प्रकाशीय संदेशवहन : प्रकाशीय संदेशवहनामध्‍ये दृश्‍य वर्णपटातील प्रकाशाचा म्‍हणजेच विद्युत् चुंबकीय तरंगांचा [⟶ विद्युत् चुंबकीय तरंग] उपयोग संभाषण, चित्रे, प्रदत्त (माहितीयुक्त) स्‍पंद इत्‍यादींच्‍या संदेशवहनासाठी केला जातो. प्रकाश माध्‍यमाचा उपयोग संदेशवहनासाठी करण्‍याची कला पुरातन काळापासून अस्तित्‍वात आहे. अमेरिकेतील रेड इंडियन लोकांमध्‍ये अग्‍नी व धुराच्‍या सहाय्याने प्रकाशीय संदेशवहन चालत असे, अशी माहिती उपलब्‍ध आहे. ध्‍वनीपेक्षा प्रकाशाचा वेग जास्‍त आहे व तो जास्‍त दूरपर्यंत पोहोचू शकतो. या दोन गो‍ष्‍टींमुळे हे प्रयत्न करण्‍यात आले असावेत. योग्‍य संकेतन पद्धती वापरून लुकलुकणाऱ्या दिव्‍याचा संदेशवहनासाठी उपयोग करण्‍याची पद्धती अनेक वर्षे अस्तित्‍वात आहे. या तऱ्हेच्‍या संदेशवहन क्रियेची त्वरा जास्‍त नसल्‍यामुळे तिची संदेश प्रेषणक्षमता कमी असते. १८८० मध्‍ये अलेक्‍झांडर ग्रॅहॅम बेल यांनी या पद्धतीचा वेग वाढविण्‍याचा प्रयत्न केला. यापूर्वी श्राव्‍य कंप्रता (ज्‍यांची दर सेकंदाला होणारी कंपनसंख्‍या श्राव्‍य मर्यादेत आहे अशा) ध्‍वनितरंगांमुळे वायु-ज्‍योतीच्‍या आकारावर व तेजस्वितेवर परिणाम होतो, हे दाखवून दिले गेले होते. लुकलुकणाऱ्या दिव्‍याऐवजी वरील प‍‍रिणामाचा उपयोग करून ज्‍योतीच्‍या साहाय्याने ध्‍वनि-संदेशाचे प्रथम प्रकाशसंदेशात रूपांतर करून त्‍याचे परिवहन करण्‍यात आले होते. १९१६ मध्‍ये रँकिन यांनी फोटोफोन हे उपकरण तयार करून प्रकाश-शलाकेच्‍या साहाय्याने संभाषण कित्‍येक किलोमीटरपर्यंत दूर पाठविले. १९३५ मध्‍ये जर्मन सैन्‍याने इलेक्‍ट्रॉनीय प्रकाश संदेशवहन प्रणाली प्रथम उपयोगात आणली. ⇨लेसरचा शोध लागल्‍यानंतर प्रकाशीय संदेशवहनात लक्षणीय वाढ झाली आहे. लेसर उद्‌गमापासून मिळणारा प्रकाश कलामेलित (एकच किंवा जवळजवळ एकच तरंगलांबी असलेला व क्षेत्रातील निरनिराळ्या बिंदूंपाशील कलांमध्‍ये-एखाद्या संदर्भाच्‍या सापेक्ष असणाऱ्या विद्युत् स्थितींमध्‍ये-निश्चित संबंध असणारा) व एकवर्णी (अगदी अत्‍यल्‍प पल्‍ल्‍यातील तरंगलांबी असलेला म्‍हणजे एकाच रंगाचा) असतो. त्‍याची तीव्रता उच्‍च प्रतीची असते. लेसर प्रकाश-शलाका आकाराने अरुंद व अचूक सरळ रेषेत प्रगत पावत असल्यामुळे तिचा पल्ला मोठा असतो. प्रकाश एकवर्णी असल्यामुळे त्याकरिता लागणाऱ्या ⇨ तरंग मार्गदर्शक आदी साहाय्यक उपकरण योजनेचा अभिकल्प (आराखडा) व निर्मिती सुलभ होते.

 लेसरद्वारा प्रकाशीय संदेशवहन : लेसर या प्रयुक्तीमध्ये जंबुपार (दृश्य वर्णपटातील जांभळ्या रंगाच्या पलीकडील अदृश्य) विभागापासून अवरक्त (दृश्य वर्णपटातील तांबड्या रंगाच्या अलीकडील अदृश्य) विभागातील तरंगलांबीपर्यंत कलामेलित व एकवर्णी विद्युत् चुंबकीय तरंगांच्या प्रकाश-शलाका उत्पन्न करता येतात. रेडिओ किंवा सूक्ष्मतरंग संदेशवहनाप्रमाणेच लेसरद्वारा संदेशवहन प्रणाली काम करते [⟶ रेडिओ संदेशवहन प्रणाली सूक्ष्मतरंग]. पाठवावयाचा संदेश (वाणी, संभाषण किंवा प्रदत्त) प्रकाश तरंगावर विरूपणाच्या स्वरूपात [⟶ विरूपण] योग्य प्रयुक्तीद्वारे प्रस्थापित केला जातो. उदा., ध्वनी अथवा वाणी संदेशाचे प्रथम ध्वनिग्राहकाच्या साहाय्याने विद्युत् संदेशात रूपांतर केले जाते. त्याचे योग्य प्रमाणात विवर्धन करून हा संदेश प्रकाश-उत्सर्जक द्विप्रस्थाला (एक प्रकारच्या लेसरला) पुरवला असता त्याचे विरूपित प्रकाश संदेशात रूपांतर होते. अशा रीतीने मिळालेली विरूपित प्रकाश-शलाका शोधदीपाच्या शलाकेप्रमाणे दूरवर प्रेषित करता येते. ग्राही स्थानापाशी प्रकाशीय शोधकाच्या (अस्तित्त्व ओळखणाऱ्या  साधनाच्या) साहाय्याने संदेशशोधन करून त्यापासून मूळ संदेश परत मिळविता येतो.

पारंपरिक संदेशवहनाकरिता उपयोगात असलेल्या प्रणालीपेक्षा ही नवी प्रणाली वापरली असता पुढील मुख्य फायदे होतात. (१) रेडिओ कंप्रता तरंग किंवा सूक्ष्मतरंग यांच्याशी तुलना करता लेसर संदेशवहनासाठी मिळणारा वर्णपट विस्तार (कमीतकमी ते जास्तीत जास्त कंप्रतामूल्यांमधील अंतर) कित्येक पटींनी जास्त असल्यामुळे त्याची अवगम-समावेश क्षमता (माहिती, आशय वा संदेश वाहून नेण्याची क्षमता) ही फार मोठी असते. संदेशवहनाकरिता उपयोग केलेल्या विद्युत् चुंबकीय तरंगाची कंप्रता जेवढी जास्त तितक्याच प्रमाणात त्या क्षमतेत वाढ होत असते. रेडिओ प्रेषणाकरिता काही सहस्त्र हर्ट्‌झ मूल्याची कंप्रता वापरतात. त्याद्वारे वाणी व संगीत यांचे प्रेषण करणे शक्य होते. दूरचित्रवाणीमध्ये या दोन्ही गोष्टींशिवाय दृश्य संदेश (म्हणजेच चित्र) सुद्धा प्रेषित करावयाचा असल्यामुळे याकरिता वापरावी लागणारी कंप्रता काही कोटी हर्ट्‌झ या प्रमाणाची असते. लेसर प्रकाशाची कंप्रता वरील कंप्रतेपेक्षाही काही सहस्त्र पटींनी जास्त असल्यामुळे त्याची संदेशवहनक्षमता खूपच मोठी असते. (२) लेसर प्रकाशकिरणाची तरंगलांबी (रेडिओ तरंगांच्या तुलनेत) खूप कमी व त्यामधील कलामेलन चांगले असल्यामुळे लेसर प्रकाशाचे प्रेषण अतिशय अरुंद काटच्छेदाच्या शलाकेच्या स्वरूपात करता येते. लेसर शलाका जास्त सरळ रेषेत मार्गक्रमण करते, रेडिओ तरंगांप्रमाणे लेसर तरंग अडथळा अथवा कोपरे यांना वळण घालून जात नाहीत. यामुळे ठराविक ग्राहीशिवाय इतरास लेसर प्रकाशाद्वारे पाठविलेल्या संदेशाचे ग्रहण करणे शक्य होत नाही. अशा रीतीने पाठविलेल्या संदेशाची गुप्तता राखता येते. (३) शलाकेचा अरुंद आकार व तिची लहान तरंगलांबी यांमुळे तिचे मार्गदर्शन करणाऱ्या तरंग मार्गदर्शकाचा आकारही खूप लहान असतो. प्रकाशीय संदेशवहनाकरिता जी साधनसामग्री लागते तीमध्ये तरंग मार्गदर्शकाचा समावेश असतो. त्याच्या लहान आकारमानामुळे उपकरण योजनेचे सूक्ष्मीकरण करणे शक्य होते. निर्वात नलिकेच्या तुलनेत ज्याप्रमाणे ट्रँझिस्टरचे आकारमान लहान असल्यामुळे इलेक्ट्रॉनीय उपकरणांचे सूक्ष्मीकरण शक्य झाले तसाच प्रकार येथेही घडतो [⟶ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति सूक्ष्मीकरण, इलेक्ट्रॉनीय मंडलांचे]. 


उपयोजने : प्रकाशीय संदेशवहन प्रणालीचे मुख्य भाग आ. १ मध्ये दाखविले आहेत. या प्रकारच्या प्रणाली आंतरराष्ट्रीय जमिनीवरील दोन केंद्रांमध्ये संदेशवहन, जमीन ते उपग्रह संदेशवहन, उपग्रह ते उपग्रह संदेशवहन या सर्व प्रकारच्या कार्यांसाठी उपयुक्त ठरू शकतात. मात्र उपयोजन परिस्थितीनुसार आकृतीत दाखविलेल्या प्रयुक्तींची अंतर्गत रचना भिन्न ठेवावी लागणार हे उघड आहे. आकृतीमधील अवगम उद्‌गमाचा उपयोग योग्य त्या प्रयुक्तीद्वारे विद्युत् दाब किंवा प्रवाह यांच्या स्वरूपात असणारा अवगम विरूपकाला पुरविण्यासाठी होतो. अवगम उद्‌गमापासून मिळालेल्या विद्युत् संदेशाद्वारा (दाब किंवा प्रवाह) लेसर शलाकेचे विरुपण करतात. विरूपण कार्याकरिता पोटॅशियम डायहाड्रोजन फॉस्फेट (KDP), अमोनियम डायहायड्रोजन फॉस्फेट (ADP), बेरियम सोडियम नायोबेट यांसारख्या विद्युत् प्रकाशकीय द्रव्याचा [⟶ प्रकाशकी] उपयोग होतो. या पदार्थाच्या प्रणमनांकात (प्रकाशाचा निर्वातातील वेग व दिलेल्या माध्यमातील वेग यांच्या गुणोत्तरात) त्यावर लावलेल्या विद्युत् दाबाच्या प्रमाणात बदल पडतो. या परिणामाचा उपयोग करून लेसर शलाकेच्या ध्रुवण (एखाद्या ठराविक प्रतलात कंप पावणे), परमप्रसर (तरंगातील महत्तम स्थानांतरण) इत्यादींसारख्या गुणधर्मांत बदल करून तिचे विरूपण केले जाते. ग्राही स्थानकापाशी विद्युत् प्रकाशकीय शोधकाच्या साहाय्याने [उदा., सिलिकॉन सूक्ष्माग्र द्विप्रस्थ, सिलिकॉन ॲव्हॅलांश द्विप्रस्थ ⟶ अर्धसंवाहक] विरूपित शलाकेपासून मूळ संदेश अलग केला जातो. या प्रणालीचे कार्यक्षेत्र वाढविण्याकरिता दूरचित्रवाणीप्रमाणे पुनःप्रेषक केंद्रे उपयोगात आणली जातात. वातावरणातील शोषण क्रियेमुळे क्षीण झालेली शलाका हे पुनःप्रेषक ग्रहण करून, तिचे त्यात तंतोतंत प्रकारच्या पण जास्त शक्तिशाली शलाकेत रूपांतर करून तिला पुढे पाठवितात.

आ. १. प्रकाशीय संदेशवहन प्रणालीचे मुख्य भाग

  

या प्रकारच्या प्रणालीकरिता बहुतकरून हीलियम-निऑन वायू लेसरचा उपयोग केला गेला आहे. यापासून मिळणाऱ्या प्रकाशाची तरंगलांबी १,३२८ Å (१ Å = १०-१० मी.) एवढी असते व त्याची कार्यशक्ती ३ ते २०० मिलिवॉट एवढी असते. याकरिता निओडिमियम अपद्रव्यमिश्रित इट्रियम ॲल्युमिनियम गार्नेट या धन अवस्था प्रयुक्ती लेसरचा अथवा ॲल्युमिनियम गॅलियम आर्सेनाइड या प्रकाश-उत्सर्जक द्विप्रस्थाचा उपयोग करता येतो. p—n संधी असलेल्या द्विप्रस्थावर [⟶ अर्धसंवाहक] योग्य तऱ्हेचे विद्युत् वर्चस् (विद्युत् पातळी) लावले, तर संधी प्रदेशात इलेक्ट्रॉन आणि पोकळ्या यांमध्ये पुनःसंयोग होऊन अनुस्फुरक (विक्षोभ निर्माण करणारा उद्‌गम काढून टाकल्यानंतर तत्काल थांबणारे) ⇨फोटॉनाचे (प्रकाशकणाचे) उत्सर्जन होते. प्रकाश-उत्सर्जक द्विप्रस्थ लेसरचे कार्य आ. २ मध्ये दाखविले आहे.  

n— प्रकारच्या गॅलियम आर्सेनाइड या अर्धसंवाहक थराला (अ), आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे n— प्रकारच्या गॅलियम ॲल्युमिनियम आर्सेनाइड (आ) व p-प्रकारचा गॅलियम ॲल्युमिनियम आर्सेनाइड (इ) या दोन अर्धसंवाहक द्रव्यांच्या थरांमध्ये दाबून ठेवलेले असते. यामुळे दोन संधी असलेली प्रयुक्ती तयार होते.

आ. २. प्रकाश-उत्सर्जन द्विप्रस्थ लेसरचे कार्य : (अ) n — प्रकारचा गॅलियम आर्सेनाइड, (आ) n— प्रकारचा गॅलियम ॲल्युमिनियम आर्सेनाइड, (इ) p— प्रकारचा गॅलियम ॲल्युमिनियम आर्सेनाइड (प) उत्सर्जित लेसर प्रकाश.

हिला बाहेरून योग्यदिशेत विद्युत् वर्चस् लावले असता (आ) या थरातील इलेक्ट्रॉन व (इ) या थरामधील पोकळ्या यांमधील (अ) या थराकडे वाहत येतात आणि त्यांचा येथे पुनःसंयोग होतो. या क्रियेत त्यांच्या जवळची ऊर्जा प्रकाशाच्या स्वरूपात उत्सर्जित होते. या तीन थरांचे प्रकाशीय प्रणमनांक अशा मूल्याचे असतात की, उत्सर्जित झालेल्या प्रकाशाचे संपूर्ण अंतर्गत परावर्तन [⟶ प्रकाशकी] होऊन त्याचे मधल्या थरात स्थानबंधन होते. हा प्रकाश इलेक्ट्रॉन व पोकळ्या यांचा पुनःसंयोग उत्तेजित करतो. यामुळे प्रकाश तरंगांचे विवर्धन होऊन लेसर प्रकाशाची निर्मिती होते. उत्सर्जित प्रकाशाची तरंगलांबी ०·८२ मायक्रॉन (१ मायक्रॉन = १०-६ मी.) एवढी असते. या प्रयुक्तीचे आकारमान अगदी लहान (मिमी.च्या प्रमाणाचे) असून तिचे कार्यकारी आयुष्य खूप दीर्घ (काही वर्षे) असते.

या प्रकारच्या लेसरचा शोध १९६२ साली अमेरिकेमधील जनरल इलेक्ट्रिक कंपनीच्या व इतर दोन संशोधन शाळांत स्वतंत्रपणे लागला. वर वर्णन केलेली त्रिस्तर योजना वापरण्याची कल्पना १९६९ मध्ये झेड्. जे. आल्फेरॉव्ह आणि आर्. काझारिनॉव्ह या दोन रशियन शास्त्रज्ञांनी प्रथम सुचविली.

या प्रयुक्तीला पुरवठा स्पंदांच्या स्वरूपात केला असता तिच्यापासून तेवढ्याच कंप्रतेचे (५०० कोटी स्फूर म्हणजेच प्रकाशीय स्पंद प्रती सेकंद या कंप्रतेपर्यंत) स्पंद मिळू शकतात. याचा अर्थ असा होतो की, वरील प्रयुक्ती संदेशवहन प्रणालीमध्ये वापरली असता प्रती सेकंद ५०० कोटी अवगम-कण [⟶ अवगम सिद्वांत] त्यायोगे हाताळता येतात. 


जमिनीवरील दोन केंद्रांमध्ये किंवा जमीन ते उपग्रह यांमध्ये संदेशवहन : सूक्ष्मतरंग व लेसर यांच्याद्वारा होणाऱ्या संदेशवहन प्रणालीच्या कार्याच्या विश्वसनीयतेच्या तद्‌रूपतेचा (मूळ आदान संदेशाचे पुनरुत्पादन होताना त्यातील अचूकतेच्या प्रमाणाचा) विचार करताना, या दोहोंवर होणारा पृथ्वीवरील वातावरणाचा परिणाम लक्षात घ्यावा लागतो. या दोन्ही प्रकारच्या संदेशांचे वातावरणातील सर्वसाधारण शोषण क्रियेमुळे क्षीणन होते पण त्याबरोबरच त्यामधील पाऊस, धूर किंवा धूके याचासुद्धा या क्रियेवर परिणाम होतो असे आढळते. पावसाच्या थेंबांचे आकारमान लक्षात घेता ते सूक्ष्मतरंगाचे क्षीणन करण्यात महत्त्वाचे ठरतात तर धूर, धुके व ढग यांचा विशेष विक्षोभक परिणाम प्रकाशीय संदेशावर होत असल्याचे आढळून येते. याशिवाय वातावरणाच्या तापमानातील बदलामुळे प्रकाश-शलाकेचा विस्तार वाढतो आणि त्याद्वारे होणाऱ्या संदेशवहनाची कार्यक्षमता कमी होते. या सर्व कारणांमुळे जमिनीवर या प्रणालीद्वारे संदेशवहन करणे आतापर्यंत तरी विशेष उपयुक्त ठरलेले नाही. वातावरणाचा हा परिणाम टाळण्याकरिता बेल टेलिफोन लॅबोरेटरीने नियंत्रित वातावरणीय माध्यम वापरण्याची योजना उपयोगात आणून दाखविली आहे. या प्रयोगात नायट्रोजन वा एखादा अक्रिय (रासायनिक विक्रिया करण्याची सहज प्रवृत्ती नसलेला हीलियम, आर्‌गॉन इत्यादींसारखा) वायू भरलेल्या किंवा निर्वात केलेल्या १०-१२ सेंमी. व्यासाच्या नलिका जमिनीत पुरून त्यामधून खूप मोठ्या प्रमाणात प्रकाशीय संदेशवहन करण्यात आले होते परंतु ही योजना खूप गुंतागुंतीची व खर्चिक अशी ठरल्यामुळे तिचा व्यावहारिक योजनेत उपयोग करण्यात आलेला नाही. या सर्व कारणांकरिता लेसर प्रकाश-शलाकेला वातावरणात मुक्त अवस्थेत न सोडता तरंग मार्गदर्शक माध्यमामधून तिचे मार्गनियंत्रण केले जाते. ज्याप्रमाणे विद्युत् ऊर्जेचे तांब्याच्या तारांमधून मार्गनियंत्रण केले जाते त्याच सारखी ही क्रिया असते. या कार्याकरिता पुढील दोन पद्धती महत्त्वाच्या समजल्या जातात : (१) आवरणयुक्त तंतू व (२) भिंग तरंग मार्गदर्शक. यांपैकी पहिली पद्धती समजण्यास थोडी सोपी असल्याने तिचेच वर्णन येथे दिलेले आहे. उपग्रह ते उपग्रह प्रकाशीय संदेशवहन क्रियेमध्ये लेसर शलाकेचे क्षीणन अत्यल्प असते. कारण या दोहोंमधील माध्यम जवळजवळ निर्वात असते. प्रेषित शलाका अन्य उपग्रहावर दूरदर्शकाच्या साहाय्याने ग्रहण करता येते. १ सेकंद (कोनीय) विस्ताराची लेसर शलाका ग्रहण करण्याकरिता १० सेंमी. व्यासाचा दूरदर्शक पुरेसा होतो.

आ. ३. प्रकाशीय तंतूची रचना : (अ) एकरीती तंतू : (१) आंतरक (व्यास सु. ३ मायक्रॉन), (२) आवरण, (३) वेष्टन (आ) बहुरीती तंतू : (१) आंतरक (व्यास सु. ६० मायक्रॉन), (२) आवरण, (३) वेष्टन. [μ1 — आंतरक प्रणमनांक, μ2 — आवरण प्रणमनांक (μ1 &gt μ2)].

प्रकाशीय तंतुद्वारा प्रकाशप्रेषण : सूक्ष्मतरंगाचे ज्या तऱ्हेने तरंग मार्गदर्शकामध्ये नियमन होते, त्या प्रकारे प्रकाशाचे मार्गदर्शन प्रकाशीय तंतुद्वारा करता येते. प्रकाशीय संदेशवहनाकरिता प्रकाशीय तंतू हे योग्य माध्यम म्हणून काम देऊ शकतील ही कल्पना प्रथम इंग्लंडमधील सी. काव आणि जी. हॉकम या शास्त्रज्ञांनी पुढे मांडली.

प्रकाशाच्या मार्गदर्शनाकरिता तंतूची विशिष्ट रचना केलेली असते. या तंतूचे मुख्यत्वेकरून तीन भाग असतात. सर्वांत आतील असा जो अक्षीय पारदर्शक भाग असतो त्याला आंतरक म्हणतात. आंतरकाकरिता पूर्वी साधी काच वापरीत असत पण त्यामध्ये प्रकाशाचे जास्त प्रमाणात शोषण होते असे आढळल्यामुळे सध्या त्याऐवजी अल्प प्रकाशशोषक पण जास्त प्रणमनांक असलेली सिलिका काच [⟶ काच] वापरतात. आवरण द्रव्याचा प्रणमनांक आंतरक द्रव्यापेक्षा कमी असावा लागतो (साधारणपणे १·०% ने कमी). तंतूच्या एका टोकावर निरनिराळे आपाती कोन करून प्रकाशकिरण पडले असता त्यांपैकी अक्षीय किरण फक्त आंतरकातून सरळ जाऊन तंतूच्या दुसऱ्या  टोकामधून बाहेर पडतात. अक्षाशी कोन करून येणारे आपाती किरण आंतरक-आवरण सीमेपर्यंत जाऊन पोहोचतात, यांपैकी या सीमेवर आस्पर्श कोनात पडणारे [किंवा क्रांतिक कोनापेक्षा जास्त आपाती कोनात पडणारे ⟶ प्रकाशकी] प्रकाशकिरण आंतरकातच पूर्णपणे परावर्तित होतात व ते त्यामध्येच संसीमित केले जातात अथवा असे किरण तंतूच्या बाहेर येऊ शकत नाहीत. क्रांतिक कोनापेक्षा कमी आपाती कोन करून येणारे किरण कमीजास्त प्रमाणात आवरणात घुसतात. या परिणामाचे प्रकाशाच्या तरंग सिद्धांताप्रमाणे [⟶ प्रकाश] अधिक सूक्ष्म असे विश्लेषण केल्यास असे दिसते की, आंतरक-आवरण सीमेवर प्रकाशाचे संपूर्ण अंतर्गत परावर्तन झाले, तरी प्रकाशातील विद्युत् तरंग क्षेत्र काही थोड्या अंतरापर्यंत (≈ तरंगलांबी) दुसऱ्या माध्यमात भेदून जाते. या अंतरास भेदन-निम्नता असे म्हणतात. या अंतरामध्ये मिळणारे क्षेत्र आवर्ती स्वरूपाचे (ठराविक कालाने पुनःपुन्हा तेच स्वरूप धारण करणारे) नसून ते घातीय प्रकारे म्हणजे अंतराप्रमाणे अखंडितपणे पण हळूहळू क्षय पावते. जर दुसऱ्या माध्यमाची रुंदी काही मायक्रॉनपेक्षा जास्त असेल, तर या क्षेत्रामुळे दुसऱ्या माध्यमाला काही प्रकाश ऊर्जा पुरविली जात नाही. या अल्पप्रवेशी क्षेत्राचा वापर करून प्रकाश उद्‌गम आणि तंतू यांमध्ये युग्मन करता येते. आंतरक-आवरण याचा बाह्य पृष्ठभाग प्रकाशशोषणक्षम वेष्टनाने झाकलेला असतो. आवरणात घुसलेले किरण शेवटी वेष्टनात शोषले जातात. तंतूमधून जाताना प्रकाशकिरण आंतरक-आवरण सीमा भागावर अनेक वेळा परावर्तित होत असल्यामुळे (आ. ४ आ) या भागाची परावर्तनक्षमता उच्च प्रकारची असावी लागते. अशा रीतीने तंतूत प्रवेश करणारी प्रकाश-शलका त्यामध्येच संसीमित होऊन तंतूच्या दुसऱ्या टोकातून बाहेर पडते. कोणत्याही एका विशिष्ट तंतूकरिता फक्त काही पृथक् आपाती कोन करून शिरणारे प्रकाशकिरण अनेक वेळा  परावर्तन होऊन त्यामधून बाहेर पडू शकतात.


आ. ४. प्रकाशकिरणांचे विविध तंतू रीतींतील मार्ग : (अ) बहुरीती तंतू (आ) एकरीती तंतू (इ) विशिष्ट बहुरीती तंतू (१) आंतरक, (२) आवरण, (३) वेष्टन, (४) प्रकाशकिरण.

प्रकाशकीच्या नियमांनुसार तंतूमध्ये प्रकाशाकरिता काही मर्यादित संख्येचे मार्गच शक्य असतात, असे दाखविता येते. ज्याप्रमाणे सूक्ष्मतरंग मार्गदर्शकामध्ये काही ठराविक प्रेषण तऱ्हाच शक्य असतात, त्याप्रमाणेच बहुरीती तंतूमध्ये काही ठराविक मार्ग अथवा तऱ्हा शक्य असतात, असे म्हटले जाते. एकरीती तंतूमध्ये प्रकाशाकरिता अनुज्ञेय (मोकळीक असलेला) मार्ग फक्त एकच असतो. आ. ४ (आ) वरून हे लक्षात येईल की, जास्त आपाती कोन करून तंतूत शिरणाऱ्या प्रकाशकिरणाचा प्रत्यक्ष मार्ग जास्त लांबीचा असतो व त्यामुळे अर्थातच त्यांना तंतूच्या बाहेर पडावयास जास्त विलंब लागतो. तंतूच्या अक्षीय दिशेत शिरणाऱ्या प्रकाशकिरणांचा मार्ग सर्वांत लहान असतो व त्यामुळे त्यांना तंतूच्या बाहेर पडावयास सर्वांत कमी वेळ लागतो. तंतूमधून बाहेर पडणाऱ्या शलाकेत ‘अपस्करण’ परिणाम मिळतो व परिणामी प्रदान शलाकेच्या रुंदीत वाढ होते. मार्गक्रमणकालात पडणारा फरक काढून टाकण्याकरिता एका विशिष्ट तऱ्हेच्या संरचनेचा आंतरक तयार करतात. यामध्ये आंतरक द्रव्याचा प्रणमनांक अक्षापासून परिधीपर्यंत अंतराच्या वर्गमूळाच्या प्रमाणात कमी होत जातो. या परिस्थितीत प्रकाशकिरणांचे मार्ग आ. ४ (इ) मध्ये दाखविल्याप्रमाणे होतात. जर आंतरकाचा आकार अगदी अरुंद असेल (काही मायक्रॉन व्यास), तर फक्त अक्षीय किरणच तंतूमधून मार्गक्रमण करू शकतात. अशा तंतूंना एकरीती वाहक तंतू असे म्हणतात [आ. ३ (अ), आ. ४ (आ)].

लेसरमधील शलाका तंतूमध्ये सोडण्याकरिता व ग्राही स्थानी तंतूमधील प्रकाश बाहेर काढण्याकरिता विशिष्ट युग्मन पद्धती वापराव्या लागतात. उद्‌गमापासूनचा प्रकाश जर सरळ तंतूच्या अक्षाच्या दिशेने आत सोडला, तर तंतूच्या ज्या प्रेषण तऱ्हा  मिळतात त्यांमध्ये शोषणाचे प्रमाण जास्त असते. कमी शोषण असलेल्या प्रेषण तऱ्हा कार्यान्वित करण्याकरिता एका विशिष्ट प्रयुक्तीमधून प्रकाश तंतूच्या आत प्रवेश करतो. याकरिता (१) लोलक, (२) जालक (काचेच्या पृष्ठभागावर सूक्ष्म, समांतर रेषा आखून केलेली रचना) व (३) निमुळते तरंग मार्गदर्शक या पद्धतींचा वापर केला जातो. यांपैकी लोलक पद्धतीमध्ये अल्पप्रवेशी विद्युत् चुबंकीय क्षेत्राचा उपयोग केला जातो. सध्या ज्या प्रणाली विकसित होत आहेत त्यांची अवगम-त्वरा ८-१४० दशलक्ष अवगम-कण प्रती सेकंद एवढी असते. त्याकरिता मुख्यतः सिलिका काचेचा आंतरक असलेला साधारणपणे ६० मायक्रॉन या व्यासाचा तंतू वापरतात. दोन तंतूची एकमेकांशी जोडणी करणे ही क्रिया मोठ्या व्यासाच्या तंतूंमध्ये सुलभ असते. तंतूमध्ये होणारे प्रकाशाचे शोषण मुख्यत्वेकरून तंतुद्रव्यात असलेल्या अपद्रव्यांमुळे अथवा रचनेतील दोषांमुळे होते. या अपद्रव्यांत पाण्याची वाफ, लोह, तांबे, निकेल, मँगॅनीज इ. महत्त्वाची असतात. सूक्ष्म बुडबुडे, ओरखडे, घनतेमध्ये स्थानिक बदल इ. प्रकारचे रचना-दोष आढळतात. तंतुद्रव्याचे शुद्धीकरण केल्यास व तंतू निर्माण करण्याच्या वेळी त्यावर चांगले नियंत्रण ठेवल्यास या दोषांचे प्रमाण कमी करता येते. सध्या यूरोप, अमेरिकेची संयुक्त संस्थाने, जपान व रशिया या देशांत चाललेल्या संशोधनाची उद्दिष्टे : (१) तंतूमधील शोषणाचे प्रमाण कमी करणे व (२) तंतूचा उत्पादन खर्च कमी करणे, ही आहेत. जपानमध्ये शास्त्रज्ञांना ०·२ डेसिबेल प्रती किमी. इतके कमी प्रतीचे शोषण असणाऱ्या तंतूची निर्मिती करण्यात यश आले आहे. शोषणाचे हे प्रमाण इतके कमी आहे की, पुनःप्रेषण केंद्राचा वापर न करता या प्रकारच्या तंतूद्वारे ५० किमी. अंतरापर्यंत संदेश पाठविता येतील. या कार्याकरिता समतुल्य अशी तांब्याच्या तारेची योजना वापरली, तर हे अंतर फक्त २ किमी. एवढेच असेल. आ. ५ मध्ये तंतुद्वारा प्रकाशीय संदेशवहन करण्याच्या पद्धतीमधील मुख्य भाग दाखविले आहेत. 


आ. ५. तंतुद्वारा प्रकाशीय संदेशवहन पद्धतीमधील मुख्य भागप्रकाशीय पद्धतीमधील शोधकाची रचना व कार्य खूप गुंतागुंतीचे असते म्हणून त्याचे वर्णन येथे केलेले नाही [⟶ शोधक]. दूरध्वनीसारख्या संदेशवहनाकरिता तंतू प्रणाली वापरण्यामध्ये अनेक फायदे आहेत. उदा., (१) अवगमाकरिता रुंद कंप्रता पट्टा उपलब्ध होतो व त्यामुळे संदेश प्रेषणत्त्वरेत खूप वाढ होते. (२) आंतरक बनविण्याकरिता लागणाऱ्या सिलिका या द्रव्याचे मूल्य तांब्याच्या मूल्याशी तुलना करता जवळजवळ नगण्य आहे. (३) नजीक असलेल्या निरनिराळ्या तंतूंमधील संदेशांमध्ये व्यतिकरण (एकमेकांत मिश्रण) होण्याचा संभव असत नाही. तांब्याच्या तारा दूरध्वनी संदेशाकरिता वापरल्या जातात तेव्हा त्या एकमेकींजवळ असतील, तर त्यांमध्ये व्यतिकरणामुळे संभाषणाचे मिश्रण होते, असे अनेक वेळा अनुभवास येते. (४) तंतू फार कमी जागा व्यापतात. तितकेच कार्य करणाऱ्या तांब्याच्या तारांना जेवढी जागा लागते त्यापेक्षा तंतूंना सु. १,००० पटींनी कमी जागा पुरते. (५) तंतूंमध्ये होणारे शोषणाचे प्रमाण कमी असल्यामुळे तांब्याच्या तारांना जर दर २ किमी.वर पुनःप्रेषण केंद्रे लागत असली, तर तंतूच्या बाबतीत हे अंतर १०-२० पटींनी जास्त असते.

सध्या दूरध्वनी संदेशाचे परिवहन करण्याकरिता या पद्धतीचा उपयोग करण्याच्या योजना कार्यान्वित करण्यात येत आहेत. पारंपरिक तांब्याची तार वापरून मिळणाऱ्या प्रणालीस जर साधारणपणे ७ रू. प्रती मीटर खर्च येत असला, तर प्रकाशीय प्रणालीकरिता हा खर्च ७-१४ रु. पर्यंत जातो. इंग्लंडमध्ये ४५० किमी. लांबीची प्रकाशीय तंतू संदेशवहन योजना प्रस्थापित करण्यात येणार आहे. भारतात पुण्यामध्ये एकाच वेळी १२० बोलाव्यांची (कॉल्सची) सोय असलेली ४·५ किमी. लांबीची प्रकाशीय तंतू दूरध्वनी संदेशवहन योजना १९७९ मध्ये कार्यान्वित करण्यात येणार होती. १९७८ साली जगाच्या बाजारात सु. ३३ कोटी रुपयांच्या प्रकाशीय तंतू सामग्रीकरिता मागणी नोंदविण्यात आली, असा अंदाज आहे.

पहा : लेसर.

संदर्भ :  1. Brookfield, M. Guided Light Dazzles the Electron, New Scientist, April 26, 1979.

            2. Kompfner, R. Optical Communications, Science, Vol. 150, 1965.

            3. Lapedes, D. N. Ed., McGraw-Hill Yearbook of Science and Technology, New York, 1974.

            4. Lapedes, D. N. Ed., McGraw-Hill Yearbook of Science and Technology, New York, 1978.

            5. Pratt, W. K. Laser Communication Systems, New York, 1969.

            6. Yariv, A. Guided-Wave Optics, Scientific, American, January, 1979.              

चिपळोणकर, व. त्रिं. शेंडे, अ. वा.

Close Menu
Skip to content