Materijal koji se koristi za proizvodnju optičkih vlakana može apsorbirati svjetlosnu energiju. Nakon što čestice u optičkim vlaknima apsorbiraju svjetlosnu energiju, one proizvode vibracije i toplinu te raspršuju energiju, što rezultira gubitkom apsorpcije.Ovaj članak će analizirati gubitak apsorpcije optičkih vlakana.
Znamo da je materija sastavljena od atoma i molekula, a atomi su sastavljeni od atomskih jezgara i ekstranuklearnih elektrona, koji rotiraju oko atomskog jezgra u određenoj orbiti. To je baš kao što se Zemlja na kojoj živimo, kao i planete poput Venere i Marsa, okreću oko Sunca. Svaki elektron ima određenu količinu energije i nalazi se u određenoj orbiti, ili drugim riječima, svaka orbita ima određeni energetski nivo.
Nivoi orbitalne energije bliže atomskom jezgru su niži, dok su nivoi orbitalne energije dalje od atomskog jezgra viši.Veličina razlike energetskih nivoa između orbita naziva se razlika energetskih nivoa. Kada elektroni prelaze sa niskog energetskog nivoa na visoki energetski nivo, oni moraju apsorbovati energiju na odgovarajućoj razlici energetskih nivoa.
U optičkim vlaknima, kada se elektroni na određenom energetskom nivou ozrače svjetlošću talasne dužine koja odgovara razlici energetskih nivoa, elektroni koji se nalaze na niskoenergetskim orbitalama preći će na orbitale sa višim energetskim nivoima.Ovaj elektron apsorbuje svjetlosnu energiju, što rezultira gubitkom svjetlosti usljed apsorpcije.
Osnovni materijal za proizvodnju optičkih vlakana, silicijum dioksid (SiO2), sam apsorbuje svjetlost, pri čemu se jedna naziva ultraljubičasta apsorpcija, a druga infracrvena apsorpcija. Trenutno, komunikacija optičkim vlaknima uglavnom funkcioniše samo u opsegu talasnih dužina od 0,8-1,6 μm, tako da ćemo gubitke razmatrati samo u ovom radnom području.
Apsorpcijski vrh generiran elektronskim prijelazima u kvarcnom staklu je talasne dužine oko 0,1-0,2 μm u ultraljubičastom području. Kako se talasna dužina povećava, njegova apsorpcija postepeno opada, ali je zahvaćeno područje široko, dostižući talasne dužine iznad 1 μm. Međutim, UV apsorpcija ima mali uticaj na kvarcna optička vlakna koja rade u infracrvenom području. Na primjer, u području vidljive svjetlosti na talasnoj dužini od 0,6 μm, ultraljubičasta apsorpcija može dostići 1dB/km, koja se smanjuje na 0,2-0,3dB/km na talasnoj dužini od 0,8 μm, a samo oko 0,1dB/km na talasnoj dužini od 1,2 μm.
Gubitak infracrvene apsorpcije kvarcnih vlakana generiran je molekularnim vibracijama materijala u infracrvenom području. Postoji nekoliko vrhova apsorpcije vibracija u frekventnom opsegu iznad 2 μm. Zbog utjecaja različitih dopirajućih elemenata u optičkim vlaknima, nemoguće je da kvarcna vlakna imaju nizak prozor gubitaka u frekventnom opsegu iznad 2 μm. Teorijski granični gubitak na talasnoj dužini od 1,85 μm iznosi ldB/km.Istraživanjem je također utvrđeno da postoje neke „destruktivne molekule“ koje uzrokuju probleme u kvarcnom staklu, uglavnom štetne nečistoće prelaznih metala poput bakra, željeza, hroma, mangana itd. Ovi „zlikovci“ pohlepno apsorbiraju svjetlosnu energiju pod utjecajem svjetlosti, skačući i skačući okolo, uzrokujući gubitak svjetlosne energije. Uklanjanje „uzrokovača problema“ i hemijsko pročišćavanje materijala koji se koriste za proizvodnju optičkih vlakana može značajno smanjiti gubitke.
Drugi izvor apsorpcije u kvarcnim optičkim vlaknima je hidroksidna (OH⁻) faza. Utvrđeno je da hidroksid ima tri apsorpcijska vrha u radnom pojasu vlakna, a to su 0,95 μm, 1,24 μm i 1,38 μm. Među njima, gubitak apsorpcije na talasnoj dužini od 1,38 μm je najoštriji i ima najveći uticaj na vlakno. Na talasnoj dužini od 1,38 μm, gubitak apsorpcijskog vrha generisan hidroksidnim jonima sa sadržajem od samo 0,0001 iznosi čak 33dB/km.
Odakle dolaze ovi hidroksidni ioni? Postoji mnogo izvora hidroksidnih iona. Prvo, materijali koji se koriste za proizvodnju optičkih vlakana sadrže vlagu i hidroksidne spojeve, koje je teško ukloniti tokom procesa prečišćavanja sirovine i na kraju ostaju u obliku hidroksidnih iona u optičkim vlaknima; Drugo, spojevi vodika i kisika koji se koriste u proizvodnji optičkih vlakana sadrže malu količinu vlage; Treće, voda se stvara tokom procesa proizvodnje optičkih vlakana zbog hemijskih reakcija; Četvrto, ulazak vanjskog zraka donosi vodenu paru. Međutim, proces proizvodnje se sada razvio do značajnog nivoa, a sadržaj hidroksidnih iona je smanjen na dovoljno nizak nivo da se njegov utjecaj na optička vlakna može zanemariti.
Vrijeme objave: 23. oktobar 2025.