ফাইবার অপটিক্স ব্যাখ্যা: কিভাবে তরঙ্গদৈর্ঘ্য আলো সঞ্চালনে সাহায্য করে

কল্পনা করুন যদি ফাইবার অপটিক কেবলগুলি রংধনুর মতো বিভিন্ন রঙের মাধ্যমে তথ্য বহন করতে পারত, যেখানে প্রতিটি বর্ণ একটি স্বতন্ত্র ডেটা চ্যানেল উপস্থাপন করে। ফাইবার অপটিক যোগাযোগে, তরঙ্গদৈর্ঘ্যগুলি এই "রং" হিসাবে কাজ করে, যা আলো সংকেতের বৈশিষ্ট্য এবং সংক্রমণ দক্ষতা নির্ধারণ করে। যদিও "তরঙ্গদৈর্ঘ্য" অনেকের কাছে একটি দুর্বোধ্য শব্দ বলে মনে হতে পারে, তবে এটি আসলে ফাইবার অপটিক প্রযুক্তি বোঝার মূল চাবিকাঠি। এই নিবন্ধটি ফাইবার অপটিক তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ধারণা, তাদের অন্তর্নিহিত নীতিগুলি এবং ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে তাদের গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা সম্পর্কে ধারণা দেয়।

আলো আমাদের চোখ দ্বারা দৃশ্যমান আলো থেকে অনেক দূরে বিস্তৃত। এটি একটি বৃহত্তর তড়িৎচুম্বকীয় বর্ণালীর অংশ যা বিভিন্ন ধরণের বিকিরণ অন্তর্ভুক্ত করে—উচ্চ-শক্তির এক্স-রে এবং অতিবেগুনি রশ্মি থেকে পরিচিত রেডিও তরঙ্গ এবং মাইক্রোওয়েভ পর্যন্ত, এবং অবশেষে ফাইবার অপটিক যোগাযোগে ব্যবহৃত ইনফ্রারেড আলো পর্যন্ত। এগুলি সবই মূলত তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণ, যা প্রধানত তাদের তরঙ্গদৈর্ঘ্য দ্বারা পৃথক করা হয়। তড়িৎচুম্বকীয় বর্ণালীকে একটি বিস্তৃত রঙের প্যালেট হিসাবে কল্পনা করা যেতে পারে, যেখানে বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিভিন্ন "রং" এর সাথে মিলে যায়। ফাইবার অপটিক যোগাযোগ তথ্যের সংক্রমণ এর জন্য এই প্যালেট থেকে নির্দিষ্ট "রং" কৌশলগতভাবে নির্বাচন করে।

তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণ সাধারণত তরঙ্গদৈর্ঘ্য বা কম্পাঙ্ক ব্যবহার করে বর্ণনা করা হয়। তরঙ্গদৈর্ঘ্য বলতে একটি তরঙ্গের পরপর শৃঙ্গ বা খাঁজের মধ্যেকার দূরত্বকে বোঝায় যখন এটি স্থান দিয়ে প্রবাহিত হয়, যা সাধারণত ন্যানোমিটার (nm, এক বিলিয়ন ভাগের এক মিটার) বা মাইক্রোমিটার (µm, এক মিলিয়ন ভাগের এক মিটার) এককে পরিমাপ করা হয়। কম্পাঙ্ক নির্দেশ করে প্রতি সেকেন্ডে তরঙ্গ কতবার দোলে, যা হার্টজ (Hz) এককে পরিমাপ করা হয়। তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং কম্পাঙ্কের মধ্যে একটি বিপরীত সম্পর্ক রয়েছে: ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য উচ্চ কম্পাঙ্কের সাথে মিলে যায়, যেখানে দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্য কম কম্পাঙ্ক নির্দেশ করে। ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য, যেমন আলো, অতিবেগুনি রশ্মি এবং এক্স-রে, তরঙ্গদৈর্ঘ্য পছন্দসই বর্ণনাকারী। রেডিও তরঙ্গ, টেলিভিশন সংকেত এবং মাইক্রোওয়েভের মতো দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য, কম্পাঙ্ক আরও সাধারণত ব্যবহৃত হয়।

আলোর সবচেয়ে পরিচিত রূপটি হল, অবশ্যই, দৃশ্যমান আলো। মানুষের চোখ প্রায় 400 nm (নীল/বেগুনি আলো) থেকে 700 nm (লাল আলো) পর্যন্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্য সনাক্ত করতে পারে। এই পরিসীমা সূর্যের সবচেয়ে শক্তিশালী বিকিরণ ব্যান্ডের সাথে মিলে যায়, যা ইঙ্গিত করে যে আমাদের ভিজ্যুয়াল সিস্টেম সূর্যের সবচেয়ে তীব্র তরঙ্গদৈর্ঘ্যগুলি উপলব্ধি করার জন্য বিকশিত হয়েছে—জৈবিক অভিযোজনের একটি মার্জিত উদাহরণ।

ফাইবার অপটিক যোগাযোগ দৃশ্যমান আলোর উপর নির্ভর করে না, বরং ইনফ্রারেড আলোর উপর নির্ভর করে, যার দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্য থাকে—সাধারণত প্রায় 850 nm, 1300 nm এবং 1550 nm। ইনফ্রারেড আলো বেছে নেওয়ার কারণ হল অপটিক্যাল ফাইবারগুলিতে এর কম অ্যাটেনিউয়েশন। ফাইবারগুলিতে অ্যাটেনিউয়েশন দুটি প্রধান কারণ থেকে উদ্ভূত হয়: শোষণ এবং বিক্ষেপণ।

• শোষণ: ফাইবার অপটিক ক্যাবলে থাকা সামান্য পরিমাণে জল নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলো শোষণ করে, যা "জল শোষণ শিখর" তৈরি করে। সংকেতের অখণ্ডতা বজায় রাখতে ফাইবার অপটিক সিস্টেমগুলিকে এই শিখরগুলি এড়াতে হবে।
• বিক্ষেপণ: আলো যখন ফাইবারের মধ্য দিয়ে যায়, তখন এটি কাঁচের পরমাণু বা অণুর সাথে সংঘর্ষ ঘটায়, যার ফলে বিক্ষেপণ হয়। বিক্ষেপণ তীব্রতা তরঙ্গদৈর্ঘ্যের চতুর্থ ঘাতের সাথে ব্যস্তানুপাতিক, যার অর্থ হল দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্য কম বিক্ষিপ্ত হয়। এই নীতিটি ব্যাখ্যা করে কেন আকাশ নীল দেখায়: ছোট নীল তরঙ্গদৈর্ঘ্য বায়ুমণ্ডলে আরও সহজে বিক্ষিপ্ত হয়।

সংকেত হ্রাস কমাতে, ফাইবার অপটিক সিস্টেমগুলি ইনফ্রারেড বর্ণালীতে কাজ করে, জল শোষণের শিখরগুলি এড়িয়ে চলে এবং তিনটি স্ট্যান্ডার্ড তরঙ্গদৈর্ঘ্যে স্থির হয়: 850 nm, 1300 nm এবং 1550 nm। সৌভাগ্যবশত, লেজার ডায়োড (বা এলইডি) এবং ফটোডিটেক্টরগুলিকে এই নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যে দক্ষতার সাথে কাজ করার জন্য ডিজাইন করা যেতে পারে।

যদি দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্য কম অ্যাটেনিউয়েশন অনুভব করে, তবে সেগুলি ব্যবহার করা হয় না কেন? উত্তরটি হল ইনফ্রারেড তরঙ্গদৈর্ঘ্যের তাপীয় বিকিরণের সান্নিধ্যে। আমরা যেমন একটি বৈদ্যুতিক চুলার নিস্তেজ লাল আভা দেখতে পারি এবং এর তাপ অনুভব করতে পারি, তেমনি দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিবেষ্টিত তাপীয় শব্দের প্রতি সংবেদনশীল হয়ে ওঠে, যা সংকেত সংক্রমণে হস্তক্ষেপ করতে পারে। এছাড়াও, ইনফ্রারেড পরিসরে অন্যান্য জল শোষণের শিখর বিদ্যমান।

গ্লাস ফাইবারের বিপরীতে, প্লাস্টিক অপটিক্যাল ফাইবার (POF) ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যে কম শোষণ দেখায়। ফলস্বরূপ, POF সাধারণত 650 nm লাল আলো ব্যবহার করে, যদিও 850 nm গ্লাস ফাইবার ট্রান্সমিটারের সাথে স্বল্প-পরিসরের অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য কার্যকর থাকে।

ফাইবার অপটিক নেটওয়ার্কগুলিতে, তরঙ্গদৈর্ঘ্য শুধুমাত্র সংক্রমণের জন্যই গুরুত্বপূর্ণ নয়, পরীক্ষার জন্যও গুরুত্বপূর্ণ। সংকেত সংক্রমণের জন্য ব্যবহৃত একই তরঙ্গদৈর্ঘ্যে কেবল অ্যাটেনিউয়েশন পরিমাপ করতে হবে। একইভাবে, অপটিক্যাল পাওয়ার মিটারগুলিকে নেটওয়ার্কের কর্মক্ষমতা সঠিকভাবে মূল্যায়ন করার জন্য এই নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ক্যালিব্রেট করতে হবে।

ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি (NIST) তিনটি প্রাথমিক ফাইবার অপটিক তরঙ্গদৈর্ঘ্যে অপটিক্যাল পাওয়ার মিটারের জন্য ক্যালিব্রেশন পরিষেবা প্রদান করে: 850 nm, 1300 nm এবং 1550 nm। মাল্টিমোড ফাইবারগুলি সাধারণত 850 nm এবং 1300 nm এর জন্য ডিজাইন করা হয়, যেখানে একক-মোড ফাইবারগুলি 1310 nm এবং 1550 nm এর জন্য অপ্টিমাইজ করা হয়। 1300 nm এবং 1310 nm এর মধ্যে সামান্য অমিল AT&T দ্বারা প্রতিষ্ঠিত ঐতিহাসিক পরিভাষা প্রথা থেকে উদ্ভূত হয়েছে, যেখানে একক-মোড ফাইবারগুলি 1310 nm লেজার ব্যবহার করত এবং মাল্টিমোড ফাইবারগুলি 1300 nm এলইডি ব্যবহার করত।

আধুনিক টেলিযোগাযোগ ব্যবস্থা ব্যাপকভাবে তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিভাগ মাল্টিপ্লেক্সিং (WDM) কৌশল ব্যবহার করে, যার মধ্যে রয়েছে ডেন্স WDM (DWDM) এবং কোয়ার্স WDM (CWDM)। WDM একটি একক ফাইবারকে একযোগে একাধিক "রং" আলো বহন করতে সক্ষম করে, যেখানে প্রতিটি রঙ একটি স্বাধীন ডেটা চ্যানেল উপস্থাপন করে। WDM সিস্টেমে, লেজারগুলিকে সুনির্দিষ্টভাবে আলাদা তরঙ্গদৈর্ঘ্যে সুর করা হয়, যা ক্ষমতা সর্বাধিক করার জন্য যথেষ্ট কাছাকাছি কিন্তু হস্তক্ষেপ রোধ করার জন্য যথেষ্ট দূরে স্থাপন করা হয়। এটি এফএম রেডিও সম্প্রচারের সমান্তরাল, যেখানে স্টেশনগুলি বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করে। WDM 1260 nm থেকে 1670 nm পর্যন্ত সম্পূর্ণ তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসীমা ব্যবহার করে, যা নির্দিষ্ট ব্যান্ডে বিভক্ত।

ফাইবার অপটিক্সের একটি গুরুত্বপূর্ণ কিন্তু প্রায়শই উপেক্ষিত দিক হল নিরাপত্তা। যেহেতু বেশিরভাগ ফাইবার অপটিক সিস্টেম দৃশ্যমান বর্ণালীর বাইরে কাজ করে, তাই প্রেরিত আলো সাধারণত খালি চোখে অদৃশ্য থাকে। সংকেতের জন্য পরীক্ষা করার জন্য সরাসরি একটি ফাইবারের প্রান্তে তাকাবেন না—CATV এবং DWDM-এর মতো কিছু উচ্চ-ক্ষমতা সম্পন্ন সিস্টেম বিপজ্জনক বিকিরণ নির্গত করতে পারে। ফাইবার সংযোগগুলি পরিচালনা করার আগে সর্বদা একটি ক্যালিব্রেট করা মিটার দিয়ে অপটিক্যাল পাওয়ার লেভেল যাচাই করুন।

ফাইবার অপটিক তরঙ্গদৈর্ঘ্য বোঝা অপটিক্যাল যোগাযোগ প্রযুক্তিতে দক্ষতা অর্জনের জন্য মৌলিক। ফাইবার অপটিক্সের "রঙ কোড" উন্মোচন করে, পেশাদাররা নেটওয়ার্ক ডিজাইন অপটিমাইজ করতে, কার্যকরভাবে সমস্যা সমাধান করতে এবং ডেটা ট্রান্সমিশন ক্ষমতার সীমা বাড়াতে পারে।