ज्ञान

ऑप्टिकल फाइबर की मूल संरचना

एक ऑप्टिकल फाइबर में तीन परतें होती हैं:

कोर: उच्च शुद्धता वाले सिलिका (जर्मेनियम जैसे तत्वों के साथ डोप) से बनी केंद्रीय परत। इसमें एक बहुत छोटा व्यास (8-10 μM सिंगल-मोड फाइबर के लिए, 50-62। मल्टी-मोड फाइबर के लिए 5μM) और एक उच्च अपवर्तक सूचकांक है।

क्लैडिंग: कोर को घेरता है, कोर की तुलना में कम अपवर्तक सूचकांक के साथ सामग्री से बना है। यह कुल आंतरिक प्रतिबिंब के माध्यम से प्रकाश प्रसार सुनिश्चित करता है।

सुरक्षात्मक कोटिंग: शारीरिक क्षति और पर्यावरणीय हस्तक्षेप को रोकने के लिए एक बाहरी बहुलक परत।

मुख्य सिद्धांत: कुल आंतरिक प्रतिबिंब

अपवर्तक सूचकांक कंट्रास्ट: क्लैडिंग की तुलना में कोर का उच्च अपवर्तक सूचकांक प्रकाश का कारण बनता है, जो कोर-क्लैडिंग सीमा पर कुल आंतरिक प्रतिबिंब से गुजरता है, जब महत्वपूर्ण कोण से अधिक कोण पर घटना होती है।

प्रकाश प्रसार: प्रकाश संकेत एक ज़िगज़ैग पथ (मल्टी-मोड फाइबर) या एक निकट-स्ट्रेट पाथ (सिंगल-मोड फाइबर) के बाद, निरंतर कुल आंतरिक प्रतिबिंब के माध्यम से कोर के माध्यम से यात्रा करते हैं।

सूचना प्रसारण के चरण

ऑप्टिकल संकेतों में विद्युत संकेतों का रूपांतरण:

ट्रांसमीटर में, एक ** लेजर डायोड (एलडी) ** या लाइट-एमिटिंग डायोड (एलईडी) विद्युत संकेतों को ऑप्टिकल दालों (प्रकाश "ऑन/ऑफ" या तरंग दैर्ध्य शिफ्ट में बाइनरी "1 एस" और "0 एस") में परिवर्तित करता है।

ऑप्टिकल सिग्नल ट्रांसमिशन:

लाइट दालें फाइबर के माध्यम से फैलती हैं। कोर और क्लैडिंग के बीच अपवर्तक सूचकांक अंतर कोर को सिग्नल को सीमित करता है, तब भी जब फाइबर मुड़ा हुआ है।

सिग्नल रिपीटर/प्रवर्धन:

लंबी दूरी के ट्रांसमिशन के लिए, ** एर्बियम-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायरों (EDFAS) ** ऑप्टिकल सिग्नल को सीधे विद्युत संकेतों में परिवर्तित किए बिना, विलंबता को कम करने के लिए।

ऑप्टिकल-टू-इलेक्ट्रिकल सिग्नल रूपांतरण:

रिसीवर में, एक ** फोटोडेटेक्टर ** (जैसे, पिन डायोड, हिमस्खलन फोटोडायोड) प्रकाश को वापस विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है, जो तब मूल डेटा में डिकोड हो जाते हैं।

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फाइबर प्रकार और प्रदर्शन

सिंगल-मोड फाइबर (एसएमएफ):

- अल्ट्रा-पतली कोर (8-10 μM), केवल एक प्रकाश प्रसार मोड की अनुमति देता है।

- Advantages: Long-distance transmission (>100 किमी), उच्च बैंडविड्थ। बैकबोन नेटवर्क (जैसे, अंडरसीज़ केबल) में उपयोग किया जाता है।

मल्टी-मोड फाइबर (एमएमएफ):

- मोटी कोर (50-62। 5μm), कई प्रकाश मोड का समर्थन करना।

- कमियां: मोडल फैलाव ट्रांसमिशन दूरी को सीमित करता है (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).

फाइबर ऑप्टिक्स के लाभ

चरम बैंडविड्थ: सैद्धांतिक गति सैकड़ों टीबीपी (तरंग दैर्ध्य-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग का उपयोग करके)।

कम क्षीणन: आधुनिक फाइबर 0 के रूप में कम नुकसान का प्रदर्शन करते हैं।

ईएमआई के लिए प्रतिरक्षा: विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से अप्रभावित, कठोर वातावरण के लिए उपयुक्त (जैसे, पावर ग्रिड, अस्पताल)।

कॉम्पैक्ट और सुरक्षित: हल्के, छोटे आकार और कोई विद्युत चुम्बकीय विकिरण रिसाव।

तकनीकी चुनौतियां

फैलाव: प्रकाश तरंग दैर्ध्य/मोड की अलग-अलग गति के कारण सिग्नल चौड़ीकरण (फैलाव-कॉम्पेंसेटिंग फाइबर या डीएसपी के माध्यम से हल)।

Nonlinear प्रभाव: उच्च-शक्ति संकेत बिखरने/चार-लहर मिश्रण को प्रेरित करते हैं, सटीक शक्ति नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

मोड़ हानि: अत्यधिक झुकने से हल्का रिसाव होता है; स्थापना के दौरान न्यूनतम मोड़ त्रिज्या बनाए रखी जानी चाहिए।

अनुप्रयोग

टेलीकॉम नेटवर्क: इंटरनेट बैकबोन, 5 जी बेस स्टेशन लिंक, डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट्स।

हेल्थकेयर: एंडोस्कोपिक इमेजिंग, लेजर सर्जरी।

औद्योगिक: फाइबर ऑप्टिक सेंसर (तापमान, दबाव), फाइबर लेजर।

सारांश

फाइबर ऑप्टिक्स कुल आंतरिक प्रतिबिंब के माध्यम से एक कोर के भीतर प्रकाश संकेतों को सीमित करके जानकारी प्रसारित करता है। लाइट की उच्च आवृत्ति का लाभ उठाते हुए, वे अल्ट्रा-फास्ट, लंबी दूरी और कम-हानि संचार को सक्षम करते हैं। प्रमुख प्रौद्योगिकियों में प्रकाश मॉड्यूलेशन, कुल प्रतिबिंब नियंत्रण, ऑप्टिकल प्रवर्धन और फैलाव प्रबंधन शामिल हैं, जो फाइबर ऑप्टिक्स को आधुनिक वैश्विक संचार प्रणालियों की रीढ़ बनाते हैं।