ஒளியிழை

ஒளியிழை அல்லது ஒளிநார் அல்லது கண்ணாடி ஒளியிழை (optical fibre அல்லது optical fiber) என்பது மயிரிழை போன்ற மெல்லிய நீளமான பொருளின் நடுவே அதன் அச்சுப்பகுதியில் மட்டுமே சென்று ஒளியைக் கடத்தும் இழை. இது ஓர் அலைநடத்தி போன்று தொழிற்பட்டு இழையின் இரு முனைகளுக்கிடையேயும் ஒளியைக் கடத்தும் தன்மையுடையது. பயன்பாட்டு அறிவியல், பொறியியல் ஆகிய நெறிகளில் ஒளியிழைகளின் வடிவமைப்பு மற்றும் பயன்பாடுகள் இழை ஒளியியல் (fiber optics) என அழைக்கப்படுகின்றது. இதன் பயன்பாடு கணினியின் தரவுகளையும், தொலைபேசியின் குறிகைகளையும் (குறிப்பலைகளையும்) ஒளியின் பண்புகளில் மாற்றங்களாக ஏற்றி, நெடுந்தொலைவு கடத்திச் செல்ல இன்று மிகவும் பயன்படுகின்றது. ஒளியலைகளின் மீது ஏற்றப்பட்ட செய்தி, அல்லது தரவுக்குறிபலைகள், கடலடியே கண்டம் விட்டு கண்டம் தாண்டியும் செலுத்தப் பெறுகின்றன. அதே போல உடலின் உள்ளுறுப்புகளின் பகுதியைச் சோதனை செய்யவும், பிற கருவிகளின் உட்பகுதியைச் சோதனை செய்யவும் படம் எடுத்து அந்தத் தரவுகளை வெளிக்கொணரவும் பயன்படும் ஒளியிழைநோக்கி (fibrescope) போன்ற கருவிகளிலும் இந்த ஒளியிழை (ஒளிநார்) பயன்படுகின்றது.

ஒளியலைகள் மிகுந்த அதிர்வெண் கொண்டவை ஆகையால், கூடுதலான குறிகைகளை ஏற்றி செலுத்த இயலும். இதனால் ஒளியிழைகள் பெரும்பாலும் அதிக கற்றையகலம் (தரவு வேகம்) கொண்டதான, ஒளியிழை தொலைதொடர்புகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. 2010 ஆம் ஆண்டில் கூகுள் நிறுவனம் ஒளியிழை தொலை தொடர்பு தொழில்நுட்பத்தைக்கொண்டு அதிவேக இணைய தொடர்புகள் (அதாவது 1 Gb/s தரவு வேக தொடர்புகள்) கொண்டுவர சில சோதனைகள் செய்துவருகிறது.

இங்கு செப்புக் கம்பிகள் போன்ற மாழைக் கம்பிகளுக்கு மாறாக கண்ணாடியிழைகள் பயன்படுத்தப்படுகிறன, ஏனென்றால் குறிகைகள் (signals) இதனுள் பயணிக்கும் பொழுது அதன் ஆற்றல் குறைவாகவே இழக்கிறது; மேலும் இவை மின்காந்த விளைவுகள் தடுப்பு திறன் கொண்டவையாகும். இவை ஒளியூட்டுவதற்காகவும்  பயன்படுத்துவார்கள்; கோவையாக சேர்த்து இவைகளை ஒரு ஒளியுருவுவை (பிம்பத்தை) கடத்தவும் பயன்படும். இதனை சிறப்பாக வடிவமைத்து தயாரித்தால் பல்வேறு பயன்பாடுகளில் இவை துணை புரியும், எடுத்துக்காட்டாக, ஒளியிழை உணரிகள் மற்றும் இழைச் சீரொளிகள்.

ஒளியிழைகள், முழு அக எதிரொளிப்பு கொண்டதான உள்ளகம் என்ற மையப்பகுதியில் தான் ஒளியை ஓரிடத்தில் இருந்து மற்றையிடங்களுக்கு கடத்தும். இதனாலேயே ஒளியிழைகள் அலைநடத்திகளாக செயலாற்றுகிறது. கண்ணாடி ஒளியிழைகளில் ஒளி பரவும் முறை பொருத்து அதை ஒருமுக பரவல் ஒளியிழைகள் என்றும், பன்முக பரவல் ஒளியிழைகள் என்றும் கூறலாம். பன்முக பரவல் ஒளியிழைகள் பெரும்பாலும் அதிக உள்ளக விட்டம் கொண்டதாகவும், சிறு தொலைவு தொடர்புகளுக்கு மட்டுமே பயன்படுத்துவதாகவும், உயர் ஆற்றலை கடத்துவதாகவும் அமைந்து உள்ளது. ஒருமுக பரவல் ஒளியிழைகள் நெடுதூர அதாவது 550 மீ (1800 அங்குலம்) அளவுக்கு மேற்பட்ட தூரத்திற்கு தகவல் (ஒளி) கடத்தும் பொருளாக பயன்படும்.

ஒளிவடங்களின் நீளத்தை  சேர்ப்பது மின் கம்பிகளை காட்டிலும் மிக கடினமானது ஆகும். அதன் முனைகளை கவனமாக பிளவு செய்யவேண்டியதும், அவைகளை இணைப்பதற்கு மின்பாய்வினால் அதனை உருக்கவோ அல்லது வேறு இயந்திரங் கொண்டோ செய்தல் வேண்டும். களட்டக்கூடிய இணைப்புகளுக்கு தனி வட இணைப்பிகள் பயன்படுத்துவர்.

 வரலாறு  
ஒளியிழைகள் நவீன உலகில் விசாலமாக பயன்படுத்தினாலும், அது மிகவும் எளிதான தொழினுட்பம். 1840களின் ஆரம்பத்திலேயே ஒளியை ஒளிவிலகளால் வழிவகுக்குகையில், ஒளியிழை சாத்தியக் கூறுகளை முதலில் செய்து காட்டியவர்கள் டேனியல் கோள்ளடோன் மற்றும் சாக்கச் பபிநெட் ஆகிய இருவர். ஒரு பன்னிரண்டு ஆண்டுகள் கழிந்து, ஜான் டின்டால் என்பவர் இதனை லண்டன் பொதுச்சபை ஒன்றில் விவரித்தார். ஜான் டின்டால் 1870 ஆம் ஆண்டில் எழுதிய ஒளியின் இயல்பு குறித்த ஒரு அறிமுக நூலில் முழு அக எதிரொளிப்பின் தன்மையை விளக்கியவை பின்வருமாறு : ஒளியானது வாயுவில் இருந்து நீரினுள் கடக்கும் பொழுது , விலகிய ஒளிக்கதிர் செங்குத்தான பகுதியை நோக்கி வளையும் .... ஒளிக்கதிர் நீரில் இருந்து வாயுவினுள் கடந்து செல்லும் பொழுது , செங்குத்தான பகுதியில் இருந்து வளைந்து செல்லும் .

இருபதாம் நூற்றாண்டின் முற்பகுதியில் ஒளியிழைகள் நடைமுறை பயன்பாட்டில் இடம்பெற்றது , உதாரணமாக பல்மருத்துவம் செய்யும் பொழுது பயன்படுத்தப்படும் நெருக்கமான உட்புற ஒளியூட்டம் போன்றவை . கிளாரென்சு கான்செல் மற்றும் தொலைக்காட்சியின் முன்னோடி ஜான் லாகி பார்ட் ஆகியோர்களால் 1920 களில் குழாய் வழி பிம்ப பரிமாற்றமும் செயல்முறை செய்து காட்டப்பட்டது. இந்தக் கொள்கையை பிறகாலத்தில் ஹயின்றிச் லாம் என்பவர் உள்மருத்துவ தேர்வுகளில் பயன்படுத்தினார் . 1952 ஆம் ஆண்டில் நாரிந்தர் கப்பானி என்பவர் நடத்திய சோதனைகளின் விளைவாக ஒளியிழைகள் வடிவமைக்கப்பட்டது . அதன் பிற்காலத்தில் ஒளி ஊடுருவும் ஒளியுறைகளில் பொருத்தமான ஒளிவிலகல் குறிப்பெண் உடையனவாக இருப்பதற்காக கண்ணாடியிழைகளால் இந்த ஒளிவடங்களை பூசினார்கள் . இதன் வளர்ச்சி பின் பிம்ப பரிமாற்றங்களை நோக்கி சென்றது . 1956 ஆம் ஆண்டு , மிச்சிக்கன் பல்கலைக்கழகத்தின் ஆய்வாளர்கள் அரை வளைவுத்தன்மை கொண்ட முதல் கண்ணாடி ஒளியிழை ஒளிப்படக்கருவியை கண்டறிந்தனர் . இந்த கண்ணாடியிழை ஒளிப்படக்கருவியின் வளர்ச்சியில் கர்டிஸ் என்பவர் முதல் கண்ணாடியுறை ஒளியிழைகளை தயாரித்தார் ; வேறு முந்தைய ஒளியிழைகள் சோதிக்கா எண்ணெயகளினாலும் , மெழுகுகளினாலும் உருவாக்கப்பட்ட குறைந்த ஒளிவிலகல் குறிப்பெண் கொண்டனவாகும் . அதன் பின் பலதரப்பட்ட பிம்ப பரிமாற்ற பயன்பாடுகள் தொடர்ந்தன .

கண்ணாடி ஒளியிழைகளை தொலைதொடர்பு  தேவைகளுக்கு முதன்முதலில் மேற்கு ஐரோப்பாவில் 19 ஆம் நூற்றாண்டின் பிற்பகுதியிலும் இருபதாம் நூற்றாண்டின் முற்பகுதியிலும் பயன்படுத்தினார்கள் . அதாவது நோயாளிகளின் வயிற்றில் இருந்து படம் எடுத்து அதனை மருத்துவர்கள் ஆராய்வதற்காக வாகும் . மருத்துவ மற்றும் தொலைக்காட்சிகளின் பற்றாக்குறையினால் 20 ஆம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில் பிம்ப பரிமாற்றங்கள் வெகுவாக வளர்ந்து வந்தது.

தொகொகூ பல்கலைக்கழக்கத்தில் சப்பானிய ஆராட்சியாளர் ஒருவர் 1963 ஆம் ஆண்டில் தொலைதொடர்புகளுக்கு கண்ணாடியிழைகளை பயன்படுத்துவது பற்றி வெளியிட்டுள்ளார் என்று 2004 ஆம் ஆண்டில் இந்தியாவில் வெளிவந்த அவரது புத்தகத்தில் குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது .

 பயன்கள்  
ஒளியிழை தொடர்பு
ஒளியிழை என்பது கணினி வலையிணைப்பு களிலும், தொலைதொடர்புத் துறைகளிலும் ஒரு ஊடகமாக பயன்படுகிறது, ஏனென்றால் இவை எளிய முறையில் ஒளிவடம் செய்வதாகவும் உள்ளது. இது குறிப்பாக வெகு தூர கடத்திகளாக பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஏனென்றால் இவை ஒளியை கடத்தும் பொழுது மின்சார வடத்தினை காட்டிலும் சிதறல்கள் (ஆற்றல் குறைதல்) குறைவாகவே உள்ளது. இவை குறைந்த மீட்டுருவாக்கிகளை கொண்டே வெகு தொலைவு ஒளியை கடத்த பயன்படுகின்றன . இதனோடு , ஒளியிழைகளில் பரவிய ஒற்றை-புகுபாதை ஒளிக் குறிகைகள் கடத்து வீதத்தை உயர்வான 111 Gbps வரை வீச்ச மாற்றங்கள் (modulation) செய்யமுடியும் என்று நிப்பான் தொலைத்தந்தி மற்றும் தொலைபேசி நிறுவனம் குறிப்பிட்டுள்ளது . ஆயினும் 10 அல்லது 40 Gbps உள்ள ஒரு தொடர்பு குறிப்பாக பிரித்த அமைப்புகளாகும் . ஒவ்வொரு ஒளியிழையிலும் எத்தனை புகுபாதைகளை (channels)  வேண்டுமானாலும் அமைக்கலாம் ; ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு ஒளி  அலைநீளத்தை பயன்படுத்தும்  ( அலைநீள பகு பன்னமைப்பு (Wavelength-division Mutiplexing)) . ஒற்றை புகுபாதை தரவு விகிதம் FEC Overhead குறைத்து , புகுபாதையின் எண்ணிக்கையை பெருக்குவது ஒரு ஒளியிழையின் சராசரி தரவு விகிதம் ஆகும் . பெல் ஆய்வகத்தில் நடக்கும் நடப்பு ஆய்வக ஒளியிழை தரவு விகிதம் 155 புகுபாதைகளை அமைத்து சுமார் 7000 கி.மீ தொலைவை 100 Gb/s வேகம் கொண்டதாக உள்ளது .

சிறு தொலைவு பயன்பாடுகளில் , அதாவது ஒரு அலுவலகத்திக்குள் உருவாக்கும் வலையிணைப்பு போன்றவற்றில் , ஒளியிழை வட அமைப்பானது வட நாளங்களின் இடத்தை சேமிப்பதற்காக பயன்படுத்தப்படுகிறது . இது எதனால் என்றால் , நாளிணை காட்-5 ஈத்தர்நெட் வட அமைப்பு போன்று ,   ஒரு ஒளியிழை மின் வடங்களை காட்டிலும் பன்மடங்கு தரவுகளை எடுத்துச்செல்லும். மேலும் இவை மின்சார விளைவுகள் தடுப்பு திறன் கொண்டவை ; வெவ்வேறு வடங்களின் குறிகைகளுக்கிடையில் குறுக்கு பரிமாற்றங்கள் ஏற்படாது ; சூழல் சத்தம் குறிக்கிடாது .

 ஒளியிழை உணரிகள் 
ஒளியிழை உணரிகள் வெப்பம், அழுத்தம், முதலியவற்றை உணரக்கூடிய கருவியாகும் . அவ்வாறு உணரும் தன்மையை வைத்து நாம் உணர்ந்தவையை அளக்கப் பயன்படுத்துகிறோம் . இவ்வகையான ஒளியிழை பெரிதும் ஒளியினை உணர்கின்றன . ஆகையால் இதைக்கொண்டு தரவுகளை , பிம்பங்களை உணரும் அறியும் ஒரு கருவியாக பயன்படுகின்றன .

 வேறு பயன்பாடுகள் 
ஒளியிழைகளை பல்வேறு துறைகளில் பல்வேறு பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்துகின்றனர் . இயற்கை மற்றும் செயற்கை மரங்களுக்கு ஒளியூட்டமாகவும் பயன்படுத்துகின்றனர் . பாதுகாப்பு சாதனமாகவும் , தரவு சரிபார்ப்புகளுக்கும் இதனை பயன்படுத்துகின்றனர் . மின்னூலகத்தில் இதன் பயன்பாடு அலாதியாகும் .

 செயல்முறை கொள்கை 
கண்ணாடி ஒளியிழை என்பது மொத்த உட்புற எதிரொளிப்பினால் ஒளியை தனது நேரச்சில் கடத்தும் உருளையான மின்காப்பு அலைநடத்தி ஆகும் . ஒளியிழை மின்காப்பு பொருளினால் உருவாக்கிய அச்சுள்ளையும் , அதை சுற்றிய மின்காப்பு அச்சுறையையும் கொண்டிருக்கும் . ஒளிக் குறிகையை ஒளியிழையின் அச்சுள்ளிற்குள்ளேயே வைத்திருக்க வேண்டுமென்றால் , அச்சுறையை விட அச்சுள்ளிற்கு ஒளிவிலகல் குறிப்பெண் அதிகமாக இருக்க வேண்டும் . அச்சுளிற்கும் அச்சுறைக்கும் இடையில் உள்ள எல்லைப்பகுதி படிமாற்று ஒளியிழையில் உள்ளார்ப்போல் படிப்படியாகவும் ,சீர்மாற்று ஒளியிழையில் உள்ளார்ப்போல் சீராகவும் இருக்கலாம் .

ஒளிவிலகல் குறிப்பெண் 

ஒளிவிலகல் குறிப்பெண் என்பது ஒரு பொருளில் ஊடுருவும் ஒளியின் வேகத்தை கணிப்பதற்கான வழி ஆகும் . ஒளி வெற்றிடத்தில் தான் வேகமாக செல்ல முடியும் .  வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் நொடிக்கு சுமார் 300,000 கி.மீ இருக்கும் . ஒளியிழையின் அச்சுள்ளில் செல்லும் ஒளியானது அச்சுறையின் சுவர்களில் முன்னும் பின்னுமாக மோதி மோதிச்செல்லும் . அவ்வாறு செல்லும் ஒளியானது தனது எல்லையை சரியாக கடக்க வேண்டும் ஆனால் ஒளியானது மாறுநிலைக் கோணத்தை விட அதிகளவு கோணத்தில் செலுத்தப்படவேண்டும் . இல்லையேல் அவ்வொளி கசிந்து வேறு எல்லைக்கு சென்று விடும் . இந்த குறிப்பிட்ட கோணங்களுக்கு இடையில் உள்ளப் பகுதியை ஏற்புக்கூம்பு என்றழைக்கப்படும் .

மொதத் உட்புற எதிரோளிப்பு

ஒளி அதிக அடர்த்தி பொருளில் இருந்தது குறைந்த அடர்த்தி பொருளுக்கு செல்லும் போது ஒளி விலகல் ஏற்படுகிறது. இந்த ஒளி விலகல் ஒளி விழும் கோணத்தை (Angle of Incidence) பொருத்து வேறுபடுகிறது. இந்த கோணம் அதிகரிக்க  அதிகரிக்க விலகு கோணமும் அதிகரிகின்றது. ஒரு குறிபிட்ட விழும் கோணத்திற்கு விலகு கோணம் 90 டிக்ரி அடைகிறது. அதற்கு மேல் விழும் கோணம் அதிகரிக்கும் பொழுது ஒளி அதே ஊடகத்தினுள் எதிரொளிகப்படுகிறது. இதை மொதத் உட்புற எதிரோளிப்பு (Total Internal Reflection) எனபடுகிறது.

 இவற்றையும் பார்க்க
நரம்பு இழை
வன்நெகிழி
கண்ணாடியிழை

மேற்கோள்கள்

பகுப்பு:பயன்பாட்டு அறிவியல்
பகுப்பு:ஒளியியல்

sr:Оптички кабл