ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ മെറ്റീരിയലുകളിലെ ആഗിരണം നഷ്ടത്തിന്റെ വിശദമായ വിശദീകരണം

ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന വസ്തുക്കൾക്ക് പ്രകാശോർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കഴിയും. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ വസ്തുക്കളിലെ കണികകൾ പ്രകാശോർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്ത ശേഷം, അവ വൈബ്രേഷനും താപവും ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും ഊർജ്ജം ചിതറിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ആഗിരണം നഷ്ടപ്പെടുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു.ഈ ലേഖനം ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ വസ്തുക്കളുടെ ആഗിരണം നഷ്ടം വിശകലനം ചെയ്യും.

ദ്രവ്യം ആറ്റങ്ങളും തന്മാത്രകളും ചേർന്നതാണെന്നും ആറ്റങ്ങൾ ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസ്സുകളും എക്സ്ട്രാ ന്യൂക്ലിയർ ഇലക്ട്രോണുകളും ചേർന്നതാണെന്നും നമുക്കറിയാം, ഇവ ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസിന് ചുറ്റും ഒരു നിശ്ചിത ഭ്രമണപഥത്തിൽ കറങ്ങുന്നു. നമ്മൾ ജീവിക്കുന്ന ഭൂമിയും ശുക്രൻ, ചൊവ്വ തുടങ്ങിയ ഗ്രഹങ്ങളും സൂര്യനെ ചുറ്റുന്നത് പോലെയാണിത്. ഓരോ ഇലക്ട്രോണിനും ഒരു നിശ്ചിത അളവിലുള്ള ഊർജ്ജമുണ്ട്, അത് ഒരു നിശ്ചിത ഭ്രമണപഥത്തിലാണ്, അല്ലെങ്കിൽ മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഓരോ ഭ്രമണപഥത്തിനും ഒരു നിശ്ചിത ഊർജ്ജ നിലയുണ്ട്.

ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസിനടുത്തുള്ള ഓർബിറ്റൽ ഊർജ്ജ നിലകൾ കുറവായിരിക്കും, അതേസമയം ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസിൽ നിന്ന് അകലെയുള്ള ഓർബിറ്റൽ ഊർജ്ജ നിലകൾ കൂടുതലാണ്.ഭ്രമണപഥങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഊർജ്ജ നില വ്യത്യാസത്തിന്റെ വ്യാപ്തിയെ ഊർജ്ജ നില വ്യത്യാസം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ നിലയിൽ നിന്ന് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലേക്ക് ഇലക്ട്രോണുകൾ മാറുമ്പോൾ, അവയ്ക്ക് അനുബന്ധ ഊർജ്ജ നില വ്യത്യാസത്തിൽ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്.

ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളിൽ, ഒരു നിശ്ചിത ഊർജ്ജ തലത്തിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾ ഊർജ്ജ തല വ്യത്യാസത്തിന് അനുയോജ്യമായ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള പ്രകാശം ഉപയോഗിച്ച് വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുമ്പോൾ, താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ ഓർബിറ്റലുകളിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലകളുള്ള ഓർബിറ്റലുകളായി മാറും.ഈ ഇലക്ട്രോൺ പ്രകാശ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു, അതിന്റെ ഫലമായി പ്രകാശ ആഗിരണം നഷ്ടപ്പെടുന്നു.

ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള അടിസ്ഥാന വസ്തുവായ സിലിക്കൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് (SiO2), സ്വയം പ്രകാശത്തെ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു, ഒന്നിനെ അൾട്രാവയലറ്റ് ആഗിരണം എന്നും മറ്റൊന്നിനെ ഇൻഫ്രാറെഡ് ആഗിരണം എന്നും വിളിക്കുന്നു. നിലവിൽ, ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക് ആശയവിനിമയം സാധാരണയായി 0.8-1.6 μm തരംഗദൈർഘ്യ പരിധിയിൽ മാത്രമേ പ്രവർത്തിക്കൂ, അതിനാൽ ഈ പ്രവർത്തന മേഖലയിലെ നഷ്ടങ്ങളെക്കുറിച്ച് മാത്രമേ നമ്മൾ ചർച്ച ചെയ്യൂ.

ക്വാർട്സ് ഗ്ലാസിലെ ഇലക്ട്രോണിക് സംക്രമണങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന ആഗിരണം പീക്ക് അൾട്രാവയലറ്റ് മേഖലയിൽ ഏകദേശം 0.1-0.2 μm തരംഗദൈർഘ്യമാണ്. തരംഗദൈർഘ്യം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, അതിന്റെ ആഗിരണം ക്രമേണ കുറയുന്നു, പക്ഷേ ബാധിത പ്രദേശം വിശാലമാണ്, 1 μm ന് മുകളിലുള്ള തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ എത്തുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഇൻഫ്രാറെഡ് മേഖലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ക്വാർട്സ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളിൽ UV ആഗിരണം കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നില്ല. ഉദാഹരണത്തിന്, 0.6 μm തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ദൃശ്യപ്രകാശ മേഖലയിൽ, അൾട്രാവയലറ്റ് ആഗിരണം 1dB/km വരെ എത്താം, ഇത് 0.8 μm തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ 0.2-0.3dB/km ആയി കുറയുന്നു, 1.2 μm തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ ഏകദേശം 0.1dB/km മാത്രമേയുള്ളൂ.

ക്വാർട്സ് ഫൈബറിന്റെ ഇൻഫ്രാറെഡ് ആഗിരണം നഷ്ടപ്പെടുന്നത് ഇൻഫ്രാറെഡ് മേഖലയിലെ വസ്തുവിന്റെ തന്മാത്രാ വൈബ്രേഷൻ മൂലമാണ്. 2 μm ന് മുകളിലുള്ള ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡിൽ നിരവധി വൈബ്രേഷൻ ആഗിരണം കൊടുമുടികളുണ്ട്. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളിലെ വിവിധ ഡോപ്പിംഗ് ഘടകങ്ങളുടെ സ്വാധീനം കാരണം, 2 μm ന് മുകളിലുള്ള ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡിൽ ക്വാർട്സ് ഫൈബറുകൾക്ക് കുറഞ്ഞ നഷ്ട വിൻഡോ ഉണ്ടാകുന്നത് അസാധ്യമാണ്. 1.85 μm തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ സൈദ്ധാന്തിക പരിധി നഷ്ടം ldB/km ആണ്.ക്വാർട്സ് ഗ്ലാസിൽ പ്രശ്‌നമുണ്ടാക്കുന്ന ചില "വിനാശകരമായ തന്മാത്രകൾ" ഉണ്ടെന്നും ഗവേഷണത്തിലൂടെ കണ്ടെത്തി, പ്രധാനമായും ചെമ്പ്, ഇരുമ്പ്, ക്രോമിയം, മാംഗനീസ് തുടങ്ങിയ ദോഷകരമായ സംക്രമണ ലോഹ മാലിന്യങ്ങൾ. ഈ 'വില്ലന്മാർ' പ്രകാശത്തിന്റെ പ്രകാശത്തിൽ അത്യാഗ്രഹത്തോടെ പ്രകാശ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു, ചാടിയും ചാടിയും പ്രകാശ ഊർജ്ജം നഷ്ടപ്പെടാൻ കാരണമാകുന്നു. 'പ്രശ്നമുണ്ടാക്കുന്നവരെ' ഇല്ലാതാക്കുകയും ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന വസ്തുക്കളെ രാസപരമായി ശുദ്ധീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നത് നഷ്ടം വളരെയധികം കുറയ്ക്കും.

ക്വാർട്സ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളിലെ മറ്റൊരു ആഗിരണം സ്രോതസ്സ് ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് (OH -) ഘട്ടമാണ്. ഫൈബറിന്റെ വർക്കിംഗ് ബാൻഡിൽ ഹൈഡ്രോക്സൈഡിന് മൂന്ന് ആഗിരണം കൊടുമുടികളുണ്ടെന്ന് കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്, അവ 0.95 μm, 1.24 μm, 1.38 μm എന്നിവയാണ്. അവയിൽ, 1.38 μm തരംഗദൈർഘ്യത്തിലുള്ള ആഗിരണം നഷ്ടമാണ് ഏറ്റവും ഗുരുതരവും ഫൈബറിൽ ഏറ്റവും വലിയ ആഘാതം ഉണ്ടാക്കുന്നതുമാണ്. 1.38 μm തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ, 0.0001 മാത്രം ഉള്ളടക്കമുള്ള ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് അയോണുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന ആഗിരണം പീക്ക് നഷ്ടം 33dB/km വരെ ഉയർന്നതാണ്.

ഈ ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് അയോണുകൾ എവിടെ നിന്നാണ് വരുന്നത്? ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് അയോണുകളുടെ നിരവധി ഉറവിടങ്ങളുണ്ട്. ഒന്നാമതായി, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന വസ്തുക്കളിൽ ഈർപ്പവും ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് സംയുക്തങ്ങളും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അവ അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ ശുദ്ധീകരണ പ്രക്രിയയിൽ നീക്കം ചെയ്യാൻ പ്രയാസമാണ്, ഒടുവിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളിൽ ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് അയോണുകളുടെ രൂപത്തിൽ അവശേഷിക്കും; രണ്ടാമതായി, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഹൈഡ്രജൻ, ഓക്സിജൻ സംയുക്തങ്ങളിൽ ചെറിയ അളവിൽ ഈർപ്പം അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു; മൂന്നാമതായി, രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ കാരണം ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളുടെ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ വെള്ളം ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു; നാലാമത്തേത്, ബാഹ്യ വായുവിന്റെ പ്രവേശനം ജലബാഷ്പം കൊണ്ടുവരുന്നു എന്നതാണ്. എന്നിരുന്നാലും, നിർമ്മാണ പ്രക്രിയ ഇപ്പോൾ ഗണ്യമായ തലത്തിലേക്ക് വികസിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് അയോണുകളുടെ ഉള്ളടക്കം വളരെ താഴ്ന്ന നിലയിലേക്ക് കുറച്ചിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളിൽ അതിന്റെ സ്വാധീനം അവഗണിക്കാൻ കഴിയും.