ABSTRACT:

Photonics is a key enabling technology in telecommunications.In the last decade , the technology to fabricate structures on an optical to sub-optical wavelength scale has matured , and opeced for a new generation of photonic devices , which once interested in telecom fabric is expected to increase systems performance significantly.To give a few examples of already implemented or near implemented technologies : quantum well heterostructure active layers are used in almost all commercial laser diodes for telecom applications.Vertical cavity surface emitting lasers (VCSEL) reqiring advanced advanced epitaxial growth , are close to a full commercial breakthrough ; already Honeywell , MITEL Semiconductors , Hewlett Packard and Motorolla are selling data telecom solutions based on VCSELs.Indeed , wavelength scale photonic components such as VCSELs may become the key solution in telecommunications to the interconnection "bottleneck", as well as the key provider of low-cost optical solutions for high capacity data traffic to the homes..

There is at present a strong world-wide reaserch effort to fullt harness the potential of wavelength scale phonotic components.In Europa , several national or international projects are investigating various aspects of wavelength scale phonotics.Still , many Europa groups agree that there lacks a broad forum to catalyse the deployment of these components in telecommunications , and that such an effort would strengthen the European compotitiveness in exploiting advanced photonics in telecom applications.

Because of COST (European Co-operation in the Field on Scientific and Technical Research ) is being as only the group that investigate and research that subject.This research is depended to the cost actions.Especially COST Action 268 ; Wavelength Scale Photonic Components for Telecommunications.

ÖZET:

Fotonik,telekomünikasyonda teknoloji üretimini sağlayan bir anahtardır.Son on yıl içerisinde cihazları fabrike eden teknoloji optikten,yarı optik dalga boyu ölçekli üreten hale geldi ve önceden sistemlerin performansını önemli ölçüde arttıracağı umulan işletim sistemi içerisinde bulunan fotonik cihazların yeni bir türüne yol açtı.Henüz uygulamaya konulmuş ya da konulacak teknolojilere bir kaç örnek vermek gerekirse;Kuantum yapılı karışık aktif tabakalar,iletişim uygulamarı için neredeyse bütün ticari lazer diyotlarında kullanılmaktadır.İleri düzeyde gelişim gerektiren VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) tam bir ticari engele yakındır ve dahası Honeywell, Mitel Semiconductors,Hewlett Packard ve Motorola VCSEL'E dayalı iletişim çözümleri ve verileri satmaktadır.Aslında VCSEL gibi dalga boyu ölçekli fotonik parçalar evlere yüksek kapasitedeki veri trafiği için temel çözüm olabilir.

Şu anda , dalga boyu ölçekli fotonik parçaların potansiyelinden tamamen yararlanmak için dünya çapında güçlü bir araştırma çabası vardır.Avrupada birkaç ulusal ve uluslarasıı proje, dalga boyu ölçekli fotoniklerin çeşitli yönlerini araştırmaktadır.Hala bazı Avrupalı gruplar , telekomünikasyonda bu parçaların yerleşimini hızlandırmak için toplu, geniş bir tartışma olmadığı ve böyle bir çabanın letişim uygulamalarında ileri düzeydeki fotonikleri kullanmadaki Avrıupai rekabetçiliği güçlemdireceği konusunda hem fikirdirler.

Avrupada ve dünyada fotoniklerin telekomünikasyonda kullanılması üzerine araştırma yapan tek organizasyon grup açılımı açılımı European Co-operation in the Field on Scientific and Technical Research (Avrupa Bilimsel ve Teknik Alanda İşbirliği) olan COST olduğu için konuda verilen bütün veriler COST'a bağımlı olarak verilmiştir.Özellikle COST un 268 kodlu araştırması ele alınmıştır (Wavelength Scale Photonic Components for Telecommunications).

COST ulusal araştırmaların Avrupa seviyesine gelmesine yardıımcı olan,bilimsel ve teknik işbirliği için bir iskelettir.COST hareketleri basit ve yarışma tarzında toplum yararına olan araştırmalardır.

COST un amacı barışcıl amaçlar çerçevesinde Avrupanın bilimsel ve teknik araştırma alanında sağlam bir pozisyon alması ve bu alanlar Avrupa devletleri içinde işbirliğinin arttırılmasıdır.

COST Avrupadaki en büyük araştırma işbirliği iskeletlerinden birini ve ulusal araştırmaların işbirliği için oldukça değerli bir iskelet meydana getirdi.Bugün COST un çatısı altında yaklaşık olarak 32 ülkeden 50 enstitü 40.000 bilimadamı 2 Milyar EURO bütçeyle 200 kadar araştırma yürütmektedir.

Fotonic ve Optik Network Uygulamarı:

İletişim son yıllarda mümkün olan band genişliğinde dramatik bir artış sağlayan optik prensiplere dayanmıştır ve moda hala yükselmektedir.Dijital sinyallerin noktadan noktaya global mesafeler üzerinden aktarılmasında fotonk teknolojilerin oldukça büyük avantajları vardır.Bir dalga boyundaki cam fiberle bir milyon telefon konuşması binlerce kilometre uzağa bir tek ses örneği kaybolmadan taşınabilmektedir.Bu transmisyon kapasitesi halen iki büyüklük sırasına bağlı olarak ışığın 100 değişik dalga boyunu tek bir fiberde toplamak üzere artttırmıştır.Bununla beraber bir ağ (network) sadece noktadan noktaya (point-to-point) bağlantılardan oluşmaz.Aynı zamanda günümüzün modern telekomünikasyon ağlarının darboğazları haline gelmiş ağ düğümlerindende geçerler.Günümüzün network düğümlerinde (node) kullanılan elektronik aletler geleceğin devasa data yığınlarıyla baş etmekte ve onları hedeflerine veya gidecekleri konumlara ulaştırmada yetersiz kalacaklardır.Yeni network yapısı fotonik teknolojilerin sinyallerin hem transmisyonuna hemde yönlendirilmesine uyarlanmış olarak geliştirilmiştir.

Bunun önemli bir etkiside veri kanallarını (data channels) çok uzak mesafelere taşımanın maliyetinin oldukça düşmesidiribunun sonucu olarak yüksek hızlı iletişim evlerde dahil olmak üzere çok geniş uygulama alanları bulmuştur.Bunun karşılığında yeni uygulamalar sağlık,eğitim,kültür ve eğlence gibi toplumsal alanlarda yüksek potansiyelle uygulama alanı buldu.

Bu evrim fotonik cihazlar,iletişim protokolleri,techizatı gibi yeni materyallerin araştırılması ve bunların bütün iletişim yapısına uyarlanması temeline dayanmaktadır.

Amaçlar:

COST un telekomünikasyon araştırmalarının amacı bu alanda geleceğe yönelik güvenilir mimariler,cihazlar,servisler ve Optik iletişim için cihazları araştırmaktır.Yeni akım hem çekirdek hemde erişimli ağlar için tamamen optik temelli ağlara yönelmiştir ve yeni araştırmaların bandgenişliğini arttırmak ve gerekli protokolleri ve yönlendirmeleri yeni servislerle desteklemek için ilerletilmeye ihtiyacı vardır.

COST un bu araştırma konusundaki (COST 268) temel amacı dalga boyu ölçekli fotonik cihazların telekomünikasyon sektöründe kullanım alanlarını ve potansiyelini araştırmak buna bağlı olarak daha hızlı iletişim için ticari cihazlara prototipler üretmektir.

COST bu amaçla 3 grup oluşturmuştur:

1. ÇALIŞMA GRUBU

(Mikrokavite Cihazlar) :

1. Çalışma Grubu mikrolaserler,dikey kavite yüzeyden dışarı verilen lazerler (VCSEL-vertical cavity surface emitting lasers),kavite rezonanslı ışık saçılımlı diyotlar (RCLED-resonant cavity light emitting diodes),kavite rezonanslı dedektörler ve dikey kavite yükseltgeçli fotonik anahtarlar gibi mikrokavite telekom cihazlarının dizaynı,modellenmesi,karaktezi edilmesi ve fabrikasyonu konularına yoğunlaşmıştır.

Üzerinde çalışılan konular aşağıda sıralanmıştır:

1)Mikrokavite rezonatörlerin özellikle VCSEL lerin genel olarak modellenmesi ve modellenmiş örneklerin test edilmesidir.

2)Bir optik sabitler veritabanı oluşturmaktır.

3) Araştırma üzerinde kullanılmak üzere fabrikasyon teknolojileri ve prosedürleri üretmek.

4)Başta VCSEL olmak üzere konularda paylaştırma ve karakterizasyon yapmak.

5)Prototiplerin ölçümlerini gerçekleştirmek.

2. ÇALIŞMA GRUBU

(Periyodik Yapılar) :

2. Çalışma grubu fotonik band aralıkları rezonant yüzey taramaları,fabrika imali yarıiletkenler veya organik ve inorganik dielektrikler gibi telekom uygulamalarının dizaynı modellenmesi ve fabrikasyonu konularında çalışmaktadır.Üzerinde çalışılan konular aşağıda sıralanmıştır.

1)Fotonik band aralıklarının telekomünikasyon alanındaki uygulamaları ve bu alanda güçlü bir altyapı oluşturma konusunda çalışmalar yürütmek ( sıkıştırılmış WDM filtreleri buna iyi bir örnektir).

2)Cihazların fabrikasyon aşamasında daha ucuz işlem uygunluğu sağlayan malzemelerin bulunması.

3)Araştırmada kullanılması içinfabrikasyon özelliklerinin ve prosedürlerine teknolojik değer biçilmesi ve tanımlanması

3. ÇALIŞMA GRUBU

(Fotonik Telekom Cihazları İçim Kuantum Tabanlı Kazanç Maddeleri) :

3. Çalışma grubu kuantumdan oluşan,kuantum çerçevli ve kuantum noktalı kazanç maddelerinin optoelektronik özelliklerinin dizaynı modellenmesi ve fabrikasyonu konularında çalışır.Özellikle şu konularda sonuca varılmaya çalışılır:

1)Bir katkı maddesi değişkenleri veritabanı.

2)Özellikle kuantum yapılı maddelerin optik özelliklerinin optimizasyonunun araştırılması ve geliştirilmesi.

3)Prosedürler için standart bir ölçüm sistemi oluşturma.

4)İleri teknoloji ürünü olan iletişim cihazlarında kuantum katkılı maddelerin değerlendirilmesi ve optimizasyonu konularında araştırma yapmak

Araştırmaların Uygulama Şekilleri:

Dalgaboyu ölçekli fotoniklerde uygulamalar birkaç yol gösterici örnek tarafından iyi bir şekilde açıklanmıştır.Araştırmaların teori tarafında olacağı tahmin edilen olaylar şu şekildedir:

- Çok düşük eşik gerilimine sahip diyot laserler için eşik gerilimi sıfırlayacak yüksek verimliliğe sahip cihazlar gelişecektir.Buna iyi bir örnek %50 lik verimlilikle çalışan LED lerin veriminin %90 civarlarına çıkarılmasıdır.

- PBG şeklinde kısaltılan 2D ( iki boyutlu) ve 3D "fotonik band genişliğine" periyodik yapılı cihazlarda ışık propagosyonunun tam bir kontrolünü sağlar.Bu cihazların laserlerde LEDlerde , sıkıştırılmış yüksek-Q filtreleri için birleşik optiklerde , dalga klavuzlarında ve keskin 90 derece bükümlü dalga klavuzlarında uygulamaları vardır.PBG ler periyodikliğin ölçeklendirilmesiyle frekans domaininde direk olarak ölçülebilinir.Bu yüzden fotonik band genişlikli cihazların ilk uygulama alanlarından birisi mikrodalga dalında olabilir.

-Madde kazanç özelliklerinin kuantum ölçekli sınırlandırılmış kontrolü, örneğin onlarca nanometre ölçeklerinde ışık emisyonu özelliklerinin taşıyıcı sınırlandırılması.Ticari diyotların büyük çoğunluğu kuantum katkılı aktif maddelerdir.Diğer adım ise 2 boyutlu kuantum çerçevesi tarafından takip edilen kuantum çerçeveli yapılar veya veya kuantum noktalı 3 boyutlu yapılardır.

Uygulama şekillerinin deneysel olarak gerçekletirilmesiyle ilgili bilgiler aşağıda verilmiştir:

- Bir kaç amperlik eşiğe sahip dikey kaviteli laser uygulaması yanyana oksitleme tekniği kullanılarak Amerikadaki SANDIA Ulusal Laboratuvarında gerçekleştirildi ve yüksek güçlü yüzey aktarmalı 1,5W luk çıkış gücüne sahip laser uygulaması Almanyada Ulm üniversitesinde gerçekleştirildi.

-Fotonik kristal fiberler ve optik fiberlerde yanyana periyodik düzensizlik modeli Southhampton Üniversitesinde hayata geçirildi.

-Optik frekanslarda tam 3D band genişliği uygulaması UCLA üniversitesi tarafından gerçekleştirildi.

-2D band genişlikli filtre ve kaviteler ( en küçük kavite hacmi=0.0hh mikrometreküp) MIT universitesinde uygulamaya geçirildi.

Tüm bu cihazların yapısı , optik veya yarı optik dalgaboyu ölçekli yapıya sahiptir ve aktif maddeyide içine alarak cihazın optimizasyonunu tamamen anlamak gerekir.Bu sebepten telekom sektöründe güç tüketimin azaltılmasına ve büyük kapsamlı integrasyonlara karşın cihaz boyutlarını küçültmek fotoniklerin telekom sektöründeki kullanım alanlarına yönelik yapılan çalışmaların kalbidir.

Fotonik Uygulamaların Sağladığı Yararlar:

Bu yöndeki araştırmalar COST çatısı altında toplanmıştır.Konusunda uzman bir çok kişi ve kurum "dalgaboyu ölçekli fotonik cihazların" tüm teknolojik araştırmalarını ortak bir yönerge içinde yürütmektedir.Araştırmalar amaçları ve sağlayacağı getirilerin şu yönde olması beklenmektedir:

-Endüstriyel taleplerin daha çabuk anlaşılması ve bunlara daha çabuk yanıt verilmesi.Örneğin optik data bağlantıları ve data haberleşmesi konusunda uygulamaların gerçekleştirilmesi.Bunlara örnek olarak plastik opik fiberler (POF - plastic optical fibre) , kablosuz iletişim uygulamaları , cam optik fiberler verilebilinir.

-Dalgaboyu ölçekli fotoniclerin mühendislik alanında kullanım amaçları ve bunlar hakkında forumlar oluşturulması.

- Daha hızlı telekomünikasyon prototoplerinin üretilmesi ve bunların finansmanı.

- Telekom sektöründe dalgaboyu ölçekli fotoniklerin kullanılma potansiyelinin araştırılması.

Kullanılan Kaynaklar:

1)COST 268 numaralı araştırmanın resmi web sitesi

2)İsveç Kraliyet Teknoloji Enstitusü web sayfası.

3)Ulm Üniversitesi web sayfası.

4)Doç. Dr. Richard Schatz (İsveç Kraliyet Teknoloji Enstitusü - andkar@ele.kth.se)

5)Dr. Juergen Maehnss (Ulm Üniversitesi Optoelektronik Bölümü - juergen.maehnss@e-technik.univer-ulm.de)

6) Cenk Şener (Turkcell A.Ş - Mühendis - cenk.sener@turkcell.com.tr)

7) Alper Sürmen (Turkcell A.Ş - Mühendis - alper.surmen@turkcell.com.tr)

** Konu hakkında yazılı hiç bir metin,kitap veya makale bulunamamıştır.Bütün bilgiler internet ve adı geçen kişilerle e-mail haberleşmesi yoluyla elde edilen ingilizce ve almanca bilgilerin türkçeye çevrilmesi yoluyla elde edilmiştir.