Materialul folosit pentru fabricarea fibrelor optice poate absorbi energia luminoasă. După ce particulele din materialele cu fibre optice absorb energia luminoasă, acestea produc vibrații și căldură și disipă energia, rezultând pierderi de absorbție.Acest articol va analiza pierderea prin absorbție a materialelor cu fibră optică.
Știm că materia este compusă din atomi și molecule, iar atomii sunt compuși din nuclee atomice și electroni extranucleari, care se rotesc în jurul nucleului atomic pe o anumită orbită. La fel este și Pământul pe care trăim, la fel ca planetele precum Venus și Marte, care se rotesc în jurul Soarelui. Fiecare electron are o anumită cantitate de energie și se află pe o anumită orbită sau, cu alte cuvinte, fiecare orbită are un anumit nivel de energie.
Nivelurile de energie orbitală mai aproape de nucleul atomic sunt mai scăzute, în timp ce nivelurile de energie orbitală mai departe de nucleul atomic sunt mai ridicate.Magnitudinea diferenței de nivel de energie dintre orbite se numește diferență de nivel de energie. Când electronii trec de la un nivel de energie scăzut la un nivel de energie ridicat, aceștia trebuie să absoarbă energie la diferența de nivel de energie corespunzătoare.
În fibrele optice, atunci când electronii aflați la un anumit nivel de energie sunt iradiați cu lumină cu o lungime de undă corespunzătoare diferenței de nivel de energie, electronii situați pe orbitalii de energie scăzută vor trece la orbitalii cu niveluri de energie mai mari.Acest electron absoarbe energia luminoasă, rezultând o pierdere prin absorbție a luminii.
Materialul de bază pentru fabricarea fibrelor optice, dioxidul de siliciu (SiO2), absoarbe el însuși lumina, una numită absorbție ultravioletă, iar cealaltă numită absorbție infraroșie. În prezent, comunicațiile prin fibră optică funcționează în general doar în intervalul de lungimi de undă de 0,8-1,6 μm, așa că vom discuta doar pierderile din acest domeniu de lucru.
Vârful de absorbție generat de tranzițiile electronice în sticla de cuarț este de aproximativ 0,1-0,2 μm lungime de undă în regiunea ultravioletă. Pe măsură ce lungimea de undă crește, absorbția acesteia scade treptat, dar zona afectată este largă, atingând lungimi de undă peste 1 μm. Cu toate acestea, absorbția UV are un efect redus asupra fibrelor optice de cuarț care funcționează în regiunea infraroșie. De exemplu, în regiunea luminii vizibile, la o lungime de undă de 0,6 μm, absorbția ultravioletă poate ajunge la 1 dB/km, care scade la 0,2-0,3 dB/km la o lungime de undă de 0,8 μm și doar la aproximativ 0,1 dB/km la o lungime de undă de 1,2 μm.
Pierderea prin absorbție în infraroșu a fibrei de cuarț este generată de vibrația moleculară a materialului în regiunea infraroșie. Există mai multe vârfuri de absorbție a vibrațiilor în banda de frecvență peste 2 μm. Datorită influenței diferitelor elemente de dopare în fibrele optice, este imposibil ca fibrele de cuarț să aibă o fereastră de pierderi reduse în banda de frecvență peste 2 μm. Pierderea limită teoretică la o lungime de undă de 1,85 μm este ldB/km.Prin cercetări, s-a descoperit, de asemenea, că există unele „molecule distructive” care cauzează probleme în sticla de cuarț, în principal impurități dăunătoare ale metalelor de tranziție, cum ar fi cuprul, fierul, cromul, manganul etc. Acești „ticăloși” absorb cu lăcomie energia luminoasă sub iluminarea luminii, sărind și sărind în jur, provocând o pierdere de energie luminoasă. Eliminarea „problemelor” și purificarea chimică a materialelor utilizate pentru fabricarea fibrelor optice pot reduce considerabil pierderile.
O altă sursă de absorbție în fibrele optice de cuarț este faza hidroxid (OH-). S-a constatat că hidroxidul are trei vârfuri de absorbție în banda de lucru a fibrei, care sunt 0,95 μm, 1,24 μm și 1,38 μm. Dintre acestea, pierderea de absorbție la lungimea de undă de 1,38 μm este cea mai severă și are cel mai mare impact asupra fibrei. La o lungime de undă de 1,38 μm, pierderea de vârf de absorbție generată de ionii de hidroxid cu un conținut de numai 0,0001 este de până la 33dB/km.
De unde provin acești ioni de hidroxid? Există numeroase surse de ioni de hidroxid. În primul rând, materialele utilizate pentru fabricarea fibrelor optice conțin umiditate și compuși de hidroxid, care sunt dificil de îndepărtat în timpul procesului de purificare a materiei prime și, în cele din urmă, rămân sub formă de ioni de hidroxid în fibrele optice; în al doilea rând, compușii de hidrogen și oxigen utilizați în fabricarea fibrelor optice conțin o cantitate mică de umiditate; în al treilea rând, apa este generată în timpul procesului de fabricație a fibrelor optice din cauza reacțiilor chimice; în al patrulea rând, intrarea aerului exterior aduce vapori de apă. Cu toate acestea, procesul de fabricație s-a dezvoltat acum la un nivel considerabil, iar conținutul de ioni de hidroxid a fost redus la un nivel suficient de scăzut încât impactul său asupra fibrelor optice poate fi ignorat.
Data publicării: 23 oct. 2025