ઓપ્ટિકલ ફાઇબર મટિરિયલ્સમાં શોષણ નુકશાનનું વિગતવાર સમજૂતી

ઓપ્ટિકલ ફાઇબર બનાવવા માટે વપરાતી સામગ્રી પ્રકાશ ઊર્જાને શોષી શકે છે. ઓપ્ટિકલ ફાઇબર સામગ્રીમાં રહેલા કણો પ્રકાશ ઊર્જાને શોષી લીધા પછી, તેઓ કંપન અને ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે, અને ઊર્જાનો વિસર્જન કરે છે, જેના પરિણામે શોષણ નુકશાન થાય છે.આ લેખ ઓપ્ટિકલ ફાઇબર સામગ્રીના શોષણ નુકશાનનું વિશ્લેષણ કરશે.

આપણે જાણીએ છીએ કે દ્રવ્ય પરમાણુઓ અને પરમાણુઓથી બનેલું છે, અને પરમાણુઓ પરમાણુ કેન્દ્ર અને બાહ્ય પરમાણુ ઇલેક્ટ્રોનથી બનેલા છે, જે ચોક્કસ ભ્રમણકક્ષામાં પરમાણુ કેન્દ્રની આસપાસ ફરે છે. આ બરાબર એ જ છે જેમ આપણે પૃથ્વી પર રહીએ છીએ, તેમજ શુક્ર અને મંગળ જેવા ગ્રહો, બધા સૂર્યની આસપાસ ફરે છે. દરેક ઇલેક્ટ્રોનમાં ચોક્કસ માત્રામાં ઊર્જા હોય છે અને તે ચોક્કસ ભ્રમણકક્ષામાં હોય છે, અથવા બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, દરેક ભ્રમણકક્ષામાં ચોક્કસ ઊર્જા સ્તર હોય છે.

અણુ ન્યુક્લિયસની નજીક ભ્રમણકક્ષાના ઉર્જા સ્તર ઓછા હોય છે, જ્યારે અણુ ન્યુક્લિયસથી દૂર ભ્રમણકક્ષાના ઉર્જા સ્તર વધારે હોય છે.ભ્રમણકક્ષાઓ વચ્ચેના ઉર્જા સ્તરના તફાવતના મૂલ્યને ઉર્જા સ્તરનો તફાવત કહેવામાં આવે છે. જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન નીચા ઉર્જા સ્તરથી ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરમાં સંક્રમણ કરે છે, ત્યારે તેમને અનુરૂપ ઉર્જા સ્તરના તફાવત પર ઉર્જા શોષવાની જરૂર પડે છે.

ઓપ્ટિકલ ફાઇબરમાં, જ્યારે ચોક્કસ ઉર્જા સ્તર પરના ઇલેક્ટ્રોનને ઉર્જા સ્તરના તફાવતને અનુરૂપ તરંગલંબાઇના પ્રકાશથી ઇરેડિયેટ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઓછી ઉર્જા ભ્રમણકક્ષા પર સ્થિત ઇલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરવાળા ભ્રમણકક્ષામાં સંક્રમણ કરશે.આ ઇલેક્ટ્રોન પ્રકાશ ઊર્જા શોષી લે છે, જેના પરિણામે પ્રકાશનું શોષણ ઘટે છે.

ઓપ્ટિકલ ફાઇબરના ઉત્પાદન માટે મૂળભૂત સામગ્રી, સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO2), પોતે પ્રકાશને શોષી લે છે, એકને અલ્ટ્રાવાયોલેટ શોષણ કહેવાય છે અને બીજાને ઇન્ફ્રારેડ શોષણ કહેવાય છે. હાલમાં, ફાઇબર ઓપ્ટિક સંચાર સામાન્ય રીતે ફક્ત 0.8-1.6 μm ની તરંગલંબાઇ શ્રેણીમાં કાર્ય કરે છે, તેથી અમે ફક્ત આ કાર્યક્ષેત્રમાં થતા નુકસાનની ચર્ચા કરીશું.

ક્વાર્ટઝ ગ્લાસમાં ઇલેક્ટ્રોનિક સંક્રમણો દ્વારા ઉત્પન્ન થતી શોષણ ટોચ અલ્ટ્રાવાયોલેટ ક્ષેત્રમાં લગભગ 0.1-0.2 μm તરંગલંબાઇ છે. જેમ જેમ તરંગલંબાઇ વધે છે, તેમ તેમ તેનું શોષણ ધીમે ધીમે ઘટતું જાય છે, પરંતુ અસરગ્રસ્ત વિસ્તાર પહોળો થાય છે, જે 1 μm થી વધુ તરંગલંબાઇ સુધી પહોંચે છે. જો કે, ઇન્ફ્રારેડ ક્ષેત્રમાં કાર્યરત ક્વાર્ટઝ ઓપ્ટિકલ ફાઇબર પર યુવી શોષણની બહુ ઓછી અસર પડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 0.6 μm ની તરંગલંબાઇ પર દૃશ્યમાન પ્રકાશ ક્ષેત્રમાં, અલ્ટ્રાવાયોલેટ શોષણ 1dB/km સુધી પહોંચી શકે છે, જે 0.8 μm ની તરંગલંબાઇ પર ઘટીને 0.2-0.3dB/km થાય છે, અને 1.2 μm ની તરંગલંબાઇ પર ફક્ત 0.1dB/km જેટલું જ થાય છે.

ઇન્ફ્રારેડ ક્ષેત્રમાં સામગ્રીના પરમાણુ કંપન દ્વારા ક્વાર્ટઝ ફાઇબરનું ઇન્ફ્રારેડ શોષણ નુકશાન ઉત્પન્ન થાય છે. 2 μm થી ઉપરના ફ્રીક્વન્સી બેન્ડમાં ઘણા સ્પંદનો શોષણ શિખરો છે. ઓપ્ટિકલ ફાઇબરમાં વિવિધ ડોપિંગ તત્વોના પ્રભાવને કારણે, ક્વાર્ટઝ ફાઇબર માટે 2 μm થી ઉપરના ફ્રીક્વન્સી બેન્ડમાં ઓછી ખોટવાળી વિંડો હોવી અશક્ય છે. 1.85 μm ની તરંગલંબાઇ પર સૈદ્ધાંતિક મર્યાદા નુકશાન ldB/km છે.સંશોધન દ્વારા, એવું પણ જાણવા મળ્યું કે ક્વાર્ટઝ ગ્લાસમાં કેટલાક "વિનાશક અણુઓ" મુશ્કેલી પેદા કરે છે, મુખ્યત્વે તાંબુ, લોખંડ, ક્રોમિયમ, મેંગેનીઝ વગેરે જેવી હાનિકારક સંક્રમણ ધાતુની અશુદ્ધિઓ. આ 'ખલનાયકો' પ્રકાશના પ્રકાશ હેઠળ લોભથી પ્રકાશ ઊર્જા શોષી લે છે, કૂદકા મારતા અને કૂદકા મારતા હોય છે, જેના કારણે પ્રકાશ ઊર્જાનું નુકસાન થાય છે. 'મુશ્કેલી સર્જનારાઓ' ને દૂર કરવાથી અને ઓપ્ટિકલ ફાઇબર બનાવવા માટે વપરાતી સામગ્રીને રાસાયણિક રીતે શુદ્ધ કરવાથી નુકસાન ઘણું ઓછું થઈ શકે છે.

ક્વાર્ટઝ ઓપ્ટિકલ ફાઇબરમાં બીજો શોષણ સ્ત્રોત હાઇડ્રોક્સાઇડ (OH -) તબક્કો છે. એવું જાણવા મળ્યું છે કે ફાઇબરના કાર્યકારી બેન્ડમાં હાઇડ્રોક્સાઇડના ત્રણ શોષણ શિખરો છે, જે 0.95 μ m, 1.24 μ m અને 1.38 μ m છે. તેમાંથી, 1.38 μ m ની તરંગલંબાઇ પર શોષણ નુકશાન સૌથી ગંભીર છે અને ફાઇબર પર સૌથી વધુ અસર કરે છે. 1.38 μ m ની તરંગલંબાઇ પર, ફક્ત 0.0001 ની સામગ્રીવાળા હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનો દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ શોષણ શિખર નુકશાન 33dB/km જેટલું ઊંચું છે.

આ હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનો ક્યાંથી આવે છે? હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનોના ઘણા સ્ત્રોત છે. પ્રથમ, ઓપ્ટિકલ ફાઇબર બનાવવા માટે વપરાતી સામગ્રીમાં ભેજ અને હાઇડ્રોક્સાઇડ સંયોજનો હોય છે, જે કાચા માલના શુદ્ધિકરણ પ્રક્રિયા દરમિયાન દૂર કરવા મુશ્કેલ હોય છે અને અંતે ઓપ્ટિકલ ફાઇબરમાં હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનોના સ્વરૂપમાં રહે છે; બીજું, ઓપ્ટિકલ ફાઇબરના ઉત્પાદનમાં વપરાતા હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન સંયોજનોમાં થોડી માત્રામાં ભેજ હોય ​​છે; ત્રીજું, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને કારણે ઓપ્ટિકલ ફાઇબરની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા દરમિયાન પાણી ઉત્પન્ન થાય છે; ચોથું એ છે કે બાહ્ય હવાના પ્રવેશથી પાણીની વરાળ આવે છે. જો કે, ઉત્પાદન પ્રક્રિયા હવે નોંધપાત્ર સ્તરે વિકસિત થઈ ગઈ છે, અને હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનોની સામગ્રી એટલી ઓછી થઈ ગઈ છે કે ઓપ્ટિકલ ફાઇબર પર તેની અસરને અવગણી શકાય છે.