একটি অপটিক্যাল ফাইবারের মূল কি? আলোর পথ ব্যাখ্যা করা হয়েছে

দ একটির মূল অপটিক্যাল ফাইবার কেন্দ্রীয় ভৌত মাধ্যম - সাধারণত সিলিকা গ্লাস বা প্লাস্টিকের একটি অতি-বিশুদ্ধ স্ট্র্যান্ড - যা তারের পুরো দৈর্ঘ্য বরাবর হালকা সংকেত বহন করে। এটি ফাইবারের হৃদয়, যেখানে নির্দেশিত অপটিক্যাল শক্তির 99% এরও বেশি সীমাবদ্ধ এবং সম্পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলনের মাধ্যমে প্রচারিত হয়। মূলটি ছাড়া, আধুনিক টেলিযোগাযোগ, মেডিকেল ইমেজিং এবং শিল্প সেন্সিংয়ের অবিশ্বাস্য ডেটা হার অসম্ভব হবে।

ফাইবার কোর বোঝা: সংজ্ঞা এবং ফাংশন

দ core is a cylindrical waveguide whose primary job is to transport modulated light from a transmitter to a receiver with minimal loss and distortion. In a standard glass optical fiber, the core is surrounded by a cladding layer that has a slightly lower refractive index. This precise index difference creates the optical boundary that traps photons inside the core, forcing them to travel along the fiber axis even when the cable bends.

দীর্ঘ দূরত্বের টেলিকমে ব্যবহৃত একটি সাধারণ একক-মোড ফাইবার প্রায় 1310 এনএম বা 1550 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ইনফ্রারেড আলো বহন করে। এই তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ক্ষরণ যতটা কম হতে পারে 0.20 dB/কিমি , যার অর্থ পুনর্জন্মের প্রয়োজন হওয়ার আগে একটি সংকেত 100 কিমি অতিক্রম করতে পারে। প্রতি বিলিয়ন অংশে মূল উপাদানের অভ্যন্তরে অমেধ্য — বিশেষত জল এবং ধাতব আয়ন — হ্রাস করে এই ধরনের স্বচ্ছতা অর্জন করা হয়।

দ Role of Refractive Index and Total Internal Reflection

নামক একটি ঘটনার কারণে আলো কেন্দ্রে সীমাবদ্ধ থাকে সম্পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন (টিআইআর)। কোরে ভ্রমণকারী একটি আলোক রশ্মি যখন ক্রিটিকাল অ্যাঙ্গেলের চেয়ে বড় কোণে কোর-ক্ল্যাডিং সীমারেখায় আঘাত করে, তখন এটি ক্ল্যাডিং-এ পালানোর পরিবর্তে সম্পূর্ণভাবে কোরে ফিরে আসে। এর জন্য মূলের প্রতিসরণ সূচক প্রয়োজন n ₁ ক্ল্যাডিং এর সূচকের চেয়ে কঠোরভাবে বড় হতে হবে n ₂ .

দ numerical aperture (NA) quantifies the light‑gathering ability of the fiber and is given by NA = √(n ₁ ² − n ₂ ²)। একটি একক-মোড ফাইবার সাধারণত একটি NA প্রদর্শন করে 0.10 - 0.14 , যখন মাল্টিমোড ফাইবারগুলি সহজে কাপলিংয়ের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে চারপাশে একটি NA বৈশিষ্ট্যযুক্ত 0.20 - 0.29 . একটি বৃহত্তর NA বেশি আলো গ্রহণ করে কিন্তু ব্যান্ডউইথকে সীমিত করে মডেলের বিচ্ছুরণকেও প্রসারিত করে।

দ precision of the index profile is engineered during fabrication. ধাপ-সূচক প্রোফাইল মূল সূচক অভিন্ন রাখা, যখন গ্রেডেড-সূচক প্রোফাইলগুলি ধীরে ধীরে কেন্দ্র থেকে বাইরের দিকে সূচক হ্রাস করে। গ্রেডেড-ইনডেক্স ডিজাইনগুলি উচ্চ-ব্যান্ডউইথ মাল্টিমোড ফাইবারে প্রমিত কারণ তারা প্রায় একই সময়ে বিভিন্ন আলোর পথ তৈরি করে মডেলের বিচ্ছুরণ কমায়।

মূল উপাদান: সিলিকা গ্লাস বনাম প্লাস্টিক অপটিক্যাল ফাইবার

দ vast majority of communication‑grade fiber cores are made from সিন্থেটিক ফিউজড সিলিকা (SiO ₂ ) জার্মেনিয়াম ডাই অক্সাইড দিয়ে ডোপড (GeO ₂ ) বা অন্যান্য সূচক-উত্থাপনকারী এজেন্ট। জার্মেনিয়াম ডোপিং প্রতিসরাঙ্ক সূচকটিকে কোর গঠনের জন্য যথেষ্ট উত্তোলন করে, যখন ক্ল্যাডিং খাঁটি বা হালকাভাবে ফ্লোরিন-ডোপড সিলিকা থাকে। IEC 60793‑2‑50 অনুসারে, একক-মোড ফাইবারগুলিকে অবশ্যই হাইড্রক্সিল (OH⁻) দূষণের নিচে রাখতে হবে বিলিয়ন প্রতি 0.8 অংশ 1383 এনএম এর কাছাকাছি জল-শিখর ক্ষয় এড়াতে।

প্লাস্টিক অপটিক্যাল ফাইবার (POF) কোর, অন্যদিকে, থেকে নির্মিত হয় পলি(মিথাইল মেথাক্রাইলেট) (PMMA) বা perfluorinated পলিমার। মূল ব্যাস কাচের মান অনুসারে বিশাল - প্রায়ই 0.5 মিমি থেকে 1 মিমি — যা সংযোগকারীকরণকে সহজ করে এবং POF কে ধুলো এবং কম্পন সহনশীল করে তোলে। যাইহোক, PMMA-ভিত্তিক কোরগুলি চারপাশের উচ্চ টেনশনে ভোগে 650 nm এ 150 dB/কিমি , প্রায় 100 মিটার তাদের নাগাল সীমিত. Perfluorinated POF মোটামুটিভাবে ক্ষয় কমিয়ে দেয় 10 dB/কিমি , কিন্তু এখনও সিলিকার চেয়ে অনেক বেশি।

• সিলিকা মূল সুবিধা: অতি-নিম্ন ক্ষতি (<0.20 dB/km 1550 nm), উচ্চ তাপমাত্রার স্থিতিশীলতা, ঘন তরঙ্গদৈর্ঘ্য মাল্টিপ্লেক্সিংয়ের সাথে সামঞ্জস্য।
• প্লাস্টিকের মূল সুবিধা: ভোক্তা অডিও এবং স্বয়ংচালিত নেটওয়ার্কের জন্য সহজ প্রান্তিককরণের জন্য বড় কোর, কম খরচে, নমনীয়তা, দৃশ্যমান-আলো অপারেশন।
• বিশেষ উপকরণ: চ্যালকোজেনাইড চশমা বা স্যাফায়ার কোরগুলি মধ্য-ইনফ্রারেড ট্রান্সমিশন এবং উচ্চ-পাওয়ার লেজার সরবরাহের জন্য ব্যবহৃত হয়।

মূল আকার এবং মান: একক-মোড বনাম মাল্টিমোড

ফাইবারের কর্মক্ষমতা প্রথমে মূলের শারীরিক মাত্রা দ্বারা নির্ধারিত হয়। আন্তর্জাতিক মানের সংস্থাগুলি (ITU‑T, IEC, ISO/IEC) আন্তঃক্রিয়াশীলতার গ্যারান্টি দেওয়ার জন্য মূল ব্যাস, ঘনত্বের ত্রুটি এবং মোড-ফিল্ড ব্যাসের জন্য টাইট উইন্ডোগুলিকে সংজ্ঞায়িত করে৷

একক-মোড মূল বৈশিষ্ট্য

দ single‑mode core is designed to support only the fundamental LP ₀₁ মোড, মোডাল বিচ্ছুরণ সম্পূর্ণভাবে দূর করে। এর ব্যাস সাধারণত 8.2 - 9.5 µm , মোড-ক্ষেত্রের ব্যাস প্রায় 1310 nm এ 9.2 µm (ITU‑T G.652.D)। কাটঅফ তরঙ্গদৈর্ঘ্য, যে বিন্দুর নীচে ফাইবার একাধিক মোড সমর্থন করে, 1310 nm এবং 1550 nm ব্যান্ডে সত্য একক-মোড অপারেশন নিশ্চিত করতে 1260 nm-এর উপরে রাখা হয়।

মাল্টিমোড কোর বৈশিষ্ট্য

মাল্টিমোড কোর, ISO/IEC 11801 এর অধীনে প্রমিত, দুটি প্রধান ব্যাসে আসে: 50 µm (OM2, OM3, OM4, OM5) এবং 62.5 µm (OM1)। বৃহত্তর কোর শত শত স্থানিক মোড সমর্থন করে, যা ভিসিএসইএল-এর মতো কম খরচের আলোর উত্সগুলিতে সংযোগকে সহজ করে কিন্তু মডেল বিচ্ছুরণ প্রবর্তন করে। এটি প্রশমিত করার জন্য, সমস্ত আধুনিক উচ্চ-ব্যান্ডউইথ মাল্টিমোড ফাইবারগুলি একটি গ্রেড-ইনডেক্স কোর প্রোফাইল ব্যবহার করে, যার একটি কার্যকরী মডেল ব্যান্ডউইথ অর্জন করে 850 nm এ 4700 MHz·km OM4 এর জন্য এবং 953 nm উইন্ডোতে OM5 এর জন্য এমনকি উচ্চতর।

সারণী 1: একক-মোড এবং মাল্টিমোড অপটিক্যাল ফাইবারের মধ্যে মূল পরামিতি এবং কর্মক্ষমতা তুলনা। ITU‑T G.652, G.651.1, এবং ISO/IEC 11801 মান থেকে প্রাপ্ত ডেটা।

কিভাবে ফাইবার কোর তৈরি করা হয়: আঁকার জন্য প্রিফর্ম

দ core’s purity and precise index profile are born in a multi‑step vapor‑deposition process that builds a glass rod called a preform. The preform is then drawn into hair‑thin fiber while preserving its cross‑sectional geometry exactly.

তিনটি মূলধারার জমা কৌশল ব্যবহার করা হয়: পরিবর্তিত রাসায়নিক বাষ্প জমা (MCVD) , বাইরের বাষ্প জমা (OVD) , এবং বাষ্প অক্ষীয় জমা (VAD) . MCVD-তে, উচ্চ-বিশুদ্ধতা গ্যাস (SiCl ₄ , GeCl ₄ ) একটি ঘূর্ণায়মান সিলিকা টিউবের ভিতরে প্রবাহিত হয় যখন একটি ট্রাভার্সিং বার্নার জোনটিকে প্রায় 1600 °C তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করে, যার ফলে স্তরে স্তরে স্তর জমা হয়। প্রতিসরণ সূচক প্রোফাইল সরাসরি গ্লাসে লিখতে প্রতিটি পাসের সাথে কোরের জার্মেনিয়াম ঘনত্ব ভিন্ন হয়। জমা করার পরে, টিউবটি 2000 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি তাপমাত্রায় একটি শক্ত রডে ভেঙে পড়ে।

দ OVD and VAD methods build the preform from the outside, enabling larger preforms and higher productivity. A porous soot boule is formed and later sintered into clear glass. The core‑cladding structure is defined by the radial composition of the deposited soot. The final preform — now a solid cylinder about 1 meter long and several centimeters thick — is loaded into a drawing tower. It is heated in a graphite furnace to around 2000 °C and drawn into fiber at speeds of 1200 - 1800 মি/মিনিট . একটি দ্বৈত-স্তর UV-নিরাময় করা অ্যাক্রিলেট আবরণ আদি কাচের পৃষ্ঠকে রক্ষা করার জন্য অবিলম্বে প্রয়োগ করা হয়।

কোরের অভ্যন্তরে মনোযোগ এবং ক্ষতির প্রক্রিয়া

মূল অংশে ক্ষতিগুলি শোষণ, ছড়িয়ে পড়া এবং নমন থেকে উদ্ভূত হয়। মৌলিক নিম্ন সীমা হয় Rayleigh বিক্ষিপ্ত , ঠাণ্ডা করার সময় গ্লাসে হিমায়িত মাইক্রোস্কোপিক ঘনত্বের ওঠানামার কারণে। Rayleigh ক্ষতির স্কেল λ⁻⁴ হিসাবে, যে কারণে একক-মোড সিস্টেমগুলি 1310 nm থেকে 1550 nm-এ স্থানান্তরিত হয়েছে: 1550 nm এ Rayleigh অবদান প্রায় 0.12 - 0.15 dB/কিমি , 1310 nm এ প্রায় অর্ধেক মান।

Si‑O বন্ড কম্পন থেকে ইনফ্রারেড শোষণ প্রান্তগুলি 1600 এনএম-এরও বেশি লক্ষণীয় হয়ে ওঠে, যখন আল্ট্রাভায়োলেট শোষণের লেজগুলি ইনফ্রারেডে নগণ্য। অপবিত্রতা শোষণ - সবচেয়ে কুখ্যাতভাবে OH⁻ আয়ন থেকে - 1383 nm এর কাছাকাছি একটি জলের শিখর তৈরি করে। লিগ্যাসি ফাইবারগুলিতে এই শিখরটি অতিক্রম করতে পারে 3 dB/কিমি , কিন্তু আধুনিক "নিম্ন জলের শিখর" ফাইবার (ITU‑T G.652.D) এটিকে 0.35 dB/কিমি স্তরের নীচে দমন করে, মোটা WDM-এর জন্য E‑ব্যান্ড (1360-1460 nm) ব্যবহার করতে সক্ষম করে৷

ম্যাক্রোবেন্ডিং ক্ষতি ঘটে যখন ফাইবার খুব শক্তভাবে কুণ্ডলী করা হয়; কোরের আবদ্ধতা দুর্বল হয়ে পড়ে এবং ক্ল্যাডিংয়ে আলো বিকিরণ করে। একটি G.657 বাঁক-সংবেদনশীল ফাইবারের জন্য, অনুমোদিত নমন ব্যাসার্ধ যতটা ছোট হতে পারে 5 মিমি 1550 এনএম-এ নগণ্য যোগ করা ক্ষতির সাথে, মূলের চারপাশে একটি পরিখা-সহায়তা বা বিষণ্ণ-ক্ল্যাডিং সূচক ডিজাইনের জন্য ধন্যবাদ।

বিচ্ছুরণ এবং মূল নকশার উপর এর প্রভাব

ক্রোম্যাটিক বিচ্ছুরণ এবং মডেল বিচ্ছুরণ উভয়ই মূল জ্যামিতি এবং উপাদান আলোর সাথে কীভাবে যোগাযোগ করে তা থেকে উদ্ভূত হয়। একটি একক-মোড কোরে, ক্রোম্যাটিক বিচ্ছুরণ হল বস্তুগত বিচ্ছুরণ এবং তরঙ্গগাইড বিচ্ছুরণের সমষ্টি। মূল ব্যাস এবং সূচক ডেল্টা টিউন করে, ডিজাইনাররা শূন্য-বিচ্ছুরণ তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিবর্তন করতে পারে। স্ট্যান্ডার্ড G.652 ফাইবার শূন্য রাখে প্রায় 1310 এনএম , যখন বিচ্ছুরণ-স্থানান্তরিত তন্তুগুলি (G.653) এটিকে 1550 nm-এ নিয়ে যায় কোরের কার্যকর এলাকা হ্রাস করে এবং সূচক প্রোফাইল সামঞ্জস্য করে। এই ট্রেড-অফ অরৈখিক প্রভাব বাড়াতে পারে, তাই নন-জিরো ডিসপারসন-শিফটেড ফাইবার (G.655) ফোর-ওয়েভ মিক্সিংকে দমন করতে C-ব্যান্ড জুড়ে একটি ছোট কিন্তু শূন্য নয় বিচ্ছুরণ বজায় রাখে।

মাল্টিমোড কোরে, মোডাল বিচ্ছুরণ হল প্রভাবশালী ব্যান্ডউইথ হত্যাকারী। একটি ধাপ-সূচক 50 µm কোর শুধুমাত্র একটি মডেল ব্যান্ডউইথ প্রদর্শন করে 20 - 50 MHz·km . একটি অপ্টিমাইজড প্যারাবোলিক গ্রেডেড-ইনডেক্স প্রোফাইল প্রয়োগ করে, ব্যান্ডউইথ লাফিয়ে হাজার হাজার MHz·km , OM4 ফাইবার সহ 100 মিটারের উপরে 100 Gbps ট্রান্সমিশন সক্ষম করে৷ মাল্টিমোড ফাইবারের প্রতিটি প্রজন্ম সমস্ত মোড গ্রুপ জুড়ে গ্রুপ বেগকে আরও ভালভাবে সমান করতে সূচক প্রোফাইল সহনশীলতাকে শক্ত করে।

উদীয়মান মূল প্রযুক্তি: হোলো-কোর এবং মাল্টিকোর ফাইবার

দ next revolution in core design departs from solid glass altogether. হোলো-কোর ফোটোনিক ব্যান্ডগ্যাপ ফাইবার একটি মাইক্রোস্ট্রাকচার্ড ক্ল্যাডিং দ্বারা বেষ্টিত একটি বায়ু-ভরা কেন্দ্রীয় অঞ্চলে গাইড আলো যা একটি ফোটোনিক ব্যান্ডগ্যাপ তৈরি করে। যেহেতু আলো বেশিরভাগ বাতাসে ভ্রমণ করে, তাই লেটেন্সি কমে যায় 1.5 µs/কিমি — একটি 31% হ্রাস বনাম স্ট্যান্ডার্ড ফাইবার — এবং অরৈখিকতা plummets. সাম্প্রতিক গবেষণা একটি ক্ষয় রিপোর্ট 0.174 dB/কিমি একটি ফাঁপা-কোর ফাইবারে 1550 nm, কঠিন-কোর রেকর্ডের সাথে ব্যবধানকে সংকুচিত করে। এই ধরনের ফাইবারগুলি ইতিমধ্যেই অতি-নিম্ন বিলম্বিত আর্থিক ট্রেডিং নেটওয়ার্ক এবং উচ্চ-শক্তি লেজার সরবরাহের জন্য পরীক্ষা করা হচ্ছে৷

মাল্টিকোর ফাইবার একটি একক ক্ল্যাডিংয়ের মধ্যে বেশ কয়েকটি স্বাধীন কোর এম্বেড করুন — সাধারণত 4, 7 বা এমনকি 19 কোর একটি হেক্সাগোনাল অ্যারেতে। প্রতিটি কোর একটি পৃথক ডেটা স্ট্রীম বহন করতে পারে, ফাইবারের ক্ষমতাকে কোরের সংখ্যা দ্বারা গুণ করে যখন ক্ল্যাডিং ব্যাসকে স্ট্যান্ডার্ড 125 µm বা সামান্য বড় রাখে। সংক্রমণ পরীক্ষা অতিক্রম 1 পেটাবিট/সে একটি একক মাল্টিকোর ফাইবার প্রদর্শন করা হয়েছে, প্রতিটি কোর প্রচলিত একক-মোড অপারেশন সমর্থন করে। চ্যালেঞ্জটি ফ্যান-আউট ডিভাইস এবং আন্তঃ-কোর ক্রসস্ট্যাক ব্যবস্থাপনায় রয়ে গেছে, কিন্তু মানক সংস্থাগুলি ইতিমধ্যে মাল্টিকোর ফাইবারের জন্য চরিত্রায়ন পদ্ধতি সংজ্ঞায়িত করছে।

ফাইবার কোর ভিজ্যুয়ালাইজ করা

দ illustration below shows a simplified cross‑section of a standard single‑mode fiber. The core occupies the very center, followed by the cladding and the protective buffer coating.

ফাইবার কোর সম্পর্কিত প্রায়শ জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী

কেন ক্ল্যাডিংয়ের চেয়ে কোরের একটি উচ্চ প্রতিসরণ সূচক থাকতে হবে?

মোট অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন তখনই ঘটতে পারে যখন আলো উচ্চতর সূচকের মাধ্যম থেকে নিম্ন সূচকের একটিতে যায়। যদি মূল সূচকটি ক্ল্যাডিংয়ের সমান বা কম হয় তবে আলো প্রতিসৃত হবে এবং ফাইবার গাইড করা বন্ধ করবে। সূচক পার্থক্য একটি অপটিক্যাল বাধা তৈরি করে যা কোরটিকে একটি নলাকার আয়নায় পরিণত করে।

একক-মোড কোর এত ছোট কেন?

দ core diameter must be close to the wavelength of light to cut off all higher‑order modes. For operation at 1550 nm, a core diameter around 8–9 µm yields a normalized frequency V < 2.405, guaranteeing single‑mode propagation. A larger core would support multiple modes and introduce modal dispersion, severely limiting bandwidth‑distance product.

একটি অপটিক্যাল ফাইবার কি একাধিক কোর থাকতে পারে?

হ্যাঁ। স্পেস-ডিভিশন মাল্টিপ্লেক্সিংয়ের জন্য মাল্টিকোর ফাইবার স্থাপন করা হচ্ছে, একটি স্ট্যান্ডার্ড ক্ল্যাডিং ব্যাসের মধ্যে 19টি স্বাধীন কোর পর্যন্ত একীভূত করা হচ্ছে। প্রতিটি কোর একটি পৃথক একক-মোড চ্যানেল হিসাবে কাজ করে, একটি একক ফাইবার স্ট্র্যান্ডের ডেটা ক্ষমতাকে গুণ করে। এই প্রযুক্তিটি ভবিষ্যতের পেটাবিট-শ্রেণীর সাবমেরিন তারের জন্য একটি মূল সক্ষমকারী।

উৎপাদনের সময় কোর কিভাবে বিশুদ্ধ রাখা হয়?

সমস্ত বাষ্প-জমারণ প্রক্রিয়া সেমিকন্ডাক্টর-গ্রেড পূর্ববর্তী গ্যাস ব্যবহার করে যা উপ-মাইক্রোন স্তরে ফিল্টার করা হয়। সম্পূর্ণ প্রিফর্ম ফ্যাব্রিকেশনটি একটি সিল করা, কণা-মুক্ত পরিবেশে ঘটে এবং কাঁচটি কাঁচামাল থেকে গলে না গিয়ে সরাসরি বাষ্প থেকে সংশ্লেষিত হয়। এই পদ্ধতিটি ট্রানজিশন-ধাতু দূষণকে নীচে সীমাবদ্ধ করে বিলিয়ন প্রতি 1 অংশ , যা 0.2 dB/কিমি ক্ষতির ফ্লোরে পৌঁছানোর জন্য অপরিহার্য।

দ core of an optical fiber may be small — sometimes invisible to the naked eye — but its material, geometry, and index profile decide everything about how fast, how far, and how cleanly light can deliver information. As hollow‑core and multicore designs mature, the fundamental definition of what a core can be is expanding, promising networks that are faster, lower‑latency, and more energy‑efficient than ever before.