science
Optics
पडताळलेले उत्तर (Verified)
MPSC सराव प्रश्न:
आधुनिक दूरसंचार प्रणाली डेटा कार्यक्षमतेने प्रसारित करण्यासाठी ऑप्टिकल फायबरचा वापर करतात. कोणती प्रकाशीय घटना या हाय-स्पीड डेटा ट्रान्समिशनला सक्षम करते?
Modern telecommunication systems use optical fibres to transmit data efficiently. Which optical phenomenon enables this high-speed data transmission?
पर्याय (Options):
A
प्रकाशाचे अपस्करण
B
प्रकाशाचे व्यतिकरण
C
अचूक उत्तर (Official Answer)
संपूर्ण आंतरिक परावर्तन
D
प्रकाशाचे अपवर्तन
सविस्तर स्पष्टीकरण (Detailed Explanation):
अचूक उत्तर: पर्याय (3)
योग्य उत्तर संपूर्ण आंतरिक परावर्तन आहे.
स्पष्टीकरण आणि महत्त्वाचे मुद्दे:
• संपूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR) हे मूलभूत तत्त्व आहे जे ऑप्टिकल फायबरला कमीतकमी सिग्नल हानीसह लांब अंतरावर प्रकाश मार्गदर्शित करण्यास अनुमती देते.
• ऑप्टिकल फायबरमध्ये मध्यवर्ती गाभा (Core) असतो ज्याभोवती आवरण (Cladding) नावाचा थर असतो. TIR होण्यासाठी, गाभ्याचा अपवर्तनांक (n_(1)) आवरणाच्या अपवर्तनांकापेक्षा (n_(2)) जास्त असणे आवश्यक आहे.
• जेव्हा एखादा प्रकाश सिग्नल (डेटा दर्शवणारा) फायबरमध्ये सोडला जातो, तेव्हा तो गाभा आणि आवरण यांच्यातील इंटरफेसवर क्रांतिक कोनापेक्षा (critical angle) जास्त असलेल्या आपाती कोनात (angle of incidence) आदळतो.
• कारण कोन क्रांतिक मर्यादेपेक्षा जास्त असतो, प्रकाश अपवर्तनाद्वारे गाभ्यातून बाहेर पडत नाही तर पूर्णपणे गाभ्याच्या घन माध्यमात परत परावर्तित होतो.
• ही प्रक्रिया प्रति मीटर हजारो वेळा पुनरावृत्ती होते, ज्यामुळे प्रकाशाचे स्पंदन फायबरच्या आत प्रभावीपणे अडकते आणि वक्र किंवा सरळ मार्गांनी उच्च वेगाने प्रवास करू शकते.
• संपूर्ण आंतरिक परावर्तनाची कार्यक्षमता हे सुनिश्चित करते की जवळजवळ 100 टक्के प्रकाश ऊर्जा मर्यादित राहते, जे आधुनिक दूरसंचार प्रणालींमध्ये सिग्नल अखंडता राखण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे.
पूरक माहिती:
• प्रकाशाचे अपस्करण
• याचा अर्थ प्रकाशाचे त्याच्या घटक वर्णक्रमीय रंगांमध्ये विभाजन होणे.
• फायबर ऑप्टिक्समध्ये, रंगीत अपस्करणामुळे (chromatic dispersion) पल्स रुंदावू शकते, जे प्रत्यक्षात ट्रान्समिशनचे साधन न बनता बँडविड्थसाठी मर्यादा म्हणून कार्य करते.
• प्रकाशाचे अपवर्तन
• अपवर्तनामध्ये प्रकाश एका माध्यमातून दुसऱ्या माध्यमात जाताना वाकणे समाविष्ट असते.
• जरी अपवर्तनाचा वापर सुरुवातीला फायबरमध्ये प्रकाश जोडण्यासाठी केला जात असला तरी, प्रकाशाची गळती टाळण्यासाठी गाभा-आवरण सीमेवर (core-cladding boundary) अपवर्तन टाळणे हे फायबर डिझाइनचे ध्येय असते.
• प्रकाशाचे व्यतिकरण
• व्यतिकरण ही अशी घटना आहे जिथे दोन तरंग एकमेकांवर आच्छादित होऊन जास्त, कमी किंवा समान आयामाचा (amplitude) परिणामी तरंग तयार करतात.
• याचा वापर इंटरफेरोमीटर आणि विशिष्ट सेन्सरमध्ये केला जातो परंतु मानक दूरसंचार फायबरद्वारे प्रकाश मार्गदर्शित करण्यासाठी ही प्राथमिक यंत्रणा नाही.