La materialo uzata por fabriki optikajn fibrojn povas absorbi lumenergion. Post kiam partikloj en optikaj fibroj absorbas lumenergion, ili produktas vibron kaj varmon, kaj disipas la energion, rezultante en absorba perdo.Ĉi tiu artikolo analizos la absorban perdon de optikaj fibraj materialoj.
Ni scias, ke materio konsistas el atomoj kaj molekuloj, kaj atomoj konsistas el atomkernoj kaj eksternukleaj elektronoj, kiuj rotacias ĉirkaŭ la atomkerno en certa orbito. Tio estas same kiel la Tero, sur kiu ni vivas, same kiel planedoj kiel Venuso kaj Marso, kiuj ĉiuj rondiras ĉirkaŭ la Suno. Ĉiu elektrono havas certan kvanton da energio kaj estas en certa orbito, aŭ alivorte, ĉiu orbito havas certan energinivelon.
La orbitaj energiniveloj pli proksime al la atomkerno estas pli malaltaj, dum la orbitaj energiniveloj pli for de la atomkerno estas pli altaj.La grando de la energinivela diferenco inter orbitoj nomiĝas la energinivela diferenco. Kiam elektronoj transiras de malalta energinivelo al alta energinivelo, ili bezonas absorbi energion je la koresponda energinivela diferenco.
En optikaj fibroj, kiam elektronoj je certa energinivelo estas surradiitaj per lumo de ondolongo korespondanta al la energinivela diferenco, elektronoj situantaj sur malalt-energiaj orbitaloj transiros al orbitaloj kun pli altaj energiniveloj.Ĉi tiu elektrono absorbas lumenergion, rezultante en sorbadperdo de lumo.
La baza materialo por fabrikado de optikaj fibroj, silicia dioksido (SiO2), mem absorbas lumon, unu nomata ultraviola absorbo kaj la alia nomata infraruĝa absorbo. Nuntempe, fibrooptika komunikado ĝenerale funkcias nur en la ondolongo-intervalo de 0,8-1,6 μm, do ni nur diskutos la perdojn en ĉi tiu laborareo.
La absorba pinto generita de elektronikaj transiroj en kvarcvitro estas ĉirkaŭ 0,1-0,2 μm je ondolongo en la ultraviola regiono. Dum la ondolongo pliiĝas, ĝia absorbo iom post iom malpliiĝas, sed la trafita areo estas larĝa, atingante ondolongojn super 1 μm. Tamen, UV-absorbo havas malmultan efikon sur kvarcajn optikajn fibrojn funkciantajn en la infraruĝa regiono. Ekzemple, en la videbla lumregiono je ondolongo de 0,6 μm, la ultraviola absorbo povas atingi 1 dB/km, kiu malpliiĝas al 0,2-0,3 dB/km je ondolongo de 0,8 μm, kaj nur ĉirkaŭ 0,1 dB/km je ondolongo de 1,2 μm.
La infraruĝa absorba perdo de kvarca fibro estas generita de la molekula vibrado de la materialo en la infraruĝa regiono. Ekzistas pluraj vibradaj absorbaj pintoj en la frekvencbendo super 2 μm. Pro la influo de diversaj dopaj elementoj en optikaj fibroj, estas neeble por kvarcaj fibroj havi malaltan perdan fenestron en la frekvencbendo super 2 μm. La teoria lima perdo ĉe ondolongo de 1.85 μm estas ldB/km.Per esplorado, oni ankaŭ trovis, ke ekzistas iuj "detruaj molekuloj" kaŭzantaj problemojn en kvarcvitro, ĉefe damaĝaj transirmetalaj malpuraĵoj kiel kupro, fero, kromo, mangano, ktp. Ĉi tiuj "fiuloj" avide sorbas lumenergion sub la lumlumo, saltante kaj saltante ĉirkaŭe, kaŭzante perdon de lumenergio. Forigi "problemulojn" kaj kemie purigi la materialojn uzatajn por fabriki optikajn fibrojn povas multe redukti perdojn.
Alia sorba fonto en kvarcaj optikaj fibroj estas la hidroksida (OH-) fazo. Oni trovis, ke la hidroksido havas tri sorbajn pintojn en la laborbendo de la fibro, kiuj estas 0,95 μm, 1,24 μm, kaj 1,38 μm. Inter ili, la sorba perdo ĉe la ondolongo de 1,38 μm estas la plej severa kaj havas la plej grandan efikon sur la fibron. Ĉe ondolongo de 1,38 μm, la sorba pinta perdo generita de hidroksidaj jonoj kun enhavo de nur 0,0001 estas tiel alta kiel 33dB/km.
De kie venas ĉi tiuj hidroksidaj jonoj? Ekzistas multaj fontoj de hidroksidaj jonoj. Unue, la materialoj uzataj por fabriki optikajn fibrojn enhavas humidon kaj hidroksidajn kombinaĵojn, kiujn malfacilas forigi dum la krudmateriala purigprocezo kaj finfine restas en la formo de hidroksidaj jonoj en la optikaj fibroj; Due, la hidrogenaj kaj oksigenaj kombinaĵoj uzataj en la fabrikado de optikaj fibroj enhavas malgrandan kvanton da humideco; Trie, akvo generiĝas dum la fabrikadprocezo de optikaj fibroj pro kemiaj reakcioj; La kvara estas, ke la eniro de ekstera aero alportas akvovaporon. Tamen, la fabrikadprocezo nun evoluis al konsiderinda nivelo, kaj la enhavo de hidroksidaj jonoj estis reduktita al sufiĉe malalta nivelo, ke ĝia efiko sur optikaj fibroj povas esti ignorata.
Afiŝtempo: 23-a de oktobro 2025