प्रकाश कैसे संचरित होता है: परावर्तन, मोड, न्यूमेरिकल अपर्चर

फ़ाइबर एक वेवगाइड है: काँच का एक कोर, जो थोड़े कम रिफ़्रैक्टिव इंडेक्स वाले काँच से घिरा होता है, ताकि उथले कोण पर बाउंड्री से टकराने वाला प्रकाश बाहर निकलने के बजाय वापस परावर्तित हो जाए। इसी एक तथ्य से सिंगल-मोड और मल्टीमोड फ़ाइबर के बीच के अंतर निकलते हैं, वह एक्सेप्टेंस एंगल जो तय करता है कि सोर्स का कितना प्रकाश अंदर जाता है, वह वजह जिससे तीखा बेंड प्रकाश को लीक करता है, और वे OM1–OM5 और OS2 ग्रेड जिनका डेटाशीट ज़िक्र करती हैं। यह पेज उस भौतिकी को उतनी गहराई तक कवर करता है जितनी लिंक डिज़ाइन में इस्तेमाल होती है।

फ़ाइबर की संरचना

लेयर	डायमीटर	मटीरियल	भूमिका
कोर	9 µm (सिंगल-मोड), 50 या 62.5 µm (मल्टीमोड)	जर्मेनियम-डोप्ड सिलिका (ज़्यादा इंडेक्स)	प्रकाश ले जाता है
क्लैडिंग	125 µm	प्योर या फ़्लोरीन-डोप्ड सिलिका (कम इंडेक्स)	टोटल इंटरनल रिफ़्लेक्शन से प्रकाश को सीमित रखती है
कोटिंग	250 µm (या 200 µm)	एक्रिलेट	मैकेनिकल सुरक्षा; केबल में कलर-कोडेड
बफ़र / जैकेट	900 µm टाइट बफ़र, या लूज़ ट्यूब	प्लास्टिक	हैंडलिंग; ऑप्टिक्स का हिस्सा नहीं

कोर और क्लैडिंग के बीच रिफ़्रैक्टिव-इंडेक्स का अंतर बहुत छोटा होता है — लगभग 0.3–0.5 % — लेकिन यह काफ़ी है क्योंकि प्रकाश लगभग अक्ष के समानांतर चलता है।

टोटल इंटरनल रिफ़्लेक्शन और न्यूमेरिकल अपर्चर

सघन से कम सघन माध्यम में जाने वाला प्रकाश अभिलंब से दूर मुड़ता है; क्रिटिकल एंगल से आगे यह पूरी तरह परावर्तित हो जाता है। फ़ाइबर में इसका मतलब है कि अक्ष के चारों ओर एक शंकु के भीतर की किरणें फँस जाती हैं। हवा में उस शंकु का अर्ध-कोण न्यूमेरिकल अपर्चर से तय होता है:

फ़ाइबर	NA	एक्सेप्टेंस अर्ध-कोण	मतलब
सिंगल-मोड G.652	≈ 0.12–0.14	≈ 7–8°	सिर्फ़ एक संकरी, सही निशाने वाली बीम ही कपल होती है — सिर्फ़ लेज़र सोर्स
मल्टीमोड 50 µm (OM2–OM5)	0.20	≈ 11.5°	चौड़ा एक्सेप्टेंस — VCSEL और LED आसानी से कपल हो जाते हैं
मल्टीमोड 62.5 µm (OM1)	0.275	≈ 16°	सबसे चौड़ा; लेगेसी

ज़्यादा NA = आसान कपलिंग लेकिन ज़्यादा मोड और ज़्यादा मोडल डिस्पर्शन।

मोड

मोड एक स्थिर फ़ील्ड पैटर्न है जो गाइड में आगे बढ़ सकता है। कितने मोड मौजूद हैं यह कोर साइज़, NA और तरंगदैर्ध्य (V-नंबर) पर निर्भर करता है:

फ़ाइबर	850 nm पर मोड	1310 nm पर मोड	नतीजा
9 µm सिंगल-मोड	— (फ़्यू-मोड होता)	1	मोडल डिस्पर्शन नहीं; रीच क्षीणन और क्रोमैटिक डिस्पर्शन से तय होती है
50 µm मल्टीमोड	सैकड़ों	~100	मोडल डिस्पर्शन बैंडविड्थ × दूरी को सीमित करता है (डिस्पर्शन और बैंडविड्थ)
62.5 µm मल्टीमोड	~1 000	—	सबसे ज़्यादा मोडल डिस्पर्शन

सिंगल-मोड फ़ाइबर सिंगल-मोड सिर्फ़ अपनी कटऑफ़ तरंगदैर्ध्य से ऊपर होता है (G.652 के लिए ≈ 1 260 nm): 850 nm पर यह कई मोड ले जाता है, इसी वजह से सिंगल-मोड फ़ाइबर पर 850 nm SR मॉड्यूल ठीक से काम नहीं करता, और इसी वजह से “1310/1550 पर सिंगल-मोड” यह जोड़ी बनती है (फ़िज़िकल मिसमैच)।

स्टेप-इंडेक्स और ग्रेडेड-इंडेक्स

प्रोफ़ाइल	इंडेक्स का आकार	इस्तेमाल कहाँ	असर
स्टेप-इंडेक्स	स्थिर कोर इंडेक्स, क्लैडिंग तक अचानक स्टेप	सिंगल-मोड फ़ाइबर	एक मोड के लिए अप्रासंगिक
ग्रेडेड-इंडेक्स	पैराबॉलिक: अक्ष पर सबसे ऊँचा, क्लैडिंग की ओर घटता हुआ	सभी टेलीकॉम मल्टीमोड (OM1–OM5)	बाहरी किरणें ज़्यादा दूरी तय करती हैं लेकिन तेज़ी से (कम इंडेक्स), इसलिए मोड लगभग साथ पहुँचते हैं — स्टेप-इंडेक्स के मुक़ाबले मोडल डिस्पर्शन 100× कम

ग्रेडेड प्रोफ़ाइल की क्वालिटी ही OM3 (2 000 MHz·km) को OM4 (4 700 MHz·km) से अलग करती है: वही ज्योमेट्री, बस एक ज़्यादा सटीक इंडेक्स कर्व।

मोड फ़ील्ड डायमीटर और कपलिंग लॉस

सिंगल-मोड फ़ाइबर में प्रकाश सिर्फ़ 9 µm कोर तक सीमित नहीं रहता; इसका मोड फ़ील्ड डायमीटर (MFD) 1310 nm पर ≈ 9.2 µm और 1550 nm पर ≈ 10.4 µm होता है। अलग-अलग MFD वाले दो फ़ाइबर, या कनेक्टर पर लेटरल ऑफ़सेट, प्रकाश खो देते हैं:

मिसमैच	लॉस
1 µm लेटरल ऑफ़सेट (SMF)	≈ 0.2 dB
2 µm लेटरल ऑफ़सेट	≈ 0.8 dB
MFD 9.2 बनाम 10.4 µm (G.652 से G.657.B या DSF)	≈ 0.1–0.3 dB
50 µm से 62.5 µm कोर में	≈ 0 dB (लॉस दूसरी दिशा में होता है)
62.5 µm से 50 µm कोर में	2–4 dB
SMF से MMF में	जॉइंट पर ≈ 0 dB लेकिन मोड एक्साइट होते हैं → मोडल नॉइज़
MMF से SMF में	> 10 dB

इसीलिए “कभी 50 और 62.5 न मिलाएँ” और “कभी सिंगल- और मल्टीमोड न मिलाएँ” जैसे नियम बने हैं (कनेक्टर और फ़ाइबर टाइप)।

बेंड लॉस

बेंड टाइप	कारण	असर
मैक्रोबेंड	~30 mm (स्टैंडर्ड SMF) से कम रेडियस, टाइट केबल टाई, दरवाज़े	प्रकाश क्लैडिंग से बाहर निकल जाता है; लॉस तरंगदैर्ध्य के साथ तेज़ी से बढ़ता है — 1310 nm पर ठीक चलने वाला लिंक 1550 nm पर फ़ेल हो जाता है, और 1625 nm का टेस्ट वे बेंड ढूँढ लेता है जो 1310 nm छोड़ देता है
माइक्रोबेंड	केबल स्ट्रेस, ठंड, दबाव से सूक्ष्म अक्ष विचलन	ब्रॉडबैंड लॉस बढ़ोतरी
बेंड-असंवेदनशील फ़ाइबर G.657.A1/A2/B3	ट्रेंच-असिस्टेड इंडेक्स प्रोफ़ाइल	10–7.5–5 mm रेडियस की इजाज़त; इनडोर, FTTH ड्रॉप और डेंस पैनल में इस्तेमाल होता है

मल्टीमोड बेंड को ज़्यादा बर्दाश्त कर लेता है, लेकिन पहले हाई-ऑर्डर मोड खोता है, जिससे इसकी बैंडविड्थ बदल जाती है।

एक टेबल में फ़ाइबर ग्रेड

ग्रेड	कोर	तरंगदैर्ध्य	बैंडविड्थ (850 nm पर EMB)	क्षीणन	स्टैंडर्ड
OM1	62.5 µm	850 / 1300	200 MHz·km	3.5 / 1.5 dB/km	ISO 11801, TIA-492AAAA
OM2	50 µm	850 / 1300	500	3.5 / 1.5	TIA-492AAAB
OM3	50 µm	850 (लेज़र-ऑप्टिमाइज़्ड)	2 000	3.0 / 1.5	TIA-492AAAC
OM4	50 µm	850	4 700	3.0 / 1.5	TIA-492AAAD
OM5	50 µm	850–953 (वाइडबैंड)	850 पर 4 700, 953 पर 2 470	3.0 / 1.5	TIA-492AAAE
OS1 / OS1a	9 µm	1310 / 1550	—	1.0 / 1.0 (इनडोर टाइट-बफ़र्ड)	ISO 11801
OS2	9 µm	1310 / 1383 / 1550	—	0.4 / 0.4 / 0.4 (लूज़ ट्यूब, लो वॉटर पीक)	ISO 11801; ITU-T G.652.D
G.657.A/B	9 µm	OS2 जैसा	—	OS2 जैसा	बेंड-असंवेदनशील
G.655 / G.654	9 µm	1550	—	0.2 / 0.17	DWDM के लिए NZ-DSF; लॉन्ग हॉल के लिए अल्ट्रा-लो-लॉस

PMD और ग्रेड के हिसाब से रीच: रीच टेबल।

ट्रांसीवर पर इसका क्या मतलब है

मॉड्यूल का कनेक्टर टाइप और फ़ाइबर टाइप प्लांट से मेल खाना चाहिए: OM3/OM4 पर SR/SR4, बाक़ी सब OS2 पर।
किसी लेज़र की लॉन्च कंडीशन (VCSEL के लिए एनसर्कल्ड फ़्लक्स) स्टैंडर्ड से तय होती है, ताकि मल्टीमोड बैंडविड्थ के आँकड़े सही रहें — स्पेक से बाहर मॉड्यूल टेबल के वादे से कम रीच देता है।
मल्टीमोड फ़ाइबर पर सिंगल-मोड मॉड्यूल (मोड-कंडीशनिंग पैच कॉर्ड के साथ) 1G का एक तरीक़ा था (OM1 पर 1000BASE-LX); यह 10G+ तक नहीं बढ़ता।

CodingBox में

मॉड्यूल होस्ट को बताता है कि वह किस फ़ाइबर के लिए है: कनेक्टर कोड, तरंगदैर्ध्य और SMF, OM1, OM2, OM3 और OM4 के लिए लंबाई फ़ील्ड — ऊपर वाले वही ग्रेड। CodingBox इन्हें दिखाता है, ताकि मॉड्यूल के बेंच छोड़ने से पहले ही फ़ाइबर का सवाल तय हो जाए (Check transceiver, मेमोरी मैप)।

ये सिद्धांत जो स्टैंडर्डाइज़्ड फ़ाइबर बनाते हैं — ITU-T G.652 से G.657, OM1–OM5 मल्टीमोड ग्रेड, स्पेशल्टी फ़ाइबर, अलग-अलग फ़ाइबर के बीच जॉइंट लॉस, और इंस्टॉल की गई चीज़ की पहचान कैसे करें: फ़ाइबर टाइप।

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