O material usado na fabricação de fibras ópticas pode absorver energia luminosa. Após as partículas nos materiais de fibra óptica absorverem a energia luminosa, elas produzem vibração e calor, dissipando a energia, resultando em perda de absorção.Este artigo analisará a perda de absorção de materiais de fibra óptica.
Sabemos que a matéria é composta de átomos e moléculas, e os átomos são compostos de núcleos atômicos e elétrons extranucleares, que giram em torno do núcleo atômico em uma determinada órbita. É como a Terra em que vivemos, assim como planetas como Vênus e Marte, que giram em torno do Sol. Cada elétron tem uma certa quantidade de energia e está em uma determinada órbita, ou em outras palavras, cada órbita tem um determinado nível de energia.
Os níveis de energia orbital mais próximos do núcleo atômico são mais baixos, enquanto os níveis de energia orbital mais distantes do núcleo atômico são mais altos.A magnitude da diferença de nível de energia entre as órbitas é chamada de diferença de nível de energia. Quando os elétrons transitam de um nível de energia baixo para um nível de energia alto, eles precisam absorver energia na diferença de nível de energia correspondente.
Em fibras ópticas, quando elétrons em um determinado nível de energia são irradiados com luz de um comprimento de onda correspondente à diferença de nível de energia, os elétrons localizados em orbitais de baixa energia farão a transição para orbitais com níveis de energia mais altos.Este elétron absorve energia luminosa, resultando em perda de absorção de luz.
O material básico para a fabricação de fibras ópticas, o dióxido de silício (SiO2), absorve luz, uma chamada absorção ultravioleta e a outra, absorção infravermelha. Atualmente, a comunicação por fibra óptica geralmente opera apenas na faixa de comprimento de onda de 0,8 a 1,6 μm, portanto, discutiremos apenas as perdas nessa faixa de operação.
O pico de absorção gerado pelas transições eletrônicas no vidro de quartzo é em torno de 0,1-0,2 μm de comprimento de onda na região ultravioleta. À medida que o comprimento de onda aumenta, sua absorção diminui gradualmente, mas a área afetada é ampla, atingindo comprimentos de onda acima de 1 μm. No entanto, a absorção UV tem pouco efeito em fibras ópticas de quartzo operando na região infravermelha. Por exemplo, na região da luz visível, a um comprimento de onda de 0,6 μm, a absorção ultravioleta pode atingir 1 dB/km, diminuindo para 0,2-0,3 dB/km a um comprimento de onda de 0,8 μm, e apenas cerca de 0,1 dB/km a um comprimento de onda de 1,2 μm.
A perda de absorção no infravermelho da fibra de quartzo é gerada pela vibração molecular do material na região do infravermelho. Existem vários picos de absorção de vibração na faixa de frequência acima de 2 μm. Devido à influência de vários elementos dopantes nas fibras ópticas, é impossível que as fibras de quartzo apresentem uma janela de baixa perda na faixa de frequência acima de 2 μm. A perda limite teórica no comprimento de onda de 1,85 μm é de ldB/km.Por meio de pesquisas, também foi descoberto que existem algumas "moléculas destrutivas" que causam problemas no vidro de quartzo, principalmente impurezas nocivas de metais de transição, como cobre, ferro, cromo, manganês, etc. Esses "vilões" absorvem avidamente a energia luminosa sob a luz, saltando e pulando, causando perda de energia luminosa. Eliminar os "criadores de problemas" e purificar quimicamente os materiais usados na fabricação de fibras ópticas pode reduzir significativamente as perdas.
Outra fonte de absorção em fibras ópticas de quartzo é a fase hidróxido (OH-). Descobriu-se que o hidróxido apresenta três picos de absorção na banda de trabalho da fibra, que são 0,95 μm, 1,24 μm e 1,38 μm. Entre eles, a perda de absorção no comprimento de onda de 1,38 μm é a mais severa e tem o maior impacto na fibra. No comprimento de onda de 1,38 μm, a perda de pico de absorção gerada por íons hidróxido com um teor de apenas 0,0001 chega a 33 dB/km.
De onde vêm esses íons hidróxido? Existem muitas fontes de íons hidróxido. Primeiro, os materiais usados para fabricar fibras ópticas contêm umidade e compostos de hidróxido, que são difíceis de remover durante o processo de purificação da matéria-prima e, em última análise, permanecem na forma de íons hidróxido nas fibras ópticas; segundo, os compostos de hidrogênio e oxigênio usados na fabricação de fibras ópticas contêm uma pequena quantidade de umidade; terceiro, a água é gerada durante o processo de fabricação de fibras ópticas devido a reações químicas; quarto, a entrada de ar externo traz vapor de água. No entanto, o processo de fabricação agora se desenvolveu a um nível considerável, e o conteúdo de íons hidróxido foi reduzido a um nível suficientemente baixo para que seu impacto nas fibras ópticas possa ser ignorado.
Horário de publicação: 23/10/2025