Az optikai szálak gyártásához használt anyag képes elnyelni a fényenergiát. Miután az optikai szálas anyagok részecskéi elnyelik a fényenergiát, rezgést és hőt keltenek, és eloszlatják az energiát, ami abszorpciós veszteséget eredményez.Ez a cikk az optikai szálak abszorpciós veszteségét elemzi.
Tudjuk, hogy az anyag atomokból és molekulákból áll, az atomok pedig atommagokból és extranukleáris elektronokból, amelyek egy bizonyos pályán keringenek az atommag körül. Ez pont úgy van, mint ahogy a Föld, amelyen élünk, valamint a bolygók, mint a Vénusz és a Mars, mind a Nap körül keringenek. Minden elektronnak bizonyos mennyiségű energiája van, és egy bizonyos pályán mozog, vagyis minden pályának bizonyos energiaszintje van.
Az atommaghoz közelebb eső pályaenergia-szintek alacsonyabbak, míg az atommagtól távolabb eső pályaenergia-szintek magasabbak.A pályák közötti energiaszint-különbség nagyságát energiaszint-különbségnek nevezzük. Amikor az elektronok egy alacsony energiaszintről egy magas energiaszintre váltanak, energiát kell elnyelniük a megfelelő energiaszint-különbségen.
Optikai szálakban, amikor egy bizonyos energiaszintű elektronokat az energiaszint-különbségnek megfelelő hullámhosszú fénnyel besugárzunk, az alacsony energiájú pályákon található elektronok magasabb energiaszintű pályákra mennek át.Ez az elektron elnyeli a fényenergiát, ami fényelnyelési veszteséget eredményez.
Az optikai szálak gyártásának alapanyaga, a szilícium-dioxid (SiO2) maga is elnyeli a fényt, az egyiket ultraibolya, a másikat pedig infravörös abszorpciónak nevezik. Jelenleg a száloptikai kommunikáció általában csak a 0,8-1,6 μm hullámhossztartományban működik, ezért csak az ezen a munkaterületen jelentkező veszteségeket tárgyaljuk.
A kvarcüvegben az elektronikus átmenetek által generált abszorpciós csúcs az ultraibolya tartományban körülbelül 0,1-0,2 μm hullámhosszon van. A hullámhossz növekedésével az abszorpciója fokozatosan csökken, de az érintett terület széles, elérve az 1 μm feletti hullámhosszakat. Az UV-abszorpciónak azonban csekély hatása van az infravörös tartományban működő kvarc optikai szálakra. Például a látható fény tartományában 0,6 μm hullámhosszon az ultraibolya abszorpció elérheti az 1 dB/km-t, ami 0,8 μm hullámhosszon 0,2-0,3 dB/km-re csökken, 1,2 μm hullámhosszon pedig csak körülbelül 0,1 dB/km-re.
A kvarcszál infravörös abszorpciós veszteségét az anyag molekuláris rezgése generálja az infravörös tartományban. A 2 μm feletti frekvenciasávban számos rezgéselnyelési csúcs található. Az optikai szálakban található különféle adalékanyagok hatása miatt a kvarcszálak esetében lehetetlen, hogy alacsony veszteségi ablakkal rendelkezzenek a 2 μm feletti frekvenciasávban. Az elméleti határveszteség 1,85 μm hullámhosszon ldB/km.Kutatások során azt is megállapították, hogy vannak olyan „romboló molekulák”, amelyek problémákat okoznak a kvarcüvegben, főként káros átmenetifém-szennyeződések, mint a réz, vas, króm, mangán stb. Ezek a „gonosztevők” mohón elnyelik a fényenergiát a fény megvilágítása alatt, ugrálnak és ugrálnak, ami fényenergia-veszteséget okoz. A „bajkeltők” kiküszöbölése és az optikai szálak gyártásához használt anyagok kémiai tisztítása nagymértékben csökkentheti a veszteségeket.
A kvarc optikai szálakban egy másik abszorpciós forrás a hidroxid (OH⁻) fázis. Megállapították, hogy a hidroxidnak három abszorpciós csúcsa van a szál munkasávjában: 0,95 μm, 1,24 μm és 1,38 μm. Ezek közül az 1,38 μm hullámhosszon bekövetkező abszorpciós veszteség a legsúlyosabb, és a legnagyobb hatással van a szálra. 1,38 μm hullámhosszon a mindössze 0,0001 iontartalmú hidroxidionok által generált abszorpciós csúcsveszteség akár 33 dB/km is lehet.
Honnan származnak ezek a hidroxidionok? A hidroxidionoknak számos forrása van. Először is, az optikai szálak gyártásához használt anyagok nedvességet és hidroxidvegyületeket tartalmaznak, amelyeket nehéz eltávolítani a nyersanyag-tisztítási folyamat során, és végül hidroxidionok formájában maradnak meg az optikai szálakban; Másodszor, az optikai szálak gyártásához használt hidrogén- és oxigénvegyületek kis mennyiségű nedvességet tartalmaznak; Harmadszor, az optikai szálak gyártási folyamata során kémiai reakciók miatt víz keletkezik; Negyedszer, a külső levegő bejutása vízgőzt hoz magával. A gyártási folyamat azonban mára jelentős szintre fejlődött, és a hidroxidionok tartalma kellően alacsony szintre csökkent ahhoz, hogy az optikai szálakra gyakorolt hatása figyelmen kívül hagyható legyen.
Közzététel ideje: 2025. október 23.