તંતુપ્રકાશિકી

તંતુપ્રકાશિકી (fibre optics) : કાચ અથવા પ્લાસ્ટિકના પારદર્શક તંતુઓ વડે પ્રકાશના ગુણક, પૂર્ણ આંતરિક પરાવર્તન(multiple total internal reflection)ના સિદ્ધાંત પર રચાયેલી ભૌતિકશાસ્ત્રની એક શાખા. આવા પ્રાકાશિક તંતુઓ અમુક સેન્ટિમીટર જેટલા નાના અંતરથી તે 160 કિલોમીટર કરતાં વધુ અંતર સુધી પ્રકાશનું વહન કરતા  હોય છે. તંતુઓ એકલા કે સમૂહમાં કાર્ય કરતા હોય છે. કેટલાક તંતુઓનો વ્યાસ 0.004 મિલીમીટર કરતાં પણ ઓછો હોય છે. (0.004 મિલીમીટર = એક મીટરના એકસરખા 10 લાખ ભાગમાંથી 4 ભાગ.)

પ્રાકાશિક તંતુને અતિ પારદર્શક એવો કાચનો મધ્યવર્તી ભાગ હોય છે, જેની આસપાસ ક્લૅડિંગ તરીકે ઓળખાતું એક આવરણ આવેલું છે. ક્ષારણ (corrosion) અટકાવવા માટે એક ધાતુનું બીજી ધાતુ ઉપર આવરણ ચઢાવવાની ક્રિયાને ક્લૅડિંગ કહે છે. લેસરનો પ્રકાશ, વિદ્યુતગોળાનો પ્રકાશ કે અન્ય કોઈ સ્રોતમાંથી આવી રહેલો પ્રકાશ, પ્રાકાશિક તંતુના એક છેડેથી દાખલ થાય છે. તેમ તેને ‘ક્લૅડિંગ’ વડે તેની અંદર જ રાખવામાં આવે છે. અંદરની સપાટી ઉપર અથડાતાં પ્રકાશકિરણોને ‘ક્લૅડિંગ’ અંદરની તરફ વાળે છે અથવા તો તેમનું પરાવર્તન કરે છે. તંતુના બીજા છેડે પ્રકાશસંવેદી યુક્તિ (photosensitive device) કે માનવચક્ષુ વડે પ્રકાશને ગ્રહણ કરવામાં આવે છે. જુઓ નીચેની આકૃતિ :

તંતુપ્રકાશિકીના પ્રકાર : તેમના મુખ્યત્વે બે પ્રકાર છે : (i) એકલ પ્રકારના (single mode) તંતુઓ અને (ii) બહુસંખ્યક પ્રકારના (multi mode) તંતુઓ. એકલ પ્રકારના તંતુનો ઉપયોગ લાંબા અંતરના સંચારણ માટે થાય છે. તેમનો મધ્યવર્તી ભાગ ખૂબ નાનો હોય છે.  અને અક્ષીય (axial) દિશામાંનો પ્રકાશ જ તેમાંથી પસાર થઈ શકે છે. આને કારણે એકલ પ્રકારના તંતુમાં પ્રકાશના સ્રોત તરીકે ખાસ પ્રકારના લેસરની આવશ્યકતા રહેલી છે. અને તેમને પરિશુદ્ધ રીતે (precisely) લેસર, તંત્રમાંના અન્ય તંતુઓ તથા જ્ઞાપક સાથે જોડવામાં આવે છે. બહુસંખ્યક  પ્રકારના તંતુનો મધ્યવર્તી  ભાગ, એકલ પ્રકારના તંતુ કરતાં મોટો હોય છે અને તેમાં જુદી જુદી દિશામાંથી આવતો પ્રકાશ પસાર થઈ શકે છે. બહુસંખ્યક પ્રકારના તંતુમાં અનેક પ્રકારના પ્રકાશસ્રોત વાપરી શકાય છે; પણ તેમનો ઉપયોગ લાંબા અંતર માટે થઈ શકતો નથી.

પ્રાકાશિક તંતુના ઉપયોગ : પ્રાકાશિક તંતુના અનેક ઉપયોગ છે. પ્રાકાશિક તંતુ સંચાર (communication) પદ્ધતિમાં, વિશિષ્ટ પ્રકારના લેસર ખૂબ ત્વરિત ઝડપે ઝબકારાઓ ચાલુ બંધ કરીને, સાંકેતિક સંદેશાઓનું સંચારણ કરે છે. પ્રાકાશિક તંતુ દ્વારા સંદેશાનું વહન અર્થઘટન (interpretation) કરતી યુક્તિઓ પ્રતિ થાય છે, જ્યાં સંદેશાનું સાંકેતિક ભાષામાંથી સાદી ભાષામાં રૂપાંતર કરી મૂળભૂત સંકેતમાં રૂપાંતર કરે છે. તંતુપ્રકાશિકી સંચારપદ્ધતિમાં ઘણી-બધી વિશિષ્ટતાઓ છે જેને લીધે ચીલાચાલુ (પ્રણાલીગત) તાંબાનાં દોરડાં(cables)વાળી પદ્ધતિ કરતાં ઉત્કૃષ્ટ બને છે. તેમની માહિતી વહન કરવાની ક્ષમતા ઘણી હોય છે. તેમને વૈદ્યુત નડતરની કોઈ અસર થતી નથી. ગુરુ-અંતર તંતુ પ્રકાશિકી કેબલ દ્વારા મોકલાવાતા સંકેત માટે, તેટલી જ લંબાઈના તાંબાના કેબલ દ્વારા મોકલાવાતા સંકેત કરતાં, ઓછું વિવર્ધન (amplification) જોઈએ છે. રેડિયોતરંગો કે તાંબાના તાર ઉપરથી પસાર થતા તરંગો કરતાં પ્રકાશના તરંગોની સંકેત વહન કરવાની ક્ષમતા ઘણી વધારે હોય છે. આથી તંતુમાં થઈને પસાર થતા પ્રકાશના તરંગો જુદા જુદા અસંખ્ય સંકેતો લઈ જઈ શકે છે. કાચનો તંતુ એક સાથે 1300 ટેલિફોન સંદેશા લઈ જઈ શકે છે. જ્યારે તાંબાનો તાર તો માત્ર 24 જ સંદેશા લઈ જઈ શકે છે. પ્રાકાશિક તંતુઓમાં લેસર કિરણોના ઉપયોગથી હજારો કિલોમીટર સુધી સંદેશા પહોંચાડી શકાય છે. યુ.એસ. અને યુ.કે. વચ્ચે ઍટલૅન્ટિક તથા પૅસિફિક સમુદ્રમાં રાખેલા તંતુ પ્રાકાશિક તાર મારફતે સંદેશાસંચારપદ્ધતિ આજે કાર્યરત છે, હવે તો ઍન્ટેના મારફતે થતા પ્રસારણને બદલે દૂરદર્શનના કાર્યક્રમ તંતુપ્રાકાશિક તાર દ્વારા પ્રસારિત થઈ શકશે. આમ આવા તારના ઉપયોગથી ટેલિવિઝન ઉપર કેટલીય વધુ ચૅનલો કામ કરતી થાય છે.

ભારતની કેટલીક પ્રયોગશાળાઓમાં ખાસ પ્રકારના કાચની પ્રૌદ્યોગિકી (technology) વિકસાવવામાં આવી છે; જેના ઉપયોગથી વિશિષ્ટ આવરણવાળા તંતુઓ તૈયાર કરી શકાય તેમ છે, જેને લીધે શક્તિના ઓછામાં ઓછા વ્યયથી આંતરિક પરાવર્તન શક્ય બને.

વૈદકીય ઉપયોગ માટે તંતુપ્રકાશિકી ખૂબ અનુકૂળ છે. રક્તવાહિની, ફેફસાં અને શરીરના પોલાણવાળા ભાગમાં દાખલ કરવા માટે તેમને એકદમ પાતળા નમ્ય (flexible) તાંતણા સ્વરૂપે બનાવવામાં આવે છે. વાઢકાપ કર્યા સિવાય, દાક્તરને શરીરના આંતરિક ભાગોનું નિરીક્ષણ (endoscopy) કરવા માટેના એન્ડોસ્કોપ જેવાં ઘણાં બધાં સાધનોમાં તંતુપ્રકાશિકોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

સંધિવા(arthritis)ના દર્દીના સાંધાઓનું નિરીક્ષણ કરવા માટેના આર્થોસ્કોપને દાખલ કરવામાં આવે છે. તેનો વ્યાસ 2થી 5 મિલીમીટર જેટલો હોય છે. આર્થોસ્કોપની તંતુપ્રકાશિકી દ્વારા પ્રકાશનું સંચારણ કરવાથી, સાંધો પ્રકાશિત થાય છે. આર્થોસ્કોપ સાથે જોડેલા ટેલિવિઝન સેટના પડદા ઉપર સાંધાની આંતરિક છબી મળે છે. બીજો છેદ બનાવી તેમાંથી વાઢકાપનાં સૂક્ષ્મ શસ્ત્રો દાખલ કરી ટીવીની સહાયથી દાક્તર શસ્ત્રક્રિયા કરે છે. આર્થોસ્કોપનો ફાયદો એ છે કે દાક્તર ખૂબ જ ચોક્કસ નિદાન કરી શસ્ત્રક્રિયા કરે છે જે પીડાકારક હોતી નથી. તેમ જ ટૂંક સમયમાં પૂરી થતી હોય છે. આર્થોસ્કોપની મદદથી દાક્તર મુખ્યત્વે ખભો, કોણી, કમર અને ઘૂંટણના સાંધાની શસ્ત્રક્રિયા કરી શકે છે.

પરંપરાગત પ્રૌદ્યોગિકીને બદલે તંતુપ્રાકાશિક પ્રૌદ્યોગિકી વધુ લાભકારક છે. પ્રાકાશિક તંતુ તદ્દન હલકા અને મજબૂત હોય છે. સંદેશાવહન માટે તાંબાના તાર કરતાં પ્રાકાશિક તંતુ ઘણા સસ્તા પડે છે. કેટલીક વખત રેડિયોમાં વિદ્યુતફેરફારને લીધે જે ઘોંઘાટ સાંભળવા મળે છે તેવો ઘોંઘાટ તંતુપ્રકાશિકીમાં જોવા મળતો નથી, કારણ કે તે પ્રકાશના તરંગોનું વહન કરે છે અને પ્રકાશના તરંગો સામાન્ય વિક્ષોભ(disturbance)થી પર હોય છે. લશ્કરી અને અન્ય પ્રસારણમાં જેમ બને છે તેમ  તંતુપ્રકાશિકી વડે થતા પ્રસારણમાં સંદેશા એકદમ ભેગા (jam) થઈ જતા નથી. એવો સમય દૂર નથી જ્યારે ટીવી, કમ્પ્યૂટર અને ઇલેક્ટ્રૉનિક ટપાલ વગેરે તંતુપ્રકાશિકી વડે કામ કરતાં થશે.

એરચ મા. બલસારા