•Silika, silikon dioksittir (SiO2) ve camın temel maddesidir.
• Camın çeşidine göre içindeki silika miktarı da değişir.
• Fiber optikte silika önemli bir yere sahiptir ve çok miktarda kullanılır.
YÜKSEK SİLİKALI CAMLAR
• Sıradan cam fiberler (A-, C-, E- ve S-camları) % 55 - 75 oranında silika içerirler.
• Yüksek silikalı camlar çok daha saftır ve sıradan fiber camlarının asit banyosunda işleme tabi tutulmasıyla oluşur.
• İçindeki tüm katışık maddeler atılınca fiber cam % 95 - 99.4 silika içerir ve yüksek silikalı cam adını alır.
• Çok düşük kayıplı optik fiberler, yüksek silikalı camın sentezlenmesiyle elde edilmiştir.
• Silika temel elemandır, bu elemana diğer oksitler eklenir; böylelikle onun kimyasal ve fiziksel özellikleri uygun şekilde değişir.
Cam çekme sıcaklığı 800 ve 1200 arasında olan fiberler, çok elemanlı cam fiberler olarak adlandırılır; çekme sıcaklığı yaklaşık olarak 2000 ’e ulaşanlar ise yüksek silikalı cam fiberler olarak adlandırılırlar.
• Yüksek silikalı cam fiberler için, özdeki silika oranı, çok modlu fiberlerde %85’den, saf silika özlü tek modlu fiberler için %100’e kadar değişebilir.
• Kompozisyonu oluşturmada kullanılacak olan diğer bileşikler, böylece nispeten düşük oranlarda kullanılırlar ve katkı (dopont) olarak adlandırılırlar.
• Kimyasal özellikleri bakımından, yüksek silikalı cam, normal olarak, iyi bir malzemedir.
• Sonuç olarak bu cam, hasar verebilen ve bozabilen ürünlerle temasa karşı korunmalıdır.
ANA FİZİKSEL PARAMETRELER
• -50 oC’den 70 oC’ye kadar olan sıcaklık aralığında silika camın kararlılığı dikkate değerdir.
• Fiziksel özellikler takımı (mekanik ve özellikle optik alanlar) yüksek silikalı camı, haberleşme optik fiberleri için en uygun malzeme haline getirmektedir.
|
Yoğunluk (gr/cm3) |
2,2 |
|
Kırılma İndisi (n0) |
1,4585 |
|
20-320oC’de Isıl Genleşme Katsayısı (oC-1) |
5,5 10-7 |
|
20oC’de Isıl İletkenlik (cal cm-1 s-1 oC-1) |
0,0033 |
|
0-100oC’de Özgül Isı (cal/g) |
0,18 |
|
Yumuşama Noktası (oC) |
~1665 |
|
Tavlama Noktası (oC) |
~1140 |
|
Gerilme Dayanımı (MPa) |
48 |
|
Sıkıştırılma Dayanımı (MPa) |
>1100 |
|
Sertlik Modülü (GPa) |
31,03 |
|
Young Modülü (GPa) |
71,7 |
|
Poisson Oranı |
0,16 |
|
20oC’de Direnç (Ω cm) |
1018 |
|
20oC’de Dielektrik Sabiti (1MHz) |
3,75 |
KATKILAR VE ETKİLERİ
• Herhangi bir kılavuzlayıcı yapı elde etmek için, bir kırılma indisi profili oluşturmak gerekir.
• Bu iş silika cam şebeke içine, belli oranlarda kimyasal olarak uyumlu bileşikler katarak başarılır.
• Bu yolla malzemenin kırılma indisi ve diğer kimyasal-fiziksel özellikleri değiştirilir.
• Bazı bileşiklerin silikanın kırılma indisi üzerinde sahip oldukları etki şekilde gösterilmiştir.
• Bütün bu bileşikler arasında sadece flor ve bor oksit(B2O3), silikanın kırılma indisini azaltma özelliğine sahiptir.
TERMAL GENLEŞME KATSAYISI
• Katkılama sebebiyle değişen tek parametre kırılma indisi değildir.
• Katkı maddelerini seçerken termal genleşme katsayısındaki değişim de hesaba katılmalıdır.
CAM GEÇİŞ SICAKLIĞI
• Göz ününde bulundurulması gereken bir diğer faktör cam geçiş sıcaklığındaki değişimdir.
TERMAL GENİŞLEME
• Termal genişlemedeki farklar fiberde çoğunlukla öz-yelek ara yüzeyinde oluşan baskılara yol açar.
• Öz ve yelek malzemeleri arasında;cam içindeki büyük farklar, diferansiyel baskının gevşemesine yol açar.
• Bu olay ise, iki cam arasındaki ara yüzeyde oldukça zararlıdır.
OPTİK ZAYIFLAMA
• Katkılardan etkilenen diğer önemli bir parametre, optik zayıflamadır.
• Burada, kızıl altı soğurum bileşenleri (αIR) ve Rayleigh saçılması (αRS)en çok etkilenen bileşenlerdir.
• Çok elemanlı camlar durumunda, yoğunluktaki dalgalanmalar kadar, kompozisyondaki dalgalanmalar da saçılmaya katkıda bulunurlar.
• Sonuç olarak, αRS = γC + γD yazılabilir.
• Burada γD , yoğunluktaki; γC ise konsantrasyonundaki dalgalanmaların katkısıdır.
• Genelde,düşük konsantrasyonlarda kırılma indisinde önemli değişime yol açan katkılar, Rayleigh saçılmasını artırmaya meyillidir.
• Fotonun uyarımı yoluyla soğurma (αIR) da katkılarla değişimlere uğrar; bunun sebebi, M-O bağlarının (M, katkı oksidin elementini temsil eder) titreşim frekanslarının, silikonunkilerden (Si-O) farklı olmasıdır.
• En düşük molekül titreşim dalga boyu B-O bağınınkidir (7,2 μm). P-O bağının dalga boyunu (8,1 μm), Si-O bağınınki ve son olarak Ge-O bağınınki izler.
• Bütün bunlara ek olarak katkı bileşiğini, kararlı ve çevre ortamla az etkileşimli olan camlar oluşturmaktadır.
Görüldüğü gibi yüksek dalga boylarında (2-3 μm) iyi geçirgenlik elde etmek için, katkı olarak GeO2 kullanmak tercih edilir.
Çiğdem AKIN
Tolga KARANFİL