El material utilizado para fabricar fibras ópticas puede absorber la energía lumínica. Una vez que las partículas de los materiales de fibra óptica absorben la energía lumínica, producen vibración y calor, y disipan la energía, lo que resulta en una pérdida de absorción.Este artículo analizará la pérdida de absorción de materiales de fibra óptica.
Sabemos que la materia está compuesta de átomos y moléculas, y que los átomos están compuestos de núcleos atómicos y electrones extranucleares, que giran alrededor del núcleo atómico en una órbita específica. Esto es similar a lo que ocurre con la Tierra, donde vivimos, y planetas como Venus y Marte, que giran alrededor del Sol. Cada electrón tiene una cierta cantidad de energía y se encuentra en una órbita específica; en otras palabras, cada órbita tiene un nivel de energía específico.
Los niveles de energía orbital más cercanos al núcleo atómico son más bajos, mientras que los niveles de energía orbital más alejados del núcleo atómico son más altos.La magnitud de la diferencia de niveles de energía entre órbitas se denomina diferencia de niveles de energía. Cuando los electrones pasan de un nivel de energía bajo a uno alto, necesitan absorber energía en la diferencia de niveles de energía correspondiente.
En las fibras ópticas, cuando los electrones de un determinado nivel de energía se irradian con luz de una longitud de onda correspondiente a la diferencia de niveles de energía, los electrones ubicados en orbitales de baja energía pasarán a orbitales con niveles de energía más altos.Este electrón absorbe la energía de la luz, lo que produce una pérdida de absorción de luz.
El material básico para la fabricación de fibras ópticas, el dióxido de silicio (SiO₂), absorbe la luz, una llamada absorción ultravioleta y la otra, absorción infrarroja. Actualmente, las comunicaciones por fibra óptica generalmente solo operan en el rango de longitud de onda de 0,8 a 1,6 μm, por lo que solo analizaremos las pérdidas en esta área de trabajo.
El pico de absorción generado por las transiciones electrónicas en el vidrio de cuarzo se encuentra en torno a una longitud de onda de 0,1-0,2 μm en la región ultravioleta. A medida que aumenta la longitud de onda, su absorción disminuye gradualmente, pero el área afectada es amplia, alcanzando longitudes de onda superiores a 1 μm. Sin embargo, la absorción UV tiene poco efecto en las fibras ópticas de cuarzo que operan en la región infrarroja. Por ejemplo, en la región de la luz visible, a una longitud de onda de 0,6 μm, la absorción ultravioleta puede alcanzar 1 dB/km, que disminuye a 0,2-0,3 dB/km a una longitud de onda de 0,8 μm, y a tan solo unos 0,1 dB/km a una longitud de onda de 1,2 μm.
La pérdida por absorción infrarroja de la fibra de cuarzo se genera por la vibración molecular del material en la región infrarroja. Existen varios picos de absorción de vibraciones en la banda de frecuencias superiores a 2 μm. Debido a la influencia de diversos elementos dopantes en las fibras ópticas, es imposible que las fibras de cuarzo tengan una ventana de baja pérdida en la banda de frecuencias superiores a 2 μm. La pérdida límite teórica a una longitud de onda de 1,85 μm es de ldB/km.Mediante investigaciones, también se descubrió que existen algunas "moléculas destructivas" que causan problemas en el vidrio de cuarzo, principalmente impurezas dañinas de metales de transición como cobre, hierro, cromo, manganeso, etc. Estas "moléculas destructivas" absorben con avidez la energía lumínica bajo la luz, saltando y saltando, lo que provoca una pérdida de energía lumínica. La eliminación de las "moléculas destructivas" y la purificación química de los materiales utilizados en la fabricación de fibras ópticas pueden reducir considerablemente las pérdidas.
Otra fuente de absorción en las fibras ópticas de cuarzo es la fase hidróxido (OH₃). Se ha descubierto que el hidróxido presenta tres picos de absorción en la banda de trabajo de la fibra: 0,95 μm, 1,24 μm y 1,38 μm. Entre ellos, la pérdida de absorción a la longitud de onda de 1,38 μm es la más grave y la que mayor impacto tiene en la fibra. A una longitud de onda de 1,38 μm, la pérdida de absorción generada por iones hidróxido con un contenido de tan solo 0,0001 alcanza los 33 dB/km.
¿De dónde provienen estos iones hidróxido? Existen muchas fuentes de iones hidróxido. En primer lugar, los materiales utilizados para fabricar fibras ópticas contienen humedad y compuestos de hidróxido, que son difíciles de eliminar durante el proceso de purificación de la materia prima y permanecen en forma de iones hidróxido en las fibras ópticas. En segundo lugar, los compuestos de hidrógeno y oxígeno utilizados en la fabricación de fibras ópticas contienen una pequeña cantidad de humedad. En tercer lugar, el agua se genera durante el proceso de fabricación de fibras ópticas debido a reacciones químicas. En cuarto lugar, la entrada de aire externo trae vapor de agua. Sin embargo, el proceso de fabricación ha alcanzado un nivel considerable, y el contenido de iones hidróxido se ha reducido a un nivel lo suficientemente bajo como para que su impacto en las fibras ópticas pueda ignorarse.
Hora de publicación: 23 de octubre de 2025