Materialet, der bruges til at fremstille optiske fibre, kan absorbere lysenergi. Når partikler i optiske fibermaterialer absorberer lysenergi, producerer de vibrationer og varme, som spreder energien, hvilket resulterer i absorptionstab.Denne artikel vil analysere absorptionstabet i optiske fibermaterialer.
Vi ved, at materie er sammensat af atomer og molekyler, og atomer er sammensat af atomkerner og ekstranukleære elektroner, som roterer omkring atomkernen i en bestemt bane. Dette er ligesom Jorden, vi lever på, såvel som planeter som Venus og Mars, der alle kredser om Solen. Hver elektron har en bestemt mængde energi og er i en bestemt bane, eller med andre ord, hver bane har et bestemt energiniveau.
Orbitalenerginiveauerne tættere på atomkernen er lavere, mens orbitalenerginiveauerne længere væk fra atomkernen er højere.Størrelsen af energiniveauforskellen mellem baner kaldes energiniveauforskellen. Når elektroner går fra et lavt energiniveau til et højt energiniveau, skal de absorbere energi ved den tilsvarende energiniveauforskel.
I optiske fibre, når elektroner ved et bestemt energiniveau bestråles med lys med en bølgelængde svarende til energiniveauforskellen, vil elektroner placeret på lavenergiorbitaler overgå til orbitaler med højere energiniveauer.Denne elektron absorberer lysenergi, hvilket resulterer i tab af lysabsorption.
Det grundlæggende materiale til fremstilling af optiske fibre, siliciumdioxid (SiO2), absorberer selv lys, den ene kaldet ultraviolet absorption og den anden kaldet infrarød absorption. I øjeblikket fungerer fiberoptisk kommunikation generelt kun i bølgelængdeområdet 0,8-1,6 μm, så vi vil kun diskutere tabene i dette arbejdsområde.
Absorptionstoppen genereret af elektroniske overgange i kvartsglas er omkring 0,1-0,2 μm bølgelængde i det ultraviolette område. Efterhånden som bølgelængden stiger, falder absorptionen gradvist, men det berørte område er bredt og når bølgelængder over 1 μm. UV-absorption har dog ringe effekt på kvartsoptiske fibre, der opererer i det infrarøde område. For eksempel kan ultravioletabsorptionen i det synlige lysområde ved en bølgelængde på 0,6 μm nå 1 dB/km, hvilket falder til 0,2-0,3 dB/km ved en bølgelængde på 0,8 μm og kun omkring 0,1 dB/km ved en bølgelængde på 1,2 μm.
Tabet af infrarød absorption i kvartsfibre genereres af materialets molekylære vibration i det infrarøde område. Der er adskillige vibrationstoppe i frekvensbåndet over 2 μm. På grund af indflydelsen fra forskellige dopingelementer i optiske fibre er det umuligt for kvartsfibre at have et lavt tabsvindue i frekvensbåndet over 2 μm. Det teoretiske grænsetab ved en bølgelængde på 1,85 μm er ldB/km.Gennem forskning blev det også konstateret, at der er nogle "destruktive molekyler", der forårsager problemer i kvartsglas, primært skadelige urenheder i overgangsmetaller såsom kobber, jern, krom, mangan osv. Disse "skurke" absorberer grådigt lysenergi under lysets belysning, hopper og hopper rundt, hvilket forårsager et tab af lysenergi. Eliminering af "ballademagere" og kemisk rensning af de materialer, der bruges til at fremstille optiske fibre, kan reducere tab betydeligt.
En anden absorptionskilde i kvartsoptiske fibre er hydroxidfasen (OH-). Det er blevet konstateret, at hydroxid har tre absorptionstoppe i fiberens arbejdsbånd, som er 0,95 μm, 1,24 μm og 1,38 μm. Blandt dem er absorptionstabet ved bølgelængden 1,38 μm det mest alvorlige og har den største indvirkning på fiberen. Ved en bølgelængde på 1,38 μm er absorptionstoppabet genereret af hydroxidioner med et indhold på kun 0,0001 så højt som 33 dB/km.
Hvor kommer disse hydroxidioner fra? Der er mange kilder til hydroxidioner. For det første indeholder de materialer, der bruges til at fremstille optiske fibre, fugt og hydroxidforbindelser, som er vanskelige at fjerne under rensningsprocessen af råmaterialet og i sidste ende forbliver i form af hydroxidioner i de optiske fibre. For det andet indeholder de hydrogen- og iltforbindelser, der bruges i fremstillingen af optiske fibre, en lille mængde fugt. For det tredje genereres vand under fremstillingsprocessen af optiske fibre på grund af kemiske reaktioner. For det fjerde bringer indtrængen af uden luft vanddamp med sig. Imidlertid har fremstillingsprocessen nu udviklet sig til et betydeligt niveau, og indholdet af hydroxidioner er reduceret til et tilstrækkeligt lavt niveau til, at dets indvirkning på optiske fibre kan ignoreres.
Opslagstidspunkt: 23. oktober 2025