ऑप्टिकल फायबर मटेरियलमधील शोषण तोट्याचे तपशीलवार स्पष्टीकरण

ऑप्टिकल फायबर तयार करण्यासाठी वापरले जाणारे साहित्य प्रकाश ऊर्जा शोषू शकते. ऑप्टिकल फायबर पदार्थांमधील कण प्रकाश ऊर्जा शोषून घेतल्यानंतर, ते कंपन आणि उष्णता निर्माण करतात आणि ऊर्जा नष्ट करतात, परिणामी शोषण कमी होते.हा लेख ऑप्टिकल फायबर मटेरियलच्या शोषण नुकसानाचे विश्लेषण करेल.

आपल्याला माहित आहे की पदार्थ अणू आणि रेणूंनी बनलेला असतो आणि अणू अणु केंद्रके आणि बाह्य न्यूक्लियर इलेक्ट्रॉनपासून बनलेले असतात, जे एका विशिष्ट कक्षेत अणु केंद्रकाभोवती फिरतात. हे अगदी आपण ज्या पृथ्वीवर राहतो त्याप्रमाणेच आहे, तसेच शुक्र आणि मंगळ सारखे ग्रह सूर्याभोवती फिरतात. प्रत्येक इलेक्ट्रॉनमध्ये विशिष्ट प्रमाणात ऊर्जा असते आणि ती एका विशिष्ट कक्षेत असते, किंवा दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे तर, प्रत्येक कक्षामध्ये विशिष्ट ऊर्जा पातळी असते.

अणु केंद्रकाजवळील कक्षीय ऊर्जा पातळी कमी असते, तर अणु केंद्रकापासून दूर असलेल्या कक्षीय ऊर्जा पातळी जास्त असते.कक्षांमधील ऊर्जा पातळीतील फरकाच्या परिमाणाला ऊर्जा पातळीतील फरक म्हणतात. जेव्हा इलेक्ट्रॉन कमी ऊर्जा पातळीवरून उच्च ऊर्जा पातळीकडे संक्रमण करतात, तेव्हा त्यांना संबंधित ऊर्जा पातळीतील फरकावर ऊर्जा शोषून घ्यावी लागते.

ऑप्टिकल फायबरमध्ये, जेव्हा एका विशिष्ट ऊर्जा पातळीवरील इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पातळीच्या फरकाशी संबंधित तरंगलांबी असलेल्या प्रकाशाने विकिरणित होतात, तेव्हा कमी-ऊर्जा ऑर्बिटल्सवर असलेले इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा पातळी असलेल्या ऑर्बिटल्समध्ये संक्रमण करतात.हे इलेक्ट्रॉन प्रकाश ऊर्जा शोषून घेते, ज्यामुळे प्रकाशाचे शोषण कमी होते.

ऑप्टिकल फायबर तयार करण्यासाठी मूलभूत सामग्री, सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2), स्वतः प्रकाश शोषून घेते, एकाला अल्ट्राव्हायोलेट शोषण म्हणतात आणि दुसरे इन्फ्रारेड शोषण म्हणतात. सध्या, फायबर ऑप्टिक कम्युनिकेशन सामान्यतः फक्त 0.8-1.6 μm च्या तरंगलांबी श्रेणीत चालते, म्हणून आपण फक्त या कार्यक्षेत्रातील नुकसानांवर चर्चा करू.

क्वार्ट्ज ग्लासमध्ये इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणांमुळे निर्माण होणारे शोषण शिखर अल्ट्राव्हायोलेट प्रदेशात सुमारे 0.1-0.2 μm तरंगलांबी असते. जसजशी तरंगलांबी वाढते तसतसे त्याचे शोषण हळूहळू कमी होते, परंतु प्रभावित क्षेत्र रुंद होते, 1 μm पेक्षा जास्त तरंगलांबीपर्यंत पोहोचते. तथापि, इन्फ्रारेड प्रदेशात कार्यरत क्वार्ट्ज ऑप्टिकल फायबरवर अतिनील शोषणाचा फारसा परिणाम होत नाही. उदाहरणार्थ, 0.6 μm तरंगलांबी असलेल्या दृश्यमान प्रकाश प्रदेशात, अतिनील शोषण 1dB/km पर्यंत पोहोचू शकते, जे 0.8 μm तरंगलांबी असलेल्या ठिकाणी 0.2-0.3dB/km पर्यंत कमी होते आणि 1.2 μm तरंगलांबी असलेल्या ठिकाणी फक्त 0.1dB/km पर्यंत कमी होते.

क्वार्ट्ज फायबरचे इन्फ्रारेड शोषण नुकसान हे इन्फ्रारेड प्रदेशातील पदार्थाच्या आण्विक कंपनामुळे निर्माण होते. २ μ मीटरपेक्षा जास्त फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये कंपन शोषणाची अनेक शिखरे आहेत. ऑप्टिकल फायबरमधील विविध डोपिंग घटकांच्या प्रभावामुळे, २ μ मीटरपेक्षा जास्त फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये क्वार्ट्ज फायबरसाठी कमी नुकसान विंडो असणे अशक्य आहे. १.८५ μ मीटरच्या तरंगलांबीवर सैद्धांतिक मर्यादा नुकसान ldB/km आहे.संशोधनातून असेही आढळून आले की क्वार्ट्ज ग्लासमध्ये काही "विध्वंसक रेणू" असतात जे त्रासदायक असतात, प्रामुख्याने तांबे, लोखंड, क्रोमियम, मॅंगनीज इत्यादी हानिकारक संक्रमण धातूंच्या अशुद्धतेमुळे. हे 'खलनायक' प्रकाशाच्या प्रकाशात प्रकाश ऊर्जा लोभीपणे शोषून घेतात, उड्या मारतात आणि उड्या मारतात, ज्यामुळे प्रकाश ऊर्जेचा नाश होतो. ऑप्टिकल फायबर तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या 'समस्या निर्माण करणाऱ्यांना' काढून टाकणे आणि रासायनिकरित्या शुद्ध करणे यामुळे नुकसान मोठ्या प्रमाणात कमी होऊ शकते.

क्वार्ट्ज ऑप्टिकल फायबरमध्ये आणखी एक शोषण स्रोत म्हणजे हायड्रॉक्साइड (OH -) फेज. असे आढळून आले आहे की हायड्रॉक्साइडमध्ये फायबरच्या कार्यरत बँडमध्ये तीन शोषण शिखरे आहेत, जी 0.95 μ m, 1.24 μ m आणि 1.38 μ m आहेत. त्यापैकी, 1.38 μ m च्या तरंगलांबीवर शोषण नुकसान सर्वात गंभीर आहे आणि त्याचा फायबरवर सर्वात जास्त परिणाम होतो. 1.38 μ m च्या तरंगलांबीवर, केवळ 0.0001 सामग्री असलेल्या हायड्रॉक्साइड आयनद्वारे निर्माण होणारे शोषण शिखर नुकसान 33dB/km इतके जास्त असते.

हे हायड्रॉक्साइड आयन कुठून येतात? हायड्रॉक्साइड आयनचे अनेक स्रोत आहेत. प्रथम, ऑप्टिकल फायबर तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या पदार्थांमध्ये ओलावा आणि हायड्रॉक्साइड संयुगे असतात, जे कच्च्या मालाच्या शुद्धीकरण प्रक्रियेदरम्यान काढून टाकणे कठीण असते आणि शेवटी ते ऑप्टिकल फायबरमध्ये हायड्रॉक्साइड आयनच्या स्वरूपात राहतात; दुसरे म्हणजे, ऑप्टिकल फायबरच्या निर्मितीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन संयुगांमध्ये थोड्या प्रमाणात ओलावा असतो; तिसरे म्हणजे, रासायनिक अभिक्रियांमुळे ऑप्टिकल फायबरच्या निर्मिती प्रक्रियेदरम्यान पाणी तयार होते; चौथे म्हणजे बाह्य हवेच्या प्रवेशामुळे पाण्याची वाफ येते. तथापि, उत्पादन प्रक्रिया आता लक्षणीय पातळीवर विकसित झाली आहे आणि हायड्रॉक्साइड आयनचे प्रमाण इतके कमी झाले आहे की त्याचा ऑप्टिकल फायबरवर होणारा परिणाम दुर्लक्षित करता येईल.