Detalyadong Paliwanag ng Pagkawala ng Pagsipsip sa mga Materyales ng Optical Fiber

Ang materyal na ginagamit sa paggawa ng mga optical fiber ay kayang sumipsip ng enerhiya ng liwanag. Matapos masipsip ng mga particle sa mga materyales ng optical fiber ang enerhiya ng liwanag, lumilikha ang mga ito ng panginginig ng boses at init, at pinapawi ang enerhiya, na nagreresulta sa pagkawala ng pagsipsip.Susuriin ng artikulong ito ang absorption loss ng mga materyales na optical fiber.

Alam natin na ang materya ay binubuo ng mga atomo at molekula, at ang mga atomo ay binubuo ng mga atomikong nukleo at mga ekstranukleyar na elektron, na umiikot sa paligid ng atomikong nukleo sa isang partikular na orbito. Ito ay katulad ng Daigdig na ating tinitirhan, gayundin ang mga planeta tulad ng Venus at Mars, lahat ay umiikot sa paligid ng Araw. Ang bawat elektron ay may tiyak na dami ng enerhiya at nasa isang partikular na orbito, o sa madaling salita, ang bawat orbito ay may tiyak na antas ng enerhiya.

Mas mababa ang antas ng enerhiya ng orbital na mas malapit sa atomic nucleus, habang mas mataas ang antas ng enerhiya ng orbital na mas malayo sa atomic nucleus.Ang magnitude ng pagkakaiba sa antas ng enerhiya sa pagitan ng mga orbit ay tinatawag na pagkakaiba sa antas ng enerhiya. Kapag ang mga electron ay lumilipat mula sa mababang antas ng enerhiya patungo sa mataas na antas ng enerhiya, kailangan nilang sumipsip ng enerhiya sa katumbas na pagkakaiba sa antas ng enerhiya.

Sa mga optical fiber, kapag ang mga electron sa isang partikular na antas ng enerhiya ay naiilawan ng liwanag na may wavelength na naaayon sa pagkakaiba sa antas ng enerhiya, ang mga electron na matatagpuan sa mga low-energy orbital ay lilipat sa mga orbital na may mas mataas na antas ng enerhiya.Ang elektron na ito ay sumisipsip ng enerhiya ng liwanag, na nagreresulta sa pagkawala ng pagsipsip ng liwanag.

Ang pangunahing materyal para sa paggawa ng mga optical fiber, ang silicon dioxide (SiO2), ay sumisipsip ng liwanag, ang isa ay tinatawag na ultraviolet absorption at ang isa naman ay tinatawag na infrared absorption. Sa kasalukuyan, ang komunikasyon ng fiber optic sa pangkalahatan ay gumagana lamang sa hanay ng wavelength na 0.8-1.6 μm, kaya tatalakayin lamang natin ang mga pagkalugi sa larangang ito.

Ang peak ng pagsipsip na nalilikha ng mga electronic transition sa quartz glass ay nasa humigit-kumulang 0.1-0.2 μm na wavelength sa ultraviolet region. Habang tumataas ang wavelength, unti-unting bumababa ang pagsipsip nito, ngunit ang apektadong lugar ay malawak, na umaabot sa mga wavelength na higit sa 1 μm. Gayunpaman, ang pagsipsip ng UV ay may kaunting epekto sa mga quartz optical fiber na gumagana sa infrared region. Halimbawa, sa visible light region sa wavelength na 0.6 μm, ang ultraviolet absorption ay maaaring umabot sa 1dB/km, na bumababa sa 0.2-0.3dB/km sa wavelength na 0.8 μm, at humigit-kumulang 0.1dB/km lamang sa wavelength na 1.2 μm.

Ang infrared absorption loss ng quartz fiber ay nalilikha ng molecular vibration ng materyal sa infrared region. Mayroong ilang vibration absorption peak sa frequency band na higit sa 2 μm. Dahil sa impluwensya ng iba't ibang doping elements sa optical fibers, imposibleng magkaroon ng mababang loss window ang quartz fibers sa frequency band na higit sa 2 μm. Ang theoretical limit loss sa wavelength na 1.85 μm ay ldB/km.Sa pamamagitan ng pananaliksik, natuklasan din na may ilang "mapanirang molekula" na nagdudulot ng problema sa quartz glass, pangunahin na ang mga mapaminsalang dumi ng transition metal tulad ng tanso, bakal, chromium, manganese, atbp. Ang mga "kontrabida" na ito ay sakim na sumisipsip ng enerhiya ng liwanag sa ilalim ng liwanag, tumatalon-talon, na nagiging sanhi ng pagkawala ng enerhiya ng liwanag. Ang pag-aalis ng mga "manggugulo" at kemikal na paglilinis ng mga materyales na ginagamit sa paggawa ng mga optical fiber ay maaaring lubos na makabawas sa mga pagkalugi.

Ang isa pang pinagmumulan ng pagsipsip sa mga quartz optical fiber ay ang hydroxide (OH-) phase. Natuklasan na ang hydroxide ay may tatlong absorption peak sa working band ng fiber, na 0.95 μm, 1.24 μm, at 1.38 μm. Sa mga ito, ang absorption loss sa wavelength na 1.38 μm ang pinakamatindi at may pinakamalaking epekto sa fiber. Sa wavelength na 1.38 μm, ang absorption peak loss na nalilikha ng mga hydroxide ion na may nilalaman lamang na 0.0001 ay kasingtaas ng 33dB/km.

Saan nagmumula ang mga hydroxide ion na ito? Maraming pinagmumulan ng mga hydroxide ion. Una, ang mga materyales na ginagamit sa paggawa ng mga optical fiber ay naglalaman ng moisture at hydroxide compound, na mahirap tanggalin sa proseso ng paglilinis ng hilaw na materyal at sa huli ay nananatili sa anyo ng mga hydroxide ion sa optical fiber; Pangalawa, ang mga hydrogen at oxygen compound na ginagamit sa paggawa ng mga optical fiber ay naglalaman ng kaunting moisture; Pangatlo, ang tubig ay nalilikha sa proseso ng paggawa ng mga optical fiber dahil sa mga kemikal na reaksyon; Ang pang-apat ay ang pagpasok ng panlabas na hangin ay nagdadala ng singaw ng tubig. Gayunpaman, ang proseso ng paggawa ay umunlad na ngayon sa isang malaking antas, at ang nilalaman ng mga hydroxide ion ay nabawasan sa isang sapat na mababang antas kaya ang epekto nito sa mga optical fiber ay maaaring balewalain.