प्रकाशीय तन्तु (ऑप्टीकल फाइबर) में किस परिघटना का उपयोग किया जाता है?

परिचय

प्रकाशीय तन्तु, जिन्हें ऑप्टीकल फाइबर भी कहा जाता है, आधुनिक संचार और नेटवर्किंग के क्षेत्र में अत्यधिक महत्वपूर्ण हैं। ये तन्तु डेटा को उच्च गति और कम हानि के साथ लंबी दूरी तक भेजने में सक्षम होते हैं। इनकी कार्यप्रणाली एक विशिष्ट भौतिक परिघटना पर आधारित है। इस उत्तर में, हम इस परिघटना को समझेंगे और इसके आधुनिक अनुप्रयोगों पर चर्चा करेंगे।

1. कुल आंतरिक परावर्तन (Total Internal Reflection)

• परिभाषा: प्रकाशीय तन्तुओं में प्रयुक्त मुख्य परिघटना कुल आंतरिक परावर्तन (Total Internal Reflection) है। कुल आंतरिक परावर्तन तब होता है जब प्रकाश एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाता है और एक विशिष्ट कोण से अधिक के कोण पर परावर्तित होता है। इस स्थिति में प्रकाश पूरी तरह से पहले माध्यम में ही वापस आ जाता है।
• क्रिटिकल एंगल: क्रिटिकल एंगल वह न्यूनतम कोण है, जिस पर कुल आंतरिक परावर्तन होता है। यह दो माध्यमों की अपवर्तनांक पर निर्भर करता है। यदि प्रकाश का कोण इस क्रिटिकल एंगल से अधिक होता है, तो वह पूरी तरह से परावर्तित हो जाता है।
• उदाहरण: ऑप्टीकल फाइबर में, कोर की अपवर्तनांक क्लैडिंग की तुलना में अधिक होती है। इसके कारण, कोर में यात्रा करने वाले प्रकाश की किरणें कुल आंतरिक परावर्तन के कारण कोर में ही बनी रहती हैं, जिससे प्रकाश लंबी दूरी तक जाता है।

2. ऑप्टिकल फाइबर की संरचना

• कोर और क्लैडिंग: ऑप्टिकल फाइबर दो मुख्य हिस्सों में बांटा जाता है:
  • कोर: फाइबर का केंद्रीय भाग, जिसमें प्रकाश का प्रसारण होता है। इसका अपवर्तनांक उच्च होता है।
  • क्लैडिंग: कोर के चारों ओर की परत, जिसकी अपवर्तनांक कम होती है। क्लैडिंग सुनिश्चित करती है कि प्रकाश कोर के भीतर ही रहे और कुल आंतरिक परावर्तन द्वारा परावर्तित हो।
• उदाहरण: एक सामान्य ऑप्टिकल फाइबर में कोर की अपवर्तनांक 1.45 हो सकती है जबकि क्लैडिंग की अपवर्तनांक 1.40 हो सकती है, जिससे प्रकाश कोर में प्रतिबिंबित होता है और बाहर नहीं निकलता।

3. ऑप्टिकल फाइबर के अनुप्रयोग

• दूरसंचार: ऑप्टिकल फाइबर का व्यापक उपयोग दूरसंचार में किया जाता है, जहां यह लंबी दूरी तक डेटा ट्रांसमिट करने में सक्षम होता है। कुल आंतरिक परावर्तन की इस क्षमता से संकेत कम हानि के साथ ट्रांसमिट होते हैं।
  • उदाहरण: अंडरसी फाइबर ऑप्टिक केबल जैसे MAREA, जो अमेरिका और स्पेन को जोड़ता है, लाखों किलोमीटर की दूरी पर डेटा का ट्रांसमिशन करता है।
• चिकित्सीय इमेजिंग: ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग चिकित्सीय एंडोस्कोपी में भी किया जाता है, जिससे शरीर के अंदर की छवियों को बाहरी मॉनिटर्स पर देखा जा सकता है। कुल आंतरिक परावर्तन के कारण स्पष्ट और उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियाँ प्राप्त होती हैं।
  • उदाहरण: लेप्रोस्कोप्स में ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग सर्जरी के दौरान आंतरिक अंगों को देखने के लिए किया जाता है।
• नेटवर्किंग और डेटा सेंटर: डेटा सेंटर और हाई-स्पीड नेटवर्क में ऑप्टिकल फाइबर नेटवर्क का उपयोग किया जाता है, जहां उच्च डेटा ट्रांसफर रेट की आवश्यकता होती है। कुल आंतरिक परावर्तन इस डेटा ट्रांसमिशन की गति और सटीकता को सुनिश्चित करता है।
  • उदाहरण: गूगल के डेटा सेंटर ऑप्टिकल फाइबर नेटवर्क का उपयोग करते हैं जो उच्च डेटा ट्रांसफर की क्षमता प्रदान करता है।

4. ऑप्टिकल फाइबर के लाभ

• उच्च बैंडविड्थ: ऑप्टिकल फाइबर पारंपरिक कॉपर केबल की तुलना में उच्च बैंडविड्थ प्रदान करता है, जिससे विशाल मात्रा में डेटा ट्रांसमिट हो सकता है।
  • उदाहरण: Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) तकनीक ऑप्टिकल फाइबर में डेटा क्षमता को बढ़ाने के लिए उपयोग की जाती है।
• कम सिग्नल लॉस: कुल आंतरिक परावर्तन का उपयोग करके सिग्नल लॉस और अटेनुएशन को न्यूनतम किया जाता है, जिससे ऑप्टिकल फाइबर लंबी दूरी की संचार के लिए उपयुक्त होते हैं।
  • उदाहरण: ऑप्टिकल फाइबर लंबी दूरी की संचार लिंक में बहुत कम सिग्नल डिग्रेडेशन का अनुभव करते हैं।
• इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस से प्रतिरक्षा: ऑप्टिकल फाइबर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस से प्रभावित नहीं होते, जो विद्युत केबलों में सामान्य होता है। इससे डेटा ट्रांसमिशन स्थिर और विश्वसनीय होता है।
  • उदाहरण: उच्च इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस वाले वातावरण में ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग किया जाता है, जैसे औद्योगिक सेटिंग्स में।

निष्कर्ष

प्रकाशीय तन्तुओं में कुल आंतरिक परावर्तन (Total Internal Reflection) का उपयोग किया जाता है, जो इन तन्तुओं को लंबे दूरी तक डेटा ट्रांसमिट करने में सक्षम बनाता है। यह परिघटना ऑप्टिकल फाइबर की डिजाइन और इसके अनुप्रयोगों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। UPSC Mains aspirants के लिए, इस परिघटना की गहरी समझ आधुनिक संचार और डेटा प्रौद्योगिकी में उसके महत्व को स्पष्ट करती है।