ఆప్టికల్ ఫైబర్ పదార్థాలలో శోషణ నష్టం యొక్క వివరణాత్మక వివరణ

ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ల తయారీలో ఉపయోగించే పదార్థం కాంతి శక్తిని శోషించుకోగలదు. ఆప్టికల్ ఫైబర్ పదార్థాలలోని కణాలు కాంతి శక్తిని శోషించుకున్న తర్వాత, అవి కంపనం మరియు వేడిని ఉత్పత్తి చేసి, ఆ శక్తిని వెదజల్లుతాయి, దీని ఫలితంగా శోషణ నష్టం జరుగుతుంది.ఈ వ్యాసం ఆప్టికల్ ఫైబర్ పదార్థాల శోషణ నష్టాన్ని విశ్లేషిస్తుంది.

పదార్థం పరమాణువులు మరియు అణువులతో కూడి ఉంటుందని, మరియు పరమాణువులు పరమాణు కేంద్రకాలు మరియు కేంద్రకేతర ఎలక్ట్రాన్‌లతో ఏర్పడి, అవి పరమాణు కేంద్రకం చుట్టూ ఒక నిర్దిష్ట కక్ష్యలో తిరుగుతాయని మనకు తెలుసు. ఇది మనం నివసించే భూమి, అలాగే శుక్రుడు మరియు అంగారకుడు వంటి గ్రహాలు సూర్యుని చుట్టూ తిరగడం లాంటిదే. ప్రతి ఎలక్ట్రాన్‌కు ఒక నిర్దిష్ట పరిమాణంలో శక్తి ఉంటుంది మరియు అది ఒక నిర్దిష్ట కక్ష్యలో ఉంటుంది, లేదా మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ప్రతి కక్ష్యకు ఒక నిర్దిష్ట శక్తి స్థాయి ఉంటుంది.

పరమాణు కేంద్రకానికి దగ్గరగా ఉండే కక్ష్య శక్తి స్థాయిలు తక్కువగా ఉంటాయి, అయితే పరమాణు కేంద్రకానికి దూరంగా ఉండే కక్ష్య శక్తి స్థాయిలు ఎక్కువగా ఉంటాయి.కక్ష్యల మధ్య ఉండే 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 గ్రహించవలసి ఉంటుంది.

ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లలో, ఒక నిర్దిష్ట శక్తి స్థాయిలో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లను, ఆ శక్తి స్థాయి వ్యత్యాసానికి అనుగుణమైన తరంగదైర్ఘ్యం గల కాంతితో ప్రకాశింపజేసినప్పుడు, తక్కువ శక్తి ఆర్బిటాల్‌లలో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లు అధిక శక్తి స్థాయిలు గల ఆర్బిటాల్‌లకు పరివర్తనం చెందుతాయి.ఈ ఎలక్ట్రాన్ కాంతి శక్తిని శోషించుకుంటుంది, దీని ఫలితంగా కాంతి శోషణ నష్టం జరుగుతుంది.

ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ల తయారీకి ఉపయోగించే ప్రాథమిక పదార్థమైన సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (SiO2), స్వయంగా కాంతిని శోషించుకుంటుంది; దీనిలో ఒకదానిని అతినీలలోహిత శోషణ అని, మరొకదానిని పరారుణ శోషణ అని అంటారు. ప్రస్తుతం, ఫైబర్ ఆప్టిక్ కమ్యూనికేషన్ సాధారణంగా 0.8-1.6 μm తరంగదైర్ఘ్య పరిధిలో మాత్రమే పనిచేస్తుంది, కాబట్టి మనం ఈ పని చేసే ప్రాంతంలోని నష్టాల గురించి మాత్రమే చర్చిస్తాము.

క్వార్ట్జ్ గ్లాస్‌లో ఎలక్ట్రానిక్ పరివర్తనల ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే శోషణ శిఖరం అతినీలలోహిత ప్రాంతంలో సుమారు 0.1-0.2 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద ఉంటుంది. తరంగదైర్ఘ్యం పెరిగేకొద్దీ, దాని శోషణ క్రమంగా తగ్గుతుంది, కానీ ప్రభావిత ప్రాంతం విస్తృతంగా ఉండి, 1 μm కంటే ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాలను చేరుకుంటుంది. అయితే, పరారుణ ప్రాంతంలో పనిచేసే క్వార్ట్జ్ ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లపై UV శోషణ ప్రభావం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, దృశ్య కాంతి ప్రాంతంలో 0.6 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద, అతినీలలోహిత శోషణ 1dB/km వరకు చేరుకోగలదు, ఇది 0.8 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద 0.2-0.3dB/km కు, మరియు 1.2 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద కేవలం 0.1dB/km కు తగ్గుతుంది.

క్వార్ట్జ్ ఫైబర్ యొక్క పరారుణ శోషణ నష్టం, పరారుణ ప్రాంతంలో ఆ పదార్థం యొక్క అణు కంపనం వల్ల ఏర్పడుతుంది. 2 μm కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో అనేక కంపన శోషణ శిఖరాలు ఉన్నాయి. ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లలోని వివిధ డోపింగ్ మూలకాల ప్రభావం కారణంగా, 2 μm కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో క్వార్ట్జ్ ఫైబర్‌లు తక్కువ నష్టపు విండోను కలిగి ఉండటం అసాధ్యం. 1.85 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద సైద్ధాంతిక పరిమితి నష్టం ldB/km.పరిశోధనల ద్వారా, క్వార్ట్జ్ గ్లాస్‌లో రాగి, ఇనుము, క్రోమియం, మాంగనీస్ వంటి హానికరమైన పరివర్తన లోహ మలినాలు వంటి కొన్ని "వినాశకర అణువులు" సమస్యలను కలిగిస్తున్నాయని కూడా కనుగొనబడింది. ఈ 'విలన్లు' కాంతి ప్రకాశం కింద కాంతి శక్తిని అత్యాశతో గ్రహించి, అటూ ఇటూ గెంతుతూ, కాంతి శక్తి నష్టానికి కారణమవుతాయి. ఈ 'సమస్యలను' తొలగించడం మరియు ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ల తయారీకి ఉపయోగించే పదార్థాలను రసాయనికంగా శుద్ధి చేయడం ద్వారా నష్టాలను గణనీయంగా తగ్గించవచ్చు.

క్వార్ట్జ్ ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లలో మరొక శోషణ మూలం హైడ్రాక్సైడ్ (OH -) దశ. ఫైబర్ యొక్క వర్కింగ్ బ్యాండ్‌లో హైడ్రాక్సైడ్‌కు 0.95 μm, 1.24 μm, మరియు 1.38 μm వద్ద మూడు శోషణ శిఖరాలు ఉన్నాయని కనుగొనబడింది. వాటిలో, 1.38 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద శోషణ నష్టం అత్యంత తీవ్రంగా ఉంటుంది మరియు ఫైబర్‌పై అత్యధిక ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. 1.38 μm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద, కేవలం 0.0001 పరిమాణం గల హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ల ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే శోషణ శిఖర నష్టం 33dB/km అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది.

ఈ హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లు ఎక్కడి నుండి వస్తాయి? హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లకు అనేక మూలాలు ఉన్నాయి. మొదటిది, ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ల తయారీలో ఉపయోగించే పదార్థాలలో తేమ మరియు హైడ్రాక్సైడ్ సమ్మేళనాలు ఉంటాయి, వీటిని ముడి పదార్థాల శుద్ధి ప్రక్రియలో తొలగించడం కష్టం మరియు చివరికి అవి ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లలో హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ల రూపంలో మిగిలిపోతాయి; రెండవది, ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ల తయారీలో ఉపయోగించే హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ సమ్మేళనాలలో స్వల్ప మొత్తంలో తేమ ఉంటుంది; మూడవది, ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ల తయారీ ప్రక్రియలో రసాయన చర్యల కారణంగా నీరు ఉత్పత్తి అవుతుంది; నాలుగవది, బయటి గాలి ప్రవేశించడం వల్ల నీటి ఆవిరి వస్తుంది. అయితే, ఇప్పుడు తయారీ ప్రక్రియ గణనీయమైన స్థాయికి అభివృద్ధి చెందింది, మరియు హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ల పరిమాణం చాలా తక్కువ స్థాయికి తగ్గించబడింది, దీనివల్ల ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లపై దాని ప్రభావాన్ని విస్మరించవచ్చు.