardan uzay teknolojilerine farklı alanlarda kullanılmak üzere geliştirilen birçok cihaz hayatımızı değiştirdi. Optik ve elektronik alanlarındaki araştırmalar ilerledikçe geliştirilen daha küçük, daha esnek, daha verimli cihazlar sayesinde ışık teknolojisi 21. yüzyılda çığır açıcı değişimlerin öncüsü olabilir.

Kaynak:

Yazar Hakkında:

Prof. Dr. Hüseyin Sarı
Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü

 

Fizik-Kimya-Matematik

Prof. Dr. Levent Kurnaz, Bilim Genç sesli yayınının yeni bölümünde maddenin dördüncü hâli olarak bilinen plazmanın özelliklerini ve nerelerde bulunduğunu açıklıyor.

Sert metallerin nanoparçacıklardan elde edildiği bir yöntem geliştirildi.