Maelezo ya Kina ya Upotevu wa Ufyonzaji katika Nyenzo za Nyuzinyuzi za Macho

Nyenzo inayotumika kutengeneza nyuzi za macho inaweza kunyonya nishati ya mwanga. Baada ya chembe katika nyenzo za nyuzi za macho kunyonya nishati ya mwanga, hutoa mtetemo na joto, na kuondoa nishati hiyo, na kusababisha upotevu wa unyonyaji.Makala haya yatachambua upotevu wa unyonyaji wa nyenzo za nyuzi za macho.

Tunajua kwamba maada imeundwa na atomi na molekuli, na atomi huundwa na viini vya atomi na elektroni za nje ya nyuklia, ambazo huzunguka kiini cha atomi katika mzunguko fulani. Hii ni kama vile Dunia tunayoishi, pamoja na sayari kama Zuhura na Mirihi, zote huzunguka Jua. Kila elektroni ina kiasi fulani cha nishati na iko katika mzunguko fulani, au kwa maneno mengine, kila mzunguko una kiwango fulani cha nishati.

Viwango vya nishati ya obiti karibu na kiini cha atomiki ni vya chini, huku viwango vya nishati ya obiti vilivyo mbali zaidi na kiini cha atomiki vikiwa vya juu zaidi.Ukubwa wa tofauti ya kiwango cha nishati kati ya mizunguko huitwa tofauti ya kiwango cha nishati. Wakati elektroni zinapobadilika kutoka kiwango cha chini cha nishati hadi kiwango cha juu cha nishati, zinahitaji kunyonya nishati katika tofauti inayolingana ya kiwango cha nishati.

Katika nyuzi za macho, elektroni katika kiwango fulani cha nishati zinapomwashwa na mwanga wa urefu wa wimbi unaolingana na tofauti ya kiwango cha nishati, elektroni zilizo kwenye obitali zenye nishati kidogo zitabadilika hadi obitali zenye viwango vya juu vya nishati.Elektroni hii hunyonya nishati ya mwanga, na kusababisha upotevu wa mwanga.

Nyenzo ya msingi ya kutengeneza nyuzi za macho, silicon dioksidi (SiO2), yenyewe hunyonya mwanga, moja ikiitwa unyonyaji wa urujuanimno na nyingine ikiitwa unyonyaji wa infrared. Kwa sasa, mawasiliano ya nyuzi za macho kwa ujumla hufanya kazi katika kiwango cha urefu wa wimbi cha 0.8-1.6 μm, kwa hivyo tutajadili tu hasara katika eneo hili la kazi.

Kilele cha unyonyaji kinachozalishwa na mabadiliko ya kielektroniki katika glasi ya quartz ni karibu urefu wa wimbi la 0.1-0.2 μ m katika eneo la urujuanimno. Kadri urefu wa wimbi unavyoongezeka, unyonyaji wake hupungua polepole, lakini eneo lililoathiriwa ni pana, na kufikia urefu wa wimbi zaidi ya 1 μ m. Hata hivyo, unyonyaji wa UV hauna athari kubwa kwa nyuzi za macho za quartz zinazofanya kazi katika eneo la infrared. Kwa mfano, katika eneo la mwanga unaoonekana katika urefu wa wimbi la 0.6 μ m, unyonyaji wa urujuanimno unaweza kufikia 1dB/km, ambayo hupungua hadi 0.2-0.3dB/km katika urefu wa wimbi la 0.8 μ m, na takriban 0.1dB/km tu katika urefu wa wimbi la 1.2 μ m.

Upotevu wa ufyonzaji wa infrared wa nyuzi za quartz huzalishwa na mtetemo wa molekuli wa nyenzo katika eneo la infrared. Kuna vilele kadhaa vya ufyonzaji wa mtetemo katika bendi ya masafa zaidi ya 2 μ m. Kutokana na ushawishi wa vipengele mbalimbali vya doping katika nyuzi za macho, haiwezekani kwa nyuzi za quartz kuwa na dirisha la upotevu mdogo katika bendi ya masafa zaidi ya 2 μ m. Upotevu wa kikomo cha kinadharia katika urefu wa wimbi la 1.85 μ m ni ldB/km.Kupitia utafiti, pia iligundulika kuwa kuna baadhi ya "molekuli haribifu" zinazosababisha shida katika glasi ya quartz, hasa uchafu hatari wa metali kama vile shaba, chuma, chromium, manganese, n.k. "Wahalifu hawa hunyonya nishati ya mwanga kwa pupa chini ya mwanga, wakiruka na kuruka huku na huko, na kusababisha upotevu wa nishati ya mwanga. Kuondoa "wasumbufu" na kusafisha kemikali vifaa vinavyotumika kutengeneza nyuzi za macho kunaweza kupunguza hasara sana.

Chanzo kingine cha unyonyaji katika nyuzi za macho za quartz ni awamu ya hidroksidi (OH -). Imegundulika kuwa hidroksidi ina vilele vitatu vya unyonyaji katika bendi ya kufanya kazi ya nyuzi, ambavyo ni 0.95 μ m, 1.24 μ m, na 1.38 μ m. Miongoni mwao, upotevu wa unyonyaji katika urefu wa wimbi wa 1.38 μ m ndio mbaya zaidi na una athari kubwa zaidi kwenye nyuzi. Katika urefu wa wimbi wa 1.38 μ m, upotevu wa kilele cha unyonyaji unaotokana na ioni za hidroksidi zenye kiwango cha 0.0001 pekee ni wa juu kama 33dB/km.

Ioni hizi za hidroksidi hutoka wapi? Kuna vyanzo vingi vya ioni za hidroksidi. Kwanza, nyenzo zinazotumika kutengeneza nyuzi za macho zina unyevu na misombo ya hidroksidi, ambayo ni vigumu kuondoa wakati wa mchakato wa utakaso wa malighafi na hatimaye hubaki katika umbo la ioni za hidroksidi katika nyuzi za macho; Pili, misombo ya hidrojeni na oksijeni inayotumika katika utengenezaji wa nyuzi za macho ina kiasi kidogo cha unyevu; Tatu, maji huzalishwa wakati wa mchakato wa utengenezaji wa nyuzi za macho kutokana na athari za kemikali; Nne ni kwamba kuingia kwa hewa ya nje huleta mvuke wa maji. Hata hivyo, mchakato wa utengenezaji sasa umekua kwa kiwango kikubwa, na kiwango cha ioni za hidroksidi kimepunguzwa hadi kiwango cha chini cha kutosha kiasi kwamba athari yake kwenye nyuzi za macho inaweza kupuuzwa.