Het materiaal dat gebruikt wordt voor de productie van optische vezels kan lichtenergie absorberen. Nadat deeltjes in optische vezelmaterialen lichtenergie hebben geabsorbeerd, produceren ze trillingen en warmte, en geven ze de energie af, wat resulteert in absorptieverlies.In dit artikel wordt het absorptieverlies van optische vezelmaterialen geanalyseerd.
We weten dat materie bestaat uit atomen en moleculen, en dat atomen bestaan uit atoomkernen en extranucleaire elektronen, die in een bepaalde baan rond de atoomkern draaien. Dit is net zoals de aarde waarop we leven, en planeten zoals Venus en Mars, allemaal rond de zon draaien. Elk elektron heeft een bepaalde hoeveelheid energie en bevindt zich in een bepaalde baan, of met andere woorden, elke baan heeft een bepaald energieniveau.
De orbitale energieniveaus dichter bij de atoomkern zijn lager, terwijl de orbitale energieniveaus verder van de atoomkern hoger zijn.De grootte van het energieniveauverschil tussen de banen wordt het energieniveauverschil genoemd. Wanneer elektronen van een laag energieniveau naar een hoog energieniveau overgaan, moeten ze energie absorberen bij het corresponderende energieniveauverschil.
Wanneer in optische vezels elektronen met een bepaald energieniveau worden bestraald met licht met een golflengte die overeenkomt met het verschil in energieniveau, zullen de elektronen die zich op orbitalen met lage energie bevinden, overgaan naar orbitalen met hogere energieniveaus.Dit elektron absorbeert lichtenergie, wat resulteert in absorptieverlies van licht.
Het basismateriaal voor de productie van optische vezels, siliciumdioxide (SiO2), absorbeert zelf licht, de ene wordt ultraviolette absorptie genoemd en de andere infraroodabsorptie. Momenteel werkt glasvezelcommunicatie over het algemeen alleen in het golflengtebereik van 0,8-1,6 μm, dus we zullen alleen de verliezen in dit werkgebied bespreken.
De absorptiepiek die door elektronische overgangen in kwartsglas wordt gegenereerd, ligt rond de 0,1-0,2 μm golflengte in het ultraviolette gebied. Naarmate de golflengte toeneemt, neemt de absorptie geleidelijk af, maar het getroffen gebied is breed en bereikt golflengtes boven 1 μm. UV-absorptie heeft echter weinig effect op optische kwartsvezels die in het infraroodgebied werken. In het zichtbare lichtgebied bij een golflengte van 0,6 μm kan de ultraviolette absorptie bijvoorbeeld 1 dB/km bereiken, wat afneemt tot 0,2-0,3 dB/km bij een golflengte van 0,8 μm en slechts ongeveer 0,1 dB/km bij een golflengte van 1,2 μm.
Het infraroodabsorptieverlies van kwartsvezels wordt gegenereerd door de moleculaire trillingen van het materiaal in het infraroodgebied. Er zijn verschillende trillingsabsorptiepieken in de frequentieband boven 2 μm. Door de invloed van verschillende doteringselementen in optische vezels is het voor kwartsvezels onmogelijk om een laag verliesvenster te hebben in de frequentieband boven 2 μm. Het theoretische limietverlies bij een golflengte van 1,85 μm is ldB/km.Uit onderzoek is ook gebleken dat er enkele "destructieve moleculen" zijn die problemen veroorzaken in kwartsglas, voornamelijk schadelijke verontreinigingen in overgangsmetalen zoals koper, ijzer, chroom, mangaan, enz. Deze "schurken" absorberen gretig lichtenergie onder invloed van licht, springend en rondspringend, wat leidt tot verlies van lichtenergie. Het elimineren van "onruststokers" en het chemisch zuiveren van de materialen die worden gebruikt voor de productie van optische vezels, kan de verliezen aanzienlijk verminderen.
Een andere absorptiebron in optische kwartsvezels is de hydroxide (OH-) fase. Er is vastgesteld dat hydroxide drie absorptiepieken heeft in de werkband van de vezel, namelijk 0,95 μm, 1,24 μm en 1,38 μm. Hiervan is het absorptieverlies bij een golflengte van 1,38 μm het ernstigst en heeft het de grootste impact op de vezel. Bij een golflengte van 1,38 μm bedraagt het absorptieverlies, veroorzaakt door hydroxide-ionen met een gehalte van slechts 0,0001, maar liefst 33 dB/km.
Waar komen deze hydroxide-ionen vandaan? Er zijn vele bronnen van hydroxide-ionen. Ten eerste bevatten de materialen die gebruikt worden voor de productie van optische vezels vocht en hydroxideverbindingen, die moeilijk te verwijderen zijn tijdens het zuiveringsproces van de grondstoffen en uiteindelijk in de vorm van hydroxide-ionen in de optische vezels achterblijven. Ten tweede bevatten de waterstof- en zuurstofverbindingen die gebruikt worden bij de productie van optische vezels een kleine hoeveelheid vocht. Ten derde ontstaat er water tijdens het productieproces van optische vezels door chemische reacties. Ten vierde komt er waterdamp vrij bij de instroom van buitenlucht. Het productieproces heeft zich inmiddels echter aanzienlijk ontwikkeld en het hydroxide-ionengehalte is zo laag dat de impact ervan op optische vezels verwaarloosbaar is.
Plaatsingstijd: 23-10-2025