ماده‌ای که برای ساخت فیبرهای نوری استفاده می‌شود می‌تواند انرژی نور را جذب کند. پس از اینکه ذرات موجود در مواد فیبر نوری انرژی نور را جذب کردند، ارتعاش و گرما تولید می‌کنند و انرژی را تلف می‌کنند که منجر به اتلاف جذب می‌شود.این مقاله به بررسی افت جذب مواد فیبر نوری می‌پردازد.
ما می‌دانیم که ماده از اتم‌ها و مولکول‌ها تشکیل شده است و اتم‌ها از هسته‌های اتمی و الکترون‌های فراهسته‌ای تشکیل شده‌اند که در مدار مشخصی به دور هسته اتمی می‌چرخند. این درست مانند زمینی است که ما روی آن زندگی می‌کنیم و همچنین سیاراتی مانند زهره و مریخ که همگی به دور خورشید می‌چرخند. هر الکترون مقدار مشخصی انرژی دارد و در مدار مشخصی قرار دارد، یا به عبارت دیگر، هر مدار سطح انرژی مشخصی دارد.
سطوح انرژی مداری نزدیک‌تر به هسته اتم پایین‌تر و سطوح انرژی مداری دورتر از هسته اتم بالاتر است.بزرگی اختلاف سطح انرژی بین مدارها، اختلاف سطح انرژی نامیده می‌شود. وقتی الکترون‌ها از یک سطح انرژی پایین به یک سطح انرژی بالا منتقل می‌شوند، باید در اختلاف سطح انرژی مربوطه، انرژی جذب کنند.
در فیبرهای نوری، هنگامی که الکترون‌ها در یک سطح انرژی خاص، تحت تابش نوری با طول موج متناظر با اختلاف سطح انرژی قرار می‌گیرند، الکترون‌های واقع در اوربیتال‌های کم‌انرژی به اوربیتال‌هایی با سطح انرژی بالاتر منتقل می‌شوند.این الکترون انرژی نور را جذب می‌کند و در نتیجه باعث از دست رفتن نور می‌شود.
ماده‌ی اصلی برای ساخت فیبرهای نوری، دی‌اکسید سیلیکون (SiO2)، خود نور را جذب می‌کند، یکی جذب فرابنفش و دیگری جذب فروسرخ. در حال حاضر، ارتباطات فیبر نوری عموماً فقط در محدوده‌ی طول موج 0.8 تا 1.6 میکرومتر عمل می‌کند، بنابراین ما فقط در مورد تلفات در این حوزه‌ی کاری بحث خواهیم کرد.
پیک جذب ایجاد شده توسط گذارهای الکترونیکی در شیشه کوارتز در حدود طول موج 0.1-0.2 میکرومتر در ناحیه فرابنفش است. با افزایش طول موج، جذب آن به تدریج کاهش می‌یابد، اما ناحیه تحت تأثیر وسیع است و به طول موج‌های بالاتر از 1 میکرومتر می‌رسد. با این حال، جذب UV تأثیر کمی بر فیبرهای نوری کوارتز که در ناحیه مادون قرمز کار می‌کنند، دارد. به عنوان مثال، در ناحیه نور مرئی در طول موج 0.6 میکرومتر، جذب فرابنفش می‌تواند به 1dB/km برسد که در طول موج 0.8 میکرومتر به 0.2-0.3dB/km و در طول موج 1.2 میکرومتر تنها حدود 0.1dB/km کاهش می‌یابد.
افت جذب مادون قرمز فیبر کوارتز توسط ارتعاش مولکولی ماده در ناحیه مادون قرمز ایجاد می‌شود. چندین پیک جذب ارتعاش در باند فرکانسی بالاتر از 2 میکرومتر وجود دارد. به دلیل تأثیر عناصر آلایش مختلف در فیبرهای نوری، برای فیبرهای کوارتز غیرممکن است که در باند فرکانسی بالاتر از 2 میکرومتر، پنجره افت کم داشته باشند. حد تئوری افت در طول موج 1.85 میکرومتر، ldB/km است.از طریق تحقیقات، همچنین مشخص شد که برخی از "مولکول‌های مخرب" که باعث ایجاد مشکل در شیشه کوارتز می‌شوند، عمدتاً ناخالصی‌های مضر فلزات واسطه مانند مس، آهن، کروم، منگنز و غیره وجود دارند. این "مولکول‌های شرور" با اشتیاق انرژی نور را در زیر نور جذب می‌کنند، می‌پرند و می‌پرند و باعث اتلاف انرژی نور می‌شوند. حذف "مولکول‌های مزاحم" و تصفیه شیمیایی مواد مورد استفاده برای ساخت فیبرهای نوری می‌تواند تلفات را تا حد زیادی کاهش دهد.
یکی دیگر از منابع جذب در فیبرهای نوری کوارتز، فاز هیدروکسید (OH-) است. مشخص شده است که هیدروکسید در باند کاری فیبر، سه پیک جذب دارد که عبارتند از 0.95 میکرومتر، 1.24 میکرومتر و 1.38 میکرومتر. در میان آنها، افت جذب در طول موج 1.38 میکرومتر شدیدترین است و بیشترین تأثیر را بر فیبر دارد. در طول موج 1.38 میکرومتر، افت پیک جذب ایجاد شده توسط یون‌های هیدروکسید با محتوای تنها 0.0001 به اندازه 33 دسی‌بل بر کیلومتر است.
این یون‌های هیدروکسید از کجا می‌آیند؟ منابع زیادی برای یون‌های هیدروکسید وجود دارد. اولاً، موادی که برای ساخت فیبرهای نوری استفاده می‌شوند حاوی رطوبت و ترکیبات هیدروکسید هستند که حذف آنها در طول فرآیند تصفیه مواد اولیه دشوار است و در نهایت به شکل یون‌های هیدروکسید در فیبرهای نوری باقی می‌مانند. ثانیاً، ترکیبات هیدروژن و اکسیژن مورد استفاده در ساخت فیبرهای نوری حاوی مقدار کمی رطوبت هستند. ثالثاً، در طول فرآیند ساخت فیبرهای نوری به دلیل واکنش‌های شیمیایی، آب تولید می‌شود. چهارم اینکه ورود هوای خارجی، بخار آب را به همراه دارد. با این حال، فرآیند تولید اکنون به سطح قابل توجهی توسعه یافته است و محتوای یون‌های هیدروکسید به سطح کافی پایینی کاهش یافته است که می‌توان تأثیر آن بر فیبرهای نوری را نادیده گرفت.
زمان ارسال: ۲۳ اکتبر ۲۰۲۵