ऑप्टिकल फाइबर का परिचय

ऑप्टिकल संचार में, ऑप्टिकल सिग्नलों के लंबी दूरी तक संचरण के लिए आवश्यक ऑप्टिकल वेवगाइड एक बेलनाकार ढांकता हुआ वेवगाइड होता है जिसे ऑप्टिकल फाइबर कहा जाता है (या बसप्रकाशित तंतु). ऑप्टिकल फाइबर एक ढांकता हुआ वेवगाइड है जो ऑप्टिकल आवृत्तियों पर काम करता है, प्रकाश ऊर्जा को अपनी धुरी के समानांतर दिशा में प्रसारित करने के लिए निर्देशित करता है।

ऑप्टिकल फाइबर की संरचना और वर्गीकरण

△ऑप्टिकल फाइबर का मार्गदर्शक सिद्धांत

ऑप्टिकल फाइबर की संरचना:

ऑप्टिकल फाइबर (ओएफ) एक पारदर्शी ढांकता हुआ फाइबर है जिसका उपयोग प्रकाश का मार्गदर्शन करने के लिए किया जाता है। एक व्यावहारिक ऑप्टिकल फाइबर कई पारदर्शी ढांकता हुआ परतों से बना होता है। ऑप्टिकल फाइबर की विशिष्ट संरचना, जैसा कि चित्र 2-1 में दिखाया गया है, को तीन परतों में विभाजित किया जा सकता है: उच्च अपवर्तक सूचकांक वाला कोर, कम अपवर्तक सूचकांक वाला क्लैडिंग और बाहरी कोटिंग। कोर और क्लैडिंग की संरचना प्रकाश मार्गदर्शन की आवश्यकताओं को पूरा करती है, कोर के साथ प्रकाश तरंगों के प्रसार को नियंत्रित करती है; कोटिंग मुख्य रूप से एक सुरक्षात्मक कार्य करती है (चूंकि यह प्रकाश का मार्गदर्शन नहीं करती है, इसलिए इसे विभिन्न रंगों में रंगा जा सकता है)।

(चित्र 2-1 एक विशिष्ट ऑप्टिकल फाइबर की संरचना)

(1) फाइबर कोर फाइबर कोर ऑप्टिकल फाइबर (व्यास 5~80µm) के केंद्र में स्थित है। इसकी संरचना उच्च शुद्धता वाली सिलिकॉन डाइऑक्साइड है, जिसमें जर्मेनियम डाइऑक्साइड और फॉस्फोरस पेंटोक्साइड जैसे डोपेंट की थोड़ी मात्रा शामिल है। डोपेंट की इन छोटी मात्रा को जोड़ने का उद्देश्य फाइबर कोर के अपवर्तक सूचकांक (एन) को उचित रूप से बढ़ाना है। संचार ऑप्टिकल फाइबर के लिए, कोर व्यास 5~10µm (सिंगल-मोड फाइबर) या 50~80µm (मल्टीमोड फाइबर) है।

(2) क्लैडिंग: क्लैडिंग फाइबर कोर के चारों ओर स्थित है (इसका व्यास लगभग 125 μm है), और इसकी संरचना भी उच्च शुद्धता वाली सिलिकॉन डाइऑक्साइड है जिसमें बहुत कम मात्रा में डोपेंट होता है। डोपेंट (जैसे बोरोन ट्राइऑक्साइड) की भूमिका क्लैडिंग के ऑप्टिकल अपवर्तक सूचकांक (एन2) को उचित रूप से कम करना है, जिससे यह फाइबर कोर के अपवर्तक सूचकांक से थोड़ा कम हो जाता है। विभिन्न प्रकाश मार्गदर्शक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, क्लैडिंग को एकल परत या एकाधिक परतों के रूप में बनाया जा सकता है।

(3) लेपित ऑप्टिकल फाइबर की सबसे बाहरी परत एक्रिलाट, सिलिकॉन रबर और नायलॉन से बनी एक कोटिंग होती है, जो ऑप्टिकल फाइबर की यांत्रिक शक्ति और लचीलेपन को बढ़ाती है। कोटिंग को आम तौर पर प्राथमिक कोटिंग और द्वितीयक कोटिंग में विभाजित किया जाता है। द्वितीयक कोटिंग प्राथमिक कोटिंग के ऊपर लगाई जाने वाली थर्मोप्लास्टिक सामग्री की एक अतिरिक्त परत होती है, इसलिए इसे क्लैडिंग भी कहा जाता है। लेपित ऑप्टिकल फाइबर का बाहरी व्यास आम तौर पर लगभग 1.5 सेमी होता है।

फाइबर कोर की मोटाई, कोर सामग्री का अपवर्तक सूचकांक वितरण और क्लैडिंग सामग्री का अपवर्तक सूचकांक ऑप्टिकल फाइबर की संचरण विशेषताओं में निर्णायक भूमिका निभाते हैं। क्लैडिंग सामग्री आमतौर पर एक निरंतर अपवर्तक सूचकांक के साथ एक सजातीय सामग्री होती है। यदि कई क्लैडिंग परतें हैं, तो प्रत्येक क्लैडिंग परत के अपवर्तक सूचकांक अलग-अलग होते हैं। फाइबर कोर का अपवर्तनांक एक समान हो सकता है या यह कोर त्रिज्या r के साथ भिन्न हो सकता है। इसलिए, त्रिज्या के साथ अपवर्तक सूचकांक वितरण फ़ंक्शन n(r) का उपयोग आमतौर पर कोर अपवर्तक सूचकांक में परिवर्तन को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।

ऑप्टिकल फाइबर का वर्गीकरण:

छवि से पाठ का अंग्रेजी अनुवाद यहां दिया गया है:

"वर्तमान में, कई प्रकार के ऑप्टिकल फाइबर हैं, लेकिन उनके वर्गीकरण के तरीकों को आम तौर पर 4 श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: फाइबर अपवर्तक सूचकांक वितरण द्वारा वर्गीकरण, ट्रांसमिशन मोड द्वारा वर्गीकरण, काम करने वाली तरंग दैर्ध्य द्वारा वर्गीकरण, और जैकेट और क्लैडिंग सामग्री द्वारा वर्गीकरण। इसके अलावा, ऑप्टिकल फाइबर घटकों की संरचना के अनुसार, सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले सिलिका ऑप्टिकल फाइबर के अलावा, फ्लोराइड ऑप्टिकल फाइबर और प्लास्टिक ऑप्टिकल फाइबर भी हैं।

(1) फाइबर अपवर्तक सूचकांक वितरण द्वारा वर्गीकरण: चरण सूचकांक फाइबर (एसआईएफ) और ग्रेडेड इंडेक्स फाइबर (जीआईएफ) में विभाजित किया जा सकता है।

1.स्टेप इंडेक्स ऑप्टिकल फाइबर: फाइबर कोर और क्लैडिंग क्षेत्र को संदर्भित करता है जहां अपवर्तक सूचकांक वितरण एक समान होता है, मान स्थिर होता है, और अपवर्तक सूचकांक वितरण स्तरित संरचना की तरह एक चरण प्रस्तुत करता है। अपवर्तक सूचकांक की भिन्नता चरण{{3}समान होती है। स्टेप इंडेक्स ऑप्टिकल फाइबर का अपवर्तक सूचकांक वितरण चित्र 2-2 में दिखाया गया है।

इसकी अपवर्तक सूचकांक वितरण अभिव्यक्ति है:

n(r) = {n_₁(r से कम या उसके बराबर_₁)

                 {n_₂ (a_₁₂)

स्टेप इंडेक्स ऑप्टिकल फाइबर ऑप्टिकल फाइबर का प्रारंभिक संरचनात्मक रूप है। बाद में, मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर में, इसे धीरे-धीरे ग्रेडेड इंडेक्स ऑप्टिकल फाइबर द्वारा प्रतिस्थापित किया जाने लगा (क्योंकि ग्रेडेड इंडेक्स ऑप्टिकल फाइबर मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर के मोडल रंग फैलाव को काफी कम कर सकता है)। हालाँकि, ऑप्टिकल फाइबर में स्पंदित प्रकाश संचारित करने के लिए इसका उपयोग करना अभी भी अपेक्षाकृत आम है। वर्तमान में, जब सिंगल मोड ऑप्टिकल फाइबर धीरे-धीरे वाणिज्यिक ऑप्टिकल फाइबर के मुख्य उत्पाद के रूप में मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर की जगह ले रहा है, तो स्टेप इंडेक्स ऑप्टिकल फाइबर संरचना सिंगल मोड ऑप्टिकल फाइबर का एकमात्र संरचनात्मक रूप बन गया है। इसे स्टेप जैसा होना चाहिए।

2.ग्रेडेड इंडेक्स ऑप्टिकल फाइबर: ऑप्टिकल फाइबर को संदर्भित करता है जिसका अपवर्तक सूचकांक वितरण त्रिज्या आर के साथ बदलता रहता है। जैसे-जैसे केंद्र से दूरी बढ़ती है और धीरे-धीरे घटती है, त्रिज्या धीरे-धीरे छोटी होती जाती है। इसका भिन्नता नियम आम तौर पर शक्ति घातांक नियम के अनुरूप होता है। फ़ाइबर कोर और क्लैडिंग इंटरफ़ेस तक पहुंचने पर, इसे क्लैडिंग के अनुरूप मानों में छोटा कर दिया जाता है; क्लैडिंग क्षेत्र में, इसका अपवर्तक सूचकांक वितरण एक समान है, अर्थात n₂। ग्रेडेड इंडेक्स ऑप्टिकल फाइबर का अपवर्तक सूचकांक वितरण चित्र 2-3 में दिखाया गया है।"

इसका अपवर्तनांक वितरण निम्नानुसार व्यक्त किया गया है:

"समीकरण में, जी अपवर्तक सूचकांक वितरण संख्या है; यह विभिन्न अपवर्तक सूचकांक वितरण पर विभिन्न मूल्यों का प्रतिनिधित्व करता है; n₁ फाइबर कोर के केंद्र में अपवर्तक सूचकांक है; n₂ क्लैडिंग का अपवर्तक सूचकांक है; a₁ कोर त्रिज्या है; Δ सापेक्ष अपवर्तक सूचकांक अंतर है, Δ=(n₁² - n₂²)/2n₁²=(n₁ - n₂)/n₁.

ग्रेडेड इंडेक्स ऑप्टिकल फाइबर के कम इंटरमॉडल फैलाव का मुख्य कारण यह है कि यह मोडल फैलाव को कम करता है, ट्रांसमिशन दूरी को बढ़ाता है और ट्रांसमिशन क्षमता को बढ़ाता है।

(2) ट्रांसमिशन मोड द्वारा वर्गीकरण:मल्टी-मोड फ़ाइबर (MMF) और सिंगल मोड फ़ाइबर (SMF) में विभाजित किया जा सकता है। जैसा कि नाम से पता चलता है, मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर कई मोड संचारित कर सकता है, जबकि सिंगल मोड ऑप्टिकल फाइबर केवल मौलिक मोड और विद्युत क्षेत्र मोड संचारित कर सकता है। आमतौर पर यह माना जाता है कि ट्रांसमिशन समाधानों की नई पीढ़ी में सिंगल मोड ऑप्टिकल फाइबर का प्रभुत्व होना चाहिए क्योंकि यह मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर की तुलना में कहीं अधिक दूर तक संचारित कर सकता है। जब ट्रांसमिशन माध्यम का नुकसान और फैलाव समान होता है, तो सिंगल मोड मॉड्यूलेशन के बाद सूचना वहन करने की क्षमता मल्टीमोड मॉड्यूलेशन के बाद की तुलना में बहुत अधिक होती है।

कुछ कार्यशील तरंग दैर्ध्य स्थितियों के तहत, ऑप्टिकल फाइबर में कई ट्रांसमिशन मोड होते हैं, और ये फाइबर मोड मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर होते हैं। मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर का मोडल अपवर्तक सूचकांक लगभग फाइबर कोर के अपवर्तक सूचकांक के समान है, और मोड की संख्या लगभग वी (सामान्यीकृत आवृत्ति) के वर्ग के समानुपाती होती है। इसलिए, इसे ग्रेडेड मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर भी कहा जाता है। बाद में, यह धीरे-धीरे ग्रेडेड इंडेक्स ऑप्टिकल फाइबर बन गया।

कुछ कार्यशील तरंग दैर्ध्य स्थितियों के तहत, यदि ऑप्टिकल फाइबर में केवल एक ट्रांसमिशन मोड है, तो इसे सिंगल मोड ऑप्टिकल फाइबर कहा जाता है। एकल -मोड ऑप्टिकल फाइबर केवल मौलिक मोड (अक्षीय मोड) संचारित कर सकता है, और इस मोड में संचारित करते समय कोई इंटरमॉडल फैलाव नहीं होता है। बड़ी संख्या में उच्च ऑर्डर मोड वाले मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर की तुलना में, यह उच्च गति वाले ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों के लिए बहुत उपयोगी है।

(3) कार्यशील तरंग दैर्ध्य द्वारा वर्गीकरण: लघु {{1} तरंग दैर्ध्य ऑप्टिकल फाइबर और लंबी तरंग दैर्ध्य ऑप्टिकल फाइबर में विभाजित किया जा सकता है।

1. लघु - तरंग दैर्ध्य ऑप्टिकल फाइबर: ऑप्टिकल फाइबर संचार विकास के प्रारंभिक चरण में, आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली तरंग दैर्ध्य 0.6 ~ 0.9 माइक्रोमीटर के बीच थी। उस समय मुख्य कारण यह था कि इस तरंग दैर्ध्य बैंड में काम करने वाले अर्धचालक लेजर प्रकाश स्रोत और डिटेक्टर अपेक्षाकृत परिपक्व थे, और लघु तरंग दैर्ध्य ऑप्टिकल फाइबर मुख्य उत्पाद था। वर्तमान में, इसका उपयोग बहुत कम किया जाता है।

2.लंबा -तरंगदैर्घ्य ऑप्टिकल फाइबर: जैसा कि अनुसंधान कार्य जारी है, 1.31 μm और 1.55 μm के तरंगदैर्घ्य बैंड में प्रवेश करते समय, इन दो तरंगदैर्घ्य बैंडों ने कम हानि, शून्य फैलाव और न्यूनतम झुकने वाली हानि विशेषताओं को दिखाया है। इसलिए, अनुसंधान कार्य धीरे-धीरे इन दो तरंग दैर्ध्य बैंडों की ओर स्थानांतरित हो गया है, और बेहतर प्रदर्शन वाले ऑप्टिकल फाइबर सामने आए हैं। अभ्यासों ने साबित कर दिया है कि 1.0 ~ 2.0 माइक्रोमीटर की तरंग दैर्ध्य पर, ऑप्टिकल फाइबर में छोटे तरंग दैर्ध्य ऑप्टिकल फाइबर की तुलना में कम नुकसान होता है।

(4) लंबे {{1} तरंग दैर्ध्य ऑप्टिकल फाइबर कम क्षीणन और विस्तृत बैंडविड्थ जैसे अपने फायदों के कारण लंबी {{2} दूरी, उच्च {3} क्षमता वाले ऑप्टिकल फाइबर संचार के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं।

1. पारंपरिक ऑप्टिकल फाइबर: ऑप्टिकल फाइबर को संदर्भित करता है जिसका फाइबर कोर जर्मेनियम, क्लैडिंग और कोर अपवर्तक सूचकांक वितरण के साथ डोप किया जाता है, एक निश्चित अनुपात में संयुक्त होता है। चूंकि इस प्रकार के ऑप्टिकल फाइबर में अच्छी विशेषताएं हैं और इसका उत्पादन करना अपेक्षाकृत आसान है, इसलिए इसमें कई पीढ़ियों के सुधार हुए हैं।

यह कच्चे माल के रूप में जर्मेनियम के साथ सामग्री के उच्च विस्तार गुणांक के कारण है। कम तापमान पर, यह सिकुड़ जाएगा और टूट जाएगा। तनाव द्विअपवर्तन घटित होगा, जिससे ऑप्टिकल फाइबर में विषमता जुड़ जाएगी।

2. फैलाव {{1} स्थानांतरित ऑप्टिकल फाइबर: ऑप्टिकल फाइबर को संदर्भित करता है जो जर्मेनियम के साथ डोपिंग के बाद गर्मी उपचार से गुजरता है, शून्य फैलाव बिंदु को एक तरंग दैर्ध्य में ले जाता है, तरंग दैर्ध्य से तीन या तीन गुना नहीं।

इस प्रकार के ऑप्टिकल फाइबर की निर्माण प्रक्रिया अपेक्षाकृत जटिल है। उनमें से, ऑप्टिकल फाइबर को अनुकूलित करने के लिए कोर व्यास को डोपिंग की डिग्री से मेल खाना चाहिए। इसलिए, इसका अभी तक व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया है।"