Materialet som brukes til å produsere optiske fibre kan absorbere lysenergi. Etter at partikler i optiske fibermaterialer absorberer lysenergi, produserer de vibrasjon og varme, og sprer energien, noe som resulterer i absorpsjonstap.Denne artikkelen vil analysere absorpsjonstapet i optiske fibermaterialer.
Vi vet at materie er bygd opp av atomer og molekyler, og atomer er bygd opp av atomkjerner og ekstranukleære elektroner, som roterer rundt atomkjernen i en bestemt bane. Dette er akkurat som jorden vi lever på, i tillegg til planeter som Venus og Mars, som alle kretser rundt solen. Hvert elektron har en viss mengde energi og er i en viss bane, eller med andre ord, hver bane har et visst energinivå.
Orbitalenerginivåene nærmere atomkjernen er lavere, mens orbitalenerginivåene lenger unna atomkjernen er høyere.Størrelsen på energinivåforskjellen mellom banene kalles energinivåforskjellen. Når elektroner går fra et lavt energinivå til et høyt energinivå, må de absorbere energi ved den tilsvarende energinivåforskjellen.
I optiske fibre, når elektroner på et visst energinivå bestråles med lys med en bølgelengde som tilsvarer energinivåforskjellen, vil elektroner som ligger på lavenergiorbitaler gå over til orbitaler med høyere energinivåer.Dette elektronet absorberer lysenergi, noe som resulterer i tap av lysabsorpsjon.
Grunnmaterialet for produksjon av optiske fibre, silisiumdioksid (SiO2), absorberer selv lys, den ene kalt ultrafiolett absorpsjon og den andre kalt infrarød absorpsjon. For tiden opererer fiberoptisk kommunikasjon vanligvis bare i bølgelengdeområdet 0,8–1,6 μm, så vi vil bare diskutere tapene i dette arbeidsområdet.
Absorpsjonstoppen generert av elektroniske overganger i kvartsglass er rundt 0,1–0,2 μm bølgelengde i det ultrafiolette området. Etter hvert som bølgelengden øker, avtar absorpsjonen gradvis, men det berørte området er bredt og når bølgelengder over 1 μm. UV-absorpsjon har imidlertid liten effekt på kvartsoptiske fibre som opererer i det infrarøde området. For eksempel, i det synlige lysområdet ved en bølgelengde på 0,6 μm, kan den ultrafiolette absorpsjonen nå 1 dB/km, som synker til 0,2–0,3 dB/km ved en bølgelengde på 0,8 μm, og bare omtrent 0,1 dB/km ved en bølgelengde på 1,2 μm.
Tapet i infrarød absorpsjon i kvartsfiber genereres av materialets molekylære vibrasjon i det infrarøde området. Det er flere vibrasjonstopper i frekvensbåndet over 2 μm. På grunn av påvirkningen fra ulike dopingelementer i optiske fibre er det umulig for kvartsfibre å ha et lavt tapsvindu i frekvensbåndet over 2 μm. Det teoretiske grensetapet ved en bølgelengde på 1,85 μm er ldB/km.Gjennom forskning ble det også funnet at det finnes noen «destruktive molekyler» som forårsaker problemer i kvartsglass, hovedsakelig skadelige urenheter i overgangsmetaller som kobber, jern, krom, mangan, osv. Disse «skurkene» absorberer grådig lysenergi under lysets belysning, hopper og hopper rundt, noe som forårsaker tap av lysenergi. Å eliminere «bråkmakere» og kjemisk rense materialene som brukes til å produsere optiske fibre kan redusere tapene betraktelig.
En annen absorpsjonskilde i kvartsfibre er hydroksidfasen (OH-). Det er funnet at hydroksid har tre absorpsjonstopper i fiberens arbeidsbånd, som er 0,95 μm, 1,24 μm og 1,38 μm. Blant dem er absorpsjonstapet ved bølgelengden 1,38 μm det mest alvorlige og har størst innvirkning på fiberen. Ved en bølgelengde på 1,38 μm er absorpsjonstopptapet generert av hydroksidioner med et innhold på bare 0,0001 så høyt som 33 dB/km.
Hvor kommer disse hydroksidionene fra? Det finnes mange kilder til hydroksidioner. For det første inneholder materialene som brukes til å produsere optiske fibre fuktighet og hydroksidforbindelser, som er vanskelige å fjerne under renseprosessen for råmaterialer og til slutt forblir i form av hydroksidioner i de optiske fibrene. For det andre inneholder hydrogen- og oksygenforbindelsene som brukes i produksjonen av optiske fibre en liten mengde fuktighet. For det tredje genereres vann under produksjonsprosessen av optiske fibre på grunn av kjemiske reaksjoner. For det fjerde bringer inntaket av ekstern luft vanndamp. Imidlertid har produksjonsprosessen nå utviklet seg til et betydelig nivå, og innholdet av hydroksidioner er redusert til et tilstrekkelig lavt nivå til at dets innvirkning på optiske fibre kan ignoreres.
Publisert: 23. oktober 2025