ఆప్టికల్ ఫైబర్ పదార్థాలలో శోషణ నష్టం యొక్క వివరణాత్మక వివరణ

ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే పదార్థం కాంతి శక్తిని గ్రహించగలదు. ఆప్టికల్ ఫైబర్ పదార్థాలలోని కణాలు కాంతి శక్తిని గ్రహించిన తర్వాత, అవి కంపనం మరియు వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి మరియు శక్తిని వెదజల్లుతాయి, ఫలితంగా శోషణ నష్టం జరుగుతుంది.ఈ వ్యాసం ఆప్టికల్ ఫైబర్ పదార్థాల శోషణ నష్టాన్ని విశ్లేషిస్తుంది.

పదార్థం అణువులు మరియు అణువులతో కూడి ఉంటుందని మనకు తెలుసు, మరియు అణువులు అణు కేంద్రకాలు మరియు బాహ్య కేంద్రక ఎలక్ట్రాన్లతో కూడి ఉంటాయి, ఇవి అణు కేంద్రకం చుట్టూ ఒక నిర్దిష్ట కక్ష్యలో తిరుగుతాయి. ఇది మనం నివసించే భూమి, అలాగే శుక్రుడు మరియు అంగారక గ్రహాలు అన్నీ సూర్యుని చుట్టూ తిరుగుతున్నట్లే. ప్రతి ఎలక్ట్రాన్ ఒక నిర్దిష్ట మొత్తంలో శక్తిని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఒక నిర్దిష్ట కక్ష్యలో ఉంటుంది, లేదా మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ప్రతి కక్ష్యకు ఒక నిర్దిష్ట శక్తి స్థాయి ఉంటుంది.

పరమాణు కేంద్రకానికి దగ్గరగా ఉన్న కక్ష్య శక్తి స్థాయిలు తక్కువగా ఉంటాయి, అయితే పరమాణు కేంద్రకానికి దూరంగా ఉన్న కక్ష్య శక్తి స్థాయిలు ఎక్కువగా ఉంటాయి.కక్ష్యల మధ్య శక్తి స్థాయి వ్యత్యాసం యొక్క పరిమాణాన్ని శక్తి స్థాయి వ్యత్యాసం అంటారు. ఎలక్ట్రాన్లు తక్కువ శక్తి స్థాయి నుండి అధిక శక్తి స్థాయికి మారినప్పుడు, అవి సంబంధిత శక్తి స్థాయి వ్యత్యాసం వద్ద శక్తిని గ్రహించాల్సి ఉంటుంది.

ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లలో, ఒక నిర్దిష్ట శక్తి స్థాయిలో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లను శక్తి స్థాయి వ్యత్యాసానికి అనుగుణంగా తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన కాంతితో వికిరణం చేసినప్పుడు, తక్కువ-శక్తి కక్ష్యలపై ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లు అధిక శక్తి స్థాయిలు కలిగిన కక్ష్యలుగా మారుతాయి.ఈ ఎలక్ట్రాన్ కాంతి శక్తిని గ్రహిస్తుంది, ఫలితంగా కాంతి శోషణ నష్టం జరుగుతుంది.

ఆప్టికల్ ఫైబర్స్ తయారీకి ప్రాథమిక పదార్థం, సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (SiO2), స్వయంగా కాంతిని గ్రహిస్తుంది, ఒకటి అతినీలలోహిత శోషణ అని మరియు మరొకటి పరారుణ శోషణ అని పిలువబడుతుంది. ప్రస్తుతం, ఫైబర్ ఆప్టిక్ కమ్యూనికేషన్ సాధారణంగా 0.8-1.6 μm తరంగదైర్ఘ్యం పరిధిలో మాత్రమే పనిచేస్తుంది, కాబట్టి మేము ఈ పని ప్రాంతంలోని నష్టాలను మాత్రమే చర్చిస్తాము.

క్వార్ట్జ్ గ్లాస్‌లో ఎలక్ట్రానిక్ పరివర్తనాల ద్వారా ఉత్పత్తి అయ్యే శోషణ శిఖరం అతినీలలోహిత ప్రాంతంలో దాదాపు 0.1-0.2 μm తరంగదైర్ఘ్యం ఉంటుంది. తరంగదైర్ఘ్యం పెరిగేకొద్దీ, దాని శోషణ క్రమంగా తగ్గుతుంది, కానీ ప్రభావిత ప్రాంతం వెడల్పుగా ఉంటుంది, 1 μm కంటే ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాలను చేరుకుంటుంది. అయితే, పరారుణ ప్రాంతంలో పనిచేసే క్వార్ట్జ్ ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లపై UV శోషణ తక్కువ ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. ఉదాహరణకు, 0.6 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద కనిపించే కాంతి ప్రాంతంలో, అతినీలలోహిత శోషణ 1dB/kmకి చేరుకుంటుంది, ఇది 0.8 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద 0.2-0.3dB/kmకి తగ్గుతుంది మరియు 1.2 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద దాదాపు 0.1dB/km మాత్రమే ఉంటుంది.

క్వార్ట్జ్ ఫైబర్ యొక్క ఇన్ఫ్రారెడ్ శోషణ నష్టం ఇన్ఫ్రారెడ్ ప్రాంతంలోని పదార్థం యొక్క పరమాణు కంపనం ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతుంది. 2 μm కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో అనేక కంపన శోషణ శిఖరాలు ఉన్నాయి. ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లలోని వివిధ డోపింగ్ మూలకాల ప్రభావం కారణంగా, క్వార్ట్జ్ ఫైబర్‌లు 2 μm కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో తక్కువ నష్ట విండోను కలిగి ఉండటం అసాధ్యం. 1.85 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద సైద్ధాంతిక పరిమితి నష్టం ldB/km.పరిశోధన ద్వారా, క్వార్ట్జ్ గ్లాస్‌లో కొన్ని "విధ్వంసక అణువులు" ఉన్నాయని కూడా కనుగొనబడింది, ప్రధానంగా రాగి, ఇనుము, క్రోమియం, మాంగనీస్ వంటి హానికరమైన పరివర్తన లోహ మలినాలు. ఈ 'దుష్టులు' కాంతి ప్రకాశంలో కాంతి శక్తిని అత్యాశతో గ్రహిస్తారు, దూకి, దూకి, కాంతి శక్తిని కోల్పోతారు. 'సమస్య కలిగించేవారిని' తొలగించడం మరియు ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే పదార్థాలను రసాయనికంగా శుద్ధి చేయడం వల్ల నష్టాలను బాగా తగ్గించవచ్చు.

క్వార్ట్జ్ ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లలో మరొక శోషణ మూలం హైడ్రాక్సైడ్ (OH -) దశ. ఫైబర్ యొక్క వర్కింగ్ బ్యాండ్‌లో హైడ్రాక్సైడ్ మూడు శోషణ శిఖరాలను కలిగి ఉందని కనుగొనబడింది, అవి 0.95 μm, 1.24 μm, మరియు 1.38 μm. వాటిలో, 1.38 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద శోషణ నష్టం అత్యంత తీవ్రమైనది మరియు ఫైబర్‌పై గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. 1.38 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద, 0.0001 మాత్రమే కంటెంట్ కలిగిన హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన శోషణ శిఖర నష్టం 33dB/km వరకు ఉంటుంది.

ఈ హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లు ఎక్కడి నుండి వస్తాయి? హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లకు అనేక వనరులు ఉన్నాయి. మొదటిది, ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే పదార్థాలు తేమ మరియు హైడ్రాక్సైడ్ సమ్మేళనాలను కలిగి ఉంటాయి, వీటిని ముడి పదార్థ శుద్దీకరణ ప్రక్రియలో తొలగించడం కష్టం మరియు చివరికి ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లలో హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ల రూపంలో ఉంటాయి; రెండవది, ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ల తయారీలో ఉపయోగించే హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ సమ్మేళనాలు తక్కువ మొత్తంలో తేమను కలిగి ఉంటాయి; మూడవదిగా, రసాయన ప్రతిచర్యల కారణంగా ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ల తయారీ ప్రక్రియలో నీరు ఉత్పత్తి అవుతుంది; నాల్గవది ఏమిటంటే బాహ్య గాలి ప్రవేశం నీటి ఆవిరిని తెస్తుంది. అయితే, తయారీ ప్రక్రియ ఇప్పుడు గణనీయమైన స్థాయికి అభివృద్ధి చెందింది మరియు హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ల కంటెంట్ తగినంత తక్కువ స్థాయికి తగ్గించబడింది, ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లపై దాని ప్రభావాన్ని విస్మరించవచ్చు.