3.1 আলোক উৎস

ফাইবার অপটিক জাইরোর মধ্যে আলোক উৎস হল আলোক সংকেতের শুরু। এর প্রধান কাজ হল স্থিতিশীল আলো তৈরি করা এবং এটিকে সিস্টেমে পাঠানো। সাধারণত কম সুসংগত আলো ব্যবহার করা হয়, যেমন SLD বা ASE আলোক উৎস।

চিত্র 3.3 FOG আলোক উৎস

উৎস থেকে নির্গত আলো প্রথমে একটি কাপলারে প্রবেশ করে, যা আলোকরশ্মিকে দুটি ভাগে বিভক্ত করে এবং সেগুলিকে আলাদাভাবে পরবর্তী অপটিক্যাল পথে (ফাইবার অপটিক্স) প্রেরণ করে। কাপলারের মাধ্যমে, মূল একক-পথের আলো ঘড়ির কাঁটার দিকে এবং ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে উভয় দিকেই বিস্তার লাভ করে, যা পরবর্তীকালে স্যাগনাক প্রভাব ব্যবহারের ভিত্তি স্থাপন করে।

3.2 কাপলার

একটি অপটিক্যাল ফাইবার কাপলার হল একটি ফাইবার অপটিক উপাদান যা অপটিক্যাল সংকেতগুলিকে পুনর্বিন্যাস করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। এর মধ্যে বিভিন্ন ফাইবার অপটিক ডিভাইস রয়েছে যেমন অপটিক্যাল স্প্লিটার, অপটিক্যাল কম্বাইনার এবং অপটিক্যাল কাপলার। এই উপাদানটি হয় একটি একক ফাইবার থেকে একাধিক ফাইবার-এ সংকেত বিতরণ করতে পারে বা একাধিক ফাইবার থেকে একটি একক ফাইবার-এ সংকেত একত্রিত করতে পারে।

(1) X-টাইপ কাপলারচিত্র 3.4 অপটিক্যাল ফাইবার কাপলার

X-কাপলার একটি একক প্যাকেজের মধ্যে একটি স্প্লিটার এবং একটি কম্বাইনারের কাজকে একত্রিত করে। এটি দুটি ইনপুট ফাইবার থেকে অপটিক্যাল পাওয়ার একত্রিত করে এবং বিতরণ করে, তারপর এটি দুটি আউটপুট ফাইবার-এ আলাদাভাবে প্রেরণ করে। এটিকে 2×2 কাপলারও বলা হয়।

চিত্র 3.5 X-টাইপ কাপলার (2x2)

(2) Y-ওয়েভগাইড

একটি Y-জংশন ওয়েভগাইড হল এক প্রকার Y-আকৃতির কাপলার যাতে একটি স্বতন্ত্র Y-কনফিগারেশন রয়েছে।

উৎস থেকে আলো Y ওয়েভগাইডের উপর আপতিত হয় এবং Y-শাখা ওয়েভগাইড দ্বারা দুটি আলোকরশ্মিতে বিভক্ত হয়। এই রশ্মিগুলি যথাক্রমে ঘড়ির কাঁটার দিকে এবং ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে ফাইবার কয়েলের মধ্যে প্রবেশ করে। ফাইবার কয়েলের মধ্যে একটি সম্পূর্ণ চক্র সম্পন্ন করার পরে, রশ্মিগুলি Y-শাখা ওয়েভগাইড দ্বারা একত্রিত হয়ে একটি একক রশ্মি তৈরি করে এবং অবশেষে ফটোডিটেক্টরে পৌঁছায়।

আলো বিভক্ত করা এবং একত্রিত করার কাজগুলি ছাড়াও, Y ওয়েভগাইড পোলারাইজেশন এবং ডোপোলারাইজেশন, ফেজ মডুলেশন ইত্যাদি কাজগুলিও করতে পারে।

চিত্র 3.6 লিথিয়াম বিসমাথ অক্সাইডের মাল্টিফাংশনাল ইন্টিগ্রেটেড অপটিক্যাল ডিভাইস (Y ওয়েভগাইড)

3.3 অপটিক্যাল ফাইবার রিং

2×2 কাপলারে প্রবেশ করার পরে, আলো একটি Y-ওয়েভগাইডের মাধ্যমে অপটিক্যাল ফাইবার লুপে প্রবেশ করে। এই লুপ, যা একটি প্রসারিত ফাইবারকে ঘুরিয়ে তৈরি করা হয়, আলোকরশ্মিকে একটি বন্ধ পথে বিস্তার করতে সক্ষম করে। যখন আলোকরশ্মি লুপের মধ্যে একই সাথে ঘড়ির কাঁটার দিকে এবং ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে বিস্তার করে, তখন ফাইবারের ঘূর্ণন দুটি রশ্মির মধ্যে সামান্য সময়ের পার্থক্য তৈরি করে, যার ফলে একটি ফেজ পার্থক্য হয়। এই ঘটনাটি, স্যাগনাক প্রভাব হিসাবে পরিচিত, যা ফাইবার জাইরোর ঘূর্ণন তথ্য সনাক্ত করার মূল প্রক্রিয়া তৈরি করে।

ক্ষুদ্র ঘূর্ণন সনাক্ত করার জন্য, অপটিক্যাল ফাইবারগুলির কয়েকশ বা এমনকি হাজার মিটার পর্যন্ত দৈর্ঘ্যের প্রয়োজন। যদিও এই ধরনের বিস্তৃত অপটিক্যাল পথগুলি ব্যবহারিক নয়, স্যাগনাক প্রভাব প্রকাশ করে যে সংবেদনশীলতা অপটিক্যাল পথ দ্বারা আবদ্ধ এলাকার সাথে সরাসরি সমানুপাতিক। নমনীয় ফাইবারকে একাধিকবার ঘুরিয়ে, আমরা তার ভৌত মাত্রা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করার সময় একই কার্যকরী এলাকা বজায় রাখতে পারি।

চিত্র 3.7 অপটিক্যাল ফাইবার রিং

ফাইবার অপটিক জাইরোর মধ্যে, অপটিক্যাল ফাইবারগুলি সাধারণত কয়েক ডজন, কয়েকশ বা তার বেশি পাকানো হয়। এর কারণ হল স্যাগনাক প্রভাব দ্বারা উত্পন্ন ফেজ পার্থক্য অপটিক্যাল পথ দ্বারা আবদ্ধ কার্যকরী এলাকার উপর নির্ভর করে, শুধুমাত্র একটি একক পাকের আকারের উপর নয়। ঘূর্ণনের সংখ্যা বাড়িয়ে, সীমিত ভলিউমের মধ্যে আলোর বিস্তারের দূরত্ব উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়ানো যেতে পারে, যার ফলে ঘূর্ণনের কারণে সৃষ্ট সময় এবং ফেজ পার্থক্য বৃদ্ধি পায়।

নীতিটি সহজভাবে বোঝা যেতে পারে: আলো যত বেশি সময় ফাইবার লুপের মধ্যে ভ্রমণ করবে, ঘূর্ণনের প্রভাব তত বেশি স্পষ্ট হবে। এটি ব্যাখ্যা করে যে কেন উচ্চ-নির্ভুলতা ফাইবার জাইরোরগুলিতে সাধারণত দীর্ঘ ফাইবার লুপ থাকে, যেখানে কম-নির্ভুলতা বা শিক্ষামূলক ডিভাইসগুলিতে তুলনামূলকভাবে ছোট ফাইবার দৈর্ঘ্য ব্যবহার করা হয়। ফাইবার লুপের ঘুরানোর গুণমান সরাসরি ফাইবার জাইরোর পরিমাপের নির্ভুলতাকে প্রভাবিত করে, যার জন্য বিশেষায়িত উচ্চ-নির্ভুলতা ঘুরানোর সরঞ্জামের প্রয়োজন। ফাইবার জাইরোরগুলি কেবল অত্যাধুনিক ভৌত নীতির উপর নির্ভর করে না, তবে অত্যন্ত কঠোর উত্পাদন প্রক্রিয়াও দাবি করে।

চিত্র 3.8 অপটিক্যাল ফাইবার লুপ সিস্টেম

3.4 ফটোইলেকট্রিক ডিটেক্টর

ফাইবার অপটিক জাইরোর মধ্যে, ফটোডিটেক্টর অপটিক্যাল সিস্টেমের শেষে স্থাপন করা হয়। এর প্রাথমিক কাজ হল ফাইবার লুপ থেকে প্রতিফলিত আলো সংকেত গ্রহণ করা এবং সেগুলিকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তর করা। একটি ডিভাইস হিসাবে যা ফটোইলেকট্রিক প্রভাবের উপর ভিত্তি করে, ফটোডিটেক্টর অপটিক্যাল সংকেতগুলিকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত করে। মানুষের চোখের মতো কাজ করে, এটি দৃশ্যমান এবং অদৃশ্য উভয় ক্ষীণ সংকেত সনাক্ত করতে সক্ষম করে।

যখন দুটি আলোকরশ্মি ঘড়ির কাঁটার দিকে এবং ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে একটি সিস্টেমের মধ্যে পুনরায় মিলিত হয়, তখন অপটিক্যাল ইন্টারফেরেন্স ঘটে। ঘূর্ণন রশ্মিগুলির মধ্যে একটি ফেজ পার্থক্য তৈরি করে, যার ফলে ইন্টারফেরেন্স আলোর তীব্রতা ওঠানামা করে। ফটোইলেকট্রিক ডিটেক্টরগুলি এই ঘটনাটি ব্যবহার করে ক্ষুদ্র তীব্রতা পরিবর্তনগুলিকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তর করে। যেহেতু ইন্টারফেরেন্স সংকেতগুলি সাধারণত অত্যন্ত দুর্বল হয়, তাই এই ডিটেক্টরগুলির উচ্চ সংবেদনশীলতা থাকতে হবে যাতে পরবর্তী সার্কিটগুলি ঘূর্ণন-সম্পর্কিত তথ্য সঠিকভাবে ক্যাপচার করতে পারে।

চিত্র 3.9 ফটোইলেকট্রিক ডিটেক্টর

3.5 সংকেত প্রক্রিয়াকরণ সার্কিট

ফটোইলেকট্রিক ডিটেক্টর দ্বারা আউটপুট হওয়া বৈদ্যুতিক সংকেত অত্যন্ত দুর্বল এবং সরাসরি ব্যবহার করা যায় না। অতএব, ঘূর্ণন কৌণিক বেগ-এর চূড়ান্ত পরিমাপ পাওয়ার জন্য বেশ কয়েকটি সংকেত প্রক্রিয়াকরণের পদক্ষেপ প্রয়োজন। পুরো প্রক্রিয়াটি সহজভাবে নিম্নলিখিত পদক্ষেপগুলিতে ভাগ করা যেতে পারে:

Ø প্রি-অ্যাম্প্লিফিকেশন: পরবর্তী সার্কিটগুলির দ্বারা স্থিতিশীল প্রক্রিয়াকরণের জন্য অত্যন্ত দুর্বল বৈদ্যুতিক সংকেতগুলিকে উপযুক্ত স্তরে বাড়ানো।

Ø সংকেত রূপান্তর এবং ডিমডুলেশন: বিবর্ধিত বৈদ্যুতিক সংকেতকে কম্পিউটার বা ডিজিটাল সার্কিট দ্বারা প্রক্রিয়াকরণযোগ্য একটি সংকেতে রূপান্তরিত করা হয় এবং অপটিক্যাল ফেজ পার্থক্যের সাথে সম্পর্কিত তথ্য এটি থেকে বের করা হয়।

Ø নিয়ন্ত্রণ এবং আউটপুট: কন্ট্রোলার ডিমডুলেশন ফলাফলের উপর ভিত্তি করে ঘূর্ণন কৌণিক বেগের সাথে সম্পর্কিত মান গণনা করে এবং আউটপুট ইন্টারফেসের মাধ্যমে বাহ্যিক সিস্টেমে ফলাফল সরবরাহ করে।

চিত্র 3.10: FOG সংকেত প্রক্রিয়াকরণ সার্কিট (ডায়াগ্রামের উপরের সার্কিট বোর্ড)

IV. সারসংক্ষেপ

ফাইবার অপটিক জাইরোরগুলির বৈশিষ্ট্য হল ঘূর্ণন পরিমাপের জন্য যান্ত্রিক কাঠামোর পরিবর্তে আলোর ব্যবহার, যা তাদের গুরুত্বপূর্ণ কর্মক্ষমতা মেট্রিকগুলিতে আলাদা সুবিধা দেয়:

Ø উচ্চ নির্ভুলতা: সিস্টেমটি অপটিক্যাল নীতি ব্যবহার করে ঘূর্ণন পরিমাপ করে, উন্নত নির্ভুলতার জন্য যান্ত্রিক কম্পনের উপর নির্ভরতা দূর করে।

Ø স্থিতিশীল কর্মক্ষমতা: ভিতরে উচ্চ-গতির যান্ত্রিক উপাদানগুলির অনুপস্থিতি দীর্ঘ সময় ধরে কাজ করার সময় ন্যূনতম বিচ্যুতি নিশ্চিত করে।

Ø চমৎকার কম্পন এবং প্রভাব প্রতিরোধ ক্ষমতা: বিমান এবং জাহাজের মতো কম্পন পরিবেশে নির্ভরযোগ্য পরিমাপ কর্মক্ষমতা বজায় রাখে।

Ø উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা এবং দীর্ঘ পরিষেবা জীবন: অপটিক্যাল ফাইবার এবং উপাদানগুলি ন্যূনতম পরিধান দেখায়, যা তাদের অবিচ্ছিন্ন দীর্ঘমেয়াদী অপারেশনের জন্য আদর্শ করে তোলে।

তাদের উচ্চতর কর্মক্ষমতা সত্ত্বেও, ফাইবার অপটিক জাইরোরগুলি সর্বজনীনভাবে প্রযোজ্য নয়।

Ø বিশাল আকার এবং ওজন: দীর্ঘ অপটিক্যাল ফাইবার ঘুরানোর প্রয়োজনীয়তা ক্ষুদ্রাকরণকে চ্যালেঞ্জিং করে তোলে।

Ø উচ্চ খরচ: ফাইবার উপকরণ, অপটিক্যাল উপাদান এবং নির্ভুল উত্পাদন প্রক্রিয়ার কারণে খরচ বৃদ্ধি পায়।

Ø উচ্চ বিদ্যুত খরচ: ব্যাটারি চালিত মাইক্রো ডিভাইসের জন্য আদর্শ নয়।

ফাইবার অপটিক জাইরোরগুলির উদ্দেশ্য হল সমস্ত জাইরোরগুলির প্রতিস্থাপন করা নয়, বরং উচ্চ নির্ভুলতা, নির্ভরযোগ্যতা এবং পরিবেশগত অভিযোজনযোগ্যতার প্রয়োজনীয় ক্ষেত্রগুলিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করা। প্রচলিত MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) জাইরোরগুলির থেকে ভিন্ন, এগুলি আরও একটি 'পেশাদার দীর্ঘ-দূরত্বের দৌড়বিদের' মতো কাজ করে — চরম ক্ষুদ্রাকরণ এবং ব্যয়-কার্যকারিতার চেয়ে স্থিতিশীলতা এবং নির্ভুলতাকে অগ্রাধিকার দেয়, মহাকাশ, গভীর সমুদ্র এবং উচ্চ-শ্রেণীর সরঞ্জাম অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে নীরবে দিকনির্দেশনা বজায় রাখে।

পরবর্তীকালে যখন আপনি একটি বিমানে উঠবেন বা একটি গভীর সমুদ্রের প্রোবকে স্বায়ত্তশাসিতভাবে নেভিগেট করার কথা ভাববেন, তখন মনে রাখবেন যে আলোর একটি রশ্মি একটি সূক্ষ্ম ফাইবার অপটিক লুপের মধ্যে দৌড়াদৌড়ি করতে পারে, আমাদের পথনির্দেশনার জন্য তার সূক্ষ্ম সময়ের পার্থক্য ব্যবহার করে।

​