Матэрыял, які выкарыстоўваецца для вырабу аптычных валокнаў, можа паглынаць светлавую энергію. Пасля таго, як часціцы ў аптычных валокнах паглынаюць светлавую энергію, яны ствараюць вібрацыю і цяпло, рассейваючы энергію, што прыводзіць да страт паглынання.У гэтым артыкуле будуць прааналізаваны страты паглынання ад валаконна-аптычных матэрыялаў.
Мы ведаем, што матэрыя складаецца з атамаў і малекул, а атамы складаюцца з атамных ядраў і пазаядзерных электронаў, якія круцяцца вакол атамнага ядра па пэўнай арбіце. Гэтак жа, як Зямля, на якой мы жывем, а таксама такія планеты, як Венера і Марс, круцяцца вакол Сонца. Кожны электрон мае пэўную колькасць энергіі і знаходзіцца на пэўнай арбіце, або, іншымі словамі, кожная арбіта мае пэўны ўзровень энергіі.
Узроўні арбітальнай энергіі бліжэй да атамнага ядра ніжэйшыя, а ўзроўні арбітальнай энергіі далей ад атамнага ядра вышэйшыя.Велічыня рознасці энергетычных узроўняў паміж арбітамі называецца рознасцю энергетычных узроўняў. Калі электроны пераходзяць з нізкага энергетычнага ўзроўню на высокі, ім неабходна паглынуць энергію на адпаведнай рознасці энергетычных узроўняў.
У аптычных валокнах, калі электроны на пэўным энергетычным узроўні апраменьваюцца святлом з даўжынёй хвалі, якая адпавядае рознасці энергетычных узроўняў, электроны, размешчаныя на нізкаэнергетычных арбіталях, пераходзяць на арбіталі з больш высокімі энергетычнымі ўзроўнямі.Гэты электрон паглынае светлавую энергію, што прыводзіць да страты паглынання святла.
Асноўны матэрыял для вырабу аптычных валокнаў, дыяксід крэмнію (SiO2), сам паглынае святло, адно з якіх называецца ультрафіялетавым паглынаннем, а другое — інфрачырвоным паглынаннем. У цяперашні час валаконна-аптычная сувязь звычайна працуе толькі ў дыяпазоне даўжынь хваль 0,8–1,6 мкм, таму мы абмяркуем толькі страты ў гэтай рабочай вобласці.
Пік паглынання, які ўзнікае пры электронных пераходах у кварцавым шкле, мае даўжыню хвалі каля 0,1-0,2 мкм у ультрафіялетавым дыяпазоне. Па меры павелічэння даўжыні хвалі яго паглынанне паступова памяншаецца, але зона ўздзеяння шырокая і дасягае даўжынь хваль вышэй за 1 мкм. Аднак паглынанне ультрафіялетавага выпраменьвання мала ўплывае на кварцавыя аптычныя валокны, якія працуюць у інфрачырвоным дыяпазоне. Напрыклад, у бачным дыяпазоне святла пры даўжыні хвалі 0,6 мкм паглынанне ультрафіялетавага выпраменьвання можа дасягаць 1 дБ/км, пры даўжыні хвалі 0,8 мкм — 0,2-0,3 дБ/км, а пры даўжыні хвалі 1,2 мкм — толькі каля 0,1 дБ/км.
Страты паглынання інфрачырвонага выпраменьвання ў кварцавым валакне ўзнікаюць з-за малекулярных ваганняў матэрыялу ў інфрачырвоным дыяпазоне. У паласе частот вышэй за 2 мкм назіраецца некалькі пікаў паглынання ваганняў. З-за ўплыву розных легіруючых элементаў у аптычных валокнах кварцавыя валокны не могуць мець нізкае акно страт у паласе частот вышэй за 2 мкм. Тэарэтычная мяжа страт на даўжыні хвалі 1,85 мкм складае ldB/км.У выніку даследаванняў было таксама выяўлена, што некаторыя «разбуральныя малекулы», якія выклікаюць праблемы ў кварцавым шкле, у асноўным шкодныя прымешкі пераходных металаў, такія як медзь, жалеза, хром, марганец і г.д. Гэтыя «злыдні» прагна паглынаюць светлавую энергію пад уздзеяннем святла, скачучы і скачучы, што прыводзіць да страты светлавой энергіі. Ліквідацыя «праблемных малекул» і хімічная ачыстка матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца для вытворчасці аптычных валокнаў, могуць значна знізіць страты.
Яшчэ адной крыніцай паглынання ў кварцавых аптычных валокнах з'яўляецца фаза гідраксіду (OH⁻). Было выяўлена, што гідраксід мае тры пікі паглынання ў рабочай паласе валакна: 0,95 мкм, 1,24 мкм і 1,38 мкм. Сярод іх страты паглынання на даўжыні хвалі 1,38 мкм з'яўляюцца найбольш сур'ёзнымі і аказваюць найбольшы ўплыў на валакно. На даўжыні хвалі 1,38 мкм страты піка паглынання, выкліканыя іонамі гідраксіду з утрыманнем усяго 0,0001, дасягаюць 33 дБ/км.
Адкуль бяруцца гэтыя гідраксід-іоны? Існуе мноства крыніц гідраксід-іонаў. Па-першае, матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца для вытворчасці аптычных валокнаў, утрымліваюць вільгаць і гідраксід-іоны, якія цяжка выдаліць падчас працэсу ачысткі сыравіны, і ў канчатковым выніку застаюцца ў выглядзе гідраксід-іонаў у аптычных валокнах; па-другое, вадародныя і кіслародныя злучэнні, якія выкарыстоўваюцца ў вытворчасці аптычных валокнаў, утрымліваюць невялікую колькасць вільгаці; па-трэцяе, падчас вытворчасці аптычных валокнаў утвараецца вада з-за хімічных рэакцый; па-чацвёртае, уваход вонкавага паветра прыносіць вадзяную пару. Аднак цяпер вытворчы працэс развіўся да значнага ўзроўню, і ўтрыманне гідраксід-іонаў знізілася да настолькі нізкага ўзроўню, што іх уплывам на аптычныя валокны можна ігнараваць.
Час публікацыі: 23 кастрычніка 2025 г.