Материјал који се користи за производњу оптичких влакана може да апсорбује светлосну енергију. Након што честице у оптичким влакнима апсорбују светлосну енергију, оне производе вибрације и топлоту и расипају енергију, што доводи до губитка апсорпције.Овај чланак ће анализирати губитак апсорпције оптичких влакана.
Знамо да је материја састављена од атома и молекула, а атоми су састављени од атомских језгара и екстрануклеарних електрона, који се окрећу око атомског језгра у одређеној орбити. То је баш као што се Земља на којој живимо, као и планете попут Венере и Марса, окрећу око Сунца. Сваки електрон има одређену количину енергије и налази се у одређеној орбити, или другим речима, свака орбита има одређени енергетски ниво.
Нивои орбиталне енергије ближи атомском језгру су нижи, док су нивои орбиталне енергије даље од атомског језгра виши.Величина разлике енергетских нивоа између орбита назива се разлика енергетских нивоа. Када електрони прелазе са ниског енергетског нивоа на високи енергетски ниво, они морају да апсорбују енергију на одговарајућој разлици енергетских нивоа.
У оптичким влакнима, када се електрони на одређеном енергетском нивоу озраче светлошћу таласне дужине која одговара разлици енергетских нивоа, електрони који се налазе на нискоенергетским орбиталама прећи ће на орбитале са вишим енергетским нивоима.Овај електрон апсорбује светлосну енергију, што доводи до губитка апсорпције светлости.
Основни материјал за производњу оптичких влакана, силицијум диоксид (SiO2), сам апсорбује светлост, једну назива ултраљубичаста апсорпција, а другу инфрацрвена апсорпција. Тренутно, комуникација оптичким влакнима генерално функционише само у опсегу таласних дужина од 0,8-1,6 μm, тако да ћемо разматрати само губитке у овој радној области.
Апсорпциони врх генерисан електронским прелазима у кварцном стаклу је око 0,1-0,2 μm таласне дужине у ултраљубичастом подручју. Како се таласна дужина повећава, његова апсорпција постепено опада, али је погођено подручје широко, достижући таласне дужине изнад 1 μm. Међутим, UV апсорпција има мали утицај на кварцна оптичка влакна која раде у инфрацрвеном подручју. На пример, у области видљиве светлости на таласној дужини од 0,6 μm, ултраљубичаста апсорпција може достићи 1dB/km, што се смањује на 0,2-0,3dB/km на таласној дужини од 0,8 μm, а само око 0,1dB/km на таласној дужини од 1,2 μm.
Губитак инфрацрвене апсорпције кварцних влакана настаје услед молекуларних вибрација материјала у инфрацрвеном подручју. Постоји неколико врхова апсорпције вибрација у фреквентном опсегу изнад 2 μm. Због утицаја различитих допирајућих елемената у оптичким влакнима, немогуће је да кварцна влакна имају мали прозор губитака у фреквентном опсегу изнад 2 μm. Теоријски гранични губитак на таласној дужини од 1,85 μm је ldB/km.Истраживањем је такође откривено да постоје неки „деструктивни молекули“ који изазивају проблеме у кварцном стаклу, углавном штетне нечистоће прелазних метала као што су бакар, гвожђе, хром, манган итд. Ови „зликовци“ похлепно апсорбују светлосну енергију под осветљењем светлошћу, скачући и скачући около, узрокујући губитак светлосне енергије. Елиминисање „проблематичара“ и хемијско пречишћавање материјала који се користе за производњу оптичких влакана могу значајно смањити губитке.
Још један извор апсорпције у кварцним оптичким влакнима је фаза хидроксида (OH⁻). Утврђено је да хидроксид има три апсорпциона врха у радном опсегу влакна, који су 0,95 μm, 1,24 μm и 1,38 μm. Међу њима, губитак апсорпције на таласној дужини од 1,38 μm је највећи и има највећи утицај на влакно. На таласној дужини од 1,38 μm, губитак апсорпционог врха генерисан хидроксидним јонима са садржајем од само 0,0001 је чак 33dB/km.
Одакле долазе ови хидроксидни јони? Постоји много извора хидроксидних јона. Прво, материјали који се користе за производњу оптичких влакана садрже влагу и хидроксидна једињења, која је тешко уклонити током процеса пречишћавања сировина и на крају остају у облику хидроксидних јона у оптичким влакнима; Друго, једињења водоника и кисеоника која се користе у производњи оптичких влакана садрже малу количину влаге; Треће, вода се ствара током процеса производње оптичких влакана услед хемијских реакција; Четврто, улазак спољашњег ваздуха доноси водену пару. Међутим, процес производње се сада развио до значајног нивоа, а садржај хидроксидних јона је смањен на довољно низак ниво да се његов утицај на оптичка влакна може занемарити.
Време објаве: 23. октобар 2025.