روشنی انتہائی اعلی تعدد کے ساتھ ایک برقی مقناطیسی لہر ہے ، اورآپٹیکل فائبرخود ایک ڈائی الیکٹرک ویو گائڈ ہے۔ لہذا ، آپٹیکل ریشوں میں روشنی کی تشہیر کا نظریہ انتہائی پیچیدہ ہے۔ ایک جامع تفہیم کے لئے برقی مقناطیسی فیلڈ تھیوری ، ویو آپٹکس تھیوری ، اور یہاں تک کہ کوانٹم فیلڈ تھیوری کے بارے میں معلومات کی ضرورت ہے۔
تفہیم کی سہولت کے ل this ، اس درسی کتاب میں جیومیٹرک آپٹکس کے نقطہ نظر سے آپٹیکل ریشوں کے لائٹ - رہنمائی اصول پر تبادلہ خیال کیا گیا ہے ، جو سمجھنے میں زیادہ بدیہی ، بصری اور آسان ہے۔ مزید برآں ، ملٹی موڈ آپٹیکل ریشوں کے لئے ، چونکہ ان کے ہندسی طول و عرض روشنی کی طول موج سے کہیں زیادہ بڑے ہیں ، لہذا روشنی کی لہر کو ایک ہی کرن کی طرح سمجھا جاسکتا ہے ، جو ہندسی آپٹکس کے لئے بنیادی نقطہ آغاز ہے۔
داخلی عکاسی کا کل اصول
"جب روشنی یکساں میڈیم میں پھیلتی ہے تو ، یہ سیدھے لکیر کی سمت میں سفر کرتی ہے ، لیکن جب یہ دو مختلف میڈیا کے مابین انٹرفیس تک پہنچتی ہے تو ، عکاسی اور اضطراب کے مظاہر پائے جاتے ہیں۔ روشنی کی عکاسی اور اضطراب کو شکل 2-4 میں دکھایا گیا ہے۔
عکاسی کے قانون کے مطابق ، عکاسی کا زاویہ واقعات کے زاویہ کے برابر ہے۔ اضطراب کے قانون کے مطابق ، n₁sinθ₁=n₂sinθ₂۔ جہاں N₁ فائبر کور کا اضطراب انگیز اشاریہ ہے۔ N₂ کلڈنگ کا اضطراب انگیز اشاریہ ہے۔
ظاہر ہے ، اگر n₁> n₂ ، تو θ₂> θ₁۔ اگر N₁ to N₂ کا تناسب کسی خاص حد تک بڑھ جاتا ہے تو ، اضطراب زاویہ 90 90 ڈگری سے زیادہ یا اس کے برابر ، اور ریفریکٹڈ لائٹ اب کلیڈنگ میں داخل نہیں ہوگی ، بلکہ فائبر کور اور کلڈیڈنگ (جب ₂=90} ڈگری) کے درمیان انٹرفیس کے ساتھ ساتھ ریفریٹ ہوجائے گی ، یا فائبر کور میں واپس واپس آئے گی۔ اس رجحان کو روشنی کا کل داخلی عکاسی کہا جاتا ہے۔ جیسا کہ شکل 2-5 میں دکھایا گیا ہے۔ "
اضطراب زاویہ کے مطابق واقعات کا زاویہ θ₂=90 ڈگری کو تنقیدی زاویہ (θ₀) کہا جاتا ہے ، جو آسانی سے حاصل کیا جاسکتا ہے۔
یہ سمجھنا آسان ہے کہ جب آپٹیکل فائبر میں کل داخلی عکاسی ہوتی ہے ، کیونکہ تقریبا all تمام روشنی فائبر کور کے اندر پھیلتی ہے ، اور کوئی روشنی کلیڈنگ میں نہیں بچتی ہے تو ، فائبر کی توجہ بہت کم ہوجاتی ہے۔ ابتدائی مرحلہ - انڈیکس آپٹیکل ریشوں کو اس تصور کی بنیاد پر ڈیزائن کیا گیا تھا۔
مرحلہ - انڈیکس آپٹیکل فائبر میں روشنی کا پھیلاؤ
(1) آپٹیکل ریشوں میں روشنی کی کرنوں کا پھیلاؤ تفہیم کی سہولت کے ل we ، ہم سب سے پہلے آپٹیکل ریشوں میں روشنی کی لہروں کے پھیلاؤ کی ایک سادہ سی تفصیل دینے کے لئے کرن کے طریقہ کار کا استعمال کریں گے۔ جب روشنی کی شہتیر کو آخری چہرے سے آپٹیکل فائبر میں جوڑا جاتا ہے تو ، فائبر میں روشنی کی کرنوں کی مختلف شکلیں ہوسکتی ہیں: میریڈیئنل کرنیں اور ترچھا کرنیں۔ چترا 2 {- 6a ایک کرن دکھاتا ہے جو آپٹیکل فائبر کے مرکزی محور 00 'پر مشتمل ہوائی جہاز میں ہمیشہ پھیلتا ہے ، اور ایک پروپیگنڈہ چکر میں مرکزی محور کو دو بار آپس میں جوڑتا ہے۔ اس قسم کی کرن کو میریڈیئنل رے کہا جاتا ہے ، اور آپٹیکل فائبر کے مرکزی محور پر مشتمل طیارے کو میریڈیئنل طیارہ کہا جاتا ہے۔ چترا 2 - 6a میں ایک میریڈیئنل ہوائی جہاز کا MN دکھایا گیا ہے۔ ایک اور قسم وہ ہے جہاں پروپیگنڈہ کے دوران روشنی کی کرن کی رفتار ایک ہی ہوائی جہاز میں نہیں ہوتی ہے اور آپٹیکل فائبر کے مرکزی محور کو آپس میں نہیں ملتی ہے۔ اس قسم کی کرن کو ایک ترچھا رے کہا جاتا ہے ، جیسا کہ شکل 2 - 6b میں دکھایا گیا ہے۔ رے کے طریقہ کار کے نظریہ کا استعمال کرتے ہوئے بھی ترچھا کرنوں کا تجزیہ کافی پیچیدہ ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ترچھا کرنوں کا پھیلاؤ کسی طیارے میں نہیں ہے جیسے میریڈیونل کرنوں کی طرح ہے ، بلکہ تین جہتی جگہ کے اندر ایک سرپل طرز میں ہے ، جیسا کہ شکل 2-6b میں دکھایا گیا ہے۔ تجزیہ کے لئے تین جہتی نقاط کے استعمال کی ضرورت ہوتی ہے ، جو کسی حد تک خلاصہ ہے ، لیکن اس کا بنیادی روشنی کی رہنمائی کا اصول میریڈیئن طریقہ کے برابر ہے ، لہذا ایک تفصیلی تجزیہ فراہم نہیں کیا جاتا ہے۔
(2) مرحلہ - انڈیکس فائبر میں میریڈیئن کی تشہیر ایک مرحلے میں میریڈیئن کا پھیلاؤ - انڈیکس فائبر کو شکل 2 - 7 میں دکھایا گیا ہے۔ ایک سوتیلی انڈیکس فائبر ایک کور پر مشتمل ہوتا ہے جس میں این کے اضطراب انگیز انڈیکس ہوتا ہے2اور N کے اضطراب انگیز اشاریہ کے ساتھ ایک کلیڈنگ1، جہاں n1اور n2مستقل ہیں ، اور n1> n2.
"جب روشنی O ہوا سے داخل ہوتی ہے (n₀= 1) آپٹیکل فائبر اینڈ سطح میں زاویہ φ₁ میں ، روشنی کا ایک حصہ آپٹیکل فائبر میں داخل ہوگا۔ اس وقت ، اسٹیل کے قانون کے مطابق n₀sinφ₁=n₁sinθ₁ ، اور چونکہ فائبر کور ریفریکیٹک انڈیکس ن₁> n₀۔ اگر فائبر کور اور کلیڈنگ انٹرفیس میں θᵢ اہم زاویہ θc =} آرکسن (n₂/n₁) سے چھوٹا ہے ، تو روشنی کا ایک حصہ کلیڈنگ میں پھٹا اور کھو جائے گا ، جبکہ دوسرا حصہ فائبر کور میں واپس ظاہر ہوتا ہے۔ اس طرح ، کئی عکاسیوں اور رد عمل کے بعد ، اس لائٹ رے کو جلدی سے کم کردیا جائے گا۔ اگر φ₁ کم ہوجاتا ہے φ₀ (جیسا کہ لائٹ رے ②) ، تو θᵢ بھی کم ہوجاتا ہے ، جبکہ ᵢ {= 90 ڈگری - θ₁ بڑھتا ہے۔ اگر φ₁ اہم زاویہ θc سے تجاوز کرنے کے لئے بڑھتا ہے ، تو پھر یہ لائٹ رے فائبر کور اور کلیڈنگ انٹرفیس میں مکمل داخلی عکاسی سے گزر جائے گی ، جس میں تمام توانائی فائبر کور میں ظاہر ہوتی ہے۔ جب یہ ایک بار پھر فائبر کور اور کلیڈنگ انٹرفیس کو پھیلانے اور ان کا مقابلہ کرتا رہتا ہے تو ، کل داخلی عکاسی ایک بار پھر ہوتی ہے۔ اس عمل کو دہراتے ہوئے ، روشنی کو ایک سرے سے دوسرے سرے تک زگ زگ کے راستے پر منتقل کیا جاسکتا ہے۔
آئیے تجزیہ کریں کہ آپٹیکل فائبر کے ایک سرے سے دوسرے سرے تک روشنی منتقل کرنے کے لئے کتنا چھوٹا ہونا ضروری ہے۔
فرض کرتے ہوئے φ₁=φ₀ ، پھر θC=θc₀ ، θᵢ=θc ، n₀=1 ، ہمارے پاس ہے: n₀sinφ₀=n کی - θc)=n₁cosθc
اس طرح ہمارے پاس ہے: sinll₀ {= n₁cosθc=n₁√ (1 - sin²θc)= n₁ کل (1 - (n₂/n₁)} (n₂/n₁) {7 {7 {7 {7) - n₂²)
مساوات میں ، آپٹیکل فائبر کا نسبتا اضطراب انڈیکس فرق ہے ، Δ=(n₁² - n₂²)/(2n₁²) ≈ (n₁ - n₂)/n₁.
اس سے یہ دیکھا جاسکتا ہے کہ جب تک آپٹیکل فائبر کے اختتام کی سطح پر واقعہ کا زاویہ φ₁ سے کم یا اس کے برابر ہے ، فائبر کور میں کل داخلی عکاسی کے ذریعے روشنی کو منتقل کیا جاسکتا ہے۔ φ₀ کو آپٹیکل فائبر اینڈ سطح کا زیادہ سے زیادہ واقعہ زاویہ کہا جاتا ہے ، اور 2φ₀ روشنی کے لئے آپٹیکل فائبر کا زیادہ سے زیادہ قبولیت زاویہ ہے۔ "
۔
"()) عددی یپرچر: چونکہ N₁ اور N₂ کے درمیان فرق چھوٹا ہے ، لہذا آپٹیکل فائبر کے اختتام کی سطح پر زیادہ سے زیادہ واقعہ کے زاویہ کا جھاڑو جب آپٹیکل فائبر میں کل داخلی عکاسی ہوتی ہے تو وہ آپٹیکل فائبر کے عددی یپرچر کو کہا جاتا ہے ، عام طور پر NA (عددی ایکپرچر) کے نام سے منسوب کیا جاتا ہے ، IE:
نا=sinl₀=n₁ پڑوسی=} √ (n₁² - n₂²)
یہ مساوات آپٹیکل فائبر کی روشنی - جمع کرنے کی صلاحیت کا اظہار کرتی ہے۔ کسی بھی واقعہ کی روشنی φ₀ سے چھوٹی واقعہ زاویہ کے ساتھ کر سکتی ہے جس سے اندرونی عکاسی کی کل حالت پوری ہوسکتی ہے اور محوری سمت کے ساتھ پھیلنے کے لئے فائبر کور کے اندر قید ہوجائے گی۔ یہ دیکھا جاسکتا ہے کہ آپٹیکل فائبر کا عددی یپرچر رشتہ دار اضطراب انڈیکس فرق کے مربع جڑ کے لئے براہ راست متناسب ہے۔ دوسرے لفظوں میں ، فائبر کور اور کلیڈنگ کے مابین اضطراب انگیز اشاریہ کا فرق جتنا زیادہ ، آپٹیکل فائبر کا عددی یپرچر اتنا ہی بڑا ، اور اس کی روشنی - اکٹھا کرنے کی صلاحیت زیادہ سے زیادہ ہے۔ "
درجہ بندی - رنگ آپٹیکل فائبر میں روشنی کا پھیلاؤ
گریڈڈ - انڈیکس فائبر کے بنیادی حصے کا اضطراب انگیز اشاریہ مستقل نہیں ہے۔ یہ آہستہ آہستہ بڑھتے ہوئے فائبر رداس کے ساتھ کم ہوتا ہے جب تک کہ یہ کلیڈنگ کے اضطراب انگیز اشاریہ کے برابر نہ ہو ، جیسا کہ شکل 2 - 8 میں دکھایا گیا ہے۔ گریڈڈ انڈیکس فائبر میں روشنی کے پھیلاؤ کا تجزیہ کرنے کے لئے ، ریاضی میں "لازمی تعریف" کی طرح ایک طریقہ استعمال کیا جاسکتا ہے۔ سب سے پہلے ، فائبر کور کو متعدد مرتکز پتلی بیلناکار پرتوں میں تقسیم کیا گیا ہے۔ ہر پرت بہت پتلی ہوتی ہے ، اور اس کا اضطراب انگیز اشاریہ ہر پرت کے اندر تقریبا مستقل ہوتا ہے۔ ملحقہ پرتوں کے مابین اضطراب انگیز انڈیکس میں ایک چھوٹا سا قدم فرق ہے۔
میریڈیئنل ہوائی جہاز اور گریڈڈ - انڈیکس آپٹیکل فائبر کی پرتیں شکل 2-8 میں دکھائی گئی ہیں۔ ہر پرت کے اضطراری اشارے مندرجہ ذیل تعلقات کو پورا کرتے ہیں: n (rO) > n(r1)>n(r2)>n(r4)>…>n (r) ، جب روشنی کی کرن ایک میڈین زاویہ پر آپٹیکل فائبر کے آخری چہرے سے واقعہ ہوتی ہے تو ، مختلف اضطراب اشاریہ کے ساتھ ملٹی لیئرڈ آپٹیکل فائبر میں اس کا پھیلاؤ شکل 2-8 میں دکھایا گیا ہے۔ جب کرن θ کے واقعے کے زاویہ پر پرتوں 1 اور 2 کے درمیان انٹرفیس پر حملہ کرتی ہے ، چونکہ کرن ایک کم گھنے میڈیم تک ڈینسر میڈیم سے سفر کر رہی ہے ، لہذا اس کا اضطراب کا زاویہ θ سے بڑا ہوگا۔ جیسا کہ اعداد و شمار میں دکھایا گیا ہے ، اس کے بعد یہ کرن 2 اور 3 کے درمیان انٹرفیس کو θ کے نئے واقعے کے زاویہ کے ساتھ ، اور اسی طرح کے ساتھ پھیلائے گی۔ چونکہ روشنی ہمیشہ کم گھنے میڈیم میں ڈینسر میڈیم سے پھیلتی ہے ، اس کے واقعات کا زاویہ آہستہ آہستہ بڑھتا ہے ، یعنی ، θ<><><><θ5", until="" at="" a="" certain="" interface="" (interface="" u="" in="" the="" diagram),="" the="" angle="" of="" incidence="" exceeds="" the="" critical="" angle,="" at="" which="" point="" total="" internal="" reflection="" occurs.="" afterward,="" the="" light="" travels="" along="" a="" perfectly="" symmetrical="" trajectory,="" layer="" by="" layer,="" from="" less="" dense="" to="" denser,="" towards="" the="" central="" axis.="" at="" this="" point,="" the="" angle="" of="" incidence="" decreases="" as="" the="" light="" propagates="" towards="" the="" center="" due="" to="" the="" increasing="" refractive="" index="" of="" each="" layer,="" and="" the="" light="" crosses="" the="" central="" axis.="" since="" the="" refractive="" index="" distribution="" below="" the="" central="" axis="" is="" exactly="" the="" same="" as="" above,="" after="" passing="" the="" central="" axis,="" the="" light="" is="" essentially="" propagating="" from="" a="" denser="" medium="" to="" a="" less="" dense="" medium="" again,="" and="" its="" angle="" of="" incidence="" gradually="" increases,="" subsequently="" undergoing="" total="" internal="" reflection="" and="" returning="" to="" the="" central="" axis.="" then,="" it="" again="" enters="" the="" interface="" of="" layers="" 1="" and="" 2="" at="" an="" angle="" θ,="" and="" the="" cycle="" repeats.="" in="" this="" way,="" light="" can="" be="" transmitted="" from="" one="" end="" to="" the="">
.
