ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ನಷ್ಟದ ವಿವರವಾದ ವಿವರಣೆ

ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಬಳಸುವ ವಸ್ತುವು ಬೆಳಕಿನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿನ ಕಣಗಳು ಬೆಳಕಿನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ನಂತರ, ಅವು ಕಂಪನ ಮತ್ತು ಶಾಖವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊರಹಾಕುತ್ತವೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ನಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ.ಈ ಲೇಖನವು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್ ವಸ್ತುಗಳ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ನಷ್ಟವನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸುತ್ತದೆ.

ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿರುವಂತೆ, ವಸ್ತುವು ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು ಅಣುಗಳಿಂದ ಕೂಡಿದೆ, ಮತ್ತು ಪರಮಾಣುಗಳು ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಮತ್ತು ಬಾಹ್ಯ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿಂದ ಕೂಡಿದೆ, ಇವು ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ನ ಸುತ್ತ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ ಸುತ್ತುತ್ತವೆ. ಇದು ನಾವು ವಾಸಿಸುವ ಭೂಮಿಯಂತೆಯೇ, ಶುಕ್ರ ಮತ್ತು ಮಂಗಳದಂತಹ ಗ್ರಹಗಳು ಸೂರ್ಯನ ಸುತ್ತ ಸುತ್ತುತ್ತವೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರಮಾಣದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿದೆ, ಅಥವಾ ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಕಕ್ಷೆಯು ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ.

ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ಗೆ ಹತ್ತಿರವಿರುವ ಕಕ್ಷೀಯ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟಗಳು ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ನಿಂದ ದೂರದಲ್ಲಿರುವ ಕಕ್ಷೀಯ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟಗಳು ಹೆಚ್ಚಿರುತ್ತವೆ.ಕಕ್ಷೆಗಳ ನಡುವಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟದ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟದ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟದಿಂದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಪರಿವರ್ತನೆಯಾದಾಗ, ಅವು ಅನುಗುಣವಾದ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟದ ವ್ಯತ್ಯಾಸದಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ.

ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳಲ್ಲಿ, ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟದ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾದ ತರಂಗಾಂತರದ ಬೆಳಕಿನಿಂದ ವಿಕಿರಣಗೊಳಿಸಿದಾಗ, ಕಡಿಮೆ-ಶಕ್ತಿಯ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಕ್ಷೆಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತನೆಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ.ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಬೆಳಕಿನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ನಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ.

ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಮೂಲ ವಸ್ತುವಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್ (SiO2), ಸ್ವತಃ ಬೆಳಕನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಒಂದನ್ನು ನೇರಳಾತೀತ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದನ್ನು ಅತಿಗೆಂಪು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪ್ರಸ್ತುತ, ಫೈಬರ್ ಆಪ್ಟಿಕ್ ಸಂವಹನವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 0.8-1.6 μm ತರಂಗಾಂತರ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ನಾವು ಈ ಕೆಲಸದ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿನ ನಷ್ಟಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ಚರ್ಚಿಸುತ್ತೇವೆ.

ಸ್ಫಟಿಕ ಶಿಲೆಯಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಪರಿವರ್ತನೆಗಳಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಗರಿಷ್ಠವು ನೇರಳಾತೀತ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಸುಮಾರು 0.1-0.2 μm ತರಂಗಾಂತರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ತರಂಗಾಂತರ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ, ಅದರ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಕ್ರಮೇಣ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಪೀಡಿತ ಪ್ರದೇಶವು ಅಗಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ, 1 μm ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತರಂಗಾಂತರಗಳನ್ನು ತಲುಪುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅತಿಗೆಂಪು ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಸ್ಫಟಿಕ ಶಿಲೆಯ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳ ಮೇಲೆ UV ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು ಕಡಿಮೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, 0.6 μm ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ ಗೋಚರ ಬೆಳಕಿನ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ, ನೇರಳಾತೀತ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು 1dB/km ತಲುಪಬಹುದು, ಇದು 0.8 μm ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ 0.2-0.3dB/km ಗೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು 1.2 μm ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ ಕೇವಲ 0.1dB/km ಗೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ಸ್ಫಟಿಕ ಶಿಲೆಯ ಫೈಬರ್‌ನ ಅತಿಗೆಂಪು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ನಷ್ಟವು ಅತಿಗೆಂಪು ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿನ ವಸ್ತುವಿನ ಆಣ್ವಿಕ ಕಂಪನದಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ. 2 μm ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಹಲವಾರು ಕಂಪನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಿಖರಗಳಿವೆ. ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳಲ್ಲಿನ ವಿವಿಧ ಡೋಪಿಂಗ್ ಅಂಶಗಳ ಪ್ರಭಾವದಿಂದಾಗಿ, 2 μm ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಸ್ಫಟಿಕ ಶಿಖರಗಳು ಕಡಿಮೆ ನಷ್ಟದ ವಿಂಡೋವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದು ಅಸಾಧ್ಯ. 1.85 μm ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಮಿತಿ ನಷ್ಟವು ldB/km ಆಗಿದೆ.ಸಂಶೋಧನೆಯ ಮೂಲಕ, ಸ್ಫಟಿಕ ಶಿಲೆಯಲ್ಲಿ ತೊಂದರೆ ಉಂಟುಮಾಡುವ ಕೆಲವು "ವಿನಾಶಕಾರಿ ಅಣುಗಳು" ಇವೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ, ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ತಾಮ್ರ, ಕಬ್ಬಿಣ, ಕ್ರೋಮಿಯಂ, ಮ್ಯಾಂಗನೀಸ್ ಮುಂತಾದ ಹಾನಿಕಾರಕ ಪರಿವರ್ತನಾ ಲೋಹದ ಕಲ್ಮಶಗಳು. ಈ 'ಖಳನಾಯಕರು' ಬೆಳಕಿನ ಬೆಳಕಿನಲ್ಲಿ ದುರಾಸೆಯಿಂದ ಬೆಳಕಿನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತಾರೆ, ಜಿಗಿಯುತ್ತಾರೆ ಮತ್ತು ಜಿಗಿಯುತ್ತಾರೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಬೆಳಕಿನ ಶಕ್ತಿಯ ನಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ. 'ತೊಂದರೆ ಉಂಟುಮಾಡುವವರನ್ನು' ತೆಗೆದುಹಾಕುವುದು ಮತ್ತು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಬಳಸುವ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ರಾಸಾಯನಿಕವಾಗಿ ಶುದ್ಧೀಕರಿಸುವುದು ನಷ್ಟವನ್ನು ಬಹಳವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಕ್ವಾರ್ಟ್ಜ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಮತ್ತೊಂದು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಮೂಲವೆಂದರೆ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ (OH -) ಹಂತ. ಫೈಬರ್‌ನ ವರ್ಕಿಂಗ್ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಮೂರು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಿಖರಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ, ಅವು 0.95 μm, 1.24 μm, ಮತ್ತು 1.38 μm. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ, 1.38 μm ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ನಷ್ಟವು ಅತ್ಯಂತ ತೀವ್ರವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಫೈಬರ್ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. 1.38 μm ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ, ಕೇವಲ 0.0001 ಅಂಶವಿರುವ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಅಯಾನುಗಳಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಗರಿಷ್ಠ ನಷ್ಟವು 33dB/km ನಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಈ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಅಯಾನುಗಳು ಎಲ್ಲಿಂದ ಬರುತ್ತವೆ? ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಅಯಾನುಗಳ ಹಲವು ಮೂಲಗಳಿವೆ. ಮೊದಲನೆಯದಾಗಿ, ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಬಳಸುವ ವಸ್ತುಗಳು ತೇವಾಂಶ ಮತ್ತು ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಸಂಯುಕ್ತಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಇವುಗಳನ್ನು ಕಚ್ಚಾ ವಸ್ತುಗಳ ಶುದ್ಧೀಕರಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ತೆಗೆದುಹಾಕಲು ಕಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಅಯಾನುಗಳ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಉಳಿಯುತ್ತದೆ; ಎರಡನೆಯದಾಗಿ, ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮತ್ತು ಆಮ್ಲಜನಕ ಸಂಯುಕ್ತಗಳು ಅಲ್ಪ ಪ್ರಮಾಣದ ತೇವಾಂಶವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ; ಮೂರನೆಯದಾಗಿ, ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಂದಾಗಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳ ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ನೀರು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ; ನಾಲ್ಕನೆಯದು ಬಾಹ್ಯ ಗಾಳಿಯ ಪ್ರವೇಶವು ನೀರಿನ ಆವಿಯನ್ನು ತರುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಈಗ ಗಣನೀಯ ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗೊಂಡಿದೆ ಮತ್ತು ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಅಯಾನುಗಳ ಅಂಶವನ್ನು ಸಾಕಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಇಳಿಸಲಾಗಿದ್ದು, ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳ ಮೇಲಿನ ಅದರ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ನಿರ್ಲಕ್ಷಿಸಬಹುದು.