O material empregado para fabricar fibras ópticas pode absorber enerxía luminosa. Despois de que as partículas dos materiais de fibra óptica absorban a enerxía luminosa, producen vibracións e calor e disipan a enerxía, o que resulta nunha perda de absorción.Este artigo analizará a perda de absorción dos materiais de fibra óptica.
Sabemos que a materia está composta de átomos e moléculas, e os átomos están compostos de núcleos atómicos e electróns extranucleares, que xiran arredor do núcleo atómico nunha determinada órbita. Isto é igual que a Terra na que vivimos, así como planetas como Venus e Marte, que xiran arredor do Sol. Cada electrón ten unha determinada cantidade de enerxía e está nunha determinada órbita, ou noutras palabras, cada órbita ten un determinado nivel de enerxía.
Os niveis de enerxía orbital máis preto do núcleo atómico son máis baixos, mentres que os niveis de enerxía orbital máis afastados do núcleo atómico son máis altos.A magnitude da diferenza de niveis de enerxía entre as órbitas chámase diferenza de niveis de enerxía. Cando os electróns pasan dun nivel de enerxía baixo a un nivel de enerxía alto, necesitan absorber enerxía na diferenza de niveis de enerxía correspondente.
Nas fibras ópticas, cando os electróns a un certo nivel de enerxía son irradiados con luz dunha lonxitude de onda correspondente á diferenza de niveis de enerxía, os electróns situados en orbitais de baixa enerxía farán unha transición a orbitais con niveis de enerxía máis altos.Este electrón absorbe enerxía luminosa, o que provoca unha perda de absorción de luz.
O material básico para a fabricación de fibras ópticas, o dióxido de silicio (SiO2), absorbe a luz, unha chamada absorción ultravioleta e a outra chamada absorción infravermella. Na actualidade, a comunicación por fibra óptica xeralmente só funciona no rango de lonxitudes de onda de 0,8-1,6 μm, polo que só analizaremos as perdas nesta área de traballo.
O pico de absorción xerado polas transicións electrónicas no vidro de cuarzo está arredor de 0,1-0,2 μm de lonxitude de onda na rexión ultravioleta. A medida que a lonxitude de onda aumenta, a súa absorción diminúe gradualmente, pero a área afectada é ampla, alcanzando lonxitudes de onda superiores a 1 μm. Non obstante, a absorción UV ten pouco efecto nas fibras ópticas de cuarzo que operan na rexión infravermella. Por exemplo, na rexión da luz visible a unha lonxitude de onda de 0,6 μm, a absorción ultravioleta pode alcanzar 1 dB/km, que diminúe a 0,2-0,3 dB/km a unha lonxitude de onda de 0,8 μm, e só uns 0,1 dB/km a unha lonxitude de onda de 1,2 μm.
A perda de absorción infravermella da fibra de cuarzo xérase pola vibración molecular do material na rexión infravermella. Hai varios picos de absorción de vibracións na banda de frecuencia superior a 2 μm. Debido á influencia de varios elementos dopantes nas fibras ópticas, é imposible que as fibras de cuarzo teñan unha xanela de baixa perda na banda de frecuencia superior a 2 μm. A perda límite teórica a unha lonxitude de onda de 1,85 μm é ldB/km.A través da investigación, tamén se descubriu que existen algunhas "moléculas destrutivas" que causan problemas no vidro de cuarzo, principalmente impurezas nocivas de metais de transición como cobre, ferro, cromo, manganeso, etc. Estes "viláns" absorben con avidez a enerxía luminosa baixo a iluminación da luz, saltando e saltando, causando unha perda de enerxía luminosa. Eliminar os "problemas" e purificar quimicamente os materiais utilizados para fabricar fibras ópticas pode reducir considerablemente as perdas.
Outra fonte de absorción nas fibras ópticas de cuarzo é a fase de hidróxido (OH-). Descubriuse que o hidróxido ten tres picos de absorción na banda de traballo da fibra, que son 0,95 μm, 1,24 μm e 1,38 μm. Entre eles, a perda de absorción á lonxitude de onda de 1,38 μm é a máis grave e ten o maior impacto na fibra. A unha lonxitude de onda de 1,38 μm, a perda do pico de absorción xerada por ións de hidróxido cun contido de só 0,0001 é de ata 33 dB/km.
De onde proceden estes ións de hidróxido? Existen moitas fontes de ións de hidróxido. En primeiro lugar, os materiais empregados para fabricar fibras ópticas conteñen humidade e compostos de hidróxido, que son difíciles de eliminar durante o proceso de purificación da materia prima e que finalmente permanecen en forma de ións de hidróxido nas fibras ópticas; en segundo lugar, os compostos de hidróxeno e osíxeno empregados na fabricación de fibras ópticas conteñen unha pequena cantidade de humidade; en terceiro lugar, a auga xérase durante o proceso de fabricación de fibras ópticas debido a reaccións químicas; en cuarto lugar, a entrada de aire externo trae vapor de auga. Non obstante, o proceso de fabricación xa se desenvolveu a un nivel considerable e o contido de ións de hidróxido reduciuse a un nivel suficientemente baixo como para que se poida ignorar o seu impacto nas fibras ópticas.
Data de publicación: 23 de outubro de 2025