ऑप्टिकल फाइबर के ज्यामितीय और ऑप्टिकल गुण
ज्यामितीय गुण
की ज्यामितीय विशेषताएँऑप्टिकल फाइबरनिर्माण और कम नुकसान वाले कनेक्शन से निकटता से संबंधित हैं। इन ज्यामितीय विशेषताओं में कोर व्यास, क्लैडिंग आयाम, फाइबर सांद्रता, और गैर -गोलाकारता शामिल हैं।
(1) कोर व्यास: मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर के लिए कोर व्यास एक आवश्यकता है। ITU-T मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर के कोर व्यास को (50 ± 3) μm के रूप में निर्दिष्ट करता है।
(2) बाहरी व्यास: ऑप्टिकल फाइबर का बाहरी व्यास नंगे फाइबर के व्यास को संदर्भित करता है। भले ही यह मल्टीमोड या सिंगल मोड फ़ाइबर हो, ITU{3}}T संचार के लिए उपयोग किए जाने वाले ऑप्टिकल फ़ाइबर के बाहरी व्यास को (125 + 3) μm के रूप में निर्दिष्ट करता है।
(3) फ़ाइबर सांद्रण और बाहर{{1%की{{2%)परिपत्रता: सांद्रणता कोर केंद्र और क्लैडिंग केंद्र के बीच की दूरी और कोर व्यास का अनुपात है। आउट{4}ऑफ़{5}सर्कुलरिटी में कोर और क्लैडिंग की आउट{6}ऑफ़{7}सर्कुलरिटी शामिल है, और इसे निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:
सूत्र में, डीअधिकतमऔर डीमिनकोर (क्लैडिंग) के अधिकतम और न्यूनतम व्यास हैं; डीसहकोर (क्लैडिंग) का मानक व्यास है।
आईटीयू-टी निर्दिष्ट करता है कि: मल्टीमोड फाइबर की सांद्रता त्रुटि 6% से कम होनी चाहिए; कोर नॉन-सर्कुलरिटी 6% से कम होनी चाहिए (सिंगल-मोड सहित); क्लैडिंग नॉन - सर्कुलरिटी 2% से कम होनी चाहिए; और एकल-मोड फाइबर की सांद्रता त्रुटि 1μm होनी चाहिए।
ऑप्टिकल गुण
ऑप्टिकल फाइबर के ऑप्टिकल गुण उनके संचरण प्रदर्शन को निर्धारित करने वाले एक महत्वपूर्ण कारक हैं।
(1) अपवर्तक सूचकांक वितरण: मल्टीमोड फाइबर का अपवर्तक सूचकांक वितरण फाइबर बैंडविड्थ और कनेक्शन हानि को निर्धारित करता है; एकल-मोड फाइबर का अपवर्तक सूचकांक वितरण ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य के चयन को निर्धारित करता है। ऑप्टिकल फाइबर के अपवर्तनांक का सामान्य सूत्र है:
सूत्र में, फाइबर अक्ष से दूरी है; n(0) फाइबर कोर का अपवर्तनांक है जब r=0; जी अपवर्तक सूचकांक वितरण सूचकांक है, जिसके अलग-अलग मान होते हैं जिसके परिणामस्वरूप अलग-अलग अपवर्तक सूचकांक वितरण होते हैं, जैसा चित्र 2-2 में दिखाया गया है; फाइबर कोर त्रिज्या (μm) है; और △ सापेक्ष अपवर्तनांक अंतर है।
कोर अपवर्तक सूचकांक: जब r < ,n(r)=n(0)[1-2△(r/a)g]1/2
क्लैडिंग अपवर्तनांक: जब r, ,n{0}}n(r)=n(0)[1-2△] से अधिक या उसके बराबर हो1/2
(2) ऑप्टिकल फाइबर का संख्यात्मक एपर्चर (एनए) प्रकाश स्रोत युग्मन दक्षता, माइक्रोबेंडिंग के लिए फाइबर हानि संवेदनशीलता और बैंडविड्थ से निकटता से संबंधित है। एक बड़ा संख्यात्मक एपर्चर युग्मन की सुविधा देता है, माइक्रोबेंडिंग संवेदनशीलता को कम करता है, और एक संकीर्ण बैंडविड्थ का परिणाम देता है। अधिकतम सैद्धांतिक संख्यात्मक एपर्चर को निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:
सूत्र में, n चरण -सूचकांक फाइबर के एकसमान कोर का अपवर्तक सूचकांक है (ग्रेडेड{2}}सूचकांक फाइबर के मूल केंद्र का अपवर्तक सूचकांक n(0); एनजी एकसमान आवरण का अपवर्तनांक है।
(3) मोड फ़ील्ड व्यास मोड फ़ील्ड व्यास को मौलिक मोड फ़ील्ड ईए के स्थानांतरण फ़ंक्शन द्वारा परिभाषित किया जा सकता है, अर्थात, मौलिक मोड फ़ील्ड ईए और रेडियल आर के स्थानांतरण फ़ंक्शन के बीच संबंध के वक्र पर दो 1/ई बिंदुओं के बीच की चौड़ाई मोड फ़ील्ड व्यास है।
मोल्ड फ़ील्ड व्यास का अनुमान:2S.=2入/(πn√△)
एकल -मोड फ़ाइबर में, कोर व्यास के स्थान पर मोड फ़ील्ड व्यास का उपयोग किया जाता है। इसका कारण यह है कि समान कोर व्यास वाले फाइबर में अलग-अलग अपवर्तक सूचकांक वितरण के तहत अलग-अलग मोड फ़ील्ड वितरण होंगे, और फाइबर का ट्रांसमिशन प्रदर्शन मोड फ़ील्ड वितरण पर निर्भर करता है।
निर्माण के लिए, यदि फ़ाइबर कनेक्शन में मोड फ़ील्ड व्यास बेमेल है, तो एक बड़ा विचलन कनेक्शन हानि को बढ़ा देगा। ITU-T मोड फ़ील्ड व्यास को (9-10) ± 1 μm के रूप में निर्दिष्ट करता है।
(4) कटऑफ वेवलेंथ (सिंगल-मोड ट्रांसमिशन कंडीशन) कटऑफ वेवलेंथ सिंगल{2}}मोड फाइबर के लिए सिंगल{3}}मोड ट्रांसमिशन की गारंटी की स्थिति है। इस तरंग दैर्ध्य से परे, दूसरा - ऑर्डर एलपी मोड अब प्रसारित नहीं होता है। कटऑफ तरंग दैर्ध्य अन्य मापदंडों से भिन्न है क्योंकि यह स्थिर नहीं है बल्कि लंबाई के साथ बदलता है। इसके लिए सिंगल मोड फाइबर की कटऑफ वेवलेंथ ऑप्टिकल संचार प्रणाली की ऑपरेटिंग वेवलेंथ से छोटी होनी आवश्यक है। वर्तमान में, एकल-मोड फाइबर की कटऑफ तरंगदैर्घ्य 1.10~1.28µm है, जो सापेक्ष अपवर्तक सूचकांक अंतर Δ और क्रॉस-अनुभागीय आकार द्वारा निर्धारित होता है।
ऑप्टिकल फाइबर के अरेखीय प्रभाव
आज के घने तरंग दैर्ध्य डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (DWDM) में उच्च {{0} क्षमता, उच्च {{1} गति ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में एरबियम {{2} डोप्ड फाइबर एम्पलीफायरों के साथ, ऑप्टिकल फाइबर कई तरंग दैर्ध्य और उच्च शक्ति संचारित करते हैं। यह उच्च ऑप्टिकल शक्ति सिग्नल और फाइबर के बीच परस्पर क्रिया के कारण विभिन्न गैर-रेखीय प्रभाव पैदा कर सकती है। यदि इन अरेखीय प्रभावों को ठीक से दबाया नहीं जाता है, तो वे सिस्टम के प्रदर्शन को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकते हैं और पुन: उत्पन्न करने योग्य पुनरावर्तक दूरी को सीमित कर सकते हैं। रैखिकता या गैर-रैखिकता संचरण माध्यम के भीतर प्रकाश के गुणों को संदर्भित करती है, न कि स्वयं प्रकाश के गुणों को। हालाँकि, एक ऑप्टिकल क्षेत्र की उपस्थिति माध्यम के गुणों को बदल देती है। जब एक माध्यम एक मजबूत ऑप्टिकल क्षेत्र के अधीन होता है, तो माध्यम बनाने वाले परमाणुओं या अणुओं के भीतर के इलेक्ट्रॉन शिफ्ट या कंपन करते हैं, जिससे ध्रुवीकरण होता है। द्विध्रुवीय तरंगें ध्रुवीकृत माध्यम के भीतर दिखाई देती हैं, और ये द्विध्रुव समान आवृत्ति की विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित करते हैं, जो मूल घटना क्षेत्र पर आरोपित होती हैं, जो माध्यम के भीतर कुल ऑप्टिकल क्षेत्र बन जाती हैं। यह दर्शाता है कि माध्यम के गुणों में परिवर्तन, बदले में, ऑप्टिकल क्षेत्र को प्रभावित करता है।
ऑप्टिकल फाइबर के गैर-रैखिक प्रभावों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: उत्तेजित बिखराव और अपवर्तक सूचकांक गड़बड़ी।
◇उत्तेजित बिखराव मॉड्यूलेटेड सिस्टम में होता है जहां ऑप्टिकल सिग्नल ऑप्टिकल फाइबर में ध्वनिक तरंगों या सिस्टम कंपन के साथ बातचीत करते हैं; अर्थात्, प्रकाशीय क्षेत्र कुछ ऊर्जा को अरैखिक माध्यम में स्थानांतरित करता है। उत्तेजित रमन प्रकीर्णन और उत्तेजित ब्रिलोइन प्रकीर्णन इसी श्रेणी में आते हैं।
उत्तेजित रमन प्रकीर्णन (एसआरएस) आपतित प्रकाश (जिसे पंप प्रकाश कहा जाता है) पर माध्यम में आणविक कंपन के मॉड्यूलेशन (इंटरैक्शन) के कारण होता है, जिसके परिणामस्वरूप आपतित प्रकाश का प्रकीर्णन होता है। माना कि आपतित प्रकाश की आवृत्ति है, और माध्यम के आणविक कंपन की आवृत्ति ν है, तो प्रकीर्णित प्रकाश की आवृत्तियाँ ∞=∞∞ और ν=∞, +∞ हैं। इस घटना को उत्तेजित रमन प्रकीर्णन कहा जाता है। ∞ की आवृत्ति के साथ बिखरे हुए प्रकाश को स्टोक्स तरंग कहा जाता है; ν की आवृत्ति के साथ प्रकीर्णित प्रकाश को एंटी-स्टोक्स तरंग कहा जाता है।
◇कम ऑप्टिकल पावर के तहत, अपवर्तक सूचकांक गड़बड़ी के कारण सिलिका ग्लास फाइबर का अपवर्तक सूचकांक स्थिर रहता है। हालाँकि, उच्च ऑप्टिकल शक्ति प्राप्त करने के लिए बैलेस्टेड फाइबर एम्पलीफायर का उपयोग करते समय, प्रेषित सिग्नल की तीव्रता को बदलने से फाइबर के अपवर्तक सूचकांक में बदलाव आ सकता है। अपवर्तक सूचकांक गड़बड़ी के कारण होने वाले तीन गैर-रैखिक प्रभाव स्व-{2}}चरण मॉड्यूलेशन (एसपीएम), क्रॉस-चरण मॉड्यूलेशन (सीपीएम), और चार-तरंग मिश्रण हैं।
सेल्फ{0}}फ़ेज़ मॉड्यूलेशन (एसपीएम) उस घटना को संदर्भित करता है जहां ट्रांसमिशन के दौरान ऑप्टिकल पल्स का चरण बदलता है, जिससे पल्स वर्णक्रमीय विस्तार होता है। एसपीएम का स्वयं पर ध्यान केंद्रित करने से गहरा संबंध है; यदि गंभीर हो, तो घने तरंग दैर्ध्य डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (डीडब्ल्यूडीएम) सिस्टम में, वर्णक्रमीय चौड़ीकरण आसन्न चैनलों में ओवरलैप हो सकता है।
ऑप्टिकल फाइबर के यांत्रिक और तापमान गुण
ऑप्टिकल फाइबर के यांत्रिक गुण
ऑप्टिकल फाइबर के यांत्रिक गुण महत्वपूर्ण हैं। संचार में उपयोग किए जाने वाले क्वार्ट्ज ऑप्टिकल फाइबर लगभग 125 माइक्रोन के बाहरी व्यास वाले पतले ग्लास फिलामेंट्स होते हैं। कांच एक अत्यधिक कठोर, गैर-लचीला और भंगुर पदार्थ है। इसकी ताकत की सीमा इसकी संरचना के भीतर Si{5}}O बांड के बंधन बल द्वारा निर्धारित की जाती है। सैद्धांतिक रूप से, Si{7}}O परमाणु बंधन को तोड़ने के लिए आवश्यक तनाव का अनुमान 19600-24500 N/mm² है, इसलिए, लगभग 125 μm के बाहरी व्यास वाला एक ऑप्टिकल फाइबर 294 N की तन्यता ताकत का सामना कर सकता है। हालांकि, वास्तविक ऑप्टिकल फाइबर की सतह पर या अंदर दरारें अनिवार्य रूप से मौजूद होती हैं। जब फाइबर पर बाहरी बल लगाया जाता है, तो एक बहुत छोटी सूक्ष्म दरार भी फैल सकती है और फैल सकती है, जिससे भयावह टूटन हो सकती है, जिससे फाइबर की तोड़ने की ताकत बहुत कम हो जाती है (सैद्धांतिक मूल्य का लगभग 1/4)। इसलिए, विकास से लेकर ऑप्टिकल फाइबर के बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग तक, इन चुनौतियों पर काबू पाने के लिए महत्वपूर्ण प्रयास, संसाधन और धन का निवेश किया गया है। वर्तमान में, अनुसंधान, विनिर्माण, केबलिंग और निर्माण विभाग आगे की जांच कर रहे हैं कि ऑप्टिकल फाइबर की तन्य शक्ति और सेवा जीवन को कैसे बेहतर बनाया जाए।
व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ऑप्टिकल फाइबर की तन्य शक्ति 2.35 N तन्य बल से कम नहीं होनी चाहिए। वर्तमान में, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ऑप्टिकल फाइबर की तन्यता ताकत 0.5% तनाव, या 432 ग्राम तन्य बल तक पहुंच गई है। इंजीनियरिंग परियोजनाओं के लिए घरेलू स्तर पर उपयोग किए जाने वाले ऑप्टिकल फाइबर में आमतौर पर 400 ग्राम तन्य बल से अधिक की तन्य शक्ति होती है। बेहतर गुणवत्ता वाले विदेशी ऑप्टिकल फाइबर की तन्यता ताकत 700 ग्राम तन्य बल से अधिक होती है, और पनडुब्बी केबलों के लिए उपयोग किए जाने वाले फाइबर को और भी अधिक ताकत की आवश्यकता होती है। ऑप्टिकल फाइबर की तन्यता ताकत के लिए ये आवश्यकताएं फाइबर निर्माण प्रक्रिया के दौरान स्क्रीनिंग विधियों के माध्यम से प्राप्त की जाती हैं।
ऑप्टिकल फाइबर के जीवनकाल को आमतौर पर इसकी सेवा जीवन के रूप में जाना जाता है। यांत्रिक प्रदर्शन के दृष्टिकोण से, सेवा जीवन का तात्पर्य इसके फ्रैक्चर जीवनकाल से है। ऑप्टिकल फाइबर और केबल के निर्माण और इंजीनियरिंग में, आम तौर पर 20 साल की सेवा जीवन डिज़ाइन किया गया है। हालाँकि, ऑपरेटिंग वातावरण (जैसे तापमान, आर्द्रता और स्थैतिक और गतिशील थकान) के प्रभाव के कारण ऑप्टिकल फाइबर का वास्तविक सेवा जीवन पूरी तरह से सुसंगत नहीं है। वर्तमान अनुमान बताते हैं कि 20 साल के जीवनकाल के लिए डिज़ाइन किए गए ऑप्टिकल फाइबर वास्तव में 30 से 40 साल तक चल सकते हैं।
ऑप्टिकल फाइबर की तापमान विशेषताएँ
ऑप्टिकल फाइबर की तापमान विशेषताएँ फाइबर हानि पर उच्च और निम्न तापमान के प्रभाव को संदर्भित करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप आम तौर पर हानि बढ़ जाती है। उच्च और निम्न दोनों तापमान स्थितियों में फाइबर का नुकसान बढ़ जाता है क्योंकि फाइबर कोटिंग और क्लैडिंग में उपयोग की जाने वाली सामग्री कार्बनिक रेजिन और प्लास्टिक हैं, जिनमें क्वार्ट्ज की तुलना में संकुचन और विस्तार के बहुत बड़े गुणांक होते हैं। इसलिए, कम तापमान पर, फाइबर अक्षीय संपीड़न बल का अनुभव करता है, जिससे सूक्ष्म झुकता है, जबकि उच्च तापमान पर, यह अक्षीय बढ़ाव बल का अनुभव करता है, जिससे तनाव उत्पन्न होता है और नुकसान बढ़ जाता है। ऑप्टिकल फाइबर की तापमान विशेषताओं से पता चलता है कि जैसे-जैसे तापमान घटता है, फाइबर का नुकसान भी बढ़ता है। जब तापमान लगभग -55 डिग्री तक गिर जाता है, तो नुकसान नाटकीय रूप से बढ़ जाता है, जिससे सिस्टम अनुपयोगी हो जाता है। वर्तमान में, ऑप्टिकल फाइबर की निम्न तापमान विशेषताएँ अच्छे स्तर पर पहुँच गई हैं; आम तौर पर, -20 डिग्री पर, हानि में वृद्धि 0.1dB/किमी से कम होती है, और उच्च गुणवत्ता वाले फाइबर के लिए, यह 0.05dB/किमी से कम होती है।
ऑप्टिकल फाइबर का निम्न तापमान प्रदर्शन महत्वपूर्ण है। उत्तरी क्षेत्रों में ओवरहेड ऑप्टिकल केबलों और लाइनों के लिए, खराब निम्न तापमान प्रदर्शन संचार गुणवत्ता को गंभीर रूप से प्रभावित करेगा। इसलिए, ऑप्टिकल फाइबर निर्माण के दौरान, उपयुक्त कोटिंग और क्लैडिंग सामग्री का चयन करना और प्रक्रियाओं में सुधार करना आवश्यक है। इंजीनियरिंग डिज़ाइन में, उत्कृष्ट विशेषताओं वाले ऑप्टिकल फाइबर का चयन करना अनिवार्य है।
