Bahan yang digunakan untuk menghasilkan gentian optik boleh menyerap tenaga cahaya. Selepas zarah dalam bahan gentian optik menyerap tenaga cahaya, ia menghasilkan getaran dan haba, lalu menghilangkan tenaga tersebut, mengakibatkan kehilangan penyerapan.Artikel ini akan menganalisis kehilangan penyerapan bahan gentian optik.
Kita tahu bahawa jirim terdiri daripada atom dan molekul, dan atom pula terdiri daripada nukleus atom dan elektron ekstranuklear, yang berputar mengelilingi nukleus atom dalam orbit tertentu. Ini sama seperti Bumi tempat kita tinggal, begitu juga planet seperti Zuhrah dan Marikh, semuanya berputar mengelilingi Matahari. Setiap elektron mempunyai jumlah tenaga tertentu dan berada dalam orbit tertentu, atau dengan kata lain, setiap orbit mempunyai tahap tenaga tertentu.
Aras tenaga orbital yang lebih dekat dengan nukleus atom adalah lebih rendah, manakala aras tenaga orbital yang lebih jauh dari nukleus atom adalah lebih tinggi.Magnitud perbezaan aras tenaga antara orbit dipanggil perbezaan aras tenaga. Apabila elektron beralih daripada aras tenaga yang rendah ke aras tenaga yang tinggi, ia perlu menyerap tenaga pada perbezaan aras tenaga yang sepadan.
Dalam gentian optik, apabila elektron pada aras tenaga tertentu disinari dengan cahaya dengan panjang gelombang yang sepadan dengan perbezaan aras tenaga, elektron yang terletak pada orbital bertenaga rendah akan beralih ke orbital dengan aras tenaga yang lebih tinggi.Elektron ini menyerap tenaga cahaya, mengakibatkan kehilangan penyerapan cahaya.
Bahan asas untuk pembuatan gentian optik, silikon dioksida (SiO2), itu sendiri menyerap cahaya, satu dipanggil penyerapan ultraungu dan satu lagi dipanggil penyerapan inframerah. Pada masa ini, komunikasi gentian optik secara amnya hanya beroperasi dalam julat panjang gelombang 0.8-1.6 μm, jadi kita hanya akan membincangkan kehilangan dalam bidang kerja ini.
Puncak penyerapan yang dihasilkan oleh peralihan elektronik dalam kaca kuarza adalah sekitar 0.1-0.2 μm panjang gelombang di kawasan ultraungu. Apabila panjang gelombang meningkat, penyerapannya secara beransur-ansur berkurangan, tetapi kawasan yang terjejas adalah luas, mencapai panjang gelombang melebihi 1 μm. Walau bagaimanapun, penyerapan UV mempunyai sedikit kesan pada gentian optik kuarza yang beroperasi di kawasan inframerah. Contohnya, di kawasan cahaya nampak pada panjang gelombang 0.6 μm, penyerapan ultraungu boleh mencapai 1dB/km, yang berkurangan kepada 0.2-0.3dB/km pada panjang gelombang 0.8 μm, dan hanya kira-kira 0.1dB/km pada panjang gelombang 1.2 μm.
Kehilangan penyerapan inframerah gentian kuarza dijana oleh getaran molekul bahan di kawasan inframerah. Terdapat beberapa puncak penyerapan getaran dalam jalur frekuensi melebihi 2 μm. Disebabkan oleh pengaruh pelbagai unsur pendopan dalam gentian optik, gentian kuarza mustahil mempunyai tetingkap kehilangan yang rendah dalam jalur frekuensi melebihi 2 μm. Kehilangan had teori pada panjang gelombang 1.85 μm ialah ldB/km.Melalui kajian, didapati juga terdapat beberapa "molekul pemusnah" yang menyebabkan masalah dalam kaca kuarza, terutamanya bendasing logam peralihan yang berbahaya seperti kuprum, besi, kromium, mangan, dan sebagainya. 'Penjahat' ini dengan rakus menyerap tenaga cahaya di bawah pencahayaan cahaya, melompat-lompat, menyebabkan kehilangan tenaga cahaya. Menghapuskan 'penyebab masalah' dan menulenkan bahan yang digunakan untuk mengeluarkan gentian optik secara kimia dapat mengurangkan kerugian dengan ketara.
Satu lagi sumber penyerapan dalam gentian optik kuarza ialah fasa hidroksida (OH-). Telah didapati bahawa hidroksida mempunyai tiga puncak penyerapan dalam jalur kerja gentian, iaitu 0.95 μm, 1.24 μm, dan 1.38 μm. Antaranya, kehilangan penyerapan pada panjang gelombang 1.38 μm adalah yang paling teruk dan mempunyai kesan terbesar pada gentian. Pada panjang gelombang 1.38 μm, kehilangan puncak penyerapan yang dihasilkan oleh ion hidroksida dengan kandungan hanya 0.0001 adalah setinggi 33dB/km.
Dari manakah ion hidroksida ini berasal? Terdapat banyak sumber ion hidroksida. Pertama, bahan yang digunakan untuk mengeluarkan gentian optik mengandungi kelembapan dan sebatian hidroksida, yang sukar disingkirkan semasa proses penulenan bahan mentah dan akhirnya kekal dalam bentuk ion hidroksida dalam gentian optik; Kedua, sebatian hidrogen dan oksigen yang digunakan dalam pembuatan gentian optik mengandungi sedikit kelembapan; Ketiga, air dihasilkan semasa proses pembuatan gentian optik akibat tindak balas kimia; Keempat, kemasukan udara luaran membawa wap air. Walau bagaimanapun, proses pembuatan kini telah berkembang ke tahap yang tinggi, dan kandungan ion hidroksida telah dikurangkan ke tahap yang cukup rendah sehingga kesannya terhadap gentian optik boleh diabaikan.
Masa siaran: 23 Okt-2025