Optical Fiber in Hindi

Optical Fiber in Hindi

What is an Optical Fiber?एक ऑप्टिकल फाइबर क्या है

एक ऑप्टिकल फाइबर (Optical Fiber) एक लचीला और पारदर्शी फाइबर होता है, जो आमतौर पर कांच या प्लास्टिक से बना होता है। यह फाइबर के एक छोर से दूसरे छोर तक प्रकाश को संचारित करने के लिए एक वेवगाइड / लाइट पाइप के रूप में कार्य करता है जो फाइबर ऑप्टिक्स की काफी सरल और अपेक्षाकृत पुरानी तकनीक का उपयोग करता है, जो प्रकाश के अपवर्तन (refraction of light) पर आधारित होता है। इसका उपयोग लंबी दूरी और उच्च BW (बैंडविड्थ) के संचरण (transmission) में व्यापक रूप से किया जाता है।

ऑप्टिकल फाइबर ग्लास (Optical Fiber Glass) या प्लास्टिक से बना एक लंबा, पतला पारदर्शी ढांकता हुआ पदार्थ होता है, जो कई कुल आंतरिक प्रतिबिंबों के माध्यम से फाइबर के एक छोर से दूसरे छोर तक ऑप्टिकल आवृत्तियों के विद्युत चुम्बकीय तरंगों (अवरक्त के लिए दिखाई देता है) को वहन करता है। इस प्रकार, ऑप्टिकल फाइबर, ऑप्टिकल संचार प्रणालियों में वेवगाइड के रूप में काम करते हैं।

एक ऑप्टिकल फाइबर में एक आंतरिक बेलनाकार पदार्थ होता है जो कांच या प्लास्टिक से बना होता है जिसे कोर (Core) कहा जाता है। कोर कांच या प्लास्टिक के एक बेलनाकार खोल से घिरा हुआ होता है, जिसे क्लैडिंग (cladding) कहा जाता है। कोर का अपवर्तक सूचकांक (n1) क्लैडिंग (n2), [अर्थात, n1> n2] के अपवर्तक सूचकांक की तुलना में थोड़ा ज्यादा होता है। विशिष्ट अपवर्तक सूचकांक मान (Typical refractive index values) n1 = 1.48 और n2 = 1.46 हैं। कोर का diameter (मूल व्यास) लगभग 50 µm होता है, तथा क्लैडिंग की मोटाई फाइबर से गुजरने वाले प्रकाश के 1 या 2 तरंग दैर्ध्य के बराबर होती है।

क्लैडिंग एक पॉलीयुरेथेन जैकेट में संलग्न होता है, जैसा कि नीचे चित्र में दिखाया गया है। यह परत आसपास के वातावरण से फाइबर की रक्षा करती है। कई तंतुओं को एक केबल बनाने के लिए समूहीकृत किया जाता है। एक केबल में कई सौ से अधिक ऐसे फाइबर हो सकते हैं।

 

ऑप्टिकल फाइबर का कार्य सिद्धांत (Working Principle of optical fibre)

एक बार जब प्रकाश किरणें कोर में प्रवेश करती हैं, तो वे कोर-क्लैडिंग इंटरफेस में कई आंतरिक प्रतिबिंबों की सहायता से आगे बढ़ती हैं, जिससे किरणें ऑप्टिकल फाइबर के एक छोर से दूसरे छोर तक जाती हैं।
एक सीधे ऑप्टिकल फाइबर में कुल आंतरिक प्रतिबिंब की घटना को निम्नलिखित तरीके से समझाया गया है। बता दें कि कोर का अपवर्तनांक n1 है और क्लैडिंग की संख्या n2 है जैसे n1> n2। जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, प्रकाश Ao की एक किरण कोर के अंतिम छोर ‘O’ पर टकराती है; इस किरण को तंतु की धुरी से θ0 की दूरी पर कोण बनाते हैं।
यह किरण कोर में अपवर्तित होती है और OB के साथ गुजरती है, कोर में अपवर्तन कोण θहै। किरण OB इन्सिडेन्स कोण के साथ कोर-क्लैडिंग इंटरफेस पर 90°- θका कोण बनता है। मान लीजिए कि angle of incidence कोर-क्लैडिंग इंटरफ़ेस के क्रिटिकल कोण [θ90°- θ1] के बराबर है, तो क्लैडिंग में अपवर्तन का कोण 90° है, ताकि किरण (BC) कोर और क्लैडिंग के बीच इंटरफ़ेस के साथ गुजर सके है।

 

यदि angle of incidence फाइबर के अंत पर एक किरण के लिए θ0 से कम है, तो अपवर्तन कोण (angle of refraction) θ1 से कम है और कोर-क्लैडिंग इंटरफ़ेस पर angle of incidence, क्रिटिकल कोण से बड़ा है, तब किरण कुल आंतरिक परावर्तन (total internal reflection) को  कोर-क्लैडिंग इंटरफ़ेस पर प्राप्त करती है।

यदि angle of incidence फाइबर के अंत पर एक किरण के लिए θ0 से बड़ा है, तो अपवर्तन कोण (angle of refraction) θ1 से बड़ा है और कोर-क्लैडिंग इंटरफ़ेस पर angle of incidence, क्रिटिकल कोण से कम है, तब किरण को फिर से क्लैडिंग में रिफ्लेक्ट किया जाता है और अवशोषण के कारण उसे खो दिया जाता है।

ऑप्टिकल फाइबर के प्रकार (Types of optical fibre)

ऑप्टिकल फाइबर के प्रकार अपवर्तक सूचकांक, प्रयुक्त सामग्री और प्रकाश के प्रसार के मोड पर निर्भर करते हैं। अपवर्तक सूचकांक पर आधारित वर्गीकरण इस प्रकार है:
  • स्टेप इंडेक्स फाइबर्स: इसमें क्लैडिंग से घिरा एक कोर होता है, जिसमें एक समान अपवर्तक सूचकांक होता है।
  • ग्रेडेड इंडेक्स फाइबर्स: ऑप्टिकल फाइबर का अपवर्तक सूचकांक घटता है क्योंकि फाइबर अक्ष से रेडियल दूरी बढ़ जाती है।
प्रयुक्त सामग्रियों के आधार पर वर्गीकरण इस प्रकार है:
  • प्लास्टिक ऑप्टिकल फाइबर: पॉलीमेथाइलमेटेक्रायलेट (polymethylmethacrylate) को प्रकाश के संचरण के लिए एक मुख्य सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है।
  • ग्लास फाइबर: इसमें बेहद महीन ग्लास फाइबर होते हैं।
प्रकाश के प्रसार के मोड के आधार पर वर्गीकरण इस प्रकार है:
  • सिंगल-मोड फाइबर्स: इन फाइबर का उपयोग सिग्नल की लंबी दूरी के प्रसारण के लिए किया जाता है।
  • मल्टीमोड फाइबर्स: इन फाइबर का उपयोग सिग्नल की कम दूरी के प्रसारण के लिए किया जाता है।
कोर के प्रसार और अपवर्तक सूचकांक के मोड को निम्न प्रकार के ऑप्टिक फाइबर के चार संयोजन बनाने के लिए उपयोग किया जाता है:
  • स्टेप इंडेक्स-सिंगल मोड फाइबर (Step index-single mode fibers)
  • ग्रेडेड इंडेक्स-सिंगल मोड फाइबर (Graded index-Single mode fibers)
  • चरण सूचकांक-मल्टीमोड फाइबर (Step index-Multimode fibers)
  • क्रमबद्ध सूचकांक-मल्टीमोड फाइबर (Graded index-Multimode fibers)

Acceptance angle (स्वीकृति कोण) को ऑप्टिकल फाइबर के अंतिम छोर पर इन्सिडेन्स के अधिकतम कोण के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसके लिए किरण को ऑप्टिकल फाइबर में प्रचारित किया जा सकता है। इस कोण को एक्सेप्टेन्स कोन आधा कोण (acceptance cone half-angle) भी कहा जाता है।

Numerical aperture (NA) (न्यूमेरिकल एपर्चर) एक ऑप्टिकल फाइबर की प्रकाश-एकत्रित क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है। प्रकाश-इकट्ठा करने की क्षमता स्वीकृति या एक्सेप्टेन्स कोण के अनुपात में होती है। तो, Numerical aperture को फाइबर के स्वीकृति या एक्सेप्टेन्स कोण के Sine से दर्शाया जा सकता है यानी, Sin θ0

ऑप्टिकल फाइबर के लाभ (Advantages of optical fibre)

ऑप्टिकल फाइबर के मुख्य लाभ हैं:

  • बैंडविड्थ (Bandwidth): ऑप्टिकल सिस्टम में दूरसंचार की किसी भी अन्य प्रणाली की तुलना में अधिक बैंडविड्थ उपलब्ध होती है। कई सिग्नल एक ही चैनल पर फ्रिक्वेंसी मल्टीप्लेक्स या टाइम मल्टीप्लेक्स की सहायता से भेजे जा सकते हैं।
  • केबल की लागत (Cable cost): ऑप्टिकल फाइबर की लागत तांबे की केबल की तुलना में अधिक है, लेकिन यह गिर रही है। जबकि इसके विपरीत, लंबी दूरी पर, पुनरावर्तक स्टेशनों को 160 किमी तक अलग किया जा सकता है। अक्सर वे इससे बहुत करीब होते हैं क्योंकि पुनरावर्तक इकाई के लिए बिजली की आपूर्ति तंतुओं के साथ केबल में चलने वाले तांबे के तारों की एक जोड़ी के साथ की जाती है।
  • एमआई से प्रतिरक्षा (Immunity from EMI): कॉपर केबल के विपरीत, ऑप्टिकल फाइबर बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के प्रभाव से प्रतिरक्षा करता है। यह विशेष रूप से औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए अनुकूल है जहां विद्युत मशीनरी और भारी स्विचिंग मजबूत हस्तक्षेप उत्पन्न करते हैं।
  • सावधानी (Safety): कॉपर केबल बिछाने में अधिक गर्मी के कारण कई दोष उत्पन्न हो जाते है, जिससे आग लग सकती है। जबकि ऑप्टिकल फाइबर के साथ ऐसा होने की संभावना बहुत कम है।
  • संक्षारण (Corrosion): कॉपर केबल के विपरीत, ऑप्टिकल फाइबर में संक्षारण नहीं होता है।

ऑप्टिकल फाइबर के अनुप्रयोग (Applications of Optical Fiber)

फाइबर ऑप्टिक केबल के कुछ उपयोगों में शामिल हैं:
  • चिकित्सा (Medical): प्रकाश गाइड, इमेजिंग उपकरण और सर्जरी के लिए लेजर के रूप में भी उपयोग किया जाता है
  • रक्षा / सरकार (Defence/Government): भूकंपीय तरंगों और सोनार के लिए हाइड्रोफोन के रूप में प्रयुक्त, विमान, पनडुब्बियों और अन्य वाहनों में वायरिंग के लिए और क्षेत्र नेटवर्किंग के लिए भी उपयोग होता है ।
  • डेटा स्टोरेज (Data Storage): डेटा ट्रांसमिशन के लिए उपयोग किया जाता है ।
  • दूरसंचार (Telecommunications): दूरसंचार में फाइबर का उपयोग सिग्नल को ट्रांसमिट तथा रिसीव करने के लिए किया जाता है ।
  • नेटवर्किंग (Networking): विभिन्न प्रकार की नेटवर्क सेटिंग्स में उपयोगकर्ताओं और सर्वरों को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है और डेटा ट्रांसमिशन की गति और सटीकता को बढ़ाने में मदद करता है

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