यह लेख Sujit Kumar Sircar द्वारा लिखा गया है और Shashwat Kaushik द्वारा संपादित किया गया है। इस लेख में तंतु प्रकाशिकी (फाइबर ऑप्टिक्स) संचार के विषय , इसके लाभ और नुकसान के बारे में चर्चा की गई है। इस लेख का अनुवाद Ayushi Shukla द्वारा किया गया है।

परिचय

तंतु प्रकाशिकी संचार (कम्युनिकेशन) ने लंबी दूरी के संचरण में पूरी तरह से क्रांति ला दी है, और इसके परिणामस्वरूप, आज, पूरी दुनिया को इंटरनेट के माध्यम से आपस में जोड़ा जा सकता है। संचार के इस नए तरीके के परिणामस्वरूप हाई-स्पीड डाटा संचरण (ट्रांसमिशन), वॉयस कॉल की स्पष्टता और तेज इंटरनेट संयोजकता (कनेक्टिविटी) हुई है, जो अब आधुनिक संचार के लिए आवश्यक है।

संचार के इस तरीके में, प्रकाश तरंगों का उपयोग इन निर्देशित तंतु केबलों के माध्यम से डाटा संचारित करने के लिए किया जाता है। उच्च बैंडविड्थ (10,000 और 400,000 गीगाहर्ट्ज़ के बीच) के साथ इस तरह का संचरण बहुत कम सिग्नल हानि पर उच्च स्तर की जानकारी प्रसारित कर सकता है, जो लगभग 0.2 डीबी/किमी है। 

इसलिए, प्रकाशिय तंतु को इसके लिए प्राथमिकता दी जाती हैः

• दूरसंचार
• स्थानीय क्षेत्र नेटवर्क
• कंप्यूटर नेटवर्क।

इस प्रकार के संचार में, विद्युत संकेतों को संचरण के लिए प्रकाश में परिवर्तित किया जाता है, और फिर, उन्हें रिसीवर के छोर पर विद्युत संकेतों में फिर से परिवर्तित किया जाता है। संचार के कई अन्य साधनों की तुलना में इस तरह का संचार उच्च गति और लंबी दूरी के संचार के लिए अत्यधिक कुशल साबित हुआ है।  

इतिहास

तंतु प्रकाशिकी संचार से संबंधित विभिन्न आविष्कारों का कालक्रम (क्रोनोलॉजी) निम्नलिखित है जो पिछली तीन शताब्दियों में हुए हैंः

• 1790: फ्रांसीसी चैपल भाइयों ने पहला “प्रकाशीय (ऑप्टिकल) टेलीग्राफ” का आविष्कार किया। 
• 1840: दो भौतिक विज्ञानियों, डैनियल कोलोडन और जैक्स बेबीनेट ने प्रदर्शित किया कि एक फव्वारे के प्रदर्शन में प्रकाश को पानी के समान निर्देशित किया जा सकता है।  
• 1854: जॉन टाइन्डल नामक एक ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी ने प्रदर्शित किया कि प्रकाश एक घुमावदार जल धारा के माध्यम से भी यात्रा कर सकता है और इस प्रकार साबित हुआ कि प्रकाश संकेत भी मुड़ सकते हैं।
• 1880: प्रसिद्ध टेलीफोन आविष्कारक अलेक्जेंडर ग्राहम बेल ने अपनी पहली प्रकाशिकी टेलीफोन प्रणाली का पेटेंट कराया। इसके अलावा, विलियम व्हीलर ने घर को रोशन करने के लिए एक परावर्तक (रिफ्लेक्टर) परत के साथ एक प्रकाश पाइप प्रणाली विकसित की।
• 1888: वियना के डॉ. रोथ और डॉ. रेउस ने प्रकाश छवियों का मार्गदर्शन करने के लिए कुछ मुड़े हुए कांच की छड़ का उपयोग करने का प्रयास किया।
• 1898: अमेरिका के डेविड स्मिथ ने एक दंत (डेंटल) प्रकाशक (इल्यूमिनेटर) बनाने के लिए एक घुमावदार कांच की छड़ का इस्तेमाल किया। 
• 1920: जॉन लॉगी बेयर्ड ने पहली बार पारदर्शी छड़ के ग्रिड का उपयोग करके टीवी के लिए छवियों को प्रसारित करने के लिए पेटेंट कराया।
• 1930: हेनरिक लैम ने प्रकाशिय तंतु के एक बंडल का उपयोग करके एक छवि प्रसारित की।
• 1954: कोलंबिया विश्वविद्यालय में, “एमएएसईआर”, जिसका अर्थ है “विकिरण (रेडिएशन) के उत्तेजित (स्टिमुलेटेड) उत्सर्जन (एमिशन) द्वारा माइक्रोवेव प्रवर्धन (एम्प्लीफिकेशन)”, चार्ल्स टाउन्स और उनके सहयोगियों द्वारा विकसित किया गया था। 
• 1958: लेजर की अवधारणा चार्ल्स टाउन्स और आर्थर शॉलो द्वारा पेश की गई थी।
• 1960: एक संचालित लेजर का आविष्कार किया गया, जिसने एक हल्की स्पंद (पल्स) का उत्पादन किया।
• 1964: चार्ल्स काओ और हॉकहम ने दिखाया कि अशुद्धता हटाने से कांच के तंतुओं में प्रकाश हानि को कम करने में मदद मिल सकती है।
• 1970: बेल लैब्स और लेनिनग्राद में आयोफ फिजिकल इंस्टीट्यूट ने एक अर्धचालक (सेमीकंडक्टर) डायोड लेजर का प्रदर्शन किया जो कमरे के तापमान पर निरंतर तरंगों का उत्सर्जन कर सकता है।
• 1991: डेसरवायर और पायने ने प्रदर्शित किया कि तंतु प्रकाशिकी केबल में ही एक  प्रकाशिय प्रवर्धक (एम्पलीफायर) होता है जो इलेक्ट्रॉनिक प्रवर्धको का उपयोग करके केबल की तुलना में 100 गुना अधिक जानकारी ले जा सकता है।
• 1996: दुनिया भर में तंतु प्रकाशिकी लिंक दुनिया में सबसे लंबा एकल-केबल नेटवर्क बन गया, जिससे इंटरनेट अनुप्रयोगों की अगली पीढ़ी को सक्षम किया गया। (टिंबर्कों न्यूज़लेटर, 2018).

प्रकाशिकी तंतु केबल के बुनियादी घटक

प्रकाशिकी तंतु केबल के मुख्य घटक निम्नलिखित हैं

• कोर – तंतु प्रकाशिकी केबल आमतौर पर कांच या प्लास्टिक से बने होते हैं। प्रकाशिय संकेत एक भौतिक माध्यम के माध्यम से एक स्रोत से दूसरे स्रोत में प्रेषित किए जाते हैं। इसका मूल व्यास (डायमीटर) हमारे बालों के व्यास से कम है, जो केबल का सबसे छोटा घटक है। 
• क्लैडिंग- तंतु प्रकाशिकी की क्लैडिंग कोर को घेरती है और प्रकाशिय तंतु संचालन को सक्षम करने के लिए अपवर्तक सूचकांक (रिफ्रेक्टिव इंडेक्स) को कम करती है। इसकी पतली परत के कारण, डाटा तार की पूरी लंबाई में स्थानांतरित हो सकता है। 
• कोटिंग- पूरी प्रकाशिय तंतु परत नमी, झटके और खरोंच से बचाएगी, जो क्लैडिंग को नुकसान पहुंचा सकती है। यह असमान केबल मोड़ के खिलाफ एक अतिरिक्त रक्षा भी प्रदान करता है।
• तंतु को मजबूत करना- स्थापना के दौरान, यह कोर के किसी भी खिंचाव और कुचलने को रोकने में मदद करता है।  
• केबल जैकेट- यह केबल की सबसे बाहरी परत है, जो केबल को किसी भी प्रकार के पर्यावरणीय खतरे से बचाती है। (मेनफ्रेम कम्युनिकेशंस, 2020)

यह कैसे काम करता है?

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, प्रकाशिय तंतु संचार प्रक्रिया में, संकेत को पहले विद्युत स्पंदों और संकेतों से प्रकाश में परिवर्तित किया जाता है। इसके बाद इसे प्रेषित किया जाता है, और अंत में, प्राप्तकर्ता छोर पर, इसे फिर से विद्युत संकेतों में परिवर्तित किया जाता है।

ट्रांसमीटर छोर 

अब, मान लें कि डाटा ट्रांसमीटर छोर से एक एनालॉग संकेत है। इस डाटा को पहले एक उपयुक्त कोडर सर्किट का उपयोग करके डिजिटल डाटा में परिवर्तित किया जाएगा। जब हम डिजिटल कहते हैं, तो हमारा मतलब है कि यह डाटा के आधार पर 0 या 1 के रूप में है। 

यह डाटा एक प्रकाश स्रोत ट्रांसमीटर सर्किट को दिया जाएगा। यदि आपका इनपुट संकेत पहले से ही डिजिटल है, तो यह सभी डाटा को प्रकाश तरंगों में बदलने के लिए सीधे प्रकाश स्रोत ट्रांसमीटर सर्किट को दिया जाएगा।

प्रकाशिय तंतु केबल

उपरोक्त ट्रांसमीटर से प्रकाश संकेत प्राप्त करने के बाद, इसे एक तंतु प्रकाशिकी केबल के माध्यम से दिया जाएगा, जो प्रकाश संकेत को प्राप्तकर्ता छोर तक प्रेषित कर सकता है। संकेत प्रकाश की गति से भेजा जाएगा। 

प्राप्तकर्ता छोर 

प्राप्तकर्ता छोर पर, एक डिटेक्टर होगा, जैसे कि एक फोटोसेल, जो प्रकाशिय केबल द्वारा संचरित प्रकाश प्राप्त करेगा। फोटोसेल प्राप्त प्रकाश संकेत को डिजिटल संकेत में परिवर्तित कर सकता है, जिसे आगे सार्थक डाटा में डिकोड किया जा सकता है।  

ज्यादातर मामलों में डाटा की आवश्यकता डिजिटल होती है। हालाँकि, यदि प्राप्तकर्ता छोर पर एनालॉग डाटा की आवश्यकता है, तो डिजिटल संकेत को एनालॉग संकेत में बदलने के लिए एक अतिरिक्त कनवर्टर सर्किट होगा। 

प्रकाशिय तंतु संचार की पूरी प्रक्रिया इनपुट विद्युत संकेत को प्रकाश में परिवर्तित करना है और फिर, तंतु केबल के माध्यम से, इसे प्रकाश की गति से प्राप्तकर्ता छोर तक प्रेषित करना और इसे फिर से विद्युत संकेत में परिवर्तित करना है। (अभिमन्यु पंडित, 2019)

तंतु प्रकाशिकी संचार के लाभ

तंतु प्रकाशिकी संचार के लाभ इस प्रकार हैंः

• इसकी बैंडविड्थ पारंपरिक तांबे के तारों की तुलना में बहुत अधिक है।
• इसमें बिजली की कमी कम होती है और यह आसानी से लंबी दूरी के लिए डाटा संचारित कर सकता है।
• प्रकाशिय केबल विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के लिए प्रतिरोध प्रदान कर सकता है।
• तंतु केबल तांबे के तारों की तुलना में एक बेहतर विकल्प है क्योंकि इसका आकार 4.5 गुना बड़ा है।
• तंतु प्रकाशिकी हल्के और पतले होने के कारण तांबे के तारों की तुलना में कम क्षेत्र का उपयोग करते हैं।
• इसके कम वजन के कारण, इसे स्थापित करना आसान है।
• चूंकि ये प्रकाशिय तंतु विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा उत्पन्न नहीं कर सकते हैं, इसलिए उन्हें टैप करना मुश्किल है, और इसलिए, ये कनेक्शन डाटा के सुरक्षित संचरण को सक्षम कर सकते हैं।
• प्रकाशिय तंतु वातावरण से अम्लीय (एसिडिक) तत्वों का प्रतिरोध कर सकता है जो तांबे के तारों को आसानी से प्रभावित कर सकते हैं।
• तांबे के तार की समान लंबाई की तुलना में, प्रकाशिय तंतु केबल अक्सर सस्ता होगा।
• तंतु प्रकाशिकी केबल तांबे की सीमित जोड़ी केबल की तुलना में बहुत अधिक केबल की अनुमति दे सकते हैं।
• तंतु प्रकाशिकी केबलों में तांबे की सीमित जोड़ी केबलों की तुलना में बहुत अधिक बैंडविड्थ होती है। (geeksforgeeks.org, 2020)

प्रकाशिय तंतु के नुकसान

प्रकाशिय तंतु के नुकसान इस प्रकार हैंः

• निवेश लागत काफी अधिक हो सकती है।
• तंतु प्रकाशिकी ट्रांसमिशन के लिए अधिक महंगे प्रकाशिय रिसीवर और ट्रांसमीटर की आवश्यकता होगी।
• तारों की तुलना में, तंतु प्रकाशिकी को काटना या विभाजित करना मुश्किल और महंगा होता है।
• अधिक नाजुक है।
• रसायनों (केमिकल्स) से प्रभावित हो सकते हैं।
• अपारदर्शिता।
• संभालने के लिए विशेष कौशल की आवश्यकता होती है।
• तारों की तरह मजबूत नहीं।
• संचरण का पता लगाने के लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता हो सकती है। (bharathuniv.ac.in – एडमिन, 2017)

प्रकाशिय तंतु संचार के अनुप्रयोग

आजकल, प्रकाशिय तंतु संचार के लिए कई अनुप्रयोग हैं। सबसे आम अनुप्रयोगों में से कुछ इस प्रकार हैंः

टेलीफोन

इन दिनों, लंबी या छोटी दूरी से किए गए सभी टेलीफोन कॉल प्रकाशिय तंतु संचार के माध्यम से प्राप्त किए जाते हैं। पहले के दिनों में, दूर से टेलीफोन कॉल का स्पष्ट स्वागत प्राप्त करना लगभग असंभव था। हालाँकि, अब यह आसानी से संभव है।

चिकित्सा अनुप्रयोग

ये प्रकाशिय तंतु केबल बहुत लचीले होते हैं और चिकित्सा निदान (डायग्नोस्टिक) क्षेत्र में इनके कई अनुप्रयोग हैं। इन तंतु केबलों का उपयोग करके शरीर के आंतरिक अंगों की स्थितियों को देखना काफी आसान है, जिनकी अक्सर चिकित्सा निदान के दौरान आवश्यकता होती है।

सीसीटीवी कैमरे

सीसीटीवी कैमरों के लिए, आपको एक बड़ा प्रारंभिक निवेश करने की आवश्यकता हो सकती है और तंतु प्रकाशिकी केबलों को प्राथमिकता दी जाती है ताकि पूरी प्रणाली लंबे समय तक कुशलता से काम कर सके। (geekforgeeks.org, 2023)

रक्षा 

रक्षा और सैन्य अनुप्रयोगों के लिए, संचरण के लिए सुरक्षित डाटा की आवश्यकता होती है, जहां तंतु प्रकाशिकी बहुत उपयोगी हो सकती है। आप उनके उपयोग एयरोस्पेस, सोनार के लिए हाइड्रोफोन और कई अन्य रक्षा अनुप्रयोगों में पा सकते हैं।

उद्योग

कई दुर्गम क्षेत्रों में, इन तंतु प्रकाशिकी केबलों को विभिन्न सुरक्षा उपाय करने और कारों के आंतरिक और बाहरी हिस्से के लिए रोशनी देने के लिए प्राथमिकता दी जाती है। इसके अलावा, इनका उपयोग उच्च गति पर डाटा भेजने के लिए कर्षण (ट्रेक्शन) नियंत्रण एयरबैग के लिए किया जाता है। इसके अलावा, परीक्षण और अनुसंधान उद्देश्यों के लिए तंतु प्रकाशिकी के व्यापक अनुप्रयोग हैं। 

प्रसारण

तंतु प्रकाशिकी केबल एचडीटीवी (हाई-डेफिनिशन टीवी) संकेतों को प्रसारित करने के लिए अनुप्रयोग भी ढूंढते हैं जिनके लिए उच्च गति और बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है। तांबे के तारों की तुलना में तंतु प्रकाशिकी तारों का उपयोग करना सस्ता होगा। (वेंकटेश गौड़ा, के आर, 2022)

तंतु प्रकाशिकी संचार का भविष्य

अब हम डिजिटल युग में रह रहे हैं, जहां सभी व्यवसाय महत्वपूर्ण विकास हासिल कर रहे हैं और इसके परिणामस्वरूप, तंतु प्रकाशिकी संचार की मांग कई गुना बढ़ रही है। यह तंतु प्रकाशिकी केबलों का निर्माण करने वाले उद्योगों के लिए एक बड़ी चुनौती पैदा कर रहा है।

तंतु प्रकाशिकी न केवल व्यावसायिक या पेशेवर अनुप्रयोगों तक सीमित हैं, बल्कि घरेलू क्षेत्रों में भी उनके अनुप्रयोग बढ़ रहे हैं। निकट भविष्य में, हम तंतु प्रकाशिकी के अनुप्रयोगों के कारण अपनी जीवन शैली में और अधिक महत्वपूर्ण सुधार देखेंगे, क्योंकि 5G हमारे जीवन का एक हिस्सा बन जाएगा। 

यह उम्मीद की जाती है कि आने वाले वर्षों में तंतु प्रकाशिकी 10.9% की दर से बढ़ेगा, और वर्ष 2027 तक यह 8.2 बिलियन डॉलर का उद्योग बनने जा रहा है।

निष्कर्ष

तंतु–प्रकाशिकी संचार की उपस्थिति के कारण आधुनिक संचार के क्षेत्र में एक क्रांतिकारी बदलाव आया है। आजकल, हम कई अलग-अलग अनुप्रयोगों के लिए अविश्वसनीय बैंडविड्थ और संकेत के लगभग शून्य नुकसान के साथ बिजली की गति से दुनिया के एक कोने से दूसरे कोने में कोई भी डाटा भेज सकते हैं।

यह तकनीक पिछली कुछ शताब्दियों में कई प्रसिद्ध शोधकर्ताओं के योगदान के बाद विकसित हुई है, और अब इसने एक उन्नत आकार ले लिया है। हम कई लाभ पा सकते हैं, जैसे उच्च बैंडविड्थ, किसी भी हस्तक्षेप के लिए प्रतिरोध, और सुरक्षित डाटा संचरण। यह चिकित्सा निदान में भी बहुत उपयोगी अनुप्रयोग पाता है।

इसका भविष्य आशाजनक है और 5G के हमारे जीवन का हिस्सा बनने के बाद यह कई अलग-अलग तरीकों से हमारी जीवन शैली को भी बदल सकता है।

संदर्भ

• https://easyelectronics.co.in/optical-fiber-communication/#google_vignette  

• https://www.timbercon.com/resources/blog/history-of-fiber-optics/ 

• https://mainframecomms.co.uk/components-of-optical-fibre-cables/

• https://circuitdigest.com/article/how-optical-fiber-communication-works-and-why-it-is-used-in-high-speed-communicationhttps://www.geeksforgeeks.org/advantages-and-disadvantages-of-fibre-optic-cable

• https://www.bharathuniv.ac.in/colleges1/downloads/courseware_ece/notes/BEC701%20%20-%20fibre%20optic%20communication.pdf 

• https://www.geeksforgeeks.org/application-of-optical-fiber/

• https://byjus.com/physics/uses-of-optical-fibre/ 

• https://stl.tech/blog/fibre-optic-is-the-future-of-communication-heres-how-to-deploy-it-quickly-effectively/