El material utilizado para fabricar fibras ópticas puede absorber energía lumínica. Después de que las partículas en el material de la fibra óptica absorben energía lumínica, producen vibraciones y calor, y disipan la energía, lo que resulta en una pérdida por absorción.Este artículo analizará la pérdida por absorción de los materiales de fibra óptica.
Sabemos que la materia está compuesta de átomos y moléculas, y que los átomos están formados por núcleos atómicos y electrones extranucleares, que giran alrededor del núcleo atómico en una órbita determinada. Esto es similar a cómo la Tierra, en la que vivimos, y planetas como Venus y Marte, giran alrededor del Sol. Cada electrón posee una cantidad específica de energía y se encuentra en una órbita determinada; 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 nivel de energía entre órbitas se denomina diferencia de nivel de energía. Cuando los electrones transitan de un nivel de energía bajo a uno alto, necesitan absorber energía correspondiente a esa diferencia de nivel de energía.
En las fibras ópticas, cuando los electrones que se encuentran en un determinado nivel de energía son irradiados con luz de una longitud de onda que corresponde a la diferencia de niveles de energía, los electrones ubicados en orbitales de baja energía transitarán a orbitales con niveles de energía más altos.Este electrón absorbe energía luminosa, lo que provoca una pérdida de luz por absorción.
El dióxido de silicio (SiO2), material básico para la fabricación de fibras ópticas, absorbe luz, específicamente radiación ultravioleta e infrarroja. Actualmente, la comunicación por fibra óptica opera generalmente solo en el rango de longitud de onda de 0,8 a 1,6 μm, por lo que nos centraremos en las pérdidas en este rango.
El pico de absorción generado por las transiciones electrónicas en el vidrio de cuarzo se sitúa alrededor de 0,1-0,2 μm de longitud de onda 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 luz visible, a una longitud de onda de 0,6 μm, la absorción ultravioleta puede alcanzar 1 dB/km, disminuyendo 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 vibracional en la banda de frecuencia superior a 2 μm. Debido a la influencia de diversos elementos dopantes en las fibras ópticas, es imposible que las fibras de cuarzo presenten una ventana de baja pérdida en la banda de frecuencia superior a 2 μm. El límite teórico de pérdida a una longitud de onda de 1,85 μm es de 1 ldB/km.Mediante investigaciones, también se descubrió que existen algunas "moléculas destructivas" que causan problemas en el vidrio de cuarzo, principalmente impurezas de metales de transición dañinos como cobre, hierro, cromo, manganeso, etc. Estas "partículas dañinas" absorben vorazmente la energía lumínica bajo la iluminación, saltando y revoloteando, lo que provoca una pérdida de energía lumínica. Eliminar estas "partículas problemáticas" y purificar químicamente los materiales utilizados en la fabricación de fibras ópticas puede reducir considerablemente las pérdidas.
Otra fuente de absorción en las fibras ópticas de cuarzo es la fase de hidróxido (OH-). Se ha observado 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 por absorción a 1,38 μm es la más significativa y la que mayor impacto tiene en la fibra. A esta longitud de onda, la pérdida por absorción generada por iones hidróxido con una concentración de tan solo 0,0001 alcanza los 33 dB/km.
¿De dónde provienen estos iones hidróxido? Existen diversas fuentes de iones hidróxido. En primer lugar, los materiales utilizados en la fabricación de fibras ópticas contienen humedad y compuestos de hidróxido, difíciles de eliminar durante el proceso de purificación de la materia prima, que finalmente permanecen en forma de iones hidróxido en las fibras ópticas. En segundo lugar, los compuestos de hidrógeno y oxígeno empleados en la fabricación de fibras ópticas contienen una pequeña cantidad de humedad. En tercer lugar, se genera agua durante el proceso de fabricación de fibras ópticas debido a reacciones químicas. En cuarto lugar, la entrada de aire exterior aporta 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 suficientemente bajo como para que su impacto en las fibras ópticas sea insignificante.
Fecha de publicación: 23 de octubre de 2025