ऑप्टिकल फायबरचे मूलभूत ज्ञान

ऑप्टिकल फायबरच्या शोधाने संप्रेषणाच्या क्षेत्रात क्रांती घडवून आणली आहे. उच्च-क्षमता उच्च-गती चॅनेल प्रदान करण्यासाठी ऑप्टिकल फायबर नसल्यास, इंटरनेट केवळ सैद्धांतिक अवस्थेतच राहू शकते. जर 20 व्या शतकात विजेचे युग असेल तर 21 वे शतक हे प्रकाशाचे युग आहे. प्रकाश संप्रेषण कसे साध्य करते? चला खाली संपादकासह ऑप्टिकल संप्रेषणाचे मूलभूत ज्ञान जाणून घेऊया.

भाग 1. प्रकाश प्रसाराचे मूलभूत ज्ञान

प्रकाश लाटा समजून घेणे
हलके लाटा प्रत्यक्षात इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा असतात आणि मोकळ्या जागेत, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटाची तरंगलांबी आणि वारंवारता विपरित प्रमाणात असते. या दोघांचे उत्पादन प्रकाशाच्या गतीच्या बरोबरीचे आहे, म्हणजेः

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक स्पेक्ट्रम तयार करण्यासाठी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटांच्या तरंगलांबी किंवा वारंवारतेची व्यवस्था करा. वेगवेगळ्या तरंगलांबी किंवा वारंवारतेनुसार, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा रेडिएशन प्रदेश, अल्ट्राव्हायोलेट प्रदेश, दृश्यमान प्रकाश प्रदेश, अवरक्त प्रदेश, मायक्रोवेव्ह प्रदेश, रेडिओ वेव्ह प्रदेश आणि लांब लाट प्रदेशात विभागल्या जाऊ शकतात. संप्रेषणासाठी वापरल्या जाणार्‍या बँड मुख्यतः इन्फ्रारेड प्रदेश, मायक्रोवेव्ह प्रदेश आणि रेडिओ वेव्ह प्रदेश आहेत. खालील प्रतिमा आपल्याला काही मिनिटांत संप्रेषण बँड आणि संबंधित प्रसार माध्यमांचे विभाजन समजून घेण्यात मदत करेल.

“फायबर ऑप्टिक कम्युनिकेशन” या लेखाचा नायक इन्फ्रारेड बँडमध्ये हलके लाटा वापरतो. जेव्हा हा मुद्दा येतो तेव्हा लोकांना आश्चर्य वाटेल की ते इन्फ्रारेड बँडमध्ये का असले पाहिजे? हा मुद्दा ऑप्टिकल फायबर मटेरियलच्या ऑप्टिकल ट्रान्समिशन लॉसशी संबंधित आहे, सिलिका ग्लास. पुढे, ऑप्टिकल तंतू प्रकाश कसा प्रसारित करतात हे आम्हाला समजून घेणे आवश्यक आहे.

अपवर्तन, प्रतिबिंब आणि प्रकाशाचे संपूर्ण प्रतिबिंब

जेव्हा एका पदार्थापासून दुसर्‍या पदार्थात प्रकाश उत्सर्जित होतो, तेव्हा दोन पदार्थांमधील इंटरफेसवर अपवर्तन आणि प्रतिबिंब उद्भवते आणि घटनेच्या प्रकाशाच्या कोनात अपवर्तनाचा कोन वाढतो. आकृती ① → ② मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. जेव्हा घटनेचा कोन एखाद्या विशिष्ट कोनात पोहोचतो किंवा त्यापेक्षा जास्त होतो, तेव्हा अपवर्तित प्रकाश अदृश्य होतो आणि सर्व घटनेचा प्रकाश परत प्रतिबिंबित होतो, जो प्रकाशाचे संपूर्ण प्रतिबिंब आहे, जसे की खालील आकृतीमध्ये → → in मध्ये दर्शविले आहे.

वेगवेगळ्या सामग्रीमध्ये भिन्न अपवर्तक निर्देशांक असतात, म्हणून प्रकाश प्रसाराची गती वेगवेगळ्या माध्यमांमध्ये बदलते. अपवर्तक निर्देशांक एन, एन = सी/व्ही द्वारे दर्शविला जातो, जेथे सी व्हॅक्यूममधील वेग आहे आणि व्ही मध्यम मधील प्रसार वेग आहे. उच्च अपवर्तक निर्देशांक असलेल्या माध्यमास ऑप्टिकली दाट माध्यम म्हणतात, तर कमी अपवर्तक निर्देशांक असलेल्या माध्यमास ऑप्टिकली विरळ माध्यम म्हणतात. एकूण प्रतिबिंबित होण्याच्या दोन अटी आहेतः
1. ऑप्टिकली दाट माध्यमातून ऑप्टिकली विरळ माध्यमातून प्रसारण
2. घटनेचा कोन एकूण प्रतिबिंबांच्या गंभीर कोनापेक्षा जास्त किंवा समान आहे
ऑप्टिकल सिग्नल गळती टाळण्यासाठी आणि ट्रान्समिशनचे नुकसान कमी करण्यासाठी, ऑप्टिकल फायबरमध्ये ऑप्टिकल ट्रान्समिशन संपूर्ण प्रतिबिंबित परिस्थितीत उद्भवते.

भाग 2. ऑप्टिकल प्रसार माध्यमांची ओळख (फायबर ऑप्टिक)

फायबर ऑप्टिक रचना

एकूण प्रतिबिंब प्रकाश प्रसाराच्या मूलभूत ज्ञानासह, ऑप्टिकल फायबरची डिझाइन रचना समजणे सोपे आहे. ऑप्टिकल फायबरचा बेअर फायबर तीन थरांमध्ये विभागला गेला आहे: पहिला थर कोर आहे, जो फायबरच्या मध्यभागी स्थित आहे आणि उच्च-शुद्धता सिलिकॉन डाय ऑक्साईडचा बनलेला आहे, ज्याला ग्लास म्हणून देखील ओळखले जाते. कोर व्यास सामान्यत: 9-10 मायक्रॉन (सिंगल-मोड), 50 किंवा 62.5 मायक्रॉन (मल्टी-मोड) असतो. फायबर कोअरमध्ये उच्च अपवर्तक निर्देशांक असतो आणि तो प्रकाश प्रसारित करण्यासाठी वापरला जातो. दुसरा लेयर क्लॅडिंग: फायबर कोरच्या सभोवताल स्थित, सिलिका ग्लास (सामान्यत: 125 मायक्रॉनच्या व्यासासह) देखील बनलेला आहे. क्लेडिंगची अपवर्तक निर्देशांक कमी आहे, फायबर कोरसह एकत्रित प्रतिबिंब स्थिती तयार करते. तिसरा कोटिंग लेयर: सर्वात बाह्य थर एक प्रबलित राळ कोटिंग आहे. संरक्षणात्मक थर सामग्रीमध्ये उच्च सामर्थ्य असते आणि मोठ्या परिणामास प्रतिकार करू शकतो, ज्यामुळे ऑप्टिकल फायबरला पाण्याच्या वाफ इरोशन आणि यांत्रिक घर्षणापासून संरक्षण होते.

ऑप्टिकल ट्रान्समिशन लॉस

फायबर ऑप्टिक ट्रान्समिशन लॉस हा फायबर ऑप्टिक संप्रेषणाच्या गुणवत्तेवर परिणाम करणारा एक अतिशय महत्वाचा घटक आहे. ऑप्टिकल सिग्नलचे लक्ष वेधून घेणार्‍या मुख्य घटकांमध्ये सामग्रीचे शोषण कमी होणे, प्रसारणादरम्यान विखुरलेले तोटा आणि फायबर वाकणे, कॉम्प्रेशन आणि डॉकिंग तोटा यासारख्या घटकांमुळे होणारे इतर नुकसान यांचा समावेश आहे.

प्रकाशाची तरंगदैर्ध्य भिन्न आहे आणि ऑप्टिकल फायबरमधील ट्रान्समिशन कमी होणे देखील भिन्न आहे. तोटा कमी करण्यासाठी आणि प्रसारणाचा परिणाम सुनिश्चित करण्यासाठी, वैज्ञानिक सर्वात योग्य प्रकाश शोधण्यासाठी वचनबद्ध आहेत. 1260nm ~ 1360nm च्या तरंगलांबी श्रेणीतील प्रकाशात फैलाव आणि सर्वात कमी शोषण कमी झाल्यामुळे सर्वात लहान सिग्नल विकृती आहे. सुरुवातीच्या काळात, ही तरंगलांबी श्रेणी ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँड म्हणून स्वीकारली गेली. नंतर, अन्वेषण आणि अभ्यासाच्या दीर्घ कालावधीनंतर, तज्ञांनी हळूहळू कमी तोटा तरंगलांबी श्रेणी (1260 एनएम ~ 1625 एनएम) सारांशित केला, जो ऑप्टिकल फायबरमध्ये प्रसारित करण्यासाठी सर्वात योग्य आहे. तर फायबर ऑप्टिक संप्रेषणात वापरल्या जाणार्‍या हलके लाटा सामान्यत: इन्फ्रारेड बँडमध्ये असतात.

फायबर ऑप्टिक वर्गीकरण

मल्टीमोड ऑप्टिकल फायबर: एकाधिक मोड प्रसारित करते, परंतु मोठे इंटर मॉडल फैलाव डिजिटल सिग्नल प्रसारित करण्याची वारंवारता मर्यादित करते आणि वाढत्या प्रसारणाच्या अंतरासह ही मर्यादा अधिक गंभीर होते. म्हणून, मल्टीमोड फायबर ऑप्टिक ट्रान्समिशनचे अंतर तुलनेने लहान असते, सामान्यत: केवळ काही किलोमीटर.
सिंगल मोड फायबर: अगदी लहान फायबर व्यासासह, सैद्धांतिकदृष्ट्या फक्त एक मोड प्रसारित केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे तो दूरस्थ संप्रेषणासाठी योग्य बनतो.

भाग 3. फायबर ऑप्टिक कम्युनिकेशन सिस्टमचे कार्य तत्त्व

ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टम

मोबाइल फोन आणि संगणक यासारख्या सामान्यतः वापरल्या जाणार्‍या संप्रेषण उत्पादने इलेक्ट्रिकल सिग्नलच्या रूपात माहिती प्रसारित करतात. ऑप्टिकल कम्युनिकेशन आयोजित करताना, पहिली पायरी म्हणजे इलेक्ट्रिकल सिग्नलला ऑप्टिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करणे, फायबर ऑप्टिक केबल्सद्वारे प्रसारित करणे आणि नंतर माहिती प्रसारित होण्याचे उद्दीष्ट साध्य करण्यासाठी ऑप्टिकल सिग्नलला विद्युत सिग्नलमध्ये रूपांतरित करणे. मूलभूत ऑप्टिकल कम्युनिकेशन सिस्टममध्ये ऑप्टिकल ट्रान्समीटर, ऑप्टिकल रिसीव्हर आणि प्रकाश प्रसारित करण्यासाठी फायबर ऑप्टिक सर्किट असते. लांब पल्ल्याच्या सिग्नल ट्रान्समिशनची गुणवत्ता सुनिश्चित करण्यासाठी आणि ट्रान्समिशन बँडविड्थ सुधारण्यासाठी, ऑप्टिकल रिपीटर आणि मल्टिप्लेक्सर्स सामान्यत: वापरले जातात.

खाली फायबर ऑप्टिक कम्युनिकेशन सिस्टममधील प्रत्येक घटकाच्या कार्यरत तत्त्वाचा एक संक्षिप्त परिचय आहे.

ऑप्टिकल ट्रान्समीटर:इलेक्ट्रिकल सिग्नलला ऑप्टिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करते, प्रामुख्याने सिग्नल मॉड्युलेटर आणि प्रकाश स्त्रोतांनी बनलेले.

सिग्नल मल्टीप्लेक्सर:प्रसारणासाठी समान ऑप्टिकल फायबरमध्ये वेगवेगळ्या तरंगलांबीचे अनेक ऑप्टिकल कॅरियर सिग्नल, दुप्पट ट्रान्समिशन क्षमतेचा प्रभाव प्राप्त करतात.

ऑप्टिकल रीपीटर:प्रसारणादरम्यान, सिग्नलची वेव्हफॉर्म आणि तीव्रता खराब होईल, म्हणून मूळ सिग्नलच्या व्यवस्थित वेव्हफॉर्मवर वेव्हफॉर्म पुनर्संचयित करणे आणि प्रकाशाची तीव्रता वाढविणे आवश्यक आहे.

सिग्नल डेमल्टिप्लेक्सर:मल्टिप्लेक्स्ड सिग्नल त्याच्या मूळ वैयक्तिक सिग्नलमध्ये विघटित करा.

ऑप्टिकल रिसीव्हर:प्राप्त झालेल्या ऑप्टिकल सिग्नलला इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करते, मुख्यत: फोटोडेटेक्टर आणि डिमोड्युलेटरने बनलेले.

भाग 4. ऑप्टिकल संप्रेषणाचे फायदे आणि अनुप्रयोग

ऑप्टिकल संप्रेषणाचे फायदे:

1. लांब रिले अंतर, आर्थिक आणि ऊर्जा बचत
विद्युत संप्रेषण वापरल्यास 10 जीबीपीएस (10 अब्ज 0 किंवा 1 सिग्नल प्रति सेकंद) प्रसारण गृहीत धरून, सिग्नलला दर काही शंभर मीटर अंतरावर रिले आणि समायोजित करणे आवश्यक आहे. या तुलनेत, ऑप्टिकल संप्रेषणाचा वापर केल्याने 100 किलोमीटरपेक्षा जास्त अंतर मिळू शकते. सिग्नल जितके कमी वेळा समायोजित केले जाईल तितके कमी किंमत. दुसरीकडे, ऑप्टिकल फायबरची सामग्री सिलिकॉन डाय ऑक्साईड आहे, ज्यात तांबे वायरपेक्षा मुबलक साठा आणि कमी किंमत आहे. म्हणून, ऑप्टिकल संप्रेषणाचा आर्थिक आणि ऊर्जा-बचत प्रभाव आहे.

2. वेगवान माहिती प्रसारण आणि उच्च संप्रेषण गुणवत्ता

उदाहरणार्थ, आता परदेशात मित्रांशी बोलताना किंवा ऑनलाइन गप्पा मारताना, आवाज पूर्वीसारखा मागे पडत नाही. दूरसंचाराच्या युगात, आंतरराष्ट्रीय संप्रेषण प्रामुख्याने संक्रमणासाठी रिले म्हणून कृत्रिम उपग्रहांवर अवलंबून असते, परिणामी दीर्घ संक्रमणाचे मार्ग आणि हळूहळू सिग्नल आगमन होते. आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन, पाणबुडी केबल्सच्या मदतीने, प्रसारण अंतर कमी करते, माहिती प्रसारित करते. म्हणूनच, ऑप्टिकल संप्रेषणाचा वापर केल्याने परदेशात नितळ संप्रेषण मिळू शकते.

3. मजबूत-विरोधी हस्तक्षेप क्षमता आणि चांगली गोपनीयता

विद्युत संप्रेषणामुळे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेपामुळे त्रुटी येऊ शकतात, ज्यामुळे संप्रेषणाची गुणवत्ता कमी होते. तथापि, ऑप्टिकल संप्रेषणाचा परिणाम विद्युत आवाजामुळे होत नाही, ज्यामुळे तो अधिक सुरक्षित आणि विश्वासार्ह बनतो. आणि एकूण प्रतिबिंबांच्या तत्त्वामुळे, सिग्नल पूर्णपणे प्रसारित करण्यासाठी ऑप्टिकल फायबरपुरते मर्यादित आहे, म्हणून गोपनीयता चांगली आहे.

4. मोठी ट्रान्समिशन क्षमता
सामान्यत: विद्युत संप्रेषण केवळ 10 जीबीपीएस (10 अब्ज 0 किंवा 1 सिग्नल प्रति सेकंद) प्रसारित करू शकते, तर ऑप्टिकल कम्युनिकेशन 1 टीबीपीएस (1 ट्रिलियन 0 किंवा 1 सिग्नल) माहिती प्रसारित करू शकते.

ऑप्टिकल संप्रेषणाचा अनुप्रयोग

ऑप्टिकल कम्युनिकेशनचे बरेच फायदे आहेत आणि ते आपल्या विकासापासून आपल्या जीवनाच्या प्रत्येक कोप in ्यात समाकलित केले गेले आहे. इंटरनेटचा वापर करणारे मोबाइल फोन, संगणक आणि आयपी फोन सारखी डिव्हाइस प्रत्येकाला त्यांच्या प्रदेश, संपूर्ण देश आणि अगदी जागतिक संप्रेषण नेटवर्कशी जोडतात. उदाहरणार्थ, संगणक आणि मोबाइल फोनद्वारे उत्सर्जित केलेले सिग्नल स्थानिक संप्रेषण ऑपरेटर बेस स्टेशन आणि नेटवर्क प्रदाता उपकरणांवर जमतात आणि नंतर पाणबुडी केबल्समधील फायबर ऑप्टिक केबल्सद्वारे जगाच्या विविध भागात प्रसारित केले जातात.

व्हिडिओ कॉल, ऑनलाइन शॉपिंग, व्हिडिओ गेम्स आणि बिंज पाहणे यासारख्या दैनंदिन क्रियाकलापांची प्राप्ती पडद्यामागील समर्थन आणि मदतीवर अवलंबून असते. ऑप्टिकल नेटवर्कच्या उदयामुळे आपले जीवन अधिक आरामदायक आणि सोयीस्कर झाले आहे.