ऑप्टिकल फाइबर का बुनियादी ज्ञान

ऑप्टिकल फाइबर के आविष्कार ने संचार के क्षेत्र में क्रांति को संचालित किया है। यदि उच्च क्षमता वाले उच्च गति वाले चैनल प्रदान करने के लिए कोई ऑप्टिकल फाइबर नहीं है, तो इंटरनेट केवल सैद्धांतिक चरण में रह सकता है। यदि 20 वीं शताब्दी बिजली का युग था, तो 21 वीं सदी प्रकाश का युग है। प्रकाश संचार कैसे प्राप्त करता है? आइए नीचे दिए गए संपादक के साथ एक साथ ऑप्टिकल संचार के बुनियादी ज्ञान को सीखें।

भाग 1। प्रकाश प्रसार का बुनियादी ज्ञान

प्रकाश तरंगों को समझना
प्रकाश तरंगें वास्तव में विद्युत चुम्बकीय तरंगें होती हैं, और मुक्त स्थान में, विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति विपरीत आनुपातिक होती है। दोनों का उत्पाद प्रकाश की गति के बराबर है, अर्थात:

विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम बनाने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तरंग दैर्ध्य या आवृत्तियों की व्यवस्था करें। विभिन्न तरंग दैर्ध्य या आवृत्तियों के अनुसार, विद्युत चुम्बकीय तरंगों को विकिरण क्षेत्र, पराबैंगनी क्षेत्र, दृश्य प्रकाश क्षेत्र, अवरक्त क्षेत्र, माइक्रोवेव क्षेत्र, रेडियो तरंग क्षेत्र और लंबी तरंग क्षेत्र में विभाजित किया जा सकता है। संचार के लिए उपयोग किए जाने वाले बैंड मुख्य रूप से अवरक्त क्षेत्र, माइक्रोवेव क्षेत्र और रेडियो तरंग क्षेत्र हैं। निम्नलिखित छवि आपको मिनटों में संचार बैंड के विभाजन और इसी प्रचार मीडिया को समझने में मदद करेगी।

इस लेख के नायक, "फाइबर ऑप्टिक कम्युनिकेशन", इन्फ्रारेड बैंड में हल्की तरंगों का उपयोग करता है। जब यह इस बिंदु पर आता है, तो लोग आश्चर्यचकित हो सकते हैं कि यह अवरक्त बैंड में क्यों होना चाहिए? यह मुद्दा ऑप्टिकल फाइबर सामग्री के ऑप्टिकल ट्रांसमिशन लॉस से संबंधित है, अर्थात् सिलिका ग्लास। अगला, हमें यह समझने की आवश्यकता है कि ऑप्टिकल फाइबर प्रकाश कैसे प्रसारित करते हैं।

अपवर्तन, प्रतिबिंब और प्रकाश का कुल प्रतिबिंब

जब प्रकाश को एक पदार्थ से दूसरे पदार्थ में उत्सर्जित किया जाता है, तो दो पदार्थों के बीच इंटरफ़ेस में अपवर्तन और प्रतिबिंब होता है, और घटना प्रकाश के कोण के साथ अपवर्तन का कोण बढ़ जाता है। जैसा कि चित्र ① → ② में दिखाया गया है। जब घटना कोण एक निश्चित कोण तक पहुंचता है या उससे अधिक हो जाता है, तो अपवर्तित प्रकाश गायब हो जाता है और सभी घटना प्रकाश वापस परिलक्षित होता है, जो प्रकाश का कुल प्रतिबिंब है, जैसा कि निम्नलिखित आकृति में → → ③ में दिखाया गया है।

विभिन्न सामग्रियों में अलग -अलग अपवर्तक सूचकांक होते हैं, इसलिए प्रकाश प्रसार की गति विभिन्न मीडिया में भिन्न होती है। अपवर्तक सूचकांक को n, n = c/v द्वारा दर्शाया जाता है, जहां C वैक्यूम में वेग है और V माध्यम में प्रसार वेग है। एक उच्च अपवर्तक सूचकांक के साथ एक माध्यम को वैकल्पिक रूप से घने माध्यम कहा जाता है, जबकि कम अपवर्तक सूचकांक के साथ एक माध्यम को वैकल्पिक रूप से विरल माध्यम कहा जाता है। कुल प्रतिबिंब होने के लिए दो स्थितियां हैं:
1। वैकल्पिक रूप से घने माध्यम से वैकल्पिक रूप से विरल माध्यम तक संचरण
2। घटना कोण कुल प्रतिबिंब के महत्वपूर्ण कोण से अधिक या बराबर है
ऑप्टिकल सिग्नल रिसाव से बचने और ट्रांसमिशन लॉस को कम करने के लिए, ऑप्टिकल फाइबर में ऑप्टिकल ट्रांसमिशन कुल प्रतिबिंब स्थितियों के तहत होता है।

भाग 2। ऑप्टिकल प्रसार मीडिया का परिचय (फाइबर ऑप्टिक)

फाइबर ऑप्टिक संरचना

कुल प्रतिबिंब प्रकाश प्रसार के बुनियादी ज्ञान के साथ, ऑप्टिकल फाइबर की डिजाइन संरचना को समझना आसान है। ऑप्टिकल फाइबर के नंगे फाइबर को तीन परतों में विभाजित किया गया है: पहली परत कोर है, जो फाइबर के केंद्र में स्थित है और उच्च-शुद्धता वाले सिलिकॉन डाइऑक्साइड से बना है, जिसे ग्लास के रूप में भी जाना जाता है। कोर व्यास आम तौर पर 9-10 माइक्रोन (एकल-मोड), 50 या 62.5 माइक्रोन (मल्टी-मोड) होता है। फाइबर कोर में एक उच्च अपवर्तक सूचकांक होता है और इसका उपयोग प्रकाश को प्रसारित करने के लिए किया जाता है। दूसरी परत क्लैडिंग: फाइबर कोर के चारों ओर स्थित, सिलिका ग्लास (आम तौर पर 125 माइक्रोन के व्यास के साथ) से बना है। क्लैडिंग का अपवर्तक सूचकांक कम है, फाइबर कोर के साथ एक साथ कुल प्रतिबिंब स्थिति का निर्माण करता है। तीसरी कोटिंग परत: सबसे बाहरी परत एक प्रबलित राल कोटिंग है। सुरक्षात्मक परत सामग्री में उच्च ताकत होती है और यह बड़े प्रभावों का सामना कर सकती है, जिससे ऑप्टिकल फाइबर को जल वाष्प के कटाव और यांत्रिक घर्षण से बचाया जा सकता है।

ऑप्टिकल संचरण हानि

फाइबर ऑप्टिक ट्रांसमिशन लॉस फाइबर ऑप्टिक संचार की गुणवत्ता को प्रभावित करने वाला एक बहुत महत्वपूर्ण कारक है। ऑप्टिकल संकेतों के क्षीणन के कारण होने वाले मुख्य कारकों में सामग्री का अवशोषण हानि, संचरण के दौरान बिखरने की हानि, और फाइबर झुकने, संपीड़न और डॉकिंग हानि जैसे कारकों के कारण होने वाले अन्य नुकसान शामिल हैं।

प्रकाश की तरंग दैर्ध्य अलग है, और ऑप्टिकल फाइबर में संचरण हानि भी अलग है। नुकसान को कम करने और संचरण प्रभाव सुनिश्चित करने के लिए, वैज्ञानिक सबसे उपयुक्त प्रकाश खोजने के लिए प्रतिबद्ध हैं। 1260nm ~ 1360nm की तरंग दैर्ध्य सीमा में प्रकाश में फैलाव और सबसे कम अवशोषण हानि के कारण सबसे छोटा सिग्नल विरूपण होता है। शुरुआती दिनों में, इस तरंग दैर्ध्य रेंज को ऑप्टिकल संचार बैंड के रूप में अपनाया गया था। बाद में, अन्वेषण और अभ्यास की एक लंबी अवधि के बाद, विशेषज्ञों ने धीरे -धीरे कम नुकसान की तरंग दैर्ध्य रेंज (1260nm ~ 1625nm) को संक्षेप में प्रस्तुत किया, जो ऑप्टिकल फाइबर में संचरण के लिए सबसे उपयुक्त है। तो फाइबर ऑप्टिक संचार में उपयोग की जाने वाली हल्की तरंगें आमतौर पर इन्फ्रारेड बैंड में होती हैं।

फाइबर ऑप्टिक वर्गीकरण

मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर: कई मोड को प्रसारित करता है, लेकिन बड़े अंतर मोडल फैलाव डिजिटल संकेतों को संचारित करने की आवृत्ति को सीमित करते हैं, और यह सीमा बढ़ती ट्रांसमिशन दूरी के साथ अधिक गंभीर हो जाती है। इसलिए, मल्टीमोड फाइबर ऑप्टिक ट्रांसमिशन की दूरी अपेक्षाकृत कम है, आमतौर पर केवल कुछ किलोमीटर।
सिंगल मोड फाइबर: एक बहुत छोटे फाइबर व्यास के साथ, सैद्धांतिक रूप से केवल एक मोड को प्रेषित किया जा सकता है, जिससे यह दूरस्थ संचार के लिए उपयुक्त हो जाता है।

भाग 3। फाइबर ऑप्टिक संचार प्रणाली का कार्य सिद्धांत

ऑप्टिकल फाइबर संचार तंत्र

संचार उत्पाद आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं, जैसे कि मोबाइल फोन और कंप्यूटर, विद्युत संकेतों के रूप में जानकारी प्रसारित करते हैं। ऑप्टिकल संचार का संचालन करते समय, पहला कदम विद्युत संकेतों को ऑप्टिकल संकेतों में परिवर्तित करना है, उन्हें फाइबर ऑप्टिक केबल के माध्यम से संचारित करना है, और फिर सूचना संचरण के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल सिग्नल को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करना है। बुनियादी ऑप्टिकल संचार प्रणाली में एक ऑप्टिकल ट्रांसमीटर, एक ऑप्टिकल रिसीवर और प्रकाश को प्रसारित करने के लिए एक फाइबर ऑप्टिक सर्किट होता है। लंबी दूरी के सिग्नल ट्रांसमिशन की गुणवत्ता सुनिश्चित करने और ट्रांसमिशन बैंडविड्थ में सुधार करने के लिए, ऑप्टिकल रिपीटर्स और मल्टीप्लेक्सर्स का उपयोग किया जाता है।

नीचे फाइबर ऑप्टिक संचार प्रणाली में प्रत्येक घटक के कार्य सिद्धांत के लिए एक संक्षिप्त परिचय है।

ऑप्टिकल ट्रांसमीटर:विद्युत संकेतों को ऑप्टिकल संकेतों में परिवर्तित करता है, मुख्य रूप से सिग्नल मॉड्यूलेटर और प्रकाश स्रोतों से बना है।

सिग्नल मल्टीप्लेक्स:जोड़े ट्रांसमिशन के लिए एक ही ऑप्टिकल फाइबर में विभिन्न तरंग दैर्ध्य के कई ऑप्टिकल वाहक संकेतों के संकेतों को दोगुना करने के प्रभाव को प्राप्त करते हैं।

ऑप्टिकल रिपीटर:ट्रांसमिशन के दौरान, सिग्नल की तरंग और तीव्रता बिगड़ जाएगी, इसलिए मूल सिग्नल के स्वच्छ तरंग में तरंग को पुनर्स्थापित करना और प्रकाश की तीव्रता को बढ़ाना आवश्यक है।

सिग्नल डेमुलिप्लेक्सर:अपने मूल व्यक्तिगत संकेतों में मल्टीप्लेक्स सिग्नल को विघटित करें।

ऑप्टिकल रिसीवर:प्राप्त ऑप्टिकल सिग्नल को एक विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है, मुख्य रूप से एक फोटोडेटेक्टर और एक डेमोडुलेटर से बना है।

भाग 4। ऑप्टिकल संचार के लाभ और अनुप्रयोग

ऑप्टिकल संचार के लाभ:

1। लंबी रिले दूरी, किफायती और ऊर्जा-बचत
सूचना के 10 Gbps (10 बिलियन 0 या 1 सिग्नल प्रति सेकंड) के संचरण को मानते हुए, यदि विद्युत संचार का उपयोग किया जाता है, तो सिग्नल को हर कुछ सौ मीटर की दूरी पर रिले और समायोजित करने की आवश्यकता होती है। इसकी तुलना में, ऑप्टिकल संचार का उपयोग करने से 100 किलोमीटर से अधिक की रिले दूरी प्राप्त हो सकती है। सिग्नल को जितना कम बार समायोजित किया जाता है, लागत कम होती है। दूसरी ओर, ऑप्टिकल फाइबर की सामग्री सिलिकॉन डाइऑक्साइड है, जिसमें तांबे के तार की तुलना में प्रचुर मात्रा में भंडार और बहुत कम लागत है। इसलिए, ऑप्टिकल संचार का आर्थिक और ऊर्जा-बचत प्रभाव है।

2। तेजी से सूचना संचरण और उच्च संचार गुणवत्ता

उदाहरण के लिए, अब जब विदेशों में दोस्तों से बात कर रहा है या ऑनलाइन चैट कर रहा है, तो ध्वनि पहले की तरह पिछड़न नहीं है। दूरसंचार के युग में, अंतर्राष्ट्रीय संचार मुख्य रूप से ट्रांसमिशन के लिए रिले के रूप में कृत्रिम उपग्रहों पर निर्भर करता है, जिसके परिणामस्वरूप लंबे समय तक ट्रांसमिशन पथ और धीमी संकेत आगमन होता है। और ऑप्टिकल संचार, पनडुब्बी केबलों की मदद से, ट्रांसमिशन दूरी को छोटा कर देता है, जिससे सूचना ट्रांसमिशन तेजी से होती है। इसलिए, ऑप्टिकल संचार का उपयोग करने से विदेशों में चिकनी संचार प्राप्त हो सकता है।

3। मजबूत विरोधी हस्तक्षेप क्षमता और अच्छी गोपनीयता

विद्युत संचार विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के कारण त्रुटियों का अनुभव कर सकता है, जिससे संचार की गुणवत्ता में कमी आती है। हालांकि, ऑप्टिकल संचार विद्युत शोर से प्रभावित नहीं होता है, जिससे यह सुरक्षित और अधिक विश्वसनीय होता है। और कुल प्रतिबिंब के सिद्धांत के कारण, सिग्नल पूरी तरह से ट्रांसमिशन के लिए ऑप्टिकल फाइबर तक ही सीमित है, इसलिए गोपनीयता अच्छी है।

4। बड़ी संचरण क्षमता
आम तौर पर, विद्युत संचार केवल 10Gbps (10 बिलियन 0 या 1 सिग्नल प्रति सेकंड) जानकारी को प्रसारित कर सकता है, जबकि ऑप्टिकल संचार जानकारी के 1TBPS (1 ट्रिलियन 0 या 1 सिग्नल) को संचारित कर सकता है।

ऑप्टिकल संचार का अनुप्रयोग

ऑप्टिकल संचार के कई फायदे हैं, और इसे अपने विकास के बाद से हमारे जीवन के हर कोने में एकीकृत किया गया है। मोबाइल फोन, कंप्यूटर और आईपी फोन जैसे डिवाइस जो इंटरनेट का उपयोग करते हैं, वे सभी को अपने क्षेत्र, पूरे देश और यहां तक ​​कि वैश्विक संचार नेटवर्क से जोड़ते हैं। उदाहरण के लिए, कंप्यूटर और मोबाइल फोन द्वारा उत्सर्जित सिग्नल स्थानीय संचार ऑपरेटर बेस स्टेशनों और नेटवर्क प्रदाता उपकरणों पर इकट्ठा होते हैं, और फिर पनडुब्बी केबलों में फाइबर ऑप्टिक केबल के माध्यम से दुनिया के विभिन्न हिस्सों में प्रेषित होते हैं।

वीडियो कॉल, ऑनलाइन शॉपिंग, वीडियो गेम, और द्वि घातुमान जैसे दैनिक गतिविधियों का एहसास सभी पर्दे के पीछे इसके समर्थन और सहायता पर भरोसा करते हैं। ऑप्टिकल नेटवर्क के उद्भव ने हमारे जीवन को अधिक आरामदायक और सुविधाजनक बना दिया है।