ऑप्टिकल फायबर बनवण्यासाठी वापरण्यात येणारे साहित्य प्रकाश ऊर्जा शोषून घेऊ शकते. ऑप्टिकल फायबरच्या साहित्यातील कण प्रकाश ऊर्जा शोषून घेतल्यानंतर, ते कंपन आणि उष्णता निर्माण करतात व ऊर्जेचे उत्सर्जन करतात, ज्यामुळे शोषण हानी होते.या लेखात ऑप्टिकल फायबर सामग्रीच्या शोषण हानीचे विश्लेषण केले जाईल.
आपल्याला माहित आहे की पदार्थ अणू आणि रेणूंनी बनलेला असतो, आणि अणू हे अणुकेंद्रक आणि अणुकेंद्रकाबाहेरील इलेक्ट्रॉन यांनी बनलेले असतात, जे अणुकेंद्रकाभोवती एका विशिष्ट कक्षेत फिरतात. हे अगदी आपण राहत असलेल्या पृथ्वी, तसेच शुक्र आणि मंगळासारखे ग्रह, हे सर्व सूर्याभोवती फिरण्यासारखेच आहे. प्रत्येक इलेक्ट्रॉनमध्ये विशिष्ट प्रमाणात ऊर्जा असते आणि तो एका विशिष्ट कक्षेत असतो, किंवा दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे झाल्यास, प्रत्येक कक्षेची एक विशिष्ट ऊर्जा पातळी असते.
अणू केंद्रकाच्या जवळच्या कक्षीय ऊर्जा पातळ्या कमी असतात, तर अणू केंद्रकापासून दूर असलेल्या कक्षीय ऊर्जा पातळ्या जास्त असतात.कक्षांमधील ऊर्जा पातळीच्या फरकाच्या परिमाणाला ऊर्जा पातळी फरक म्हणतात. जेव्हा इलेक्ट्रॉन कमी ऊर्जा पातळीवरून उच्च ऊर्जा पातळीवर जातात, तेव्हा त्यांना संबंधित ऊर्जा पातळी फरकावर ऊर्जा शोषून घ्यावी लागते.
ऑप्टिकल फायबरमध्ये, जेव्हा एका विशिष्ट ऊर्जा पातळीवरील इलेक्ट्रॉनवर, ऊर्जा पातळीतील फरकाशी जुळणाऱ्या तरंगलांबीचा प्रकाश टाकला जातो, तेव्हा कमी-ऊर्जेच्या ऑर्बिटल्सवर असलेले इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा पातळीच्या ऑर्बिटल्समध्ये संक्रमण करतात.हा इलेक्ट्रॉन प्रकाश ऊर्जा शोषून घेतो, परिणामी प्रकाशाची हानी होते.
ऑप्टिकल फायबरच्या निर्मितीसाठी लागणारा मूलभूत पदार्थ, सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2), स्वतः प्रकाश शोषून घेतो, ज्यातील एकाला अतिनील शोषण आणि दुसऱ्याला अवरक्त शोषण म्हणतात. सध्या, फायबर ऑप्टिक कम्युनिकेशन सामान्यतः फक्त 0.8-1.6 μm च्या तरंगलांबीच्या श्रेणीतच कार्य करते, त्यामुळे आपण फक्त याच कार्यक्षेत्रातील हानीवर चर्चा करणार आहोत.
क्वार्ट्झ ग्लासमध्ये इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणांमुळे निर्माण होणारे शोषण शिखर अतिनील क्षेत्रात सुमारे ०.१-०.२ μm तरंगलांबीवर असते. जशी तरंगलांबी वाढते, तसे त्याचे शोषण हळूहळू कमी होते, परंतु प्रभावित क्षेत्र विस्तृत असून ते १ μm पेक्षा जास्त तरंगलांबीपर्यंत पोहोचते. तथापि, अवरक्त क्षेत्रात कार्यरत असलेल्या क्वार्ट्झ ऑप्टिकल फायबरवर अतिनील शोषणाचा फारसा परिणाम होत नाही. उदाहरणार्थ, दृश्य प्रकाश क्षेत्रात ०.६ μm तरंगलांबीवर, अतिनील शोषण १dB/km पर्यंत पोहोचू शकते, जे ०.८ μm तरंगलांबीवर ०.२-०.३dB/km पर्यंत कमी होते आणि १.२ μm तरंगलांबीवर केवळ सुमारे ०.१dB/km असते.
क्वार्ट्झ फायबरमधील इन्फ्रारेड शोषण हानी ही इन्फ्रारेड क्षेत्रात पदार्थाच्या आण्विक कंपनामुळे निर्माण होते. २ μm वरील फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये अनेक कंपन शोषण शिखरे आढळतात. ऑप्टिकल फायबरमधील विविध डोपिंग घटकांच्या प्रभावामुळे, क्वार्ट्झ फायबरमध्ये २ μm वरील फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये कमी हानीची मर्यादा असणे अशक्य आहे. १.८५ μm तरंगलांबीवर सैद्धांतिक मर्यादेतील हानी µB/km आहे.संशोधनातून असेही आढळून आले आहे की, क्वार्ट्ज ग्लासमध्ये काही 'विनाशक रेणू' त्रासदायक ठरतात, ज्यात प्रामुख्याने तांबे, लोह, क्रोमियम, मॅंगनीज इत्यादींसारख्या हानिकारक संक्रमण धातूंच्या अशुद्धींचा समावेश असतो. हे 'खलनायक' प्रकाशाच्या प्रदीपनाखाली प्रकाश ऊर्जा लोभाने शोषून घेतात, इकडेतिकडे उड्या मारतात आणि प्रकाश ऊर्जेची हानी करतात. 'त्रासदायक घटकांना' काढून टाकल्यास आणि ऑप्टिकल फायबरच्या निर्मितीसाठी वापरल्या जाणाऱ्या सामग्रीचे रासायनिक शुद्धीकरण केल्यास ही हानी मोठ्या प्रमाणात कमी करता येते.
क्वार्ट्झ ऑप्टिकल फायबरमधील शोषणाचा आणखी एक स्रोत म्हणजे हायड्रॉक्साईड (OH-) फेज. असे आढळून आले आहे की फायबरच्या वर्किंग बँडमध्ये हायड्रॉक्साईडची 0.95 μm, 1.24 μm आणि 1.38 μm अशी तीन शोषण शिखरे आहेत. त्यापैकी, 1.38 μm तरंगलांबीवरील शोषण हानी सर्वात गंभीर आहे आणि फायबरवर तिचा सर्वात मोठा परिणाम होतो. 1.38 μm तरंगलांबीवर, केवळ 0.0001 इतक्या कमी प्रमाणातील हायड्रॉक्साईड आयनांमुळे निर्माण होणारी शोषण शिखर हानी 33dB/km इतकी जास्त असते.
हे हायड्रॉक्साइड आयन कुठून येतात? हायड्रॉक्साइड आयनचे अनेक स्रोत आहेत. पहिले म्हणजे, ऑप्टिकल फायबर बनवण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या सामग्रीमध्ये ओलावा आणि हायड्रॉक्साइड संयुगे असतात, जे कच्च्या मालाच्या शुद्धीकरण प्रक्रियेदरम्यान काढून टाकणे कठीण असते आणि अखेरीस ऑप्टिकल फायबरमध्ये हायड्रॉक्साइड आयनच्या स्वरूपात राहतात; दुसरे म्हणजे, ऑप्टिकल फायबरच्या निर्मितीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन संयुगांमध्ये अल्प प्रमाणात ओलावा असतो; तिसरे म्हणजे, ऑप्टिकल फायबरच्या निर्मिती प्रक्रियेदरम्यान रासायनिक अभिक्रियांमुळे पाण्याची निर्मिती होते; चौथे म्हणजे, बाहेरील हवेच्या प्रवेशामुळे पाण्याची वाफ आत येते. तथापि, आता निर्मिती प्रक्रिया बऱ्याच प्रमाणात विकसित झाली आहे आणि हायड्रॉक्साइड आयनचे प्रमाण इतक्या कमी पातळीवर आणले गेले आहे की ऑप्टिकल फायबरवरील त्याच्या परिणामाकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते.
पोस्ट करण्याची वेळ: २३ ऑक्टोबर २०२५