Детално објаснување на загубата на апсорпција кај оптичките влакненца

Материјалот што се користи за производство на оптички влакна може да апсорбира светлосна енергија. Откако честичките во материјалите од оптички влакна ќе ја апсорбираат светлосната енергија, тие создаваат вибрации и топлина и ја распрснуваат енергијата, што резултира со губење на апсорпцијата.Оваа статија ќе ги анализира губитоци на апсорпција кај оптичките влакна.

Знаеме дека материјата е составена од атоми и молекули, а атомите се составени од атомски јадра и екстрануклеарни електрони, кои ротираат околу атомското јадро во одредена орбита. Ова е исто како Земјата на која живееме, како и планетите како Венера и Марс, сите се вртат околу Сонцето. Секој електрон има одредена количина на енергија и е во одредена орбита, или со други зборови, секоја орбита има одредено ниво на енергија.

Орбиталните нивоа на енергија поблиску до атомското јадро се пониски, додека орбиталните нивоа на енергија подалеку од атомското јадро се повисоки.Големината на разликата во енергетските нивоа помеѓу орбитите се нарекува разлика во енергетските нивоа. Кога електроните преминуваат од ниско енергетско ниво на високо енергетско ниво, тие треба да апсорбираат енергија на соодветната разлика во енергетските нивоа.

Во оптичките влакна, кога електроните на одредено енергетско ниво се озрачени со светлина со бранова должина што одговара на разликата во енергетското ниво, електроните лоцирани на орбитали со ниска енергија ќе преминат во орбитали со повисоки енергетски нивоа.Овој електрон апсорбира светлосна енергија, што резултира со губење на апсорпцијата на светлината.

Основниот материјал за производство на оптички влакна, силициум диоксидот (SiO2), самиот апсорбира светлина, при што едниот се нарекува ултравиолетова апсорпција, а другиот инфрацрвена апсорпција. Во моментов, комуникацијата со оптички влакна генерално работи само во опсегот на бранови должини од 0,8-1,6 μ m, па затоа ќе ги разгледаме само загубите во оваа работна област.

Врвот на апсорпција генериран од електронските транзиции во кварцното стакло е околу 0,1-0,2 μ m бранова должина во ултравиолетовиот регион. Со зголемувањето на брановата должина, нејзината апсорпција постепено се намалува, но засегнатата област е широка, достигнувајќи бранови должини над 1 μ m. Сепак, UV апсорпцијата има мал ефект врз кварцните оптички влакна што работат во инфрацрвениот регион. На пример, во регионот на видлива светлина на бранова должина од 0,6 μ m, ултравиолетовата апсорпција може да достигне 1dB/km, што се намалува на 0,2-0,3dB/km на бранова должина од 0,8 μ m, и само околу 0,1dB/km на бранова должина од 1,2 μ m.

Губењето на инфрацрвената апсорпција на кварцните влакна е генерирано од молекуларните вибрации на материјалот во инфрацрвениот регион. Постојат неколку врвови на апсорпција на вибрации во фреквенцискиот опсег над 2 μ m. Поради влијанието на различните елементи за допирање во оптичките влакна, невозможно е кварцните влакна да имаат прозорец со низок процент на загуба во фреквенцискиот опсег над 2 μ m. Теоретската гранична загуба на бранова должина од 1,85 μ m е ldB/km.Преку истражување, исто така беше откриено дека постојат некои „деструктивни молекули“ кои предизвикуваат проблеми во кварцното стакло, главно штетни нечистотии од преодни метали како што се бакар, железо, хром, манган итн. Овие „негативци“ алчно апсорбираат светлосна енергија под дејство на светлина, скокајќи и скокајќи наоколу, предизвикувајќи губење на светлосна енергија. Елиминирањето на „проблематичните“ и хемиското прочистување на материјалите што се користат за производство на оптички влакна може значително да ги намали загубите.

Друг извор на апсорпција кај кварцните оптички влакна е хидроксидната (OH-) фаза. Утврдено е дека хидроксидот има три апсорпциони врвови во работната лента на влакното, кои се 0,95 μ m, 1,24 μ m и 1,38 μ m. Меѓу нив, загубата на апсорпција на бранова должина од 1,38 μ m е најтешка и има најголемо влијание врз влакното. На бранова должина од 1,38 μ m, загубата на апсорпциониот врв генерирана од хидроксидни јони со содржина од само 0,0001 е дури 33dB/km.

Од каде доаѓаат овие хидроксидни јони? Постојат многу извори на хидроксидни јони. Прво, материјалите што се користат за производство на оптички влакна содржат влага и хидроксидни соединенија, кои тешко се отстрануваат за време на процесот на прочистување на суровината и на крајот остануваат во форма на хидроксидни јони во оптичките влакна; Второ, водородните и кислородните соединенија што се користат во производството на оптички влакна содржат мала количина на влага; Трето, водата се создава за време на процесот на производство на оптички влакна поради хемиски реакции; Четврто, влегувањето на надворешен воздух носи водена пареа. Сепак, процесот на производство сега е развиен на значително ниво, а содржината на хидроксидни јони е намалена на доволно ниско ниво што нивното влијание врз оптичките влакна може да се игнорира.