በኦፕቲካል ፋይበር ቁሳቁሶች ውስጥ የመምጠጥ መጥፋት ዝርዝር ማብራሪያ

የኦፕቲካል ፋይበር ለማምረት የሚያገለግለው ቁሳቁስ የብርሃን ኃይልን ሊስብ ይችላል። በኦፕቲካል ፋይበር ቁሳቁሶች ውስጥ ያሉ ቅንጣቶች የብርሃን ኃይልን ከወሰዱ በኋላ ንዝረትንና ሙቀትን ያመነጫሉ፣ እናም ኃይሉን ያጠፋሉ፣ ይህም የመምጠጥ ኪሳራ ያስከትላል።ይህ ጽሑፍ የኦፕቲካል ፋይበር ቁሳቁሶችን የመምጠጥ መጥፋት ይተነትናል።

ቁስ አካል ከአቶሞችና ሞለኪውሎች የተዋቀረ መሆኑን እናውቃለን፣ እና አቶሞች ደግሞ በተወሰነ ምህዋር ውስጥ በአቶሚክ ኒውክሊየስ ዙሪያ የሚሽከረከሩ ከአቶሚክ ኒውክሊየስና ከኑክሌር ውጪ ኤሌክትሮኖች የተዋቀሩ ናቸው። ይህ ልክ እኛ በምንኖርበት ምድር፣ እንዲሁም እንደ ቬኑስና ማርስ ያሉ ፕላኔቶች በፀሐይ ዙሪያ እንደሚሽከረከሩት ነው። እያንዳንዱ ኤሌክትሮን የተወሰነ የኃይል መጠን ያለው ሲሆን በተወሰነ ምህዋር ውስጥ ነው፣ ወይም በሌላ አነጋገር እያንዳንዱ ምህዋር የተወሰነ የኃይል ደረጃ አለው።

ከአቶሚክ ኒውክሊየስ ጋር የሚቀራረቡት የምሕዋር ኃይል ደረጃዎች ዝቅተኛ ሲሆኑ፣ ከአቶሚክ ኒውክሊየስ ርቀው የሚገኙት የምሕዋር ኃይል ደረጃዎች ደግሞ ከፍ ያሉ ናቸው።በኢነርጂ ደረጃ ልዩነት መካከል ያለው መጠን የኢነርጂ ደረጃ ልዩነት ይባላል። ኤሌክትሮኖች ከዝቅተኛ የኢነርጂ ደረጃ ወደ ከፍተኛ የኢነርጂ ደረጃ ሲሸጋገሩ፣ በሚዛናዊ የኢነርጂ ደረጃ ልዩነት ኃይልን መምጠጥ አለባቸው።

በኦፕቲካል ፋይበር ውስጥ፣ በተወሰነ የኃይል ደረጃ ላይ ያሉ ኤሌክትሮኖች ከኃይል ደረጃ ልዩነት ጋር በሚመጣጠን የሞገድ ርዝመት ብርሃን ሲበሩ፣ በዝቅተኛ የኃይል ምህዋሮች ላይ የሚገኙ ኤሌክትሮኖች ወደ ከፍተኛ የኃይል ደረጃ ወዳለው ምህዋሮች ይሸጋገራሉ።ይህ ኤሌክትሮን የብርሃን ኃይልን ስለሚስብ የብርሃን መምጠጥ መጥፋት ያስከትላል።

የኦፕቲካል ፋይበር ለማምረት የሚያገለግል መሠረታዊ ቁሳቁስ የሆነው ሲሊከን ዳይኦክሳይድ (SiO2) ራሱ ብርሃንን ይቀበላል፣ አንደኛው አልትራቫዮሌት መምጠጥ ሌላኛው ደግሞ የኢንፍራሬድ መምጠጥ ይባላል። በአሁኑ ጊዜ የፋይበር ኦፕቲክ ግንኙነት በአጠቃላይ የሚሠራው ከ0.8-1.6 μm ባለው የሞገድ ርዝመት ክልል ውስጥ ብቻ ነው፣ ስለዚህ በዚህ የሥራ መስክ ውስጥ ያሉትን ኪሳራዎች ብቻ እንወያያለን።

በኳርትዝ ​​መስታወት ውስጥ በኤሌክትሮኒክ ሽግግሮች የሚፈጠረው የመምጠጥ ጫፍ በአልትራቫዮሌት ክልል ውስጥ ከ0.1-0.2 μm የሞገድ ርዝመት አካባቢ ነው። የሞገድ ርዝመቱ እየጨመረ ሲሄድ የመምጠጥ መጠኑ ቀስ በቀስ እየቀነሰ ይሄዳል፣ ነገር ግን የተጎዳው አካባቢ ሰፊ ሲሆን ከ1 μm በላይ የሞገድ ርዝመት ይደርሳል። ሆኖም ግን፣ የአልትራቫዮሌት መምጠጥ በኢንፍራሬድ ክልል ውስጥ በሚሰሩ የኳርትዝ ኦፕቲካል ፋይበር ላይ ብዙም ተጽእኖ የለውም። ለምሳሌ፣ በ0.6 μm የሞገድ ርዝመት በሚታየው የብርሃን ክልል ውስጥ፣ የአልትራቫዮሌት መምጠጥ 1dB/ኪሜ ሊደርስ ይችላል፣ ይህም በ0.8 μm የሞገድ ርዝመት ወደ 0.2-0.3dB/ኪሜ ይቀንሳል፣ እና በ1.2 μm የሞገድ ርዝመት 0.1dB/ኪሜ ብቻ ነው።

የኳርትዝ ፋይበር የኢንፍራሬድ መምጠጥ መጥፋት የሚፈጠረው በኢንፍራሬድ ክልል ውስጥ ባለው ቁሳቁስ ሞለኪውላዊ ንዝረት ነው። ከ2 μm በላይ ባለው የድግግሞሽ ባንድ ውስጥ በርካታ የንዝረት መምጠጥ ጫፎች አሉ። በኦፕቲካል ፋይበር ውስጥ ባሉ የተለያዩ የዶፒንግ ንጥረ ነገሮች ተጽዕኖ ምክንያት፣ የኳርትዝ ፋይበር ከ2 μm በላይ ባለው የድግግሞሽ ባንድ ውስጥ ዝቅተኛ የኪሳራ መስኮት ሊኖረው አይችልም። በ1.85 μm የሞገድ ርዝመት ላይ ያለው የቲዎሬቲካል ገደብ ኪሳራ ldB/km ነው።በምርምር አማካኝነት፣ በኳርትዝ ​​ብርጭቆ ውስጥ ችግር የሚፈጥሩ አንዳንድ "አጥፊ ሞለኪውሎች" እንዳሉ ተረጋግጧል፣ በተለይም እንደ መዳብ፣ ብረት፣ ክሮሚየም፣ ማንጋኒዝ፣ ወዘተ ያሉ ጎጂ የሽግግር ብረት ቆሻሻዎች። እነዚህ "ተንኮለኞች" በብርሃን ብርሃን ስር የብርሃን ኃይልን በስግብግብነት ይቀበላሉ፣ ይዘላሉ እና ይዘላሉ፣ ይህም የብርሃን ኃይልን ያጣሉ። "ችግር ፈጣሪዎችን" ማስወገድ እና የኦፕቲካል ፋይበር ለማምረት የሚያገለግሉ ቁሳቁሶችን በኬሚካል ማጽዳት ኪሳራዎችን በእጅጉ ሊቀንስ ይችላል።

በኳርትዝ ​​ኦፕቲካል ፋይበር ውስጥ ያለው ሌላው የመምጠጥ ምንጭ የሃይድሮክሳይድ (OH-) ደረጃ ነው። ሃይድሮክሳይድ በፋይበሩ የስራ ባንድ ውስጥ ሶስት የመምጠጥ ጫፎች እንዳሉት ተረጋግጧል፤ እነዚህም 0.95 μm፣ 1.24 μm እና 1.38 μm ናቸው። ከእነዚህም መካከል በ1.38 μm የሞገድ ርዝመት የመምጠጥ ኪሳራ በጣም ከባድ እና በፋይበሩ ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ ያሳድራል። በ1.38 μm የሞገድ ርዝመት፣ 0.0001 ብቻ ይዘት ባላቸው የሃይድሮክሳይድ አየኖች የሚፈጠረው የመምጠጥ ጫፍ ኪሳራ እስከ 33dB/ኪሜ ይደርሳል።

እነዚህ የሃይድሮክሳይድ አየኖች የሚመጡት ከየት ነው? የሃይድሮክሳይድ አየኖች ብዙ ምንጮች አሉ። በመጀመሪያ፣ የኦፕቲካል ፋይበር ለማምረት የሚያገለግሉት ቁሳቁሶች እርጥበት እና የሃይድሮክሳይድ ውህዶችን ይይዛሉ፣ እነዚህም በጥሬ እቃ የማጥራት ሂደት ውስጥ ለማስወገድ አስቸጋሪ እና በመጨረሻም በኦፕቲካል ፋይበር ውስጥ በሃይድሮክሳይድ አየኖች መልክ ይቀራሉ፤ በሁለተኛ ደረጃ፣ የኦፕቲካል ፋይበርዎችን ለማምረት የሚያገለግሉት የሃይድሮክሳይድ እና የኦክስጅን ውህዶች አነስተኛ መጠን ያለው እርጥበት ይይዛሉ፤ በሦስተኛ ደረጃ፣ በኬሚካላዊ ግብረመልሶች ምክንያት የኦፕቲካል ፋይበርዎችን በማምረት ሂደት ወቅት ውሃ ይፈጠራል፤ አራተኛው ደግሞ የውጭ አየር መግባት የውሃ ትነት ያመጣል። ሆኖም፣ የማኑፋክቸሪንግ ሂደቱ አሁን በከፍተኛ ደረጃ አድጓል፣ እና የሃይድሮክሳይድ አየኖች ይዘት ወደ በቂ ዝቅተኛ ደረጃ ቀንሷል፣ ይህም በኦፕቲካል ፋይበር ላይ ያለው ተጽእኖ ችላ ሊባል ይችላል።