Material, ki se uporablja za izdelavo optičnih vlaken, lahko absorbira svetlobno energijo. Ko delci v optičnih vlaknih absorbirajo svetlobno energijo, proizvajajo vibracije in toploto ter razpršijo energijo, kar povzroči izgubo absorpcije.Ta članek bo analiziral izgubo absorpcije optičnih vlaken.
Vemo, da je snov sestavljena iz atomov in molekul, atomi pa so sestavljeni iz atomskih jeder in zunajjedrnih elektronov, ki se vrtijo okoli atomskega jedra v določeni orbiti. Tako kot Zemlja, na kateri živimo, in planeti, kot sta Venera in Mars, krožijo okoli Sonca. Vsak elektron ima določeno količino energije in je v določeni orbiti, oziroma z drugimi besedami, vsaka orbita ima določeno energijsko raven.
Orbitalne energijske ravni bližje atomskemu jedru so nižje, medtem ko so orbitalne energijske ravni dlje od atomskega jedra višje.Velikost razlike v energijskih nivojih med orbitama se imenuje razlika v energijskih nivojih. Ko elektroni preidejo z nizkega energijskega nivoja na visoki energijski nivo, morajo absorbirati energijo pri ustrezni razliki v energijskih nivojih.
V optičnih vlaknih, ko elektrone na določeni energijski ravni obsevamo s svetlobo valovne dolžine, ki ustreza razliki energijskih ravni, elektroni, ki se nahajajo na nizkoenergijskih orbitalah, preidejo na orbitale z višjimi energijskimi nivoji.Ta elektron absorbira svetlobno energijo, kar povzroči absorpcijsko izgubo svetlobe.
Osnovni material za izdelavo optičnih vlaken, silicijev dioksid (SiO2), sam absorbira svetlobo, eno imenujemo ultravijolična absorpcija, drugo pa infrardeča absorpcija. Trenutno komunikacija z optičnimi vlakni deluje na splošno le v območju valovnih dolžin od 0,8 do 1,6 μm, zato bomo obravnavali le izgube v tem delovnem območju.
Absorpcijski vrh, ki ga povzročajo elektronski prehodi v kremenčevem steklu, je v ultravijoličnem območju pri valovni dolžini okoli 0,1–0,2 μm. Z naraščanjem valovne dolžine se absorpcija postopoma zmanjšuje, vendar je prizadeto območje široko in doseže valovne dolžine nad 1 μm. Vendar pa UV absorpcija le malo vpliva na kremenčeva optična vlakna, ki delujejo v infrardečem območju. Na primer, v območju vidne svetlobe pri valovni dolžini 0,6 μm lahko ultravijolična absorpcija doseže 1 dB/km, pri valovni dolžini 0,8 μm pa se zmanjša na 0,2–0,3 dB/km, pri valovni dolžini 1,2 μm pa le na približno 0,1 dB/km.
Izguba absorpcije infrardečega sevanja pri kremenčevih vlaknih nastane zaradi molekularnih vibracij materiala v infrardečem območju. V frekvenčnem pasu nad 2 μm je več vrhov absorpcije vibracij. Zaradi vpliva različnih dopirajočih elementov v optičnih vlaknih je nemogoče, da bi kremenčeva vlakna imela okno z nizkimi izgubami v frekvenčnem pasu nad 2 μm. Teoretična meja izgube pri valovni dolžini 1,85 μm je ldB/km.Z raziskavami so ugotovili tudi, da obstajajo nekatere »destruktivne molekule«, ki povzročajo težave v kremenčevem steklu, predvsem škodljive nečistoče prehodnih kovin, kot so baker, železo, krom, mangan itd. Te »zločinke« pohlepno absorbirajo svetlobno energijo pod svetlobno osvetlitvijo, pri čemer skačejo in skačejo naokoli, kar povzroča izgubo svetlobne energije. Odprava »povzročiteljev težav« in kemično čiščenje materialov, ki se uporabljajo za izdelavo optičnih vlaken, lahko močno zmanjšata izgube.
Drug vir absorpcije v kremenčevih optičnih vlaknih je hidroksidna (OH⁻) faza. Ugotovljeno je bilo, da ima hidroksid v delovnem pasu vlakna tri absorpcijske vrhove, ki so 0,95 μm, 1,24 μm in 1,38 μm. Med njimi je absorpcijska izguba pri valovni dolžini 1,38 μm največja in ima največji vpliv na vlakno. Pri valovni dolžini 1,38 μm je izguba absorpcijskega vrha, ki jo povzročajo hidroksidni ioni z vsebnostjo le 0,0001, kar 33 dB/km.
Od kod prihajajo ti hidroksidni ioni? Obstaja veliko virov hidroksidnih ionov. Prvič, materiali, ki se uporabljajo za izdelavo optičnih vlaken, vsebujejo vlago in hidroksidne spojine, ki jih je med postopkom čiščenja surovin težko odstraniti in na koncu ostanejo v obliki hidroksidnih ionov v optičnih vlaknih; drugič, vodikove in kisikove spojine, ki se uporabljajo pri izdelavi optičnih vlaken, vsebujejo majhno količino vlage; tretjič, med proizvodnim procesom optičnih vlaken zaradi kemičnih reakcij nastaja voda; četrtič, vstop zunanjega zraka prinaša vodno paro. Vendar pa se je proizvodni proces zdaj precej razvil in vsebnost hidroksidnih ionov se je zmanjšala na dovolj nizko raven, da je njihov vpliv na optična vlakna mogoče zanemariti.
Čas objave: 23. oktober 2025