Затухание поглощения
Атомы и молекулы в материале волокна, обычно кварцевом стекле, могут поглощать фотоны, если их энергия соответствует определенным энергетическим уровням атомов. Это приводит к возбуждению электронов, в результате чего энергия света теряется. Основные причины поглощения включают примеси в стекле (например, ионы металлов или молекулы воды) и собственные свойства материала волокна.
В современных оптических волокнах поглощение минимизировано благодаря использованию высокочистого кварцевого стекла, но некоторые потери всё же сохраняются, особенно в определённых диапазонах длин волн.
Типы поглощения в оптических волокнах
- Поглощение примесей. Вызвано наличием ионов металлов (например, железа или меди) или гидроксильных групп (OH⁻). Особенно заметно в диапазоне длин волн 950–1400 нм из-за молекул воды.
- Собственное поглощение. Связно с электронными и молекулярными переходами в самом материале стекла. Наиболее выражено в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах.
- Инфракрасное поглощение. Происходит на длинах волн выше 1600 нм из-за колебаний молекул Si-O в кварцевом стекле.
Влияние на производительность сети
Затухание поглощения ограничивает дальность передачи сигнала без использования усилителей. Например, в диапазоне 1380 нм, где поглощение гидроксильных групп наиболее значительно, потери могут достигать нескольких дБ/км в волокнах старого образца. Современные волокна с низким содержанием воды имеют значительно меньшие потери.
Как минимизировать затухание поглощения?
Для снижения потерь от поглощения применяются следующие подходы:
- Использование высокочистого кварцевого стекла с минимальным содержанием примесей.
- Применение технологий производства, исключающих попадание молекул воды в волокно.
- Выбор длин волн с минимальным поглощением, таких как 1310 нм или 1550 нм, для телекоммуникационных систем.
- Регулярное тестирование волокон с помощью спектроскопии для выявления зон высокого поглощения.