El material utilitzat per fabricar fibres òptiques pot absorbir energia lumínica. Després que les partícules dels materials de fibra òptica absorbeixin energia lumínica, produeixen vibració i calor i dissipen l'energia, cosa que provoca pèrdues d'absorció.Aquest article analitzarà la pèrdua d'absorció dels materials de fibra òptica.
Sabem que la matèria està composta d'àtoms i molècules, i els àtoms estan compostos de nuclis atòmics i electrons extranuclears, que giren al voltant del nucli atòmic en una òrbita determinada. Això és igual que la Terra on vivim, així com planetes com Venus i Mart, que giren al voltant del Sol. Cada electró té una certa quantitat d'energia i es troba en una òrbita determinada, o en altres paraules, cada òrbita té un cert nivell d'energia.
Els nivells d'energia orbital més propers al nucli atòmic són més baixos, mentre que els nivells d'energia orbital més allunyats del nucli atòmic són més alts.La magnitud de la diferència de nivell d'energia entre òrbites s'anomena diferència de nivell d'energia. Quan els electrons passen d'un nivell d'energia baix a un nivell d'energia alt, necessiten absorbir energia a la diferència de nivell d'energia corresponent.
En les fibres òptiques, quan els electrons a un cert nivell d'energia són irradiats amb llum d'una longitud d'ona corresponent a la diferència de nivell d'energia, els electrons situats en orbitals de baixa energia passaran a orbitals amb nivells d'energia més alts.Aquest electró absorbeix energia lluminosa, cosa que provoca una pèrdua per absorció de llum.
El material bàsic per a la fabricació de fibres òptiques, el diòxid de silici (SiO2), absorbeix la llum, una anomenada absorció ultraviolada i l'altra absorció infraroja. Actualment, la comunicació per fibra òptica generalment només funciona en el rang de longitud d'ona de 0,8-1,6 μm, per la qual cosa només parlarem de les pèrdues en aquesta àrea de treball.
El pic d'absorció generat per les transicions electròniques en el vidre de quars és d'una longitud d'ona d'uns 0,1-0,2 μm a la regió ultraviolada. A mesura que augmenta la longitud d'ona, la seva absorció disminueix gradualment, però l'àrea afectada és àmplia, arribant a longituds d'ona superiors a 1 μm. Tanmateix, l'absorció UV té poc efecte sobre les fibres òptiques de quars que operen a la regió infraroja. Per exemple, a la regió de la llum visible a una longitud d'ona de 0,6 μm, l'absorció ultraviolada pot arribar a 1 dB/km, que disminueix a 0,2-0,3 dB/km a una longitud d'ona de 0,8 μm, i només a uns 0,1 dB/km a una longitud d'ona d'1,2 μm.
La pèrdua d'absorció infraroja de la fibra de quars es genera per la vibració molecular del material a la regió infraroja. Hi ha diversos pics d'absorció de vibracions a la banda de freqüència superior a 2 μm. A causa de la influència de diversos elements de dopatge a les fibres òptiques, és impossible que les fibres de quars tinguin una finestra de baixa pèrdua a la banda de freqüència superior a 2 μm. La pèrdua límit teòrica a una longitud d'ona d'1,85 μm és de ldB/km.A través de la investigació, també es va descobrir que hi ha algunes "molècules destructives" que causen problemes en el vidre de quars, principalment impureses nocives de metalls de transició com el coure, el ferro, el crom, el manganès, etc. Aquests "malvats" absorbeixen amb avidesa l'energia lumínica sota la il·luminació de la llum, saltant i saltant, causant una pèrdua d'energia lumínica. Eliminar els "problemàtics" i purificar químicament els materials utilitzats per fabricar fibres òptiques pot reduir considerablement les pèrdues.
Una altra font d'absorció en fibres òptiques de quars és la fase hidròxid (OH-). S'ha descobert que l'hidròxid té tres pics d'absorció a la banda de treball de la fibra, que són 0,95 μm, 1,24 μm i 1,38 μm. Entre ells, la pèrdua d'absorció a la longitud d'ona d'1,38 μm és la més greu i té el major impacte en la fibra. A una longitud d'ona d'1,38 μm, la pèrdua del pic d'absorció generada pels ions hidròxid amb un contingut de només 0,0001 arriba als 33 dB/km.
D'on provenen aquests ions hidròxid? Hi ha moltes fonts d'ions hidròxid. En primer lloc, els materials utilitzats per fabricar fibres òptiques contenen humitat i compostos d'hidròxid, que són difícils d'eliminar durant el procés de purificació de la matèria primera i que finalment romanen en forma d'ions hidròxid a les fibres òptiques; en segon lloc, els compostos d'hidrogen i oxigen utilitzats en la fabricació de fibres òptiques contenen una petita quantitat d'humitat; en tercer lloc, l'aigua es genera durant el procés de fabricació de fibres òptiques a causa de reaccions químiques; en quart lloc, l'entrada d'aire extern porta vapor d'aigua. Tanmateix, el procés de fabricació ara s'ha desenvolupat a un nivell considerable i el contingut d'ions hidròxid s'ha reduït a un nivell prou baix com per ignorar el seu impacte en les fibres òptiques.
Data de publicació: 23 d'octubre de 2025