অপটিক্যাল ফাইবার উপকরণে শোষণ ক্ষতির বিস্তারিত ব্যাখ্যা

অপটিক্যাল ফাইবার তৈরিতে ব্যবহৃত উপাদান আলোক শক্তি শোষণ করতে পারে। অপটিক্যাল ফাইবার উপাদানের কণাগুলি আলোক শক্তি শোষণ করার পরে, তারা কম্পন এবং তাপ উৎপন্ন করে এবং শক্তিকে অপচয় করে, যার ফলে শোষণ হ্রাস পায়।এই প্রবন্ধটি অপটিক্যাল ফাইবার উপকরণের শোষণ ক্ষতি বিশ্লেষণ করবে।

আমরা জানি যে পদার্থ পরমাণু এবং অণু দ্বারা গঠিত, এবং পরমাণুগুলি পারমাণবিক নিউক্লিয়াস এবং বহির্মুখী ইলেকট্রন দ্বারা গঠিত, যা একটি নির্দিষ্ট কক্ষপথে পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের চারপাশে ঘোরে। এটি ঠিক যেমন আমরা বাস করি সেই পৃথিবীর মতো, শুক্র এবং মঙ্গলের মতো গ্রহগুলিও সূর্যের চারপাশে ঘোরে। প্রতিটি ইলেকট্রনের একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তি থাকে এবং একটি নির্দিষ্ট কক্ষপথে থাকে, অথবা অন্য কথায়, প্রতিটি কক্ষপথের একটি নির্দিষ্ট শক্তি স্তর থাকে।

পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের কাছাকাছি কক্ষীয় শক্তির মাত্রা কম, অন্যদিকে পারমাণবিক নিউক্লিয়াস থেকে দূরে কক্ষীয় শক্তির মাত্রা বেশি।কক্ষপথের মধ্যে শক্তি স্তরের পার্থক্যের মাত্রাকে শক্তি স্তরের পার্থক্য বলা হয়। যখন ইলেকট্রন নিম্ন শক্তি স্তর থেকে উচ্চ শক্তি স্তরে স্থানান্তরিত হয়, তখন তাদের সংশ্লিষ্ট শক্তি স্তরের পার্থক্যে শক্তি শোষণ করতে হয়।

অপটিক্যাল ফাইবারগুলিতে, যখন একটি নির্দিষ্ট শক্তি স্তরের ইলেকট্রনগুলিকে শক্তি স্তরের পার্থক্যের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো দিয়ে বিকিরণ করা হয়, তখন কম-শক্তির কক্ষপথে অবস্থিত ইলেকট্রনগুলি উচ্চ শক্তি স্তরের কক্ষপথে স্থানান্তরিত হবে।এই ইলেকট্রন আলোক শক্তি শোষণ করে, যার ফলে আলোর শোষণ হ্রাস পায়।

অপটিক্যাল ফাইবার তৈরির মৌলিক উপাদান, সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO2), নিজেই আলো শোষণ করে, একটিকে বলা হয় অতিবেগুনী শোষণ এবং অন্যটিকে বলা হয় ইনফ্রারেড শোষণ। বর্তমানে, ফাইবার অপটিক যোগাযোগ সাধারণত 0.8-1.6 μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে কাজ করে, তাই আমরা কেবল এই কর্মক্ষেত্রের ক্ষতিগুলি নিয়ে আলোচনা করব।

অতিবেগুনী অঞ্চলে কোয়ার্টজ গ্লাসে ইলেকট্রনিক ট্রানজিশনের ফলে উৎপন্ন শোষণের সর্বোচ্চ স্তর প্রায় 0.1-0.2 μm তরঙ্গদৈর্ঘ্য। তরঙ্গদৈর্ঘ্য বৃদ্ধির সাথে সাথে এর শোষণ ধীরে ধীরে হ্রাস পায়, তবে প্রভাবিত এলাকাটি প্রশস্ত হয়, যা 1 μm এর উপরে তরঙ্গদৈর্ঘ্যে পৌঁছায়। তবে, ইনফ্রারেড অঞ্চলে কাজ করা কোয়ার্টজ অপটিক্যাল ফাইবারগুলিতে UV শোষণের খুব কম প্রভাব পড়ে। উদাহরণস্বরূপ, 0.6 μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে দৃশ্যমান আলোক অঞ্চলে, অতিবেগুনী শোষণ 1dB/km পৌঁছাতে পারে, যা 0.8 μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে 0.2-0.3dB/km পর্যন্ত কমে যায় এবং 1.2 μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে মাত্র 0.1dB/km পর্যন্ত।

কোয়ার্টজ ফাইবারের ইনফ্রারেড শোষণ ক্ষতি ইনফ্রারেড অঞ্চলে উপাদানের আণবিক কম্পনের ফলে উৎপন্ন হয়। 2 μm এর উপরে ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে বেশ কয়েকটি কম্পন শোষণের শিখর রয়েছে। অপটিক্যাল ফাইবারগুলিতে বিভিন্ন ডোপিং উপাদানের প্রভাবের কারণে, 2 μm এর উপরে ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে কোয়ার্টজ ফাইবারের জন্য কম ক্ষতির উইন্ডো থাকা অসম্ভব। 1.85 μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে তাত্ত্বিক সীমা ক্ষতি হল ldB/km।গবেষণার মাধ্যমে, এটিও দেখা গেছে যে কোয়ার্টজ গ্লাসে কিছু "ধ্বংসাত্মক অণু" সমস্যা সৃষ্টি করে, প্রধানত ক্ষতিকারক ট্রানজিশন ধাতুর অমেধ্য যেমন তামা, লোহা, ক্রোমিয়াম, ম্যাঙ্গানিজ ইত্যাদি। এই 'খলনায়ক'রা আলোর আলোকসজ্জার অধীনে লোভের সাথে আলোক শক্তি শোষণ করে, লাফালাফি করে এবং লাফিয়ে লাফিয়ে আলোর শক্তির ক্ষতি করে। 'সমস্যা সৃষ্টিকারী'দের নির্মূল করা এবং অপটিক্যাল ফাইবার তৈরিতে ব্যবহৃত উপকরণগুলিকে রাসায়নিকভাবে বিশুদ্ধ করা ক্ষতি অনেকাংশে কমাতে পারে।

কোয়ার্টজ অপটিক্যাল ফাইবারের আরেকটি শোষণ উৎস হল হাইড্রোক্সাইড (OH -) পর্যায়। দেখা গেছে যে ফাইবারের কার্যকরী ব্যান্ডে হাইড্রোক্সাইডের তিনটি শোষণ শিখর রয়েছে, যা 0.95 μ m, 1.24 μ m এবং 1.38 μ m। এর মধ্যে, 1.38 μ m তরঙ্গদৈর্ঘ্যে শোষণ ক্ষতি সবচেয়ে গুরুতর এবং ফাইবারের উপর সবচেয়ে বেশি প্রভাব ফেলে। 1.38 μ m তরঙ্গদৈর্ঘ্যে, মাত্র 0.0001 পরিমাণের হাইড্রোক্সাইড আয়ন দ্বারা উৎপন্ন শোষণ শিখর ক্ষতি 33dB/km পর্যন্ত বেশি।

এই হাইড্রোক্সাইড আয়নগুলি কোথা থেকে আসে? হাইড্রোক্সাইড আয়নের অনেক উৎস রয়েছে। প্রথমত, অপটিক্যাল ফাইবার তৈরিতে ব্যবহৃত উপকরণগুলিতে আর্দ্রতা এবং হাইড্রোক্সাইড যৌগ থাকে, যা কাঁচামাল পরিশোধন প্রক্রিয়ার সময় অপসারণ করা কঠিন এবং শেষ পর্যন্ত অপটিক্যাল ফাইবারগুলিতে হাইড্রোক্সাইড আয়ন আকারে থেকে যায়; দ্বিতীয়ত, অপটিক্যাল ফাইবার তৈরিতে ব্যবহৃত হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন যৌগগুলিতে অল্প পরিমাণে আর্দ্রতা থাকে; তৃতীয়ত, রাসায়নিক বিক্রিয়ার কারণে অপটিক্যাল ফাইবার তৈরির প্রক্রিয়ার সময় জল উৎপন্ন হয়; চতুর্থত, বাইরের বাতাসের প্রবেশ জলীয় বাষ্প নিয়ে আসে। যাইহোক, উৎপাদন প্রক্রিয়া এখন যথেষ্ট পরিমাণে বিকশিত হয়েছে, এবং হাইড্রোক্সাইড আয়নের পরিমাণ যথেষ্ট নিম্ন স্তরে হ্রাস পেয়েছে যে অপটিক্যাল ফাইবারের উপর এর প্রভাব উপেক্ষা করা যেতে পারে।