Материалът, използван за производството на оптични влакна, може да абсорбира светлинна енергия. След като частиците в оптичните влакна абсорбират светлинна енергия, те произвеждат вибрации и топлина и разсейват енергията, което води до загуба на абсорбция.Тази статия ще анализира загубата на абсорбция на оптичните влакнести материали.
Знаем, че материята е съставена от атоми и молекули, а атомите са съставени от атомни ядра и извънядрени електрони, които се въртят около атомното ядро в определена орбита. Това е точно както Земята, на която живеем, както и планети като Венера и Марс, всички се въртят около Слънцето. Всеки електрон има определено количество енергия и е в определена орбита или с други думи, всяка орбита има определено енергийно ниво.
Нивата на орбитална енергия по-близо до атомното ядро са по-ниски, докато нивата на орбитална енергия по-далеч от атомното ядро са по-високи.Големината на разликата в енергийните нива между орбитите се нарича разлика в енергийните нива. Когато електроните преминават от ниско енергийно ниво към високо енергийно ниво, те трябва да абсорбират енергия при съответната разлика в енергийните нива.
В оптичните влакна, когато електроните на определено енергийно ниво се облъчат със светлина с дължина на вълната, съответстваща на разликата в енергийните нива, електроните, разположени на нискоенергийни орбитали, ще преминат към орбитали с по-високи енергийни нива.Този електрон абсорбира светлинна енергия, което води до загуба на светлина поради абсорбция.
Основният материал за производство на оптични влакна, силициевият диоксид (SiO2), сам по себе си абсорбира светлина, като едното се нарича ултравиолетова абсорбция, а другото - инфрачервена абсорбция. Понастоящем оптичната комуникация обикновено работи само в диапазона на дължината на вълната от 0,8 до 1,6 μm, така че ще обсъдим само загубите в тази работна област.
Абсорбционният пик, генериран от електронните преходи в кварцовото стъкло, е с дължина на вълната около 0,1-0,2 μm в ултравиолетовия диапазон. С увеличаване на дължината на вълната, абсорбцията му постепенно намалява, но засегнатата област е широка, достигайки дължини на вълната над 1 μm. UV абсорбцията обаче има малък ефект върху кварцовите оптични влакна, работещи в инфрачервения диапазон. Например, в областта на видимата светлина при дължина на вълната 0,6 μm, ултравиолетовата абсорбция може да достигне 1dB/km, която намалява до 0,2-0,3dB/km при дължина на вълната 0,8 μm и само около 0,1dB/km при дължина на вълната 1,2 μm.
Загубата на инфрачервено поглъщане на кварцовите влакна се генерира от молекулярните вибрации на материала в инфрачервената област. В честотната лента над 2 μm има няколко пика на поглъщане на вибрации. Поради влиянието на различни легиращи елементи в оптичните влакна, е невъзможно кварцовите влакна да имат нисък прозорец на загуби в честотната лента над 2 μm. Теоретичната граница на загуба при дължина на вълната 1,85 μm е ldB/km.Чрез изследвания беше установено също, че има някои „разрушителни молекули“, които причиняват проблеми в кварцовото стъкло, главно вредни примеси от преходни метали като мед, желязо, хром, манган и др. Тези „злодеи“ лакомо абсорбират светлинна енергия под въздействието на светлина, подскачайки и подскачайки, причинявайки загуба на светлинна енергия. Елиминирането на „причинителите на проблеми“ и химическото пречистване на материалите, използвани за производството на оптични влакна, може значително да намали загубите.
Друг източник на абсорбция в кварцовите оптични влакна е хидроксидната (OH⁻) фаза. Установено е, че хидроксидът има три абсорбционни пика в работната лента на влакното, които са 0,95 μm, 1,24 μm и 1,38 μm. Сред тях загубата на абсорбция при дължина на вълната 1,38 μm е най-сериозна и има най-голямо въздействие върху влакното. При дължина на вълната 1,38 μm загубата на абсорбционен пик, генерирана от хидроксидни йони със съдържание само 0,0001, е висока до 33dB/km.
Откъде идват тези хидроксидни йони? Има много източници на хидроксидни йони. Първо, материалите, използвани за производството на оптични влакна, съдържат влага и хидроксидни съединения, които са трудни за отстраняване по време на процеса на пречистване на суровината и в крайна сметка остават под формата на хидроксидни йони в оптичните влакна; второ, водородните и кислородните съединения, използвани в производството на оптични влакна, съдържат малко количество влага; трето, по време на производствения процес на оптичните влакна се генерира вода поради химични реакции; четвърто, навлизането на външен въздух внася водни пари. Производственият процес обаче вече се е развил до значително ниво и съдържанието на хидроксидни йони е намалено до достатъчно ниско ниво, че въздействието им върху оптичните влакна може да се пренебрегне.
Време на публикуване: 23 октомври 2025 г.