फाइबर ऑप्टिक: अतीत और वर्तमान

1966 में, चीन के वैज्ञानिक और मूल निवासी चार्ल्स काओ कुएन ने अपने स्वयं के शोध के परिणामों को दुनिया के सामने पेश किया। उनके विकास का मुख्य संदेश यह था कि ग्लास फाइबर का उपयोग करके ऑप्टिकल संचार का आयोजन किया जा सकता है। अपने काम में, काओ ने दुनिया को फाइबर और इसकी सामग्री की अनूठी डिजाइन विशेषताओं से परिचित कराया। अनुसंधान वैज्ञानिक को आज फाइबर ऑप्टिक दूरसंचार के आधार पर सही माना जा सकता है। "ऑप्टिकल फाइबर" शब्द का पहला उल्लेख पहली बार 1956 में यूएसए से एनएस कपनी द्वारा उपयोग किया गया था।

आज, फाइबर-ऑप्टिक संचार प्रौद्योगिकियों ने हमारे जीवन में इतनी दृढ़ता से प्रवेश किया है कि हम अब उनमें कुछ भी आश्चर्यजनक नहीं देखते हैं और उनकी उपस्थिति के साथ-साथ एक अपार्टमेंट इमारत में पानी की आपूर्ति प्रणाली की उपस्थिति का अनुभव करते हैं। इसलिए, इस प्रकाशन में मैं प्रकाशिकी के बारे में अधिक बात करना चाहूंगा और उस तकनीक के बारे में कुछ दिलचस्प तथ्य बताऊंगा जिस पर आधुनिक उच्च गति संचार आधारित है।

थोड़ा सा इतिहास

फाइबर ऑप्टिक्स के विकास के इतिहास के दौरान, कई दिलचस्प अध्ययन और प्रयोग किए गए हैं। आइए हम उनमें से कुछ को ही देखें।

अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जॉन टिंडाल ने पानी की एक धारा में एक प्रकाश किरण के प्रतिबिंब के साथ एक प्रयोग किया, जिसका वर्णन उन्होंने अपनी पुस्तक में दर्ज किया।

"अगर वह कोण जिस पर प्रकाश की किरण पानी से हवा में गिरती है (यानी, दो मीडिया और एक लंब के बीच का कोण) 48 डिग्री से अधिक हो जाता है, तो किरण पानी से बाहर नहीं आती है - यह पूरी तरह से पानी-वायु सीमा से परिलक्षित होता है ... यदि सबसे छोटा कोण ड्रॉप जिस पर पूर्ण आंतरिक प्रतिबिंब मनाया जाता है, जिसे सीमित कोण कहा जाता है, फिर पानी के लिए यह 48 ° 27 के बराबर होगा ", रंगहीन ग्लास (फ्लिंट ग्लास) - 38 ° 41" के लिए, और हीरे के लिए - 23 ° 42, "टाइन्डल लिखते हैं।



जॉन टिंडाल का प्रयोगात्मक सेटअप

यह प्रयोग, यदि वांछित है, तो किसी के द्वारा घर पर रखा जा सकता है। लेजर सूचक आपको नल से पानी की एक धारा के साथ बाथरूम में विभिन्न कोणों पर चमकने की आवश्यकता है। एक निश्चित कोण पर, प्रकाश किरण पूरी तरह से पानी की धारा में परिलक्षित होगी।





एक समान प्रयोग एक टॉर्च के साथ किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, पारदर्शी प्लास्टिक की बोतल में आपको किनारे पर एक छेद बनाने की आवश्यकता होती है। हम बोतल से पानी पास करते हैं और बोतल के विपरीत तरफ एक लालटेन चमकाना शुरू करते हैं। यदि हम हथेली को प्रतिस्थापित करते हैं, तो प्रकाश का एक स्थान उस पर परिलक्षित होगा।





फाइबर एलईडी के बारे में सक्रिय बात पिछली शताब्दी के पचास के दशक में शुरू हुई। फिर उन्हें विभिन्न प्रकार की पारदर्शी सामग्रियों से बनाना शुरू किया। लेकिन उन सामग्रियों की पारदर्शिता अच्छी प्रकाश चालकता के लिए पर्याप्त नहीं थी।

उन वर्षों में, सोवियत संघ ने फाइबर ऑप्टिक्स के क्षेत्र में भी पश्चिम को पीछे छोड़ दिया। पहली ऑप्टिकल संचार लाइन USSR में 1977 में ज़ेलनोग्राद में शुरू की गई थी। चैनल को उत्तरी औद्योगिक क्षेत्र और शहर प्रशासन को जोड़ने के लिए बनाया गया था। यह केबल उद्योग (ओकेबी केपी) के एक विशेष डिजाइन ब्यूरो द्वारा विकसित ऑप्टिकल केबल पर निर्मित किया गया था, जो रोस्टेक स्टेट कॉरपोरेशन के रेडियोएलेक्ट्रोनिक टेक्नोलॉजीज कंसर्न (केआरईटी) का हिस्सा है, जो केबल और केबल असेंबलियों के उत्पादन में माहिर है।

मई 1981 में, यूएसएसआर ने सीपीएसयू और यूएसएसआर मंत्रिपरिषद की केंद्रीय समिति का फरमान जारी किया "फाइबर ऑप्टिक संचार प्रणालियों और सूचना हस्तांतरण के विकास और कार्यान्वयन पर।" यह घटना फाइबर ऑप्टिक संचार के विकास और इस क्षेत्र में विकास की संख्या में वृद्धि के लिए एक प्रेरणा थी।

60 के दशक की शुरुआत में, पहले यूएसएसआर में, और फिर पश्चिम में, वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि कांच का प्रकाश अवशोषण दृढ़ता से रंग सामग्री और अपवर्तक के जंग के उत्पादों पर निर्भर करता है। यह प्रायोगिक रूप से साबित हो गया था कि पूरी तरह से साफ कांच का प्रकाश अवशोषण इतना छोटा है कि यह मापने वाले उपकरणों की संवेदनशीलता के बाहर है।
1966 में, चार्ल्स कुएन काओ के नेतृत्व में वैज्ञानिकों का एक समूह इस नतीजे पर पहुंचा कि क्वार्ट्ज ग्लास फाइबर ऑप्टिक संचार के लिए सबसे उपयुक्त सामग्री होगी। तब भी, काओ का मानना ​​था कि प्रकाशिकी की मदद से सूचना प्रसारित करना संभव होगा और जल्द ही इस प्रकार का संचार तांबे के तारों पर सिग्नल ट्रांसमिशन को बदल देगा।

तीन साल बाद, काओ को 4 डीबी / किमी के क्षीणन गुणांक के साथ एक फाइबर मिला। यह परिणाम अल्ट्रा-क्लियर ग्लास का पहला उदाहरण था। एक साल बाद, कॉर्निंग शामिल ने एक कदम अपवर्तक सूचकांक प्रोफ़ाइल के साथ फाइबर का उत्पादन किया और 633 एनएम के तरंग दैर्ध्य पर 20 डीबी / किमी के एक भिगोना कारक तक पहुंच गया। पहली बार, एक क्वार्ट्ज फाइबर ने 2 किलोमीटर दूर एक प्रकाश किरण प्रेषित की।

एक समान गति से सहमत, क्वांटम डेटा ट्रांसफर अब विकसित हो रहा है। थोड़ा सा, लेकिन थोड़ा सा। कम दूरी पर एक प्रयोग और व्यावसायिक उपयोग के रूप में।

टेलीकॉम के अलावा फाइबर का उपयोग कहां किया जाता है?

आज टेलीकॉम के अलावा कई उद्योगों में फाइबर का उपयोग किया जाता है। ये एक्स-रे मशीन हैं, जहां यह एक उच्च वोल्टेज स्रोत और कम वोल्टेज नियंत्रण उपकरण के बीच गैल्वेनिक अलगाव प्रदान करता है। इसलिए कर्मचारियों और रोगियों को उपकरण के उच्च वोल्टेज वाले हिस्से से अलगाव प्राप्त होता है। फाइबर का उपयोग सुरक्षा प्रणाली के सेंसर के रूप में विद्युत सबस्टेशन के स्विचगियर्स में किया जाता है।

विभिन्न प्रकार के मापन प्रणालियों में व्यापक रूप से ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग किया जाता है, जहां पारंपरिक विद्युत उपकरणों का उपयोग करना असंभव है। उदाहरण के लिए, एक विमान के जेट इंजन में तापमान माप प्रणाली में, एमआरआई उपकरणों में (मस्तिष्क सहित आंतरिक अंगों की जांच के लिए टोमोग्राफिक चिकित्सा उपकरण), आदि। ऑप्टिकल फाइबर पर आधारित सेंसर कंपन, रोटेशन, विस्थापन, गति और त्वरण की आवृत्ति को माप सकते हैं, टोक़, घुमा और अन्य मापदंडों।

आज, ऑप्टिकल फाइबर पर आधारित जाइरोस्कोप का उपयोग किया जाता है, जो सग्नाक प्रभाव के आधार पर काम करते हैं। इस तरह के जाइरोस्कोप में कोई हिलने वाला हिस्सा नहीं होता है, जो इसे बहुत विश्वसनीय बनाता है। इस तथ्य के बावजूद कि आधुनिक नेविगेशन सिस्टम भारी संख्या में विभिन्न सेंसर का उपयोग करते हैं, जिसके लिए ऑब्जेक्ट की स्थिति निर्धारित की जाती है, सबसे अधिक स्वतंत्र सिस्टम केवल फाइबर-ऑप्टिक जाइरोस्कोप के आधार पर बनाया जा सकता है।
ऑप्टिक्स का व्यापक रूप से बर्गलर अलार्म में उपयोग किया जाता है। इस तरह की सुरक्षा प्रणाली निम्नानुसार व्यवस्थित की जाती है: जब कोई हमलावर क्षेत्र में प्रवेश करता है, तो फाइबर परिवर्तन के माध्यम से प्रकाश के पारित होने की स्थिति, और एक अलार्म चालू हो जाता है।



फाइबर ऑप्टिक जाइरोस्कोप का एक उदाहरण कार्यान्वयन



AIRBUS DEFENSE & SPACE द्वारा निर्मित ASTRIX श्रृंखला का तीन-अक्ष फाइबर ऑप्टिक जड़ता मापने वाला मॉड्यूल; LiNb03 न्यूनाधिक प्रत्येक दिशा में सेंसर में एकीकृत है

फाइबर का उपयोग सजावटी उद्देश्यों के लिए किया जाता है, छुट्टियों के लिए सजावट के रूप में, कला और विज्ञापन में।







नए प्रकार के ऑप्टिकल फाइबर लगातार विकसित किए जा रहे हैं। उदाहरण के लिए, फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर। उनमें प्रकाश का वितरण थोड़ा अलग सिद्धांतों पर आधारित है। इस तरह के फाइबर का उपयोग तरल, रासायनिक और गैस सेंसर के रूप में किया जा सकता है। इसके अलावा, इसका उपयोग औद्योगिक या चिकित्सा प्रयोजनों के लिए शक्तिशाली विकिरण परिवहन के लिए किया जा सकता है।

निरंतर विकिरण शक्ति के कई टन किलोवाट वाले फाइबर लेजर अब नए नहीं हैं। 2014 में अमेरिकी नौसेना में 6-फाइबर 5.5 kW लेजर पर आधारित हथियारों का परीक्षण किया गया था। फाइबर लेज़रों ने धातु और कंक्रीट को काट दिया। उदाहरण के लिए, IPG फोटोनिक्स मेटल कटिंग मशीन में 100 kW की शक्ति होती है।



ऑप्टिकल फाइबर का विकास चल रहा है, जिसकी मदद से कई किलोवाट की लेजर विकिरण शक्ति संचारित करना संभव होगा। सिद्धांत रूप में, 150 माइक्रोन के मुख्य व्यास के साथ 250 मीटर की लंबाई के साथ फाइबर के साथ 10 किलोवाट की शक्ति के साथ विकिरण का संचरण संभव माना जाता है।



फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर

यह भी ध्यान देने योग्य है कि आज मल्टी-कोर फाइबर सक्रिय रूप से विकसित हो रहे हैं। उनके उपयोग से फाइबर ऑप्टिक लिंक के समग्र प्रवाह में काफी वृद्धि होगी।
फाइबर पहले से ही पचास से अधिक है, लेकिन तकनीक स्पष्ट रूप से सेवानिवृत्त होने वाली नहीं है। ऑप्टिकल फाइबर के क्षेत्र में नवाचार नियमित रूप से दिखाई देते हैं और दूरसंचार प्रौद्योगिकी के विकास में रुचि रखने वाले एकमात्र उद्योग से दूर है।