प्रकाशिकी का एक वर्ग जो प्रकाश गाइड और ऑप्टिकल रेंज के वेवगाइड के माध्यम से प्रकाश और छवियों के संचरण से संबंधित है, विशेष रूप से, मल्टी-कोर लाइट गाइड और लचीले फाइबर के बंडलों के माध्यम से। वी. ओ. 1950 के दशक में ही उभरा। 20 वीं सदी
फाइबर-ऑप्टिक भागों में, प्रकाश संकेतों को एक सतह (प्रकाश गाइड के अंत) से प्रकाश गाइड के माध्यम से दूसरे में प्रेषित किया जाता है - छवि तत्वों के एक सेट के रूप में आउटपुट, जिनमें से प्रत्येक अपने स्वयं के प्रकाश-मार्गदर्शक कोर (छवि) के माध्यम से प्रेषित होता है। ।) फाइबर भागों में, आमतौर पर ग्लास फाइबर का उपयोग किया जाता है, जिसके प्रकाश-मार्गदर्शक कोर (कोर) में एक उच्च अपवर्तक सूचकांक होता है और कांच से घिरा होता है - एक कम अपवर्तक सूचकांक वाला एक खोल। नतीजतन, कोर और शेल के बीच इंटरफेस में, किरणें पूर्ण आंतरिक प्रतिबिंब से गुजरती हैं और केवल प्रकाश-मार्गदर्शक कोर के साथ फैलती हैं। इस तरह के कई प्रतिबिंबों के बावजूद, ऑप्टिकल फाइबर में नुकसान मुख्य रूप से स्ट्रैंड ग्लास के द्रव्यमान में प्रकाश के अवशोषण के कारण होता है। स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र में ऑप्टिकल फाइबर का संप्रेषण 1 मीटर की लंबाई के साथ 30-70% है। विभिन्न प्रयोजनों के लिए भागों में प्रकाश-मार्गदर्शक तारों का व्यास कई माइक्रोन से एक सेंटीमीटर तक होता है। ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से प्रकाश का प्रसार, जिसका व्यास तरंग दैर्ध्य की तुलना में बड़ा होता है, ज्यामितीय प्रकाशिकी (ज्यामितीय प्रकाशिकी देखें) के नियमों के अनुसार होता है, जबकि पतले फाइबर (तरंग दैर्ध्य के क्रम पर) केवल व्यक्तिगत प्रकार की तरंगों का प्रचार करते हैं। या उनके संयोजन, जिसे तरंग प्रकाशिकी के ढांचे के भीतर माना जाता है।
छवि को प्रसारित करने के लिए, फाइबर के नियमित बिछाने के साथ कठोर मल्टी-कोर लाइट गाइड और बंडलों का उपयोग किया जाता है। छवि को उद्देश्य द्वारा इनपुट छोर पर प्रक्षेपित किया जाता है, और आउटपुट छोर पर इसे ऐपिस के माध्यम से देखा जाता है। ऐसे उपकरणों में छवि की गुणवत्ता प्रकाश-मार्गदर्शक किस्में के व्यास, उनकी कुल संख्या और निर्माण की पूर्णता से निर्धारित होती है। आमतौर पर, इस तरह के बंडलों का रिज़ॉल्यूशन 10-50 लाइनें प्रति 1 मिमी होता है, और कठोर फंसे हुए प्रकाश गाइड और उनसे sintered भागों में, प्रति 1 मिमी में 100 लाइनें तक। ऐसे भागों में दोष, जहां भी वे प्रकाश-मार्गदर्शक तारों की लंबाई के साथ होते हैं, तारों के माध्यम से आउटपुट अंत तक प्रेषित होते हैं और छवि को खराब करते हैं। इससे उच्च गुणवत्ता वाले भागों का उत्पादन करना मुश्किल हो जाता है।
सघन रूप से पापी तंतुओं से कटी हुई प्लेटें किनेस्कोप के सामने के चश्मे के रूप में काम करती हैं और छवि को उनकी बाहरी सतह पर स्थानांतरित करती हैं, जिससे संपर्क में फोटो खींचना संभव हो जाता है। इस मामले में, फॉस्फर द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का मुख्य भाग फिल्म तक पहुंचता है, और उस पर रोशनी लेंस के साथ कैमरे से शूटिंग करते समय दस गुना अधिक होती है।
फाइबर भागों का संख्यात्मक एपर्चर आमतौर पर 0.4-1.0 की सीमा में होता है। प्रकाश गाइडों के अभिसरण पुंज - फोकस (ध्यान केंद्रित करने वाले शंकु) - संकीर्ण छोर पर विस्तृत छोर पर प्रकाश प्रवाह की घटना को इकट्ठा करते हैं। इसी समय, आउटपुट पर किरणों की रोशनी और ढलान बढ़ जाती है। जब तक आउटपुट पर बीम शंकु का संख्यात्मक एपर्चर प्रकाश गाइड के संख्यात्मक एपर्चर तक नहीं पहुंच जाता, तब तक एकाग्रता बढ़ाना संभव है। बाहर निकलने के अंत के व्यास में और कमी से फाइबर की तरफ की सतह से किरणों के हिस्से के बाहर निकलने या विस्तृत अंत में उनकी वापसी होती है।
वी. ओ. वैज्ञानिक अनुसंधान की लगभग सभी शाखाओं में उपयोग किया जाता है। वे इस तरह के विवरण के साथ सैकड़ों प्रकार के ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल उपकरणों का उत्पादन करते हैं। कठोर सीधे या पूर्व-घुमावदार सिंगल-कोर लाइट गाइड और 15-50 माइक्रोन के व्यास वाले फाइबर के बंडलों का उपयोग ठंडे प्रकाश चिकित्सा उपकरणों में नासॉफिरिन्क्स, पेट आदि को रोशन करने के लिए किया जाता है। ऐसे उपकरणों में, एक विद्युत दीपक से प्रकाश को एक कंडेनसर द्वारा प्रकाश गाइड या बंडल के इनपुट छोर पर एकत्र किया जाता है और इसके माध्यम से प्रबुद्ध गुहा में खिलाया जाता है; यह आपको इससे एक दीपक निकालने की अनुमति देता है - गर्मी का एक स्रोत। किसी दिए गए इंटरलेसिंग के साथ लाइट गाइड हाई-स्पीड फिल्मांकन में, परमाणु कणों के ट्रैक रिकॉर्ड करने के लिए, फोटोटेलीग्राफी और टेलीविजन मापने की तकनीक में स्कैन कन्वर्टर्स के रूप में, कोड कन्वर्टर्स के रूप में और एन्क्रिप्शन डिवाइस के रूप में लागू होते हैं। सक्रिय (लेजर) फाइबर बनाए गए हैं जो प्रकाश के क्वांटम एम्पलीफायरों (क्वांटम एम्पलीफायर देखें) और क्वांटम जनरेटर (क्वांटम जनरेटर देखें) के रूप में काम करते हैं, जो उच्च गति वाले कंप्यूटरों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और तार्किक तत्वों के कार्य करते हैं (तार्किक तत्व देखें), मेमोरी सेल (मेमोरी सेल देखें), आदि। एक छोर पर तय फाइबर (एक तिरछा ब्रश की तरह) - सेप्ट्रॉन - आपको ऑडियो फ्रीक्वेंसी स्पेक्ट्रा का विश्लेषण करने, भीड़ के शोर से आवाजों को अलग करने, आवाज संकेतों से मशीनों को नियंत्रित करने वाले उपकरण बनाने आदि की अनुमति देता है।
फाइबर भागों को अतिरिक्त शुद्ध सामग्री से बनाया जाता है। उपयुक्त ग्रेड के काँच के गलन से एक प्रकाश गाइड और एक रेशा निकाला जाता है। एक नई ऑप्टिकल सामग्री प्रस्तावित है - एक क्रिस्टल फाइबर जो पिघल से उगाया जाता है। इसमें, प्रकाश गाइड फिलामेंटस क्रिस्टल होते हैं, और इंटरलेयर्स पिघल में पेश किए गए एडिटिव्स होते हैं।
लिट।: कपानी एन.एस., फाइबर ऑप्टिक्स, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1969; वेनबर्ग वी.बी. और सत्तारोव डी.के., प्रकाश गाइड के प्रकाशिकी, एम।, 1969।
वी बी वेनबर्ग।
0240942446.tif
एक फाइबर भाग द्वारा एक छवि का तत्व-दर-तत्व संचरण: 1 - इनपुट अवतल अंत पर लागू छवि; 2 - प्रकाश-संचालन कोर; 3 - इन्सुलेट परत; 4 - मोज़ेक छवि को आउटपुट अंत में स्थानांतरित किया गया।

ऑप्टिकल फाइबर एक उदाहरण दिखाते हैं कि कैसे वैज्ञानिक ज्ञान तकनीकी प्रगति में तब्दील हो जाता है, अंततः औसत व्यक्ति के लिए जीवन को आसान बना देता है। कई वर्षों से, फाइबर ऑप्टिक्स विद्युत संकेतों को प्रसारित करने के लिए संचार साधनों से जुड़ा हुआ है। टेलीफोन, इंटरनेट कनेक्शन, टीवी आदि के संचालन के लिए आवश्यक चौड़े बालों को प्रसारित करने के लिए पतले धागों का उपयोग मानव बाल के आकार का किया जा सकता है। बेशक, इसकी उच्च परिचालन क्षमताओं के कारण, फाइबर ऑप्टिक्स ने न केवल आवेदन पाया है घरेलू जरूरतों में।

फाइबर ऑप्टिक सिग्नल ट्रांसमिशन तकनीक

अपने आप में, सिग्नल ट्रांसलेटर के रूप में ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग प्रकट ज्ञान का केवल एक हिस्सा है जिसे फाइबर ऑप्टिक्स के वैज्ञानिक खंड में खोजा जा रहा है। इस क्षेत्र के विशेषज्ञ सूचना के संचरण और प्रकाश के प्रसार का अध्ययन कर रहे हैं, और एक संदर्भ में, प्रकाश गाइड द्वारा एकजुट। उत्तरार्द्ध का उपयोग प्रकाश के वितरक और सूचना के ट्रांसमीटर दोनों के रूप में किया जाता है। वैसे, लेजर प्रौद्योगिकियों के विकास में आधुनिक रुझान एलईडी पर आधारित हैं। इस मामले में, एक और सवाल अधिक दिलचस्प है - फाइबर ऑप्टिक्स का आधार कौन सी घटना है? यह विभिन्न अपवर्तनांक वाले डाइलेक्ट्रिक्स के इंटरफेस के भीतर विद्युत चुम्बकीय विकिरण है। इसके अलावा, सूचना वाहक एक विद्युत चुम्बकीय संकेत नहीं है, बल्कि एक कोडित प्रकाश प्रवाह है। पारंपरिक धातु केबल्स पर फाइबर ऑप्टिक केबल्स की श्रेष्ठता की डिग्री को समझने के लिए, एक बार फिर उनके बैंडविड्थ को संदर्भित करना उचित है। पहले से ही उल्लिखित फाइबर धागा, जिसकी मोटाई 0.5 मिमी से अधिक नहीं है, एक मात्रा में सूचना प्रसारित करने में सक्षम है कि साधारण तांबे की वायरिंग केवल 50 मिमी की मोटाई के साथ काम करेगी।

फाइबर निर्माण के तरीके

दो मुख्य तरीके हैं जिनके द्वारा ऑप्टिकल फाइबर का निर्माण किया जा सकता है। यह प्रीफॉर्म का उपयोग करके एक्सट्रूज़न और मेल्टिंग की एक तकनीक है। पहली तकनीक प्लास्टिक पर आधारित निम्न-गुणवत्ता वाली सामग्री प्राप्त करना संभव बनाती है, इसलिए आज इसका व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। दूसरी विधि को मुख्य और सबसे प्रभावी माना जाता है। एक प्रीफॉर्म एक प्रीफॉर्म है जो धागे को खींचने के लिए डिज़ाइन की गई संरचना में होता है। आधुनिक मानकों के अनुसार, पहिले कई दसियों मीटर ऊंचे हो सकते हैं। बाह्य रूप से, यह लगभग 10 सेमी के व्यास के साथ एक कांच की छड़ है, जिससे धागे का मूल पिघल जाता है। निर्माण प्रक्रिया के दौरान, तंतुओं के मिश्रण के साथ कोर को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, जिसके बाद फिलामेंट्स बनते हैं। परिणामी सामग्री की लंबाई कई किलोमीटर तक पहुंच सकती है, हालांकि व्यास अपरिवर्तित रहता है - इसे स्वचालित नियामकों द्वारा नियंत्रित किया जाता है। फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग कहां किया जाएगा, इस पर निर्भर करते हुए, इसके लिए सामग्री को रासायनिक और भौतिक सुरक्षा प्रदान करने वाले कोटिंग्स के साथ पूर्व-उपचार किया जा सकता है। धागे के मिश्रण के लिए, वे आमतौर पर पॉलीमाइड, एक्रिलेट और सिलिकॉन जैसी सामग्री शामिल करते हैं।

ऑप्टिकल फाइबर की डिजाइन विशेषताएं

धागे का मध्य भाग कोर है - फाइबर का बहुत कोर, जो ऑपरेशन के दौरान प्रकाश फैलाएगा। कोर को बढ़े हुए प्रकाश अपवर्तक सूचकांकों की विशेषता है, जो विशेष एडिटिव्स द्वारा संशोधन के साथ ग्लास डोपिंग का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। उदाहरण के लिए, सिलिका फाइबर के लिए डोपेंट जैसे विशिष्ट अपवर्तक घटकों का उपयोग किया जाता है। बदले में, शेल कई कार्य करता है, जिनमें से मुख्य कोर की प्रत्यक्ष भौतिक सुरक्षा है। यह भाग अपवर्तन का प्रभाव भी प्रदान करता है, लेकिन न्यूनतम गुणांक के साथ। दो सामग्रियों के बीच की सीमा एक प्रकाश गाइड संरचना बनाती है जो प्रकाश के थोक को कोर से बचने की अनुमति नहीं देती है। यह भी ध्यान देने योग्य है कि फाइबर ऑप्टिक्स की मूल बातें सामग्री को प्रकाश गाइड की किस्मों को संदर्भित करती हैं। अधिक सटीक होने के लिए, हम ढांकता हुआ वेवगाइड के बारे में बात कर रहे हैं जो प्रकाश संकेतों को प्रसारित करते हैं।

ऑप्टिकल फाइबर की किस्में

सबसे आम क्वार्ट्ज, प्लास्टिक और फ्लोराइड फाइबर हैं। क्वार्ट्ज फिलामेंट्स ऑक्साइड मेल्ट या संरचना में समान सामग्री पर आधारित होते हैं, जिसमें डोप्ड सिलिकॉन ऑक्साइड भी शामिल है। यह आधार लचीला और लंबे फाइबर का उत्पादन करना संभव बनाता है, जो उच्च यांत्रिक शक्ति द्वारा भी प्रतिष्ठित होते हैं। प्लास्टिक-फाइबर ऑप्टिक्स पॉलिमर से बने होते हैं और, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, उच्च प्रदर्शन प्रदान नहीं कर सकते हैं। विशेष रूप से, ऐसे थ्रेड्स में डेटा हानि का उच्च प्रतिशत होता है, जो मांग वाले क्षेत्रों में उनके उपयोग को सीमित करता है। दूसरी ओर, प्लास्टिक फाइबर की सामर्थ्य घरेलू खंड पर केंद्रित दिशाओं में इस सामग्री की मांग को बनाए रखती है। फ्लोराइड ऑप्टिकल सामग्री के लिए, उनका आधार फ़्लोरोज़िरकोनेट और फ़्लोरोएल्यूमिनेट ग्लास पर आधारित है। ऑप्टिकल संचार प्रदान करने के लिए ये काफी आधुनिक और तकनीकी समाधान हैं, लेकिन संरचना में भारी धातुओं की सामग्री भी उनके उपयोग की अनुमति नहीं देती है, उदाहरण के लिए, चिकित्सा उद्योग में।

ऑप्टिकल फाइबर मापने के उपकरण

ऑप्टिकल फाइबर किट में उपयोग किए जाने वाले सबसे आम उपकरण सेंसर और ब्रैग ग्रेटिंग्स हैं। फाइबर ऑप्टिक सेंसर कुछ निश्चित मूल्यों को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण हैं जो एक निश्चित समय में सामग्री की स्थिति की विशेषता रखते हैं। उदाहरण के लिए, विभिन्न सेंसर यांत्रिक तनाव, तापमान, कंपन, दबाव और अन्य मात्राओं का पता लगा सकते हैं। अपने कार्य में ब्रैग झंझरी ऑप्टिकल विशेषताओं के करीब है। यह फाइबर कोर में एक अपरियोडिक अपवर्तन गड़बड़ी को ठीक करता है। यह माप आपको यह निर्धारित करने की अनुमति देता है कि विशिष्ट परिस्थितियों में सिग्नल संचारित करने में फाइबर ऑप्टिक्स कितना कुशल है। इसके अलावा, विशेषज्ञ एक ऑप्टिकल परावर्तक का उपयोग करते हैं, जो बिखरने और प्रतिरोध संकेतकों को रिकॉर्ड करता है।

फाइबर ऑप्टिक एम्पलीफायरों और लेजर

यह फाइबर ऑप्टिक्स प्रौद्योगिकी के आधार पर विकसित सबसे उन्नत उत्पाद है। अन्य प्रकार के लेज़रों के विपरीत, ऑप्टिकल फिलामेंट्स के उपयोग से कॉम्पैक्ट और एक ही समय में कुशल उपकरण बनाना संभव हो जाता है। विशेष रूप से, फाइबर ऑप्टिक्स तकनीक ने निम्नलिखित लाभों के कारण शास्त्रीय लेजर उपकरणों को बदलना संभव बना दिया है:

• गर्मी लंपटता दक्षता।
• आउटपुट विकिरण में वृद्धि।
• कुशल पंपिंग।
• उच्च विश्वसनीयता और लेजर की स्थिरता।
• उपकरण की छोटी मात्रा।

बदले में, प्रकार के आधार पर एम्पलीफायरों का उपयोग होम नेटवर्क लाइनों में भी किया जा सकता है, जिससे मुख्य फाइबर लाइन का प्रदर्शन बढ़ जाता है। हालांकि, फाइबर ऑपरेशन का दायरा अधिक विस्तार से विचार करने योग्य है।

फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग किसके लिए किया जाता है?

ऐसे कई क्षेत्र हैं जिनमें फाइबर ऑप्टिक सामग्री का उपयोग किया जाता है। यह घरेलू उपयोग, दूरसंचार उपकरण और कंप्यूटर उपकरण के साथ-साथ चिकित्सा के कुछ क्षेत्रों सहित अत्यधिक विशिष्ट क्षेत्रों का क्षेत्र है। इनमें से प्रत्येक खंड के लिए विशेष फाइबर ऑप्टिक्स का उत्पादन किया जाता है। उदाहरण के लिए, टीवी या इंटरनेट सिग्नल प्रसारित करने के एक विशिष्ट साधन के रूप में आवेदन, मध्यम गुणवत्ता के सस्ते प्लास्टिक मॉडल तक सीमित है। लेकिन लेजर उपकरण और महंगे चिकित्सा उपकरणों के लिए, उच्च गुणवत्ता वाले क्वार्ट्ज फाइबर का उपयोग किया जाता है, जो अतिरिक्त संशोधक के साथ भी प्रदान किए जाते हैं।

चिकित्सा में ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग

ऐसे रेशों का उपयोग चिकित्सा उपकरणों और उपकरणों में किया जा सकता है। मानक तकनीक अपवर्तित प्रकाश तंतुओं पर आधारित एक विशेष उपकरण को पेश करने की संभावना का सुझाव देती है, जो शरीर के अंग में पहले से ही बाहरी टेलीविजन कैमरे को एक संकेत प्रेषित कर सकता है। फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग दवा में और प्रकाश सामग्री के रूप में किया जाता है। फाइबर मॉड्यूल से लैस उपकरण पेट, नासोफरीनक्स आदि की गुहाओं की दर्द रहित रोशनी की अनुमति देते हैं।

कंप्यूटर उपकरण में ऑप्टिकल फाइबर का अनुप्रयोग

शायद यह सबसे आम जगह है जिसमें ऑप्टिकल फाइबर ने अपना स्थान पाया है। आज, सूचना प्रसारित करने वाले व्यक्तिगत उपकरणों के बीच संचार लाइनें अब इसके बिना नहीं रह सकती हैं। बेशक, यह उन क्षेत्रों पर लागू होता है जिनमें वायरलेस कनेक्शन का उपयोग करना असंभव या अव्यवहारिक है, जो सक्रिय रूप से केबलों को भी बदल रहे हैं। उदाहरण के लिए, सबसे बड़ी दूरसंचार कंपनियां फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग करने वाले अंतर्क्षेत्रीय बैकबोन नेटवर्क बिछा रही हैं। परिधीय उपकरणों और दूरसंचार सेवाओं के सामान्य उपभोक्ताओं के बीच संचार के लिए ऐसे चैनलों का उपयोग नेटवर्क के बुनियादी ढांचे को बनाए रखने की वित्तीय लागतों को अनुकूलित करना संभव बनाता है, और डेटा ट्रांसमिशन की दक्षता को भी बढ़ाता है।

फाइबर के नुकसान

दुर्भाग्य से, ऑप्टिकल धागे कमजोर बिंदुओं के बिना नहीं हैं। हालांकि ऐसी वायरिंग का रखरखाव सस्ता है, बार-बार अपडेट की आवश्यकता की अनुपस्थिति का उल्लेख नहीं करने के लिए, सामग्री की लागत समान धातु समकक्षों की तुलना में बहुत अधिक है। इसके अलावा, कुछ मिश्र धातुओं में सीसा और जिरकोनियम अशुद्धियों की सामग्री के कारण फाइबर ऑप्टिक्स और दवा में इसका उपयोग बेहद सीमित है, जो मनुष्यों के लिए विषाक्त हैं। यह मुख्य रूप से उच्चतम गुणवत्ता वाले ग्लास मॉडल पर लागू होता है, न कि प्लास्टिक वाले।

रूस में ऑप्टिकल फाइबर उत्पादन

आयात प्रतिस्थापन कार्यक्रम के हिस्से के रूप में, 2015 में, मोर्दोविया में ऑप्टिकल फाइबर सिस्टम प्लांट खोला गया था। रूसी संघ में यह एकमात्र उद्यम है, जो वर्तमान में ऑप्टिकल फाइबर में घरेलू उपभोक्ताओं की जरूरतों को यथासंभव पूरा करने का प्रयास कर रहा है। 2015 तक, रूसी उद्योग भी फाइबर ऑप्टिक सामग्री के निर्माण में लगा हुआ था, लेकिन केवल व्यक्तिगत लक्षित परियोजनाओं के ढांचे के भीतर। आज भी कुछ हद तक यही स्थिति बनी हुई है। यदि किसी निश्चित कंपनी को फाइबर ऑप्टिक्स की आवश्यकता है और दवा में या दूरसंचार के क्षेत्र में इसका उपयोग आर्थिक रूप से उचित होगा, तो ऐसे कई कारखाने हैं जो व्यक्तिगत आधार पर ऐसे विशेष आदेशों पर काम करने के लिए तैयार हैं। हालांकि, निकट भविष्य में, केवल मोर्दोवियन संयंत्र उसी फाइबर ऑप्टिक केबल के सीरियल उत्पादन का उत्पादन करेगा। इसके अलावा, यह अभी तक मांग की मात्रा के अनुसार बाजार में आपूर्ति करने में सक्षम नहीं है। उत्पादों का एक महत्वपूर्ण अनुपात अभी भी अमेरिका और जापान से खरीदा जाता है। और यहां तक ​​कि घरेलू उत्पाद भी आयातित कच्चे माल पर बनाए जाते हैं।

निष्कर्ष

फाइबर ऑप्टिक उत्पाद लगभग 15-20 वर्षों से बाजार खंड के रूप में बन रहे हैं। इन वर्षों में, उपभोक्ता नए केबलों की खूबियों की सराहना करने में सक्षम रहा है, लेकिन प्रगति अभी भी स्थिर नहीं है। तकनीकी और भौतिक गुणों में सुधार के साथ, सामग्री के अनुप्रयोग के क्षेत्रों का भी विस्तार हो रहा है। नैनो तकनीक पर आधारित नवीनतम फाइबर, विशेष रूप से, तेल और गैस उद्योग और रक्षा उद्योग में सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। बदले में, नॉनलाइनियर फाइबर ऑप्टिक्स वर्तमान में केवल वैचारिक, लेकिन प्रौद्योगिकी के बहुत ही आशाजनक क्षेत्रों का विकास कर रहा है। इनमें कम्प्रेशन लेजर पल्स, ऑप्टिकल सॉलिटॉन, अल्ट्राशॉर्ट ऑप्टिकल रेडिएशन आदि शामिल हैं। जाहिर है, संभावित खोजों के साथ सैद्धांतिक अध्ययन के अलावा और विशुद्ध रूप से वैज्ञानिक ज्ञान के ढांचे के भीतर, नए विकास भी बाजार पर विभिन्न स्तरों के उपभोक्ताओं के लिए नए प्रस्ताव बनाना संभव बनाएंगे।

लेख की सामग्री

फाइबर ऑप्टिक्स,पारदर्शी सामग्री के पतले धागों के माध्यम से प्रकाश संचरण की तकनीक। इस प्रकाश का उपयोग लंबी दूरी पर इलेक्ट्रॉनिक संकेतों को प्रसारित करने के लिए किया जाता है। एक घर या कार्यालय में, मानव बाल जितना मोटा रेशों का एक कतरा टेलीविजन, टेलीफोन और कंप्यूटर को संचालित करने के लिए आवश्यक सभी संकेतों को ले जा सकता है। ऐसे फिलामेंट्स, जिन्हें ऑप्टिकल फाइबर या लाइट गाइड भी कहा जाता है, आमतौर पर कांच या प्लास्टिक से बने होते हैं।

फाइबर ऑप्टिक संचार लाइनों (एफओसीएल) के लिए प्रकाश स्रोत लेजर और प्रकाश उत्सर्जक डायोड हैं। प्रकाश को चालू और बंद करने से डिजिटल जानकारी के बिट्स (अर्थात एक और शून्य, क्रमशः) एन्कोड हो जाते हैं। पुनरावर्तक पथ के साथ सिग्नल की शक्ति को बनाए रखते हैं, जबकि रिसीवर लाइन के दूसरे छोर पर इसका पता लगाते हैं और इसे डीकोड करते हैं।

एक ऑप्टिकल फाइबर में एक प्रकाश संचारण कोर और एक आवरण होता है जो प्रकाश को बिखरने से रोकता है। तंतुओं को एक केबल में इकट्ठा किया जाता है, जिसमें 72 से 144 फाइबर हो सकते हैं। पहले ऑप्टिकल फाइबर मल्टीमोड थे, यानी। एक ही समय में कई प्रकाश तरंगें उनके बीच से गुजर सकती हैं। मल्टीमोड फाइबर को रॉड के साथ अपने ज़िगज़ैग पथ में प्रकाश किरणों के अवशोषण और फैलाव के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए पुनरावर्तकों की काफी लगातार व्यवस्था की आवश्यकता होती है। नवीनतम तकनीक सिंगल-मोड फाइबर में एक कोर व्यास इतना छोटा होता है कि यह एक व्यक्तिगत बीम के पथ को सीधा कर सकता है और सिग्नल हानि को बहुत कम कर सकता है। सिंगल-मोड फाइबर केबल प्रति सेकंड 1.2 बिलियन बिट डेटा ट्रांसमिट करने में सक्षम हैं, रिपीटर्स के बीच 50 किमी तक की दूरी के साथ।

फाइबर ऑप्टिक्स के अनुप्रयोग।

ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग चिकित्सा उपकरणों में किया जाता है। रोगी के शरीर में पेश किया जाता है, वे एक अंग या प्रभावित क्षेत्र की एक छवि को बाहरी टेलीविजन कैमरे में प्रेषित करते हैं, जिससे शल्य चिकित्सा विधियों का उपयोग करके अनुसंधान की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। कारों में, वे एक सामान्य स्रोत से विभिन्न डैशबोर्ड तक प्रकाश की आपूर्ति करते हैं। ऑप्टिकल फाइबर कई कारखानों और संस्थानों में कंप्यूटर, रोबोट, टेलीविजन सेट और टेलीफोन को जोड़ते हैं।

हालांकि, ऐसे फाइबर एफओसीएल की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पूरी तरह से पारदर्शी नहीं हैं। ऐसी केबल में, प्रकाश को बिना किसी व्यवधान के लंबी दूरी तय करनी चाहिए। फाइबर में दरारें, संदूषक या बुलबुले पतले बीम को अवशोषित या परावर्तित करने का कारण बनते हैं। फाइबर में संचरण हानि को 10% प्रति किलोमीटर से कम करना पहले ही संभव हो चुका है।

दूरसंचार के लिए उपयोग किए जाने वाले ऑप्टिकल फाइबर को सीम को कम करने के लिए अलग किया जाना चाहिए। प्रकाश जनरेटर को बहुत उच्च परिशुद्धता के साथ फाइबर के सिरों से जोड़ा जाना चाहिए। इस उद्देश्य के लिए, लेजर और एल ई डी विकसित किए गए हैं जो टेबल नमक के अनाज से बड़े नहीं हैं। लंबी दूरी पर टेलीफोन सेवा के लिए फाइबर ऑप्टिक केबल संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान, पश्चिमी यूरोप में काम करते हैं। उत्तरी अमेरिका को यूरोप और एशिया दोनों से जोड़ने वाले ट्रांसोसेनिक फाइबर केबल का एक नेटवर्क 1990 से काम कर रहा है। यह सभी देखें

फाइबर-ऑप्टिक उपकरणों की ऑप्टिकल योजनाएं

फाइबर ऑप्टिक लेजर और एम्पलीफायर के ऑप्टिकल सर्किट

लेज़र

चित्रा 1 फाइबर-ऑप्टिक लेजर की सबसे सरल योजना दिखाता है। अक्षर इंगित करते हैं: ए - सक्रिय फाइबर, डी - पंप डायोड, एम 1 और एम 2 - दर्पण। जैसा कि पारंपरिक लेजर के मामले में होता है, यहां हमारे पास एक सक्रिय माध्यम के साथ एक गुंजयमान यंत्र है, जो एक सक्रिय फाइबर और दर्पण द्वारा बनता है। दर्पण प्रतिक्रिया प्रदान करते हैं। दर्पणों में से एक में 100% प्रतिबिंब हो सकता है। तब रेज़ोनेटर के विपरीत छोर से ही रेडिएशन निकलेगा। कई पंप डायोड हो सकते हैं, और वे गुंजयमान यंत्र के विभिन्न किनारों पर स्थित हो सकते हैं।

एम्पलीफायर

चित्रा 2 फाइबर ऑप्टिक एम्पलीफायर का सबसे सरल सर्किट दिखाता है। यह लेजर सर्किट के समान है, केवल अपवाद के साथ कि फीडबैक को दबाने के लिए दर्पणों को इन्सुलेटर द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इंसुलेटर प्रकाश को केवल एक दिशा में गुजरने की अनुमति देते हैं।

फाइबर ऑप्टिक घटकों का उपकरण

दर्पण और फिल्टर

विकिमीडिया फाउंडेशन। 2010.

• स्टेन
• युवाओं और छात्रों का अंतर्राष्ट्रीय महोत्सव

देखें कि "फाइबर ऑप्टिक्स" अन्य शब्दकोशों में क्या है:

फाइबर ऑप्टिक्स- प्रकाशिकी की शाखा, जो ऑप्टिकल फाइबर पर विकिरण और संबंधित जानकारी के दिशात्मक संचरण पर विचार करती है। [गोस्ट 25462 82] फाइबर ऑप्टिक्स प्रकाश दालों के रूप में संकेतों को प्रसारित करने की एक तकनीक है। ऑप्टिकल फाइबर केबल…… तकनीकी अनुवादक की हैंडबुक

फाइबर ऑप्टिक्स- फाइबर ऑप्टिक्स। फाइबर भाग द्वारा तत्व-दर-तत्व छवि संचरण: 1 इनपुट छवि; 2 प्रकाश गाइड तार; 3 इन्सुलेट परत; 4 मोज़ेक छवि आउटपुट। फाइबर ऑप्टिक्स, प्रकाशिकी की एक शाखा जो अध्ययन करती है ... ... सचित्र विश्वकोश शब्दकोश

फाइबर ऑप्टिक्स- प्रकाशिकी का एक खंड, जिसमें ऑप्टिकल फाइबर और वेवगाइड के माध्यम से प्रकाश और छवियों के संचरण पर विचार किया जाता है। रेंज, विशेष रूप से मल्टी-कोर लाइट गाइड और लचीले फाइबर के बंडलों के लिए। वी. ओ. 1950 के दशक में उत्पन्न हुआ। 20 वीं सदी फाइबर ऑप्टिक में प्रकाश विवरण ...... भौतिक विश्वकोश

फाइबर ऑप्टिक्स- फाइबर ऑप्टिक्स, प्रकाशिकी की एक शाखा जो प्रकाश गाइड के माध्यम से प्रकाश और छवियों के प्रसार का अध्ययन करती है, विशेष रूप से मल्टीफिलामेंट लाइट गाइड और लचीले फाइबर के बंडलों के माध्यम से। इसकी उत्पत्ति 1950 के दशक में हुई थी। चूंकि ऑप्टिकल फाइबर कमजोर रूप से अवशोषित करते हैं ... ... आधुनिक विश्वकोश

फाइबर ऑप्टिक्स- प्रकाशिकी की एक शाखा जो प्रकाश के प्रसार और प्रकाश गाइड के माध्यम से सूचना के संचरण का अध्ययन करती है। फाइबर ऑप्टिक विधियों का उपयोग ऑप्टिकल संचार में, चिकित्सा उपकरणों (नासोफरीनक्स, पेट, आदि की रोशनी) में, उच्च गति के फिल्मांकन में, ... ... में किया जाता है। बड़ा विश्वकोश शब्दकोश

फाइबर ऑप्टिक्स- फाइबर ऑप्टिक्स, प्रकाशिकी की एक शाखा जो पतले ऑप्टिकल ग्लास फाइबर का उपयोग करके डेटा और छवियों के संचरण से संबंधित है जो अंदर प्रकाश संचारित करने में सक्षम है ... वैज्ञानिक और तकनीकी विश्वकोश शब्दकोश

फाइबर ऑप्टिक्स- प्रकाशिकी का एक खंड जो प्रकाश गाइड (लाइट गाइड) और (देखें) ऑप्टिकल रेंज के व्यावहारिक संचरण (देखें), (देखें) और अन्य जानकारी से संबंधित है ... महान पॉलिटेक्निक विश्वकोश

फाइबर ऑप्टिक्स- पारदर्शी सामग्री के पतले धागों के माध्यम से प्रकाश संचरण की तकनीक। इस प्रकाश का उपयोग लंबी दूरी पर इलेक्ट्रॉनिक संकेतों को प्रसारित करने के लिए किया जाता है। घर पर या किसी संस्था में मानव बाल जितना मोटा एक फाइबर बंडल... कोलियर इनसाइक्लोपीडिया

फाइबर ऑप्टिक्स- 4.48। फाइबर ऑप्टिक्स ऑप्टिकल फाइबर पर विकिरण और संबंधित जानकारी के दिशात्मक संचरण से संबंधित ऑप्टिक्स की शाखा GOST 25462

यूक्रेन के शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय

निप्रॉपेट्रोस नेशनल यूनिवर्सिटी

ओलेस गोंचारी के नाम पर

पत्राचार और दूरस्थ शिक्षा केंद्र

विशेषता "जीव विज्ञान"

व्यक्तिगत कार्य

भौतिकी में

विषय पर:

"फाइबर ऑप्टिक्स और इसके अनुप्रयोग"

द्वारा प्रदर्शन किया गया: छात्र

समूह 09-1h (1 स्ट्रीम)

लिट्विनेंको एलेक्जेंड्रा

द्वारा जांचा गया: एसोसिएट प्रोफेसर एलिना ओ.वी.

Dnepropetrovsk

परिचय

एक अवधारणा के रूप में फाइबर ऑप्टिक संचार लाइनें

भौतिक विशेषताऐं

तकनीकी विशेषताएं

फाइबर प्रौद्योगिकी की अपनी कमियां हैं

ऑप्टिकल फाइबर और इसके प्रकार

फाइबर ऑप्टिक केबल

फाइबर ऑप्टिक केबल (एफओसी) के अनुप्रयोग और वर्गीकरण

ऑप्टिकल संचार प्रणालियों के इलेक्ट्रॉनिक घटक

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल संचारित करना

प्रकाश उत्सर्जक डायोड

लेजर डायोड

फाइबर ऑप्टिक्स

फैलाव और थ्रूपुट

निष्कर्ष

ग्रन्थसूची

परिचय

कंप्यूटर प्रौद्योगिकी के विकास की शुरुआत के बाद से थोड़ा सा बीत चुका है - साठ साल। इस दौरान हमें ऐसी कम्प्यूटेशनल स्पीड मिली है, ऐसी डेटा ट्रांसफर दरें जो साठ साल पहले सपने में भी नहीं सोची जा सकती थीं। यह सब 1948 में के। शैनन द्वारा "मैथमैटिकल थ्योरी ऑफ कम्युनिकेशन" और एन। वीनर द्वारा "साइबरनेटिक्स, या कंट्रोल एंड कम्युनिकेशन इन एनिमल एंड मशीन" पुस्तकों के प्रकाशन के साथ शुरू हुआ। उन्होंने विज्ञान के विकास के लिए एक नया वेक्टर निर्धारित किया, जिसके परिणामस्वरूप एक कंप्यूटर दिखाई दिया: पहले एक विशाल दीपक, फिर एक ट्रांजिस्टर और एक एकीकृत सर्किट पर, माइक्रोप्रोसेसरों पर। और 1989 में IBM पर्सनल कंप्यूटर दिखाई दिया। उसी वर्ष, MS-DOS प्रोग्राम जारी किया गया था, और 1990 में - Windows-3.0, और फिर हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर में तेजी से सुधार हुआ। सदी के अंत तक, मानवता ने कंप्यूटर प्रौद्योगिकी का एक अद्भुत लघुकरण प्राप्त किया है, एक कंप्यूटर और एक व्यक्ति के बीच की दूरी में कमी, घरेलू क्षेत्र में कंप्यूटर प्रौद्योगिकी की कुल पैठ। 1986 - इंटरनेट का जन्म, एक वैश्विक नेटवर्क जिसने दुनिया के लगभग सभी देशों को कवर किया, प्रत्येक उपयोगकर्ता को वर्तमान जानकारी प्रदान की। इतनी तेजी से डेटा प्रोसेसिंग प्राप्त करने के बाद, लोग इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि वे इस डेटा के हस्तांतरण पर समय और पैसा बर्बाद करना बंद कर सकते हैं, साथ ही साथ पहुंच की गति और डेटा स्थानांतरण की गति को बढ़ा सकते हैं। यह नए प्रकार के संचार के उपयोग के लिए संभव हो गया, जैसे ऑप्टिकल फाइबर, जो केले एल्यूमीनियम और तांबे के तारों को बदलने के लिए आया था।

फाइबर-ऑप्टिक संचार लाइनों के विकास का इतिहास 1965-1967 में शुरू हुआ

जी, ब्रॉडबैंड सूचना के प्रसारण के लिए वेवगाइड संचार लाइनें, साथ ही कम क्षीणन के साथ क्रायोजेनिक सुपरकंडक्टिंग केबल लाइनें।

1970 के बाद से, ऑप्टिकल वेवलेंथ रेंज में दृश्यमान अवरक्त विकिरण का उपयोग करके प्रकाश गाइड और ऑप्टिकल केबल के निर्माण पर सक्रिय रूप से काम किया गया है।

फाइबर ऑप्टिक संचार लाइन का विषय इस समय प्रासंगिक है, क्योंकि ग्रह पर लोगों की संख्या बढ़ रही है, और जीवन में सुधार की आवश्यकता भी बढ़ रही है। प्राचीन काल से, एक व्यक्ति सुधार कर रहा है: अपने ज्ञान में सुधार करना, घरेलू सामान बनाकर और मॉडलिंग करके जीवन को बेहतर बनाने का प्रयास करना। और अब कई कंपनियां टेलीविजन, टेलीफोन, टेप रिकॉर्डर, कंप्यूटर और बहुत कुछ बनाती हैं, यानी घरेलू उपकरण जो किसी व्यक्ति के जीवन को सरल बनाते हैं। लेकिन इन नई तकनीकों को पेश करने के लिए, आपको पुराने को बदलने या सुधारने की जरूरत है। इसका एक उदाहरण समाक्षीय (तांबे) केबल पर हमारी संचार लाइनें हैं, जिनका पहले ही ऊपर उल्लेख किया जा चुका है। वीडियो जानकारी के प्रसारण के लिए भी उनकी गति कम है। और फाइबर ऑप्टिक्स वही है जो हमें चाहिए - इसकी सूचना हस्तांतरण दर बहुत अधिक है। साथ ही, सिग्नल ट्रांसमिशन के दौरान कम नुकसान अतिरिक्त उपकरण स्थापित किए बिना लंबे केबल अनुभागों को रखना संभव बनाता है। ऑप्टिकल फाइबर में लगभग किसी भी वातावरण में अच्छी शोर प्रतिरक्षा, स्थापना में आसानी और केबल की लंबी सेवा जीवन है। और, इसके अलावा, इसे स्क्रैप करने के उद्देश्य से ऑप्टिकल फाइबर चोरी करने का कोई मतलब नहीं है। वर्तमान में, ऑप्टिकल फाइबर मुख्य रूप से टेली और इंटरनेट संचार में अपना आवेदन पाता है। लेकिन यह माना जाता है कि आज के फाइबर का उपयोग इसके आवेदन के हिमशैल का सिरा है।

एक अवधारणा के रूप में फाइबर ऑप्टिक संचार लाइनें

फाइबर ऑप्टिक्स विज्ञान और प्रौद्योगिकी का एक अपेक्षाकृत युवा क्षेत्र है, और इसकी परिभाषा को स्थापित नहीं माना जा सकता है। हालांकि, हम इसे देने की कोशिश करेंगे।

फाइबर ऑप्टिक्स प्रकाशिकी की एक शाखा है जो प्रकाश गाइड और ऑप्टिकल रेंज के वेवगाइड के माध्यम से प्रकाश और छवियों के संचरण से संबंधित है, विशेष रूप से मल्टी-कोर लाइट गाइड और लचीले फाइबर के बंडलों के माध्यम से।

फाइबर-ऑप्टिक संचार लाइनें एक प्रकार का संचार है जिसमें ऑप्टिकल डाइइलेक्ट्रिक वेवगाइड के माध्यम से सूचना प्रसारित की जाती है। , "ऑप्टिकल फाइबर" के रूप में जाना जाता है।

ऑप्टिकल फाइबर को वर्तमान में सूचना प्रसारित करने के लिए सबसे उन्नत भौतिक माध्यम माना जाता है, साथ ही लंबी दूरी पर सूचना के बड़े प्रवाह को प्रसारित करने के लिए सबसे आशाजनक माध्यम माना जाता है। उदाहरण के लिए, वर्तमान में, फाइबर ऑप्टिक केबल प्रशांत और अटलांटिक महासागरों के तल पर बिछाई जाती हैं और लगभग पूरी दुनिया फाइबर संचार प्रणालियों के एक नेटवर्क में "उलझी हुई" है (लेजर मैग.-1993.-नंबर 3; लेजर फोकस वर्ल्ड.-1992.-28, नंबर 12; टेलीकॉम मैग.-1993.-नंबर 25; एईयू: जे। एशिया इलेक्ट्रॉन। यूनियन.-1992.-नंबर 5)। अटलांटिक के पार यूरोपीय देश फाइबर लाइनों द्वारा अमेरिका से जुड़े हुए हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका, हवाई द्वीप और गुआम द्वीप के माध्यम से - जापान, न्यूजीलैंड और ऑस्ट्रेलिया के साथ। एक फाइबर-ऑप्टिक संचार लाइन जापान और कोरिया को रूसी सुदूर पूर्व से जोड़ती है। पश्चिम में, रूस सेंट पीटर्सबर्ग के यूरोपीय देशों के साथ जुड़ा हुआ है - किंगिसेप - डेनमार्क और सेंट पीटर्सबर्ग - वायबोर्ग - फिनलैंड, दक्षिण में - एशियाई देशों नोवोरोसिस्क - तुर्की के साथ। यूरोप में, साथ ही साथ अमेरिका में, वे लंबे समय से संचार, ऊर्जा, परिवहन, विज्ञान, शिक्षा, चिकित्सा, अर्थशास्त्र, रक्षा, राजनीतिक और वित्तीय गतिविधियों के लगभग सभी क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। इसलिए, ऑप्टिकल फाइबर को बड़ी सूचना प्रवाह को प्रसारित करने के लिए सबसे आशाजनक माध्यम मानने का कारण ऑप्टिकल वेवगाइड्स में निहित कई विशेषताओं से है।

भौतिक विशेषताऐं

अत्यधिक उच्च वाहक आवृत्ति के कारण ब्रॉडबैंड ऑप्टिकल सिग्नल। इसका अर्थ है कि सूचना को लगभग 1 टेराबिट/सेकेंड की दर से एक ऑप्टिकल संचार लाइन पर प्रसारित किया जा सकता है।

दूसरे शब्दों में, एक ही फाइबर पर एक साथ 10 मिलियन टेलीफोन वार्तालाप और एक लाख वीडियो सिग्नल प्रसारित किए जा सकते हैं। डेटा ट्रांसफर दर को एक साथ दो दिशाओं में सूचना प्रसारित करके बढ़ाया जा सकता है, क्योंकि प्रकाश तरंगें एक फाइबर में एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से फैल सकती हैं। इसके अलावा, दो अलग-अलग ध्रुवीकरणों के प्रकाश संकेत ऑप्टिकल फाइबर में फैल सकते हैं, जिससे ऑप्टिकल संचार चैनल के थ्रूपुट को दोगुना करना संभव हो जाता है। आज तक, ऑप्टिकल फाइबर पर प्रसारित सूचना के घनत्व की सीमा तक नहीं पहुंचा जा सका है। और इसका मतलब यह है कि अब तक, हमारे इंटरनेट पर इतने भारी भार के साथ, इतनी जानकारी नहीं मिली है कि अगर एक साथ प्रेषित की जाए, तो प्रेषित डेटा स्ट्रीम की गति में कमी आएगी।

बहुत कम (अन्य मीडिया की तुलना में) फाइबर में प्रकाश संकेत का क्षीणन। दूसरे शब्दों में, कंडक्टर सामग्री के प्रतिरोध के कारण सिग्नल का नुकसान। रूसी फाइबर के सबसे अच्छे नमूनों में इतना कम क्षीणन होता है कि यह सिग्नल पुनर्जनन के बिना 100 किमी तक लंबी संचार लाइनें बनाने की अनुमति देता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में ऑप्टिकल प्रयोगशालाएं और भी अधिक "पारदर्शी", तथाकथित फ़्लोरोज़िरकोनेट फाइबर विकसित कर रही हैं। प्रयोगशाला अध्ययनों से पता चला है कि इस तरह के फाइबर का उपयोग लगभग 1 Gbit / s की संचरण दर से 4600 किमी से अधिक पुनर्जनन साइटों के साथ संचार लाइनें बनाने के लिए किया जा सकता है।

तकनीकी विशेषताएं

ऑप्टिकल फाइबर क्वार्ट्ज ग्लास से बना एक डाइइलेक्ट्रिक वेवगाइड है। इसमें n1>n2 के साथ अपवर्तनांक n2 के साथ क्लैडिंग से घिरे प्रकाश अपवर्तक सूचकांक n1 के साथ एक प्रकाश गाइड कोर है। प्रकाश-मार्गदर्शक कोर में प्रवेश करते हुए, प्रकाश पूर्ण आंतरिक परावर्तन के प्रभाव के कारण उसमें फैलता है। यह प्रभाव तब होता है जब एक प्रकाश किरण दो माध्यमों के बीच एक उच्च अपवर्तनांक n1 वाले माध्यम से निम्न सूचकांक n2 वाले माध्यम पर पड़ता है, और केवल कोण के कुछ मूल्यों तक ही देखा जाता है, का मान जो n1 और n2 के अंतर से निर्धारित होता है। आमतौर पर, अंत में प्रकाश को फाइबर में अंतःक्षिप्त किया जाता है। तंतु के सिरे पर प्रकाश पुंज के आपतन कोण का सीमा मान, sin am = n1 cos qcr = (n12 - n22)1/2 = (2n Dn)1/2 के संबंध से क्रांतिक कोण से संबंधित है। , जहां n = (n1 + n2)/2, और Dn = n1 - n2। मान NA = sin am = (2n Dn) 1/2 को ऑप्टिकल फाइबर का न्यूमेरिकल एपर्चर कहा जाता है और यह ऑप्टिकल फाइबर की प्रकाश को इकट्ठा करने और संचारित करने की क्षमता को निर्धारित करता है। फाइबर में m से कम कोण पर पेश की गई एक प्रकाश किरण फाइबर की पूरी लंबाई के साथ फैल जाएगी। इस तरह के बीम को निर्देशित मोड या केवल एक मोड कहा जाता है।

फाइबर ऑप्टिक सिस्टम के लिए घटकों का चयन करते समय, ट्रांसमिशन दक्षता को प्रभावित करने वाले 2 फाइबर मापदंडों को ध्यान में रखा जाता है: बैंडविड्थ और क्षीणन।

बैंडविड्थ फाइबर बैंडविड्थ का एक पैरामीटर है। बैंडविड्थ जितनी अधिक होगी, सूचना क्षमता उतनी ही अधिक होगी। बैंडविड्थ अनुपात द्वारा विशेषता है: आवृत्ति / दूरी (मेगाहर्ट्ज / किमी)। उदाहरण के लिए, 200 मेगाहर्ट्ज/किमी फाइबर 200 मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ में 1 किमी तक और 100 मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ में 2 किमी तक डेटा संचारित करने में सक्षम है।

क्षीणन। बैंडविड्थ की सीमा के कारण प्रकाश दालों में भौतिक परिवर्तनों के अलावा, ऑप्टिकल शक्ति के स्तर में भी कमी होती है क्योंकि दालें फाइबर से नीचे जाती हैं। इस प्रकार की ऑप्टिकल शक्ति हानि या क्षीणन को एक निर्दिष्ट तरंग दैर्ध्य पर डेसिबल प्रति किलोमीटर (dB/km) में मापा जाता है।

फाइबर हानि

फाइबर ऑप्टिक सिस्टम में उपयोग किया जाने वाला विकिरण ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम के अवरक्त भाग में होता है, जिसमें एक फाइबर से गुजरने वाले प्रकाश का क्षीणन अत्यधिक तरंग दैर्ध्य पर निर्भर होता है। इसलिए, प्रत्येक प्रकार के फाइबर के लिए निर्दिष्ट तरंग दैर्ध्य के लिए क्षीणन या बिजली हानि को मापा जाना चाहिए (चित्र 3 देखें)। तरंग दैर्ध्य को नैनोमीटर (एनएम) में मापा जाता है - एक मीटर का अरबवां हिस्सा - और एक ही लहर के दो चक्रों के बीच की दूरी का प्रतिनिधित्व करता है। एक विशेष तरंग दैर्ध्य पर विकिरण के अवशोषण और प्रकीर्णन के कारण खोई हुई ऑप्टिकल ऊर्जा की मात्रा को डेसीबल प्रति किलोमीटर (dB/km) में क्षीणन कारक के रूप में व्यक्त किया जाता है।

अवशोषण और प्रकीर्णन के कारण फाइबर में विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर ऑप्टिकल बिजली की हानि होती है। फाइबर के संचालन का इष्टतम तरीका एक निश्चित लंबाई की तरंगों पर प्राप्त किया जाता है। उदाहरण के लिए, 1 डीबी/किमी से कम का नुकसान 1300 एनएम पर संचालित 50/125 मिमी मल्टीपाथ प्रकार फाइबर के लिए विशिष्ट है, और 3 डीबी/किमी से कम का नुकसान उसी प्रकार के फाइबर के लिए विशिष्ट है जो 850 एनएम पर काम कर रहा है।

ये दो तरंग दैर्ध्य रेंज, 850 और 1300 एनएम, फाइबरग्लास केबल पर सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए आज सबसे आम और सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं। इन तरंग दैर्ध्य के लिए, आज उद्योग द्वारा ट्रांसमीटर और रिसीवर का उत्पादन किया जाता है। सबसे अच्छी गुणवत्ता में ग्लास फाइबर होता है, जो 1550 एनएम की तरंग दैर्ध्य पर सिंगल बीम मोड में काम करता है।

माइक्रोबेंडिंग नुकसान

उचित सुरक्षा के बिना, ऑप्टिकल फाइबर माइक्रोबेंड के कारण ऑप्टिकल नुकसान के अधीन है। माइक्रोबेंड अस्थायी फाइबर विक्षेपण हैं जो अनुप्रस्थ भार के कारण होते हैं जो कोर में ऑप्टिकल बिजली की हानि का कारण बनते हैं। माइक्रोबेंड के प्रभाव को कम करने के लिए, विभिन्न फाइबर संरक्षण विधियों का उपयोग किया जाता है। स्टेप-टाइप फाइबर के विपरीत, स्टेप-कोर फाइबर माइक्रोबेंडिंग लॉस के लिए अपेक्षाकृत प्रतिरोधी होते हैं।

प्राथमिक फाइबर संरक्षण

एक ऑप्टिकल फाइबर एक बहुत ही पतला प्रकाश गाइड है। बाहरी प्रभावों से माइक्रोज़िगज़ैग की उपस्थिति होती है और तदनुसार, अतिरिक्त नुकसान होता है। फाइबर को बाहरी ताकतों से अलग करने के लिए, दो अतिरिक्त सुरक्षात्मक परतों का उपयोग किया जाता है - एक मुक्त बफर और एक घने बफर। ढीले बफर को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि फाइबर एक प्लास्टिक ट्यूब में समाहित है जिसका आंतरिक व्यास फाइबर से बहुत बड़ा है। एक नियम के रूप में, प्लास्टिक ट्यूब के अंदर जेल से भरा होता है। ढीला बफर केबल को प्रभावित करने वाले बाहरी यांत्रिक क्षति से फाइबर को अलग करता है। एक मल्टीफ़ाइबर केबल में आमतौर पर कई ऐसी ट्यूब होती हैं, जिनमें से प्रत्येक में एक या एक से अधिक फाइबर होते हैं, जो बाहरी दबाव से तंतुओं की रक्षा करने और खिंचाव को कम करने के लिए एंकरिंग घटकों द्वारा एक साथ रखे जाते हैं।

फाइबर की रक्षा करने का एक अन्य तरीका तंग बफरिंग है, जो फाइबर की आधार परत पर प्लास्टिक के सीधे संपीड़न का उपयोग करता है। तंग बफर डिज़ाइन बहुत अधिक प्रभाव और दबाव बलों का विरोध करने की अनुमति देता है और इसके परिणामस्वरूप फाइबर टूटना नहीं होता है। हालांकि एक तंग बफर ढीले बफर की तुलना में अधिक लचीला होता है, लेकिन माइक्रोबेंडिंग के कारण गंभीर झुकने और घुमा के कारण ऑप्टिकल नुकसान नाममात्र विनिर्देश से अधिक हो सकता है। एक बेहतर तंग बफर डिज़ाइन एक प्रबलित केबल है, तथाकथित ब्रेकआउट केबल। ब्रेकआउट केबल में, घनी बफर्ड फाइबर एक आर्मीड यार्न और एक कोटिंग, जैसे पीवीसी से घिरा हुआ है। एकल फाइबर तत्व तब ब्रेकआउट केबल बनाने के लिए सिंगल शीटेड होते हैं। इस "केबल इन केबल" डिज़ाइन के लाभ सरलीकृत कनेक्शन और स्थापना प्रदान करते हैं।

प्रस्तुत डिजाइनों में से प्रत्येक के अपने फायदे हैं। मुक्त बफर ट्यूब केबल को किसी भी अन्य फाइबर प्रकार की तुलना में कम माइक्रोबेंड क्षीणन देता है, साथ ही पर्यावरणीय प्रभावों से उच्च स्तर का अलगाव भी देता है।

लंबी अवधि के यांत्रिक भार के प्रभाव में, मुक्त ट्यूब अधिक स्थिर संचरण पैरामीटर प्रदान करती है। घने बफर का निर्माण सरल है और एक लचीला और ब्रेक-प्रतिरोधी केबल है।

भौतिक मापदंडों का विकल्प

ढीले या तंग बफर का उपयोग करके, सिस्टम डिजाइनर के पास माइक्रोबेंडिंग लॉस और केबल लचीलेपन के बीच एक विकल्प होता है।

केबल स्थापना के लिए, तन्य शक्ति, प्रभाव प्रतिरोध और लचीलेपन जैसे यांत्रिक गुणों का बहुत महत्व है। जलवायु परिस्थितियों के लिए आवश्यकताएं नमी, रसायनों और कई अन्य वायुमंडलीय और बाहरी स्थितियों के प्रतिरोध हैं।

यांत्रिक सुरक्षा

स्थापना के दौरान मानक केबल तनाव अंततः फाइबर पर दबाव डाल सकता है। तनाव माइक्रोबेंडिंग नुकसान का कारण बन सकता है, जो बदले में भिगोना कारक में वृद्धि की ओर जाता है। लोड तनाव को पुनर्वितरित करने, स्थापना को सरल बनाने और सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए, ऑप्टिकल केबल के डिजाइन में विभिन्न प्रकार के आंतरिक सुदृढ़ीकरण तत्व जोड़े जाते हैं। ऐसे तत्व इलेक्ट्रॉनिक केबल में निहित लोडिंग तनाव प्रदान करते हैं और फाइबर को दबाव से मुक्त करते हैं, केबल को खींचने और संपीड़ित करने के प्रभाव को कम करते हैं। कुछ मामलों में, ऐसे तत्व थर्मल इंसुलेटर के रूप में कार्य करते हैं।

फाइबर ऑप्टिक केबल में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले स्ट्रेंथनर में आर्मीड यार्न, ग्लास फाइबर एपॉक्सी (एफजीई) कोर और स्टील वायर शामिल हैं। घाव से गोल-गोल, अरिमिड यार्न स्टील से 5 गुना ज्यादा मजबूत होता है। शीसे रेशा एपॉक्सी रॉड के साथ, यार्न एक ढांकता हुआ बनाने में एक अनिवार्य घटक है।

बेहद कम तापमान अनुप्रयोगों के लिए, स्टील और एफजीई को चुना जाता है क्योंकि ये सामग्री तापमान में उतार-चढ़ाव के लिए अधिक प्रतिरोधी होती हैं।

ऑप्टिकल फाइबर के मुख्य निर्माण खंड

एक ऑप्टिकल फाइबर की संरचना

तना: वह क्षेत्र जहाँ प्रकाश एक रेशे (कांच या प्लास्टिक) से होकर गुजरता है। रॉड का व्यास जितना बड़ा होगा, फाइबर के माध्यम से प्रसारित प्रकाश विकिरण का बीम उतना ही बड़ा होगा।

क्लैडिंग: फाइबर के माध्यम से प्रकाश तरंगों को संचारित करने के लिए कोर में कुल आंतरिक प्रतिबिंब प्रभाव पैदा करने के लिए रॉड की सतह पर पर्याप्त रूप से कम अपवर्तक सूचकांक प्रदान करता है।

कोटिंग: एक बहु-परत प्लास्टिक म्यान है जिसे फाइबर को प्रभावों और अन्य बाहरी प्रभावों से बचाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस तरह के बफर कोटिंग्स की मोटाई 250 से 900 µm होती है।

फाइबर व्यास

शीसे रेशा आयामों को आमतौर पर कोर के बाहरी व्यास, क्लैडिंग और कोटिंग की विशेषता होती है। उदाहरण के लिए: 50/125/250 इंगित करता है कि फाइबर में 50 माइक्रोन का एक कोर व्यास, 125 माइक्रोन का एक आवरण और 250 माइक्रोन का एक कोटिंग है। तुलना के लिए, कागज की एक शीट लगभग 25 माइक्रोन मोटी होती है। फाइबर को जोड़ने या जोड़ने पर, कोटिंग हमेशा हटा दी जाती है।

एफओसीएल के लाभ

एफओसीएल पर सूचना के प्रसारण के तांबे के केबल पर संचरण की तुलना में कई फायदे हैं। सूचना नेटवर्क में फाइबर का तेजी से परिचय ऑप्टिकल फाइबर में सिग्नल प्रसार की विशेषताओं से उत्पन्न होने वाले लाभों का परिणाम है।

वाइड बैंडविड्थ- 1014 हर्ट्ज की अत्यधिक उच्च वाहक आवृत्ति के कारण। यह एक ऑप्टिकल फाइबर पर प्रति सेकंड कई टेराबिट्स के डेटा स्ट्रीम को प्रसारित करना संभव बनाता है। उच्च बैंडविड्थ तांबे या किसी अन्य संचरण माध्यम पर ऑप्टिकल फाइबर के सबसे महत्वपूर्ण लाभों में से एक है।

फाइबर में प्रकाश संकेत का कम क्षीणन।वर्तमान में घरेलू और विदेशी निर्माताओं द्वारा उत्पादित औद्योगिक ऑप्टिकल फाइबर में प्रति किलोमीटर 1.55 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य पर 0.2-0.3 डीबी का क्षीणन होता है। कम क्षीणन और कम फैलाव 100 किमी या उससे अधिक लंबाई तक बिना पुन: संचरण के लाइनों के वर्गों का निर्माण करना संभव बनाता है।

फाइबर ऑप्टिक केबल में कम शोर स्तरआपको निम्न कोड अतिरेक के साथ विभिन्न सिग्नल मॉड्यूलेशन प्रेषित करके बैंडविड्थ बढ़ाने की अनुमति देता है।

उच्च शोर प्रतिरक्षा. चूंकि फाइबर एक ढांकता हुआ सामग्री से बना होता है, इसलिए यह आसपास के कॉपर केबल सिस्टम और विद्युत उपकरण (विद्युत लाइन, मोटर इंस्टॉलेशन, आदि) को प्रेरित करने में सक्षम विद्युत उपकरणों से विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के लिए प्रतिरक्षा है। मल्टी-फाइबर केबल इलेक्ट्रोमैग्नेटिक क्रॉसस्टॉक समस्या से भी बचते हैं जो मल्टी-पेयर कॉपर केबल में होती है।

छोटा वजन और मात्रा।फाइबर ऑप्टिक केबल (FOCs) समान बैंडविड्थ के लिए कॉपर केबल की तुलना में हल्के और हल्के होते हैं। उदाहरण के लिए, 7.5 सेमी के व्यास के साथ 900-जोड़ी टेलीफोन केबल को 0.1 सेमी के व्यास के साथ एकल फाइबर द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। यदि फाइबर कई सुरक्षात्मक म्यानों में "कपड़े पहने" है और स्टील टेप कवच के साथ कवर किया गया है, तो व्यास का ऐसा फाइबर 1.5 सेमी होगा, जो माना गया टेलीफोन केबल से कई गुना छोटा है।

अनधिकृत पहुंच के खिलाफ उच्च सुरक्षा।चूंकि एफओसी व्यावहारिक रूप से रेडियो रेंज में विकिरण नहीं करता है, इसलिए रिसेप्शन और ट्रांसमिशन को परेशान किए बिना उस पर प्रसारित जानकारी को छिपाना मुश्किल है। फाइबर के उच्च संवेदनशीलता गुणों का उपयोग करके ऑप्टिकल संचार लाइन की अखंडता की निगरानी प्रणाली (निरंतर निगरानी), "हैक" संचार चैनल को तुरंत बंद कर सकती है और अलार्म दे सकती है। सेंसर सिस्टम जो प्रचारित प्रकाश संकेतों के हस्तक्षेप प्रभाव का उपयोग करते हैं (दोनों विभिन्न तंतुओं और विभिन्न ध्रुवीकरणों के साथ) में उतार-चढ़ाव के लिए बहुत अधिक संवेदनशीलता होती है, छोटे दबाव की बूंदों के लिए। सरकार, बैंकिंग और कुछ अन्य विशेष सेवाओं में संचार लाइनें बनाते समय ऐसी प्रणालियों की विशेष रूप से आवश्यकता होती है जो डेटा सुरक्षा पर उच्च मांग रखती हैं।

नेटवर्क तत्वों का गैल्वेनिक अलगाव।ऑप्टिकल फाइबर का यह लाभ इसकी इन्सुलेट संपत्ति में निहित है। फाइबर विद्युत ग्राउंड लूप से बचने में मदद करता है जो तब हो सकता है जब तांबे के केबल से जुड़े दो गैर-पृथक कंप्यूटर नेटवर्क नेटवर्क उपकरणों में एक इमारत में अलग-अलग बिंदुओं पर जमीन होती है, जैसे कि अलग-अलग मंजिलों पर। इस मामले में, एक बड़ा संभावित अंतर हो सकता है, जो नेटवर्क उपकरण को नुकसान पहुंचा सकता है। फाइबर के लिए, यह समस्या बस मौजूद नहीं है।

विस्फोट और अग्नि सुरक्षा।स्पार्किंग की अनुपस्थिति के कारण, ऑप्टिकल फाइबर रासायनिक, तेल रिफाइनरियों में और उच्च जोखिम वाली तकनीकी प्रक्रियाओं की सेवा करते समय नेटवर्क सुरक्षा को बढ़ाता है।

किफायती WOK।फाइबर सिलिका से बना है, जो सिलिकॉन डाइऑक्साइड पर आधारित है, तांबे के विपरीत एक व्यापक और इसलिए सस्ती सामग्री है। वर्तमान में, तांबे की जोड़ी के संबंध में फाइबर की लागत 2:5 के रूप में सहसंबद्ध है। साथ ही, एफओसी बिना रिट्रांसमिशन के अधिक लंबी दूरी पर सिग्नल संचारित करना संभव बनाता है। FOC का उपयोग करते समय विस्तारित लाइनों पर पुनरावर्तकों की संख्या कम हो जाती है। सॉलिटॉन ट्रांसमिशन सिस्टम का उपयोग करते समय, 10 जीबीपीएस से ऊपर की ट्रांसमिशन दर पर 4000 किमी की दूरी पुनर्जनन के बिना हासिल की गई है (अर्थात, केवल मध्यवर्ती नोड्स पर ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के उपयोग के साथ)।

लंबी सेवा जीवन।समय के साथ, फाइबर ख़राब हो जाएगा। इसका मतलब है कि स्थापित केबल में क्षीणन धीरे-धीरे बढ़ता है। हालांकि, ऑप्टिकल फाइबर के उत्पादन के लिए आधुनिक तकनीकों में सुधार के कारण, यह प्रक्रिया काफी धीमी हो गई है, और एफओसी का सेवा जीवन लगभग 25 वर्ष है। इस समय के दौरान, ट्रांसीवर सिस्टम की कई पीढ़ियां/मानक बदल सकते हैं।

रिमोट बिजली की आपूर्ति।कुछ मामलों में, सूचना नेटवर्क नोड की दूरस्थ बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है। ऑप्टिकल फाइबर पावर केबल के कार्यों को करने में सक्षम नहीं है। हालांकि, इन मामलों में, एक मिश्रित केबल का उपयोग किया जा सकता है, जब ऑप्टिकल फाइबर के साथ, केबल तांबे के प्रवाहकीय तत्व से सुसज्जित होता है। इस तरह की केबल का व्यापक रूप से रूस और विदेशों दोनों में उपयोग किया जाता है।

फाइबर प्रौद्योगिकी की अपनी कमियां हैं

संचार लाइन बनाते समय, सक्रिय अत्यधिक विश्वसनीय तत्वों की आवश्यकता होती है जो विद्युत संकेतों को प्रकाश और प्रकाश को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करते हैं। कम ऑप्टिकल नुकसान और एक बड़े कनेक्शन-डिस्कनेक्शन संसाधन के साथ ऑप्टिकल कनेक्टर (कनेक्टर्स) की भी आवश्यकता होती है।

ऐसे लाइन तत्वों की निर्माण सटीकता विकिरण तरंग दैर्ध्य के अनुरूप होनी चाहिए, अर्थात त्रुटियां एक माइक्रोन के अंश के क्रम की होनी चाहिए। इसलिए, ऐसे ऑप्टिकल लिंक घटकों का उत्पादन बहुत महंगा है।

एक और नुकसान यह है कि ऑप्टिकल फाइबर की स्थापना के लिए महंगे तकनीकी उपकरणों की आवश्यकता होती है:

ए) परिष्करण उपकरण;

बी) कनेक्टर्स;

ग) परीक्षक;

घ) चंगुल और मसाला कैसेट।

नतीजतन, एक ऑप्टिकल केबल के दुर्घटना (ब्रेक) की स्थिति में, तांबे केबल्स के साथ काम करने की तुलना में बहाली की लागत अधिक होती है।

ऑप्टिकल फाइबर और इसके प्रकार

कई देशों के उद्योग ने फाइबर उत्पादों और घटकों की एक विस्तृत श्रृंखला के उत्पादन में महारत हासिल की है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि घटकों का उत्पादन उच्च स्तर की एकाग्रता द्वारा प्रतिष्ठित है।

अधिकांश उद्यम संयुक्त राज्य अमेरिका में केंद्रित हैं। प्रमुख पेटेंट के साथ, अमेरिकी फर्में (मुख्य रूप से कॉर्निंग ग्लास) लाइसेंसिंग समझौतों और अन्य फर्मों के साथ संयुक्त उद्यमों के माध्यम से दुनिया भर में विनिर्माण और घटक बाजारों को प्रभावित करती हैं।

सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए दो प्रकार के फाइबर का उपयोग किया जाता है: सिंगल-मोड SMF (सिंगल मोड फाइबर)और मल्टीमोड एमएमएफ (मल्टीमोड फाइबर). रेशों को उनका नाम विकिरण के प्रसार के तरीके से मिला। फाइबर में विभिन्न अपवर्तक सूचकांकों के साथ एक कोर और एक आवरण होता है। सिंगल-मोड फाइबर में, लाइट गाइड कोर का व्यास लगभग 8-10 माइक्रोन होता है, यानी यह प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के बराबर होता है। इस ज्यामिति के साथ, केवल एक बीम (एक मोड, जैसा कि इसे कहा जाता है) फाइबर में फैल सकता है।

एकल मोड फाइबरस्टेप्ड सिंगल-मोड फाइबर (स्टेप इंडेक्स सिंगल मोड फाइबर) या स्टैंडर्ड फाइबर एसएफ (स्टैंडर्ड फाइबर), शिफ्ट किए गए फैलाव वाले फाइबर (फैलाव-स्थानांतरित सिंगल मोड फाइबर) और गैर-शून्य शिफ्ट किए गए फैलाव वाले फाइबर में विभाजित हैं। गैर-शून्य फैलाव-स्थानांतरित एकल मोड फाइबर)।

एकल मोड फाइबर

भौतिकी के नियमों के अनुसार, पर्याप्त रूप से छोटे फाइबर व्यास और उपयुक्त तरंग दैर्ध्य के साथ, एक एकल बीम फाइबर के माध्यम से फैल जाएगा। सामान्य तौर पर, यह तथ्य कि कोर व्यास को सिंगल-मोड सिग्नल प्रोपेगेशन मोड के लिए चुना जाता है, फाइबर डिज़ाइन के प्रत्येक व्यक्तिगत संस्करण की विशिष्टता को इंगित करता है। वे। मल्टी-मोड और सिंगल-मोड की अवधारणाओं का उपयोग करते समय, किसी को उपयोग की जाने वाली तरंग की विशिष्ट आवृत्ति के सापेक्ष फाइबर की विशेषताओं को समझना चाहिए। केवल एक बीम के प्रसार से इंटरमोड फैलाव से छुटकारा पाना संभव हो जाता है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, यह फैलाव है जिसका चैनल थ्रूपुट पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है। सामग्री और इंटरफ्रीक्वेंसी फैलाव के मूल्य इंटरमोड एक से छोटे परिमाण के आदेश हैं। हालांकि, एकल-मोड फाइबर कई बीमों के प्रसार की संभावना को समाप्त करता है, इसलिए कोई इंटरमोड फैलाव नहीं होता है, और इसलिए एकल-मोड फाइबर परिमाण के अधिक उत्पादक होते हैं। फिलहाल, लगभग 8 माइक्रोन के बाहरी व्यास वाले कोर का उपयोग किया जाता है। मल्टीमोड फाइबर के साथ, दोनों चरणबद्ध और ढाल सामग्री घनत्व वितरण का उपयोग किया जाता है। दूसरा विकल्प अधिक कुशल है। सिंगल-मोड तकनीक पतली, अधिक महंगी है और वर्तमान में दूरसंचार में उपयोग की जाती है, जबकि मल्टी-मोड केबल्स ने स्थानीय कंप्यूटर नेटवर्क में अपना स्थान हासिल कर लिया है।

मल्टीमोड स्टेप्ड फाइबर

ऑप्टिकल फाइबर विकल्पों के बीच मुख्य अंतर उनमें प्रयुक्त कोर के गुण हैं। सबसे सरल कोर विकल्प एक समान घनत्व वाला क्वार्ट्ज ग्लास है। यदि आप फाइबर परतों के वितरण घनत्व को प्रदर्शित करते हैं, तो आपको एक चरणबद्ध पैटर्न मिलता है, जो इस प्रकार के फाइबर के नाम पर प्रदर्शित होता है। एक समान रूप से घने फाइबर के पर्याप्त बड़े त्रिज्या के लिए, इंटरमोड फैलाव का प्रभाव देखा जाता है। ऑप्टिकल चैनल के प्रदर्शन पर इसका प्रभाव इंटरफ्रीक्वेंसी और सामग्री एक की तुलना में बहुत अधिक है। इसलिए, चैनल के थ्रूपुट की गणना करते समय, इसके संकेतक उपयोग किए जाते हैं। मल्टीमोड फाइबर के लिए तीन मानक कोर व्यास वर्तमान में उपयोग किए जाते हैं: 100 माइक्रोन, 62.5 माइक्रोन और 50 माइक्रोन। सबसे आम प्रकाश गाइड 62.5 माइक्रोन व्यास के होते हैं, लेकिन धीरे-धीरे 50 माइक्रोन कोर अधिक से अधिक मजबूत स्थिति प्राप्त कर रहा है। प्रकाश प्रसार के सरल ज्यामितीय नियमों के कारण, इसके अधिक थ्रूपुट को देखना आसान है, क्योंकि यह कम मोड को प्रसारित करता है, जिससे आउटपुट पल्स फैलाव कम हो जाता है। प्रकाश गाइड का आकार संयोग से नहीं चुना गया था। यह सीधे उपयोग की जाने वाली प्रकाश तरंग की आवृत्ति से संबंधित है। फिलहाल, तीन मुख्य तरंग दैर्ध्य हैं: 850 एनएम, 1300 एनएम और 1500 एनएम। इन तरंग दैर्ध्य को क्यों चुना गया, हम बाद में बताएंगे। मल्टीमोड स्टेप्ड फाइबर में प्रकाश की वास्तविक संभावनाओं के सापेक्ष कम बैंडविड्थ होता है; इसलिए, मल्टीमोड तकनीक में ग्रेडिएंट फाइबर का अधिक बार उपयोग किया जाता है।

मल्टीमोड ग्रेडिएंट फाइबर

फाइबर का नाम अपने लिए बोलता है। ग्रेडेड फाइबर और स्टेप्ड फाइबर के बीच मुख्य अंतर प्रकाश गाइड सामग्री का असमान घनत्व है। यदि आप एक ग्राफ पर घनत्व वितरण प्रदर्शित करते हैं, तो आपको एक परवलयिक चित्र मिलता है। इंटरमोड फैलाव का प्रभाव, जैसा कि एक चरणबद्ध योजना के मामले में होता है, अभी भी स्वयं प्रकट होता है, लेकिन बहुत कम। इसे ज्यामिति के संदर्भ में आसानी से समझाया जा सकता है। चित्र से पता चलता है कि चौरसाई के कारण किरणों की पथ लंबाई बहुत कम हो जाती है। इसके अलावा, यह दिलचस्प है कि प्रकाश गाइड की धुरी से दूर जाने वाली किरणें, हालांकि वे बड़ी दूरी को पार करती हैं, लेकिन साथ ही उच्च गति होती है, क्योंकि सामग्री का घनत्व केंद्र से बाहरी त्रिज्या तक कम हो जाता है। एक प्रकाश तरंग जितनी तेजी से फैलती है, माध्यम का घनत्व उतना ही कम होता है। नतीजतन, लंबे समय तक प्रक्षेपवक्र को उच्च गति से मुआवजा दिया जाता है। कांच के एक अच्छी तरह से संतुलित घनत्व वितरण के साथ, प्रसार समय में अंतर को कम करना संभव है, जिसके कारण ग्रेडेड फाइबर का इंटरमोड फैलाव बहुत छोटा है। स्टेप्ड फाइबर की तरह, वर्तमान में उपयोग में तीन मानक ग्रेडेड कोर डायमीटर हैं: 100 माइक्रोन, 62.5 माइक्रोन और 50 माइक्रोन, जो 850 एनएम, 1300 एनएम और 1500 एनएम पर भी काम कर रहे हैं। हालाँकि, ग्रेडिएंट मल्टीमोड फाइबर कितने भी संतुलित क्यों न हों, उनके थ्रूपुट की तुलना सिंगल-मोड तकनीकों से नहीं की जा सकती है।

फाइबर ऑप्टिक केबल

दूसरा सबसे महत्वपूर्ण घटक जो विश्वसनीयता और स्थायित्व निर्धारित करता है वह है फाइबर ऑप्टिक केबल (एफओसी)। आज, दुनिया में कई दर्जन कंपनियां हैं जो विभिन्न उद्देश्यों के लिए ऑप्टिकल केबल का उत्पादन करती हैं। उनमें से सबसे प्रसिद्ध हैं: एटी एंड टी, जनरल केबल कंपनी (यूएसए); सीकर (जर्मनी); बीआईसीसी केबल (यूके); लेस केबल्स डी लायन (फ्रांस); नोकिया (फिनलैंड); एनटीटी, सुमितोमो (जापान), पिरेली (इटली)।

फाइबर ऑप्टिक केबल के उत्पादन में निर्धारित पैरामीटर परिचालन की स्थिति और संचार लाइन की बैंडविड्थ हैं। परिचालन स्थितियों के अनुसार, केबलों को इसमें विभाजित किया गया है:

बढ़ते

स्टेशन

जोनल

सूँ ढ।

पहले दो प्रकार के केबल इमारतों और संरचनाओं के अंदर बिछाने के लिए अभिप्रेत हैं। वे कॉम्पैक्ट, हल्के होते हैं और, एक नियम के रूप में, एक छोटी इमारत की लंबाई होती है। अंतिम दो प्रकार के केबल केबल संचार कुओं में, जमीन में, बिजली लाइनों के साथ समर्थन पर, पानी के नीचे बिछाने के लिए अभिप्रेत हैं। ये केबल बाहरी प्रभावों से सुरक्षित हैं और इनकी निर्माण लंबाई दो किलोमीटर से अधिक है।

संचार लाइनों के उच्च थ्रूपुट को सुनिश्चित करने के लिए, कम क्षीणन वाले एकल-मोड फाइबर की एक छोटी संख्या (8 तक) वाले FOCs का उत्पादन किया जाता है, और वितरण नेटवर्क के लिए केबलों में एकल-मोड और मल्टीमोड दोनों के आधार पर 144 फाइबर तक हो सकते हैं। नेटवर्क खंडों के बीच की दूरी।

FOC के निर्माण में, मुख्य रूप से दो तरीकों का उपयोग किया जाता है:

तत्वों के मुक्त संचलन के साथ डिजाइन

तत्वों के बीच एक कठोर संबंध के साथ संरचनाएं।

संरचनाओं के प्रकार के अनुसार, केबल फंसे हुए हैं, बंडल किए गए हैं, एक प्रोफाइल कोर, रिबन केबल्स के साथ। एफओसी डिज़ाइनों के कई संयोजन हैं, जो उपयोग की जाने वाली सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला के संयोजन में, आपको केबल संस्करण चुनने की अनुमति देते हैं जो लागत सहित सभी परियोजना शर्तों को सर्वोत्तम रूप से पूरा करता है।

अलग से, हम केबलों की निर्माण लंबाई को विभाजित करने के तरीकों पर विचार करते हैं।

विशेष रूप से डिज़ाइन की गई केबल ग्रंथियों का उपयोग करके ऑप्टिकल केबलों की निर्माण लंबाई का विभाजन किया जाता है। इन स्लीव्स में दो या दो से अधिक केबल ग्रंथियां, केबलों के ताकत तत्वों को बन्धन के लिए उपकरण और एक या अधिक स्प्लिस प्लेट्स होते हैं। एक स्प्लिस प्लेट विभिन्न केबलों के स्प्लिस्ड फाइबर को बिछाने और सुरक्षित करने के लिए एक संरचना है।

ऑप्टिकल केबल बिछाए जाने के बाद, इसे ट्रांसीवर उपकरण से जोड़ना आवश्यक है। यह ऑप्टिकल कनेक्टर्स (कनेक्टर्स) का उपयोग करके किया जा सकता है। संचार प्रणालियों में कई प्रकार के कनेक्टरों का उपयोग किया जाता है।

फाइबर ऑप्टिक केबल (एफओसी) के अनुप्रयोग और वर्गीकरण

आवेदन के मुख्य क्षेत्र के आधार पर, फाइबर ऑप्टिक केबल को तीन मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जाता है:

· बाहरी बिछाने के केबल (बाहरी केबल);

आंतरिक बिछाने के लिए केबल (इनडोर केबल);

तारों के लिए केबल।

http://www.tls-group.ru/sks/vols/pic/kab_krug.jpg बाहरी केबल बिछाने का उपयोग बाहरी राजमार्गों का एक सबसिस्टम बनाने और अलग-अलग भवनों को जोड़ने के लिए किया जाता है।

इनडोर केबल्स के उपयोग का मुख्य क्षेत्र भवन की आंतरिक रीढ़ की हड्डी का संगठन है, जबकि तारों के लिए केबल्स मुख्य रूप से पैच कॉर्ड और पैच कॉर्ड के निर्माण के साथ-साथ फाइबर के कार्यान्वयन में क्षैतिज तारों के लिए अभिप्रेत हैं। डेस्क प्रोजेक्ट (कार्यस्थल पर फाइबर) और "कमरे के लिए फाइबर" (कमरे के लिए फाइबर)।

एससीएस ऑप्टिकल केबल्स के सामान्य वर्गीकरण को चित्र में दिखाए अनुसार दर्शाया जा सकता है।

ऑप्टिकल संचार प्रणालियों के इलेक्ट्रॉनिक घटक

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल संचारित करना

फाइबर ऑप्टिक सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले ट्रांसमिटिंग ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल (पीओएम) को विद्युत संकेतों को ऑप्टिकल में बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उत्तरार्द्ध को न्यूनतम नुकसान के साथ फाइबर में पेश किया जाना चाहिए। पीओएम की एक विस्तृत विविधता का उत्पादन किया जाता है, डिजाइन में भिन्न होता है, साथ ही साथ विकिरण स्रोत के प्रकार में भी। कुछ कई मीटर की अधिकतम दूरी के साथ टेलीफोन की गति से काम करते हैं, जबकि अन्य कई दसियों किलोमीटर की दूरी पर सैकड़ों या हजारों मेगाबिट प्रति सेकंड संचारित करते हैं।

विकिरण स्रोतों के प्रकार और विशेषताएं

पोम का मुख्य तत्व विकिरण स्रोत है। हम उन मुख्य आवश्यकताओं को सूचीबद्ध करते हैं जिन्हें एफओसीएल में उपयोग किए जाने वाले विकिरण स्रोत को पूरा करना चाहिए:

फाइबर पारदर्शिता खिड़कियों में से एक के तरंग दैर्ध्य पर विकिरण किया जाना चाहिए। पारंपरिक ऑप्टिकल फाइबर में, तीन खिड़कियां होती हैं जिनमें प्रसार के दौरान कम प्रकाश हानि होती है: 850, 1300, 1550 एनएम;

आवश्यक गति पर सूचना के संचरण को सुनिश्चित करने के लिए विकिरण स्रोत को आवश्यक मॉडुलन आवृत्ति का सामना करना चाहिए;

विकिरण स्रोत कुशल होना चाहिए, इस अर्थ में कि स्रोत से अधिकांश विकिरण न्यूनतम नुकसान के साथ फाइबर में प्रवेश करता है;

विकिरण का स्रोत इतना मजबूत होना चाहिए कि संकेत लंबी दूरी पर प्रसारित किया जा सके, लेकिन इतना नहीं कि विकिरण गैर-रेखीय प्रभाव की ओर ले जाए या फाइबर या ऑप्टिकल रिसीवर को नुकसान पहुंचा सके;

तापमान भिन्नता विकिरण स्रोत के कामकाज को प्रभावित नहीं करना चाहिए;

विकिरण स्रोत की उत्पादन लागत अपेक्षाकृत कम होनी चाहिए।

दो मुख्य प्रकार के विकिरण स्रोत जो उपरोक्त आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, वर्तमान में उपयोग किए जाते हैं - प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) और अर्धचालक लेजर, (एलडी)।

एल ई डी और लेजर डायोड के बीच मुख्य विशिष्ट विशेषता उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की चौड़ाई है। प्रकाश उत्सर्जक डायोड में विकिरण का एक विस्तृत स्पेक्ट्रम होता है, जबकि सच्चे डायोड में बहुत अधिक संकीर्ण स्पेक्ट्रम होता है, चित्र 1 देखें। दोनों प्रकार के उपकरण बहुत कॉम्पैक्ट हैं और मानक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के साथ अच्छी तरह से मेल खाते हैं।

अंजीर 1. एल ई डी और लेजर डायोड का उत्सर्जन स्पेक्ट्रा

प्रकाश उत्सर्जक डायोड

उनकी सादगी और कम लागत के कारण, लेजर डायोड की तुलना में एलईडी का अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

एलईडी के संचालन का सिद्धांत एक विषम संरचना के सक्रिय क्षेत्र में आवेश वाहकों के विकिरण पुनर्संयोजन पर आधारित होता है, जब एक धारा इसके माध्यम से गुजरती है, अंजीर। 2. क. चार्ज वाहक - इलेक्ट्रॉन और छेद - पी-एन संरचना पर लागू वोल्टेज के कारण आसन्न निष्क्रिय परतों (पी- और एन-लेयर्स) से सक्रिय परत (हेटेरोजंक्शन) में प्रवेश करते हैं और फिर प्रकाश उत्सर्जन के साथ सहज पुनर्संयोजन का अनुभव करते हैं।

विकिरण तरंग दैर्ध्य X (µm) ऊर्जा संरक्षण कानून = 1.24/Eg, अंजीर द्वारा सक्रिय परत जैसे (eV) के बैंड गैप से संबंधित है। 2. ख.

सक्रिय परत का अपवर्तक सूचकांक सीमित निष्क्रिय परतों के अपवर्तक सूचकांक से अधिक होता है, जिसके कारण पुनर्संयोजन विकिरण सक्रिय परत के भीतर कई प्रतिबिंबों का अनुभव कर सकता है, जिससे विकिरण स्रोत की दक्षता में काफी वृद्धि होती है।

डबल हेटरोस्ट्रक्चर: ए) हेटरोस्ट्रक्चर;

बी) आगे के पूर्वाग्रह के लिए ऊर्जा आरेख

विभिन्न अर्धचालक सामग्रियों के आधार पर विषम संरचनाएं बनाई जा सकती हैं। आमतौर पर, GaAs और InP को सबस्ट्रेट्स के रूप में उपयोग किया जाता है। सब्सट्रेट पर स्पटरिंग द्वारा उत्पन्न विकिरण की तरंग दैर्ध्य के आधार पर सक्रिय सामग्री की उपयुक्त मिश्रित संरचना का चयन किया जाता है।

उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य λ0 को अधिकतम वर्णक्रमीय बिजली वितरण के अनुरूप मूल्य के रूप में परिभाषित किया गया है, और उत्सर्जन स्पेक्ट्रम चौड़ाई Δλ0.5 तरंग दैर्ध्य अंतराल है जिसमें वर्णक्रमीय शक्ति घनत्व अधिकतम आधा है।

लेजर डायोड

लेजर डायोड और एलईडी के बीच दो मुख्य डिजाइन अंतर हैं। सबसे पहले, लेजर डायोड में एक अंतर्निहित ऑप्टिकल गुहा होता है। दूसरा, लेज़र डायोड एलईडी की तुलना में बहुत अधिक पंप धाराओं पर संचालित होता है, जो एक निश्चित थ्रेशोल्ड मान से अधिक होने पर उत्तेजित उत्सर्जन मोड प्राप्त करना संभव बनाता है। यह विकिरण है जो उच्च सुसंगतता की विशेषता है, जिसके कारण लेजर डायोड में एल ई डी के लिए 30-50 एनएम की तुलना में बहुत कम उत्सर्जन स्पेक्ट्रम चौड़ाई (1-2 एनएम) होती है।

पंप करंट पर विकिरण शक्ति की निर्भरता लेजर डायोड की वाट-एम्पीयर विशेषता द्वारा वर्णित है। कम पंप धाराओं पर, लेजर कमजोर सहज उत्सर्जन का अनुभव करता है, एक अक्षम एलईडी के रूप में काम करता है। जब पंप करंट इथ्रेस का एक निश्चित थ्रेशोल्ड मान पार हो जाता है, तो विकिरण प्रेरित हो जाता है, जिससे विकिरण शक्ति और इसकी सुसंगतता में तेज वृद्धि होती है, अंजीर। 3

चावल। 3 वाट-एम्पीयर विशेषताएँ: 1 - लेजर डायोड; 2 - एलईडी

लेजर में एक सक्रिय माध्यम, एक पंप उपकरण और एक गुंजयमान प्रणाली (चित्र। 23) होती है। सक्रिय माध्यम एक ठोस, तरल या गैसीय पदार्थ हो सकता है। अर्धचालकों का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। पंपिंग डिवाइस के रूप में मुख्य रूप से विद्युत ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। सौर विकिरण, परमाणु ऊर्जा, रासायनिक प्रतिक्रिया और अन्य स्रोतों का भी उपयोग किया जा सकता है। अनुनाद की भूमिका दर्पण या अन्य पॉलिश सतहों द्वारा की जाती है।

चावल। 4 लेजर का योजनाबद्ध आरेख:

1 - सक्रिय माध्यम; 2 - पम्पिंग डिवाइस; 3 - गुंजयमान प्रणाली

ऑपरेशन के सिद्धांत और प्रकाश विकिरण के प्रभाव के अनुसार, लेजर को ल्यूमिनसेंट सामग्री के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। विभिन्न प्रकार के ल्यूमिनेसेंस (चमक) ज्ञात हैं: थर्मल (तापदीप्त बल्ब), ठंड (फास्फोरस और अन्य चमकदार सामग्री), प्राकृतिक (जुगनू, सड़ी हुई लकड़ी), रासायनिक (सक्रिय प्रतिक्रिया), आदि। अर्धचालक लेजर में विद्युत ल्यूमिनेसिसेंस कार्य करता है - चमक विद्युत पम्पिंग के कारण होता है।

क्वांटम उपकरणों (लेजर) के संचालन का सिद्धांत बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के प्रभाव में पदार्थ के परमाणुओं के विकिरण के उपयोग पर आधारित है। क्वांटम यांत्रिकी से यह ज्ञात होता है कि नाभिक के चारों ओर एक परमाणु के इलेक्ट्रॉनों की गति इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा अवस्था को दर्शाती है, अन्यथा इसे ऊर्जा स्तर कहा जाता है। जब इलेक्ट्रॉन एक कक्षा से दूसरी कक्षा में जाते हैं, तो बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के प्रभाव में, ऊर्जा स्तर में परिवर्तन होता है और ऊर्जा उत्सर्जित होती है।

वर्तमान में, विभिन्न प्रकार के लेज़रों का उपयोग किया जाता है: सेमीकंडक्टर, सॉलिड-स्टेट, गैस आदि। सेमीकंडक्टर लेज़र pn प्रकार का सेमीकंडक्टर डायोड होता है, जो प्रकाश क्वांटा-फोटॉन उत्सर्जित करने में सक्षम सक्रिय सामग्री से बना होता है। ऐसी सामग्री के रूप में, उपयुक्त योजक (टेल्यूरियम, एल्यूमीनियम, सिलिकॉन, जस्ता) के साथ गैलियम आर्सेनाइड का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है। डोपेंट की प्रकृति और मात्रा के आधार पर, अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनिक n (टेल्यूरियम के कारण) और छेद p (जस्ता के कारण) चालकता वाले क्षेत्र होते हैं।

अर्धचालक में लागू वोल्टेज की क्रिया के तहत, वाहक उत्तेजित होते हैं, जिसके कारण प्रकाश ऊर्जा उत्सर्जित होती है और एक फोटॉन फ्लक्स दिखाई देता है। यह प्रवाह, गुंजयमान प्रणाली बनाने वाले दर्पणों से बार-बार परावर्तित होता है, प्रवर्धित होता है, जो एक उच्च निर्देशित विकिरण पैटर्न के साथ एक लेजर बीम की उपस्थिति की ओर जाता है।

योजनाबद्ध रूप से, एक अर्धचालक लेजर (चित्र 5) में दिखाया गया है।

चावल। 5. सेमीकंडक्टर लेजर

अर्धचालक का आयतन लगभग 1 मिमी3 है। विद्युत वोल्टेज की आपूर्ति के लिए धातु इलेक्ट्रोड इससे जुड़े होते हैं। परावर्तक दर्पणों की भूमिका अर्धचालक के समतल-समानांतर पॉलिश किए गए अंत चेहरों द्वारा की जाती है। पीएन जंक्शन परत में 0.15...0.2 µm की मोटाई के साथ विकिरण होता है।

लेजर के साथ, एल ई डी का उपयोग ऑप्टिकल विकिरण के स्रोत के रूप में किया जा सकता है। एलईडी पी-एन प्रकार के गैलियम आर्सेनाइड का समान ल्यूमिनसेंट सेमीकंडक्टर है, लेकिन इसमें गुंजयमान प्रवर्धन नहीं होता है। एक लेज़र के विपरीत, जिसमें एक उच्च निर्देशित सुसंगत बीम होता है, एक एलईडी में, विकिरण अनायास (अनायास) होता है और बीम में कम शक्ति और व्यापक दिशा होती है।

लेज़रों और एलईडी की तुलनात्मक विशेषताएं तालिका 5 और (चित्र 5) में दी गई हैं।

तालिका 5

साधारण प्रकाश की तुलना, उदाहरण के लिए, एक गरमागरम प्रकाश बल्ब द्वारा, एक लेजर बीम के साथ, यह ध्यान दिया जा सकता है कि दोनों ही मामलों में फोटॉन की एक धारा कार्य करती है। लेकिन साधारण प्रकाश के विपरीत, जो कि इसकी घटना की तापीय प्रकृति पर आधारित है और एक बहुत व्यापक निरंतर आवृत्ति स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करता है, लेजर बीम का एक विद्युत चुम्बकीय आधार होता है और यह एक मोनोक्रोमैटिक (एकल-लहर) बीम होता है।

चित्र.25. लेजर की स्पेक्ट्रम चौड़ाई (1), एलईडी (2)

लेजर बीम में कई उल्लेखनीय गुण हैं। यह लंबी दूरी पर फैलता है और इसकी एक सख्त सीधी दिशा होती है। बीम एक बहुत ही संकीर्ण बीम में एक छोटे से विचलन के साथ चलता है (यह सैकड़ों मीटर के फोकस के साथ चंद्रमा तक पहुंचता है)। लेजर बीम में बहुत गर्मी होती है और यह किसी भी सामग्री में छेद कर सकती है। बीम की प्रकाश तीव्रता सबसे मजबूत प्रकाश स्रोतों की तीव्रता से अधिक होती है।

चावल। 6. सेमीकंडक्टर फोटोडायोड

एक फोटोडायोड का उपयोग प्राप्त करने वाले उपकरण के रूप में किया जाता है जो प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करता है। यहां स्टोलेटोव प्रभाव का उपयोग किया जाता है, जिसमें यह तथ्य होता है कि जब प्रकाश एक सक्रिय सामग्री पर कार्य करता है, जैसे कि अर्धचालक, इसके विद्युत गुण बदल जाते हैं और एक विद्युत संकेत दिखाई देता है (चित्र 6)।

इस प्रकार, लेजर में, बिजली को प्रकाश में परिवर्तित किया जाता है, और फोटोडायोड्स में, विपरीत प्रक्रिया होती है: प्रकाश बिजली में परिवर्तित हो जाता है।

बैकबोन FOCL 1.3 और 1.55 µm की दो विंडो का उपयोग करता है। चूंकि फाइबर में कम से कम क्षीणन 1.55 माइक्रोन की खिड़की में हासिल किया जाता है, इसलिए अल्ट्रा-विस्तारित गैर-रिले वर्गों (एल = 100 किमी) में इस तरंग दैर्ध्य के साथ ऑप्टिकल ट्रांसमीटरों का उपयोग करना अधिक कुशल होता है। इसी समय, कई मुख्य एफओसीएल पर, एफओसी की संरचना में 1.3 माइक्रोन के आसपास के क्षेत्र में न्यूनतम रंगीन फैलाव के साथ केवल चरणबद्ध सिंगल-मोड फाइबर शामिल होते हैं (स्थानांतरित फैलाव के साथ कोई फाइबर नहीं होते हैं)। 1.55 µm की तरंग दैर्ध्य पर, SMF में 17 ps/nm-km का एक विशिष्ट रंगीन फैलाव होता है। और चूंकि बैंडविड्थ विकिरण स्पेक्ट्रम की चौड़ाई के व्युत्क्रमानुपाती होता है, इसलिए बैंडविड्थ को केवल लेजर विकिरण स्पेक्ट्रम की एक छोटी चौड़ाई से बढ़ाना संभव है। इसलिए, 1.55 माइक्रोन के तरंग दैर्ध्य पर ऑप्टिकल ट्रांसमीटरों के लिए न केवल एकल-मोड फैलाव-स्थानांतरित फाइबर (डीएसएफ) के साथ, बल्कि चरणबद्ध फाइबर (एसएमएफ) के साथ लंबी लाइन पर समान रूप से उपयोग करने के लिए, इसे बनाना आवश्यक है ट्रांसमीटरों के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की चौड़ाई यथासंभव कम।

चार मुख्य प्रकार के लेजर डायोड सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं: फैब्री-पेरोट रेज़ोनेटर के साथ; वितरित प्रतिक्रिया के साथ; वितरित ब्रैग उत्कीर्णन के साथ; एक बाहरी गुंजयमान यंत्र के साथ।

फैब्री-पेरोट रेज़ोनेटर लेजर डायोड (एफपी लेजर, फैब्री-पेरोट)। इस तरह के लेजर डायोड में रेज़ोनेटर दोनों तरफ विषम जंक्शन के आसपास की अंतिम सतहों से बनता है। सतहों में से एक 100% के करीब परावर्तन के साथ प्रकाश को दर्शाता है, दूसरा पारभासी है, इस प्रकार यह सुनिश्चित करता है कि विकिरण बाहर की ओर भाग जाए।

अंजीर पर। 1b एक फैब्री-पेरोट रेज़ोनेटर का उपयोग करके एक औद्योगिक लेजर डायोड के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, मुख्य शिखर के साथ, जिसमें मुख्य विकिरण शक्ति केंद्रित है, साइड मैक्सिमा हैं। इनके उत्पन्न होने का कारण स्थायी तरंगों के बनने की दशाओं से संबंधित है। एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को बढ़ाने के लिए, दो शर्तों को पूरा करना होगा। सबसे पहले, तरंगदैर्घ्य को संबंध 2D = NΔλ को संतुष्ट करना चाहिए, जहां D, Fabry-Perot गुंजयमान यंत्र का व्यास है और N कुछ पूर्णांक है। दूसरा, तरंगदैर्घ्य उस सीमा के भीतर होना चाहिए जिसके भीतर उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा प्रकाश को बढ़ाया जा सकता है। यदि यह सीमा काफी छोटी है, तो 1 एनएम से कम वर्णक्रमीय चौड़ाई वाला एकल-मोड शासन होता है। अन्यथा, दो या दो से अधिक पड़ोसी मैक्सिमा, 0.5 क्षेत्र में गिर सकते हैं, जो एक से कई एनएम तक वर्णक्रमीय चौड़ाई के साथ एक मल्टीमोड शासन से मेल खाती है। एफपी लेजर में अब तक का उच्चतम तकनीकी प्रदर्शन है, लेकिन उन अनुप्रयोगों के लिए जहां उच्च उच्च डेटा दर की आवश्यकता नहीं है, यह अपने सरल डिजाइन के कारण, लागत-प्रभावशीलता के दृष्टिकोण से सबसे उपयुक्त है।

यह प्रभाव ऊपर सूचीबद्ध अन्य तीन और उन्नत प्रकार के लेजर डायोड में अनुपस्थित है, जो ऑप्टिकल गुहा को व्यवस्थित करने के तरीके में भिन्न है और कुछ हद तक, एक साधारण फैब्री-पेरोट गुहा का आधुनिकीकरण है।

वितरित फीडबैक (डीएफबी लेजर) और वितरित ब्रैग प्रतिबिंब (डीबीआर लेजर) के साथ लेजर डायोड। इन दो काफी समान प्रकार के रेज़ोनेटर फ्लैट फैब्री-पेरोट रेज़ोनेटर का एक संशोधन है, जिसमें एक आवधिक स्थानिक मॉडुलन संरचना जोड़ा जाता है। DFB लेज़रों में, आवर्त संरचना को सक्रिय क्षेत्र (चित्र 7a) के साथ संरेखित किया जाता है, जबकि DBR लेज़रों में, आवधिक संरचना को सक्रिय क्षेत्र (चित्र 7.b) से बाहर ले जाया जाता है। आवधिक संरचना विकिरण के प्रसार की स्थिति और विशेषताओं को प्रभावित करती है। इस प्रकार, एफपी लेजर की तुलना में डीएफबी और डीबीआर लेजर के फायदे हैं: इंजेक्शन वर्तमान और तापमान पर लेजर तरंग दैर्ध्य की निर्भरता में कमी, उच्च एकल-मोड स्थिरता और लगभग 10% मॉड्यूलेशन गहराई। एफपी लेजर के लिए तापमान गुणांक Δλ/ΔT लगभग 0.5-1 एनएम/डिग्री सेल्सियस है, जबकि डीएफबी लेजर के लिए यह लगभग 0.07-0.09 एनएम/डिग्री सेल्सियस है। DFB और DBR लेज़रों का मुख्य नुकसान जटिल निर्माण तकनीक है और, परिणामस्वरूप, उच्च कीमत।

बाहरी गुंजयमान यंत्र (ईसी लेजर) के साथ लेजर डायोड। ईसी लेजर में, एक या दोनों सिरों को एक विशेष परत के साथ लेपित किया जाता है जो प्रतिबिंब को कम करता है, और तदनुसार, अर्धचालक संरचना के सक्रिय क्षेत्र के चारों ओर एक या दो दर्पण लगाए जाते हैं। अंजीर पर। 7-7 सी) एक बाहरी गुंजयमान यंत्र के साथ एक ईसी लेजर का एक उदाहरण दिखाता है। एंटी-रिफ्लेक्शन कोटिंग परिमाण के लगभग चार आदेशों द्वारा परावर्तन को कम कर देता है, जबकि सक्रिय परत का दूसरा सिरा फ्रेस्नेल परावर्तन के कारण 30% तक प्रकाश प्रवाह को दर्शाता है। दर्पण, एक नियम के रूप में, विवर्तन झंझरी के कार्यों को जोड़ता है। दर्पण और सक्रिय तत्व के बीच प्रतिक्रिया में सुधार करने के लिए, एक लेंस स्थापित किया गया है।

दर्पण से दूरी बढ़ाने या घटाने के साथ-साथ दर्पण-झंझरी को मोड़ना - यह झंझरी पिच को बदलने के बराबर है - आप विकिरण तरंग दैर्ध्य को आसानी से बदल सकते हैं, और ट्यूनिंग रेंज 30 एनएम तक पहुंच जाती है। इस वजह से, एफओसीएल के लिए तरंग संपीड़न उपकरण और माप उपकरण के विकास में ईसी लेजर अनिवार्य हैं। वे DFB और DBR लेज़रों के प्रदर्शन में समान हैं।

अन्य विशेषताएँ

विकिरण स्रोतों की भी महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं: विकिरण स्रोत की गति; विफलताओं के बीच गिरावट और समय। विकिरण स्रोत की गति। विकिरण स्रोत की गति को दर्शाने वाला प्रयोगात्मक रूप से मापा गया पैरामीटर अधिकतम मॉडुलन आवृत्ति है। प्रारंभिक थ्रेसहोल्ड को आयताकार वर्तमान दालों द्वारा कम आवृत्ति मॉडुलन पर प्रकाश विकिरण शक्ति के स्थिर मूल्य से 0.1 और 0.9 के स्तर पर सेट किया जाता है। जैसे-जैसे मॉडुलन आवृत्ति बढ़ती है, अर्थात। समय के पैमाने पर छोटे पैमाने पर जाने पर, प्रकाश मोर्चों का आकार चापलूसी हो जाता है। मोर्चों का वर्णन करने के लिए, विकिरण शक्ति के उदय समय ट्राइस और गिरावट के समय टीएमआई पेश किए जाते हैं, समय अंतराल के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसके दौरान 0.1 से 0.9 तक की वृद्धि होती है और इसके विपरीत, प्रकाश संकेत में 0.9 से 0.1 तक की कमी होती है। अधिकतम मॉडुलन आवृत्ति को इनपुट विद्युत दालों की आवृत्ति के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिस पर आउटपुट ऑप्टिकल सिग्नल अब आंतरिक क्षेत्र में शेष रहते हुए 0.1 और 0.9 के थ्रेशोल्ड मानों को पार नहीं करता है। एल ई डी के लिए, यह आवृत्ति 200 मेगाहर्ट्ज तक पहुंच सकती है, जबकि लेजर डायोड के लिए यह बहुत अधिक (कई गीगाहर्ट्ज) हो सकती है। वृद्धि और गिरावट का समय बैंडविड्थ डब्ल्यू के बारे में जानकारी प्रदान करता है। यह मानते हुए कि वे बराबर हैं (जो हमेशा ऐसा नहीं होता है), तो बैंडविड्थ को सूत्र द्वारा निर्धारित किया जा सकता है: डब्ल्यू = 0.35 / τ वृद्धि।

चावल। 7. तीन मुख्य प्रकार के लेजर डायोड: ए) वितरित फीडबैक लेजर, डीएफबी लेजर; बी) वितरित ब्रैग प्रतिबिंब के साथ लेजर, डीबीआर लेजर; सी) एक बाहरी गुंजयमान यंत्र के साथ लेजर, ईसी लेजर

गिरावट और विफलताओं के बीच का समय। ऑप्टिकल ट्रांसमीटर के संचालन के रूप में, इसकी विशेषताएं धीरे-धीरे बिगड़ती हैं - विकिरण शक्ति कम हो जाती है, और अंत में, यह विफल हो जाता है। यह अर्धचालक परत के क्षरण के कारण है। अर्धचालक उत्सर्जक की विश्वसनीयता औसत समय से विफलता या विफलता दर से निर्धारित होती है। दस साल पहले निर्मित लेजर डायोड एलईडी की तुलना में बहुत कम विश्वसनीय थे। हालांकि, वर्तमान में, डिजाइन और निर्माण प्रौद्योगिकी में सुधार के लिए धन्यवाद, लेजर डायोड की विश्वसनीयता में उल्लेखनीय वृद्धि करना और उन्हें एमटीबीएफ के संदर्भ में एलईडी के करीब लाना संभव हो गया है, जो कि 50,000 घंटे या उससे अधिक (5-8) तक है। वर्षों)।

पोम के मुख्य तत्व

ऑप्टिकल संकेतों के प्रसारण को व्यवस्थित करने के लिए, केवल विकिरण स्रोत होना पर्याप्त नहीं है। किसी भी पीओएम डिज़ाइन में एक विशेष धारक (आवास) होता है, जो आपको ट्रांसमीटर के घटकों को ठीक करने और संरक्षित करने की अनुमति देता है; विकिरण स्रोत, विद्युत इंटरफ़ेस नोड और फाइबर इंटरफ़ेस। कभी-कभी इष्टतम फाइबर कनेक्शन के लिए अतिरिक्त इंटर्नल की आवश्यकता होती है। लेजर डायोड का एक महत्वपूर्ण तत्व पंप करंट सर्किट और तापमान नियंत्रण प्रणाली है। जटिल लेजर सिस्टम के लिए, ऑप्टिकल सिग्नल की आउटपुट मॉनिटरिंग जोड़ी जाती है। एक ऑप्टिकल ट्रांसमीटर के डिजाइन की सामान्य योजना, जिसमें सभी तत्व अनिवार्य नहीं हैं, अंजीर में दिखाया गया है। आठ।

चावल। 8. ट्रांसमिटिंग ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल के घटक

फाइबर ऑप्टिक्स

ओसी का मुख्य तत्व एक पतली बेलनाकार ग्लास फाइबर के रूप में बना एक फाइबर लाइट गाइड है। फाइबर लाइट गाइड में दो-परत का डिज़ाइन होता है और इसमें विभिन्न ऑप्टिकल विशेषताओं (अपवर्तक सूचकांक) के साथ एक कोर और एक क्लैडिंग होता है। कोर विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा संचारित करने का कार्य करता है। शेल का उद्देश्य "कोर-शेल" इंटरफ़ेस पर प्रतिबिंब के लिए सर्वोत्तम परिस्थितियों का निर्माण करना और आसपास के स्थान में ऊर्जा विकिरण से सुरक्षा प्रदान करना है। बाहर, फाइबर को यांत्रिक तनाव और रंग से बचाने के लिए एक सुरक्षात्मक कोटिंग है। कोर और म्यान क्वार्ट्ज से बने होते हैं, कोटिंग एपॉक्सीक्रिलेट, फ्लोरोप्लास्ट, नायलॉन, वार्निश और अन्य पॉलिमर से बना होता है।

ऑप्टिकल फाइबर को सिंगल-मोड और मल्टी-मोड में वर्गीकृत किया गया है। उत्तरार्द्ध को चरणबद्ध और ढाल में विभाजित किया गया है। सिंगल-मोड फाइबर में एक पतला कोर (6 ... 8 माइक्रोन) होता है, और उनके माध्यम से एक तरंग प्रसारित होती है; मल्टीमोड (कोर 50 माइक्रोन) बड़ी संख्या में तरंगों का प्रचार करता है। सिंगल-मोड फाइबर में थ्रूपुट और रेंज के मामले में सबसे अच्छे पैरामीटर होते हैं। स्टेप्ड फाइबर के लिए, कोर में अपवर्तक सूचकांक स्थिर होता है, कोर से क्लैडिंग तक एक तेज संक्रमण होता है, और किरणें "कोर-क्लैडिंग" इंटरफ़ेस से ज़िगज़ैग तरीके से परिलक्षित होती हैं। ग्रेडिएंट फाइबर में केंद्र से परिधि तक फाइबर के त्रिज्या के साथ कोर में अपवर्तक सूचकांक में निरंतर सुचारू परिवर्तन होता है, और किरणें तरंग जैसे प्रक्षेपवक्र के साथ फैलती हैं। कोर का अपवर्तनांक घातांकीय फलन के नियम के अनुसार त्रिज्या के अनुदिश बदलता रहता है

,

तंतु अक्ष पर अपवर्तनांक का अधिकतम मान कहाँ है, अर्थात् r=0 पर; आप अपवर्तक सूचकांक में परिवर्तन की रूपरेखा का वर्णन करने वाला घातांक है:

सबसे अधिक बार, एक परवलयिक प्रोफ़ाइल वाले प्रकाश गाइड का उपयोग किया जाता है। इस मामले में, u=2 और क्रमशः:

यदि हम स्वीकार करते हैं, तो हमें चरणबद्ध फाइबर के n का ज्ञात मान मिलता है

पैरामीटर (बैंडविड्थ), क्षीणन के साथ, FOTS का सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है। यह ऑप्टिकल फाइबर द्वारा प्रेषित फ़्रीक्वेंसी बैंड को निर्धारित करता है, और तदनुसार, ओके पर प्रसारित की जा सकने वाली जानकारी की मात्रा ..

विमान के सीमित आदर्शीकृत संस्करण में, लंबी दूरी पर बड़ी संख्या में चैनलों को व्यवस्थित करना संभव है, लेकिन वास्तव में महत्वपूर्ण सीमाएं हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि प्राप्त करने वाले उपकरण के इनपुट पर सिग्नल धुंधला, विकृत और लंबी लाइन, जितना अधिक प्रेषित सिग्नल विकृत होता है, आता है।

इस घटना को फैलाव कहा जाता है और फाइबर में विभिन्न तरीकों के प्रसार समय में अंतर और अपवर्तक सूचकांक की आवृत्ति निर्भरता की उपस्थिति के कारण होता है।

फैलाव एक ऑप्टिकल सिग्नल के स्पेक्ट्रल या मोड घटकों के समय के साथ फैलता है। ओके से गुजरने पर फैलाव पल्स अवधि में वृद्धि की ओर जाता है। पल्स चौड़ीकरण टी को सूत्र द्वारा आउटपुट और इनपुट पर पल्स अवधि के बीच द्विघात अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है

जहां के मूल्यों को आधा नाड़ी आयाम के स्तर पर लिया जाता है।

विमान पर प्रसारित पल्स चौड़ीकरण और आवृत्ति बैंड के परिमाण के बीच संबंध लगभग संबंध द्वारा व्यक्त किया जाता है

तो, अगर \u003d 20 एनएस / किमी, तो .

फैलाव न केवल ऑप्टिकल फाइबर के उपयोग की आवृत्ति रेंज को सीमित करता है, बल्कि ओके पर ट्रांसमिशन रेंज को भी काफी कम कर देता है, क्योंकि लाइन जितनी लंबी होती है, फैलाव उतना ही अधिक होता है और पल्स का विस्तार होता है।

OC का थ्रूपुट महत्वपूर्ण रूप से FB (सिंगल-मोड, मल्टीमोड, ग्रेडिएंट) के प्रकार के साथ-साथ एमिटर (लेजर, एलईडी) के प्रकार पर निर्भर करता है।

फैलाव के कारण हैं:

विकिरण स्रोतों की असंगति और स्पेक्ट्रम की उपस्थिति;

बड़ी संख्या में मोड (एन) का अस्तित्व।

पहले मामले में, फैलाव को रंगीन (आवृत्ति) कहा जाता है। इसे सामग्री और वेवगाइड (इंटरमोड फैलाव) में विभाजित किया गया है। वेवगाइड फैलाव मोड के अंदर की प्रक्रियाओं के कारण होता है और तरंग दैर्ध्य पर मोड प्रसार गुणांक की निर्भरता की विशेषता होती है। सामग्री का फैलाव तरंग दैर्ध्य पर अपवर्तक सूचकांक की निर्भरता के कारण होता है।

दूसरे मामले में, फैलाव को कोड फैलाव कहा जाता है और यह बड़ी संख्या में मोड की उपस्थिति के कारण होता है, जिसके प्रसार का समय अलग होता है।

ज्यामितीय व्याख्या में, मोड के अनुरूप किरणें अलग-अलग कोणों पर जाती हैं, फाइबर के मूल में एक अलग पथ से गुजरती हैं और इसलिए, विभिन्न देरी के साथ रिसीवर के इनपुट पर पहुंचती हैं।

मोडल, सामग्री और वेवगाइड फैलाव के कारण पल्स चौड़ीकरण का परिणामी मूल्य

अलग-अलग प्रकार के फैलाव के योगदान के वास्तविक अनुपात को ध्यान में रखते हुए, हमारे पास मल्टीमोड फाइबर के लिए और सिंगल-मोड फाइबर के लिए पल्स ब्रॉडिंग है।

मोडल फैलाव के कारण मल्टीमोड फाइबर में पल्स चौड़ीकरण का मूल्य, जो सिग्नल वृद्धि समय की विशेषता है और शुरुआत से दूरी I पर फाइबर क्रॉस सेक्शन में सबसे बड़े और सबसे छोटे आगमन समय के बीच अंतर के रूप में निर्धारित किया जा सकता है, की गणना की जा सकती है एक चरणबद्ध और ढाल फाइबर के लिए, क्रमशः, सूत्रों द्वारा

तथा ,

कोर का अपवर्तनांक कहां है; खोल का अपवर्तनांक है; एल - लाइन की लंबाई; ग प्रकाश की गति है;

मोड युग्मन लंबाई जिस पर स्थिर अवस्था होती है (स्टेप्ड के लिए 5...7 किमी और ग्रेडिएंट फाइबर के लिए 10...15 किमी);

तदनुसार, ग्रेडिएंट फाइबर की संचरण क्षमता समान मान के लिए स्टेप फाइबर की तुलना में 2/ गुना कम है। यह देखते हुए, एक नियम के रूप में, इन तंतुओं के थ्रूपुट में अंतर परिमाण के दो आदेशों तक पहुंच सकता है।

सिंगल-मोड फाइबर में पल्स चौड़ीकरण सूत्रों से निर्धारित किया जा सकता है

;

,

विकिरण स्पेक्ट्रम की सापेक्ष चौड़ाई कहाँ है; एल - लाइन की लंबाई; ग प्रकाश की गति है; - तरंग दैर्ध्य; - अपवर्तन की अनुक्रमणिका।

गणना के लिए, आप सरलीकृत सूत्रों का भी उपयोग कर सकते हैं

तथा

विकिरण स्रोत की वर्णक्रमीय रेखा की चौड़ाई कहाँ है, एक लेजर के लिए 0.1 ... 4 एनएम और एक प्रकाश गाइड के लिए 15 ... 80 एनएम; एल लाइन की लंबाई है; और क्रमशः विशिष्ट सामग्री और वेवगाइड फैलाव हैं।

विशिष्ट फैलाव पिकोसेकंड प्रति किलोमीटर (ऑप्टिकल लंबाई) और नैनोमीटर (स्पेक्ट्रम चौड़ाई) में व्यक्त किए जाते हैं। क्वार्ट्ज ग्लास के लिए सामग्री और वेवगाइड फैलाव की निर्भरता को दिखाया गया है (चित्र 21)।

जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, जैसे-जैसे तरंग दैर्ध्य बढ़ता है, यह घटता है और शून्य से गुजरता है, और थोड़ा बढ़ता है। माइक्रोन के पास, उनका पारस्परिक मुआवजा होता है और परिणामी फैलाव शून्य के करीब पहुंच जाता है। इसलिए, सिंगल-मोड ट्रांसमिशन सिस्टम में 1.3 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। हालांकि, क्षीणन के संदर्भ में, 1.55 माइक्रोन की एक लहर बेहतर है, और न्यूनतम फैलाव प्राप्त करने के लिए, इस मामले में अपवर्तक सूचकांक प्रोफ़ाइल और कोर व्यास को बदलना आवश्यक है। एक जटिल डब्ल्यू-प्रकार प्रोफ़ाइल और तीन-परत प्रकाश गाइड के साथ, 1.55 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य पर न्यूनतम फैलाव विकृतियां प्राप्त करना भी संभव है।

तालिका में। 4 विभिन्न प्रकार के विमानों के फैलाव गुणों को दर्शाता है।

तालिका 4

विभिन्न तंतुओं की फैलाव विशेषताओं की तुलना करते हुए, यह ध्यान दिया जा सकता है कि एकल-मोड फाइबर सबसे अच्छे हैं। अपवर्तक सूचकांक में सुचारू परिवर्तन के साथ ग्रैडिएंट लाइट गाइड में भी अच्छी विशेषताएं होती हैं। फैलाव चरणबद्ध मल्टीमोड फाइबर में सबसे तेजी से प्रकट होता है।

बैंडविड्थ ठीक पर विचार करें। तांबे के कंडक्टर (संतुलित और समाक्षीय) के साथ विद्युत केबलों में, बैंडविड्थ और संचार सीमा मुख्य रूप से सर्किट के क्षीणन और शोर प्रतिरक्षा द्वारा सीमित होती है। ऑप्टिकल केबल मौलिक रूप से विद्युत चुम्बकीय प्रभावों से प्रतिरक्षित हैं और उच्च शोर प्रतिरक्षा है, इसलिए शोर प्रतिरक्षा पैरामीटर एक सीमित कारक नहीं है। ओके में, बैंडविड्थ और संचार रेंज क्षीणन और फैलाव द्वारा सीमित हैं।

OK का अवमंदन नियमानुसार बढ़ता है। एक विस्तृत आवृत्ति बैंड में, यह बहुत स्थिर होता है और केवल बहुत उच्च आवृत्तियों पर फैलाव के कारण बढ़ता है। इसलिए, फैलाव आवृत्ति बैंडविड्थ निर्धारित करता है। यह इस आंकड़े से देखा जा सकता है कि सिंगल-मोड फाइबर की बैंडविड्थ स्टेप्ड और ग्रेडिएंट वाले की तुलना में बहुत बड़ी है।

चावल। 9. फैलाव की निर्भरता () और बैंडविड्थ () लाइन की लंबाई पर ठीक है

चित्र 9 लाइन की लंबाई पर ऑप्टिकल केबलों के फैलाव () और थ्रूपुट () की निर्भरता की प्रकृति को दर्शाता है। फैलाव OC के थ्रूपुट की सीमा और उनके ऊपर ट्रांसमिशन रेंज में कमी दोनों की ओर ले जाता है (l)। आवृत्ति बैंड और संचरण दूरी l परस्पर संबंधित हैं। उनके बीच का अनुपात सूत्रों द्वारा व्यक्त किया जाता है:

छोटी रेखाओं के लिए (), जिसमें नाड़ी का चौड़ा होना लंबाई के साथ रैखिक रूप से बढ़ता है,

लंबी लाइनों के लिए (), जिसमें नाड़ी की चौड़ाई के परिमाण में परिवर्तन का नियम संचालित होता है,

प्रति 1 किमी में फैलाव कहाँ है; - फैलाव का वांछित मूल्य; - दिशा और रेखा; - स्थापना मोड लाइन की लंबाई (स्टेप्ड के लिए 5...7 किमी और ग्रेडिएंट फाइबर के लिए 10...15 किमी)।

बैंडविड्थ का किलोमीटर मान पल्स ब्रॉडिंग वैल्यू द्वारा निर्धारित किया जाता है:

ऑप्टिकल फाइबर में भौतिक प्रक्रियाएं

पारंपरिक केबलों के विपरीत, जिनमें विद्युत चालकता और चालन धारा होती है, OK का एक पूरी तरह से अलग तंत्र है - उनके पास पूर्वाग्रह धाराएं हैं, जिसके आधार पर रेडियो प्रसारण भी संचालित होता है। रेडियो प्रसारण से अंतर यह है कि तरंग मुक्त स्थान में नहीं फैलती है, लेकिन फाइबर की बहुत मात्रा में केंद्रित होती है और इसके साथ एक निश्चित दिशा में प्रसारित होती है (चित्र 10)।

Fig.10 स्थानांतरण प्रक्रिया:

ए-रेडियो संचार; बी-फाइबर ऑप्टिक संचार

एक प्रकाश गाइड के माध्यम से एक तरंग का संचरण कोर और क्लैडिंग के बीच की सीमा से इसके प्रतिबिंबों के कारण होता है, जिसमें अलग-अलग अपवर्तक सूचकांक होते हैं। पारंपरिक केबलों में, प्रेषित सूचना का वाहक एक विद्युत प्रवाह होता है, और एक OK में, एक लेज़र बीम होता है।

पारंपरिक, वर्तमान में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले संतुलित और समाक्षीय केबलों में, सर्किट के आगे और पीछे के कंडक्टरों का उपयोग करके दो-तार योजना के अनुसार ट्रांसमिशन का आयोजन किया जाता है (चित्र 11)।

चावल। 11. दो-तार (ए) और वेवगाइड (बी) मार्गदर्शक मीडिया के माध्यम से ऊर्जा हस्तांतरण

लाइट गाइड, वेवगाइड और अन्य गाइडिंग मीडिया (एनएस) में दो कंडक्टर नहीं होते हैं, और मीडिया इंटरफेस से एक तरंग के कई प्रतिबिंब के कानून के अनुसार वेवगाइड विधि द्वारा संचरण होता है। इस तरह की परावर्तक सीमा विभिन्न ढांकता हुआ (ऑप्टिकल) गुणों के साथ धातु-ढांकता हुआ, ढांकता हुआ-ढांकता हुआ हो सकता है, आदि।

दो-तार (डबल-कनेक्टेड) ​​और वेवगाइड (एकल-कनेक्टेड) ​​एनएस के बीच इंटरफेस मुख्य रूप से तरंग दैर्ध्य और गाइड माध्यम के अनुप्रस्थ आयामों के बीच के अनुपात की विशेषता है।

जब दो तार होने चाहिए: आगे और पीछे, और संचरण सामान्य दो-तार योजना में होता है; अन्यथा, दो-तार प्रणाली की आवश्यकता नहीं है, और विभिन्न विशेषताओं के साथ मीडिया के इंटरफेस से तरंग के कई प्रतिबिंब के कारण संचरण किया जाता है। इसलिए, वेवगाइड सिस्टम (फाइबर, वेवगाइड और अन्य एनएस) के माध्यम से संचरण केवल बहुत उच्च आवृत्तियों की सीमा में संभव है, जब तरंग दैर्ध्य एनएस के अनुप्रस्थ आयाम-व्यास से कम हो।

ऑप्टिकल माइक्रोन तरंगों को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: अवरक्त, दृश्यमान और पराबैंगनी (तालिका 2)। वर्तमान में, 0.7 ... 1.6 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य मुख्य रूप से उपयोग की जाती हैं और निकट अवरक्त रेंज विकसित करने के लिए काम चल रहा है: 2; चार; 6 माइक्रोन।

तालिका 2

विभिन्न प्रणालियाँ विभिन्न मीडिया (निर्देशित या खुली) और धाराओं (और) का उपयोग करती हैं। इन एनएस की विशेषताएं ऊर्जा के संचरण में आवृत्ति प्रतिबंधों से जुड़ी हैं।

वेवगाइड और टू-वायर सिस्टम द्वारा संचरण की आवृत्ति रेंज मौलिक रूप से भिन्न होती है। वेवगाइड सिस्टम में एक कटऑफ आवृत्ति होती है - एक महत्वपूर्ण आवृत्ति, उच्च आवृत्ति फिल्टर की तरह व्यवहार करती है, और केवल तरंगें जिसकी लंबाई से कम होती है। टू-वायर सिस्टम इन प्रतिबंधों से मुक्त हैं और पूरी आवृत्ति रेंज - शून्य और ऊपर से प्रसारित करने में सक्षम हैं।

रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स, कंप्यूटर विज्ञान, संचार, कंप्यूटर प्रौद्योगिकी, अंतरिक्ष, चिकित्सा, होलोग्राफी, मैकेनिकल इंजीनियरिंग, परमाणु ऊर्जा, आदि जैसे राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के ऐसे क्षेत्रों में OC और फाइबर-ऑप्टिक ट्रांसमिशन सिस्टम के व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए व्यापक क्षितिज खुल गए हैं। फाइबर ऑप्टिक्स छह क्षेत्रों में विकसित हो रहा है:

मल्टीचैनल सूचना प्रसारण प्रणाली;

केबल टीवी;

स्थानीय कंप्यूटर नेटवर्क;

सूचना एकत्र करने, संसाधित करने और संचारित करने के लिए सेंसर और सिस्टम;

उच्च वोल्टेज लाइनों पर संचार और टेलीमैकेनिक्स;

मोबाइल वस्तुओं के उपकरण और स्थापना।

मल्टी-चैनल एफओटीएस का व्यापक रूप से देश की रीढ़ और क्षेत्रीय संचार नेटवर्क में उपयोग किया जाने लगा है, साथ ही शहरी एक्सचेंजों के बीच कनेक्टिंग लाइनों के उपकरण के लिए भी। यह OK की बड़ी सूचना क्षमता और उनकी उच्च शोर उन्मुक्ति द्वारा समझाया गया है। पानी के नीचे ऑप्टिकल राजमार्ग विशेष रूप से कुशल और किफायती हैं। केबल टेलीविजन में ऑप्टिकल सिस्टम का उपयोग उच्च छवि गुणवत्ता प्रदान करता है और व्यक्तिगत ग्राहकों के लिए सूचना सेवा की संभावनाओं का काफी विस्तार करता है। इस मामले में, एक कस्टम रिसेप्शन सिस्टम लागू किया जाता है और ग्राहकों को अपने टीवी स्क्रीन पर पुस्तकालय और शैक्षिक केंद्रों से समाचार पत्रों के पन्नों, पत्रिका के पन्नों और संदर्भ डेटा की छवियों को प्राप्त करने का अवसर प्रदान किया जाता है।

OK के आधार पर, विभिन्न टोपोलॉजी (रिंग, स्टार, आदि) के स्थानीय कंप्यूटर नेटवर्क बनाए जाते हैं। ऐसे नेटवर्क कंप्यूटिंग केंद्रों को उच्च बैंडविड्थ, बेहतर गुणवत्ता और अनधिकृत पहुंच से सुरक्षा के साथ एकल सूचना प्रणाली में एकजुट करना संभव बनाते हैं।

फाइबर-ऑप्टिक सेंसर आक्रामक वातावरण में काम करने में सक्षम हैं, विश्वसनीय हैं, आकार में छोटे हैं और विद्युत चुम्बकीय प्रभावों के अधीन नहीं हैं। वे आपको विभिन्न भौतिक मात्राओं (तापमान, दबाव, धारा, आदि) की दूरी पर मूल्यांकन करने की अनुमति देते हैं। सेंसर का उपयोग तेल और गैस उद्योग, सुरक्षा और फायर अलार्म सिस्टम, मोटर वाहन प्रौद्योगिकी आदि में किया जाता है। उच्च वोल्टेज बिजली लाइनों (टीएल) पर ओके का उपयोग तकनीकी संचार और टेलीमैकेनिक्स के आयोजन के लिए बहुत आशाजनक है। ऑप्टिकल फाइबर एक चरण या केबल में एम्बेडेड होते हैं। यहां, चैनल बिजली लाइनों और गरज के विद्युत चुम्बकीय प्रभावों से अत्यधिक सुरक्षित हैं। ओके का हल्कापन, छोटा आकार, गैर-ज्वलनशीलता ने उन्हें विमान, जहाजों और अन्य मोबाइल उपकरणों की स्थापना और उपकरणों के लिए बहुत उपयोगी बना दिया।

हाल ही में, फाइबर-ऑप्टिक प्रौद्योगिकी के विकास में एक नई दिशा सामने आई है - 2 ... 10 माइक्रोन की मध्य-अवरक्त तरंग दैर्ध्य रेंज का उपयोग। यह उम्मीद की जाती है कि इस सीमा में नुकसान 0.02 डीबी/किमी से अधिक नहीं होगा। यह 1000 किमी तक के पुनर्जनन स्थलों के साथ लंबी दूरी पर संचार की अनुमति देगा। इन्फ्रारेड वेवलेंथ रेंज में सुपरट्रांसपेरेंसी रखने वाले जिरकोनियम, बेरियम और अन्य यौगिकों के साथ फ्लोरीन और चाकोजेनाइड ग्लास का अध्ययन पुनर्जनन खंड की लंबाई को और बढ़ाना संभव बनाता है। नॉनलाइनियर ऑप्टिकल घटना के उपयोग में नए दिलचस्प परिणाम की उम्मीद की जाती है, विशेष रूप से, ऑप्टिकल पल्स प्रसार के सॉलिटॉन मोड, जब एक पल्स अपने आकार को बदलने के बिना प्रचार कर सकता है या समय-समय पर एक फाइबर के साथ प्रसार के दौरान अपना आकार बदल सकता है। फाइबर लाइट गाइड में इस घटना के उपयोग से पुनरावर्तकों के उपयोग के बिना संचरित सूचना और संचार सीमा की मात्रा में काफी वृद्धि होगी।

एफओसीएल में चैनलों के आवृत्ति विभाजन की विधि को लागू करना बहुत आशाजनक है, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि विभिन्न आवृत्तियों पर काम करने वाले कई स्रोतों से विकिरण एक साथ फाइबर में पेश किया जाता है, और ऑप्टिकल फिल्टर का उपयोग करके सिग्नल को प्राप्त करने वाले छोर पर अलग किया जाता है। एफओसीएल में चैनल पृथक्करण की इस पद्धति को वर्णक्रमीय बहुसंकेतन या बहुसंकेतन कहा जाता है।

एफओसीएल ग्राहक नेटवर्क का निर्माण करते समय, रेडियल-नोडल टेलीफोन नेटवर्क की पारंपरिक संरचना के अलावा, केबल बचत सुनिश्चित करने वाले रिंग नेटवर्क को व्यवस्थित करने की योजना है। यह माना जा सकता है कि दूसरी पीढ़ी के एफओटीएस में, सिग्नल प्रवर्धन और पुनर्योजी में रूपांतरण होगा एकीकृत प्रकाशिकी के तत्वों और सर्किटों का उपयोग करके ऑप्टिकल आवृत्तियों पर होते हैं। यह पुनर्योजी एम्पलीफायर सर्किट को सरल करेगा, उनकी दक्षता और विश्वसनीयता में सुधार करेगा और लागत को कम करेगा। एफओटीएस की तीसरी पीढ़ी में, ध्वनिक ट्रांसड्यूसर की मदद से सीधे भाषण संकेतों को ऑप्टिकल में बदलने का उपयोग करना चाहिए। एक ऑप्टिकल टेलीफोन पहले ही विकसित किया जा चुका है और मौलिक रूप से नए स्वचालित टेलीफोन एक्सचेंज बनाने के लिए काम चल रहा है जो बिजली के संकेतों के बजाय प्रकाश को स्विच करते हैं। बहु-स्थिति वाले उच्च गति वाले ऑप्टिकल स्विच बनाने के उदाहरण हैं जिनका उपयोग ऑप्टिकल स्विचिंग के लिए किया जा सकता है।

ओके और डिजिटल ट्रांसमिशन सिस्टम के आधार पर, एक एकीकृत बहुउद्देश्यीय नेटवर्क बनाया जा रहा है, जिसमें विभिन्न प्रकार के सूचना प्रसारण (टेलीफोनी, टेलीविजन, कंप्यूटर के डेटा ट्रांसमिशन और स्वचालित नियंत्रण प्रणाली, वीडियो टेलीफोन, फोटोटेलीग्राफ, अखबार के पन्नों का प्रसारण) शामिल हैं। बैंकों से संदेश, आदि)। 64 Mbit/s (या 32 Mbit/s) की संचरण दर वाला एक डिजिटल PCM चैनल एक एकीकृत चैनल के रूप में अपनाया गया था। OK और FOTS के व्यापक उपयोग के लिए, कई समस्याओं को हल करना आवश्यक है।

इनमें मुख्य रूप से निम्नलिखित शामिल हैं:

प्रणालीगत मुद्दों का विस्तार और संचार नेटवर्क पर ओके के उपयोग के तकनीकी और आर्थिक संकेतकों का निर्धारण;

सिंगल-मोड फाइबर, लाइट गाइड और केबल, साथ ही उनके लिए ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का बड़े पैमाने पर औद्योगिक उत्पादन;

धातु के गोले और हाइड्रोफोबिक भरने के उपयोग के माध्यम से नमी प्रतिरोध और ओके की विश्वसनीयता में सुधार;

प्रकाश गाइड के निर्माण के लिए 2...10 माइक्रोन और नई सामग्री (फ्लोराइड और चाकोजेनाइड) की अवरक्त तरंग दैर्ध्य रेंज को माहिर करना, लंबी दूरी पर संचार की अनुमति देना;

कंप्यूटर प्रौद्योगिकी और सूचना विज्ञान के लिए स्थानीय नेटवर्क का निर्माण;

ओके के उत्पादन, एफओसीएल के विन्यास और संचालन के लिए आवश्यक परीक्षण और माप उपकरण, परावर्तक, परीक्षकों का विकास;

बिछाने की तकनीक का मशीनीकरण और ओके इंस्टालेशन का स्वचालन;

फाइबर लाइट गाइड और ओके के औद्योगिक उत्पादन की तकनीक में सुधार, उनकी लागत को कम करना;

सॉलिटॉन ट्रांसमिशन मोड का अनुसंधान और कार्यान्वयन, जिसमें नाड़ी संकुचित होती है और फैलाव कम हो जाता है;

ओके के वर्णक्रमीय बहुसंकेतन के लिए एक प्रणाली और उपकरण का विकास और कार्यान्वयन;

बहुउद्देश्यीय के एकीकृत ग्राहक नेटवर्क का निर्माण;

ट्रांसमीटर और रिसीवर का निर्माण जो सीधे ध्वनि को प्रकाश में और प्रकाश को ध्वनि में परिवर्तित करते हैं;

तत्वों के एकीकरण की डिग्री में वृद्धि और एकीकृत प्रकाशिकी तत्वों का उपयोग करके पीसीएम चैनल बनाने वाले उपकरणों की उच्च गति इकाइयों का निर्माण;

ऑप्टिकल संकेतों को विद्युत में परिवर्तित किए बिना ऑप्टिकल पुनर्योजी का निर्माण;

संचार प्रणालियों के लिए ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को प्रसारित करने और प्राप्त करने में सुधार, सुसंगत स्वागत का विकास;

जोनल और बैकबोन संचार नेटवर्क के लिए मध्यवर्ती पुनर्योजी की बिजली आपूर्ति के लिए प्रभावी तरीकों और उपकरणों का विकास;

ओके पर सिस्टम के उपयोग की ख़ासियत को ध्यान में रखते हुए, नेटवर्क के विभिन्न वर्गों की संरचना का अनुकूलन;

ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से प्रेषित संकेतों की आवृत्ति और समय पृथक्करण के लिए उपकरणों और विधियों में सुधार;

ऑप्टिकल स्विचिंग के लिए एक प्रणाली और उपकरणों का विकास।

ग्रन्थसूची

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3. मोरोज़ोव "ऑप्टिकल केबल", संचार का बुलेटिन, एन 3,4,7,9, 1993

4. देसुरवीर "लाइट कम्युनिकेशन: पांचवीं पीढ़ी", विज्ञान की दुनिया में, एन 3, 1992

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