অপটিক্যাল ফাইবার তৈরিতে ব্যবহৃত উপাদান আলোক শক্তি শোষণ করতে পারে। অপটিক্যাল ফাইবারের উপাদানের কণাগুলো আলোক শক্তি শোষণ করার পর কম্পন ও তাপ উৎপন্ন করে এবং শক্তিকে ছড়িয়ে দেয়, যার ফলে শোষণজনিত ক্ষতি হয়।এই প্রবন্ধে অপটিক্যাল ফাইবার উপাদানের শোষণজনিত ক্ষতি বিশ্লেষণ করা হবে।
আমরা জানি যে পদার্থ পরমাণু ও অণু দ্বারা গঠিত, এবং পরমাণু গঠিত হয় পারমাণবিক নিউক্লিয়াস ও নিউক্লিয়াস-বহির্ভূত ইলেকট্রন দ্বারা, যেগুলো একটি নির্দিষ্ট কক্ষপথে পারমাণবিক নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে ঘোরে। ঠিক যেমন আমরা যে পৃথিবীতে বাস করি, সেইসাথে শুক্র ও মঙ্গলের মতো গ্রহগুলোও সূর্যের চারপাশে ঘোরে। প্রতিটি ইলেকট্রনের একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তি থাকে এবং এটি একটি নির্দিষ্ট কক্ষপথে অবস্থান করে, অথবা অন্য কথায়, প্রতিটি কক্ষপথের একটি নির্দিষ্ট শক্তিস্তর থাকে।
পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের কাছাকাছি কক্ষপথের শক্তি স্তরগুলো নিম্নতর, অন্যদিকে পারমাণবিক নিউক্লিয়াস থেকে দূরে কক্ষপথের শক্তি স্তরগুলো উচ্চতর।দুটি কক্ষপথের মধ্যে শক্তিস্তরের পার্থক্যের মানকে শক্তিস্তরের পার্থক্য বলা হয়। যখন ইলেকট্রন নিম্ন শক্তিস্তর থেকে উচ্চ শক্তিস্তরে স্থানান্তরিত হয়, তখন তাদের সংশ্লিষ্ট শক্তিস্তরের পার্থক্য অনুযায়ী শক্তি শোষণ করতে হয়।
অপটিক্যাল ফাইবারে, যখন একটি নির্দিষ্ট শক্তিস্তরের ইলেকট্রনগুলোকে সেই শক্তিস্তরের পার্থক্যের সমান তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো দ্বারা আপতিত করা হয়, তখন নিম্ন-শক্তি কক্ষপথে অবস্থিত ইলেকট্রনগুলো উচ্চতর শক্তিস্তরের কক্ষপথে স্থানান্তরিত হয়।এই ইলেকট্রন আলোক শক্তি শোষণ করে, যার ফলে আলোর শোষণজনিত ক্ষতি হয়।
অপটিক্যাল ফাইবার তৈরির মূল উপাদান, সিলিকন ডাইঅক্সাইড (SiO2), নিজেই আলো শোষণ করে; এর মধ্যে একটিকে বলা হয় অতিবেগুনি রশ্মি শোষণ এবং অন্যটিকে বলা হয় অবলোহিত রশ্মি শোষণ। বর্তমানে, ফাইবার অপটিক যোগাযোগ সাধারণত কেবল ০.৮-১.৬ μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে কাজ করে, তাই আমরা শুধুমাত্র এই কার্যক্ষেত্রের ক্ষয়ক্ষতি নিয়ে আলোচনা করব।
কোয়ার্টজ গ্লাসে ইলেকট্রনিক ট্রানজিশনের ফলে সৃষ্ট শোষণের সর্বোচ্চ মাত্রা অতিবেগুনি অঞ্চলে প্রায় ০.১-০.২ মাইক্রোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যে দেখা যায়। তরঙ্গদৈর্ঘ্য বাড়ার সাথে সাথে এর শোষণ ধীরে ধীরে কমতে থাকে, কিন্তু এর প্রভাবিত এলাকা বিস্তৃত থাকে এবং তা ১ মাইক্রোমিটারের বেশি তরঙ্গদৈর্ঘ্য পর্যন্ত পৌঁছায়। তবে, ইনফ্রারেড অঞ্চলে ব্যবহৃত কোয়ার্টজ অপটিক্যাল ফাইবারের উপর অতিবেগুনি শোষণের প্রভাব খুব কম। উদাহরণস্বরূপ, দৃশ্যমান আলো অঞ্চলে ০.৬ মাইক্রোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যে অতিবেগুনি শোষণ ১ ডিবি/কিমি পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে, যা ০.৮ মাইক্রোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যে কমে ০.২-০.৩ ডিবি/কিমি হয় এবং ১.২ মাইক্রোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যে তা কমে মাত্র প্রায় ০.১ ডিবি/কিমি হয়।
কোয়ার্টজ ফাইবারের ইনফ্রারেড শোষণজনিত ক্ষতি ইনফ্রারেড অঞ্চলে উপাদানটির আণবিক কম্পনের কারণে উৎপন্ন হয়। ২ μm-এর উপরের ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে বেশ কয়েকটি কম্পন শোষণ শীর্ষ (peak) রয়েছে। অপটিক্যাল ফাইবারে বিভিন্ন ডোপিং উপাদানের প্রভাবে, কোয়ার্টজ ফাইবারের পক্ষে ২ μm-এর উপরের ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে একটি কম ক্ষতির পরিসর (low loss window) থাকা অসম্ভব। ১.৮৫ μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে এর তাত্ত্বিক সর্বোচ্চ ক্ষতি (theoretical limit loss) হলো ldB/km।গবেষণার মাধ্যমে আরও জানা গেছে যে, কোয়ার্টজ গ্লাসে কিছু "ধ্বংসাত্মক অণু" সমস্যা সৃষ্টি করে, যার মধ্যে প্রধানত তামা, লোহা, ক্রোমিয়াম, ম্যাঙ্গানিজ ইত্যাদির মতো ক্ষতিকর ট্রানজিশন মেটাল অপদ্রব্যগুলো অন্তর্ভুক্ত। এই "খলনায়করা" আলোর প্রভাবে লোভের বশে আলোক শক্তি শোষণ করে এবং লাফালাফি করে আলোক শক্তির অপচয় ঘটায়। এই "সমস্যা সৃষ্টিকারী" উপাদানগুলোকে নির্মূল করে এবং অপটিক্যাল ফাইবার তৈরিতে ব্যবহৃত উপকরণগুলোকে রাসায়নিকভাবে বিশুদ্ধ করার মাধ্যমে এই অপচয় ব্যাপকভাবে কমানো সম্ভব।
কোয়ার্টজ অপটিক্যাল ফাইবারে শোষণের আরেকটি উৎস হলো হাইড্রোক্সাইড (OH-) দশা। দেখা গেছে যে, ফাইবারের কার্যকরী ব্যান্ডে হাইড্রোক্সাইডের তিনটি শোষণ শীর্ষ (absorption peak) রয়েছে, যেগুলো হলো ০.৯৫ μm, ১.২৪ μm এবং ১.৩৮ μm। এদের মধ্যে, ১.৩৮ μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে শোষণজনিত ক্ষতি সবচেয়ে তীব্র এবং ফাইবারের উপর এর প্রভাব সর্বাধিক। ১.৩৮ μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে, মাত্র ০.০০০১ পরিমাণ হাইড্রোক্সাইড আয়ন দ্বারা সৃষ্ট শোষণ শীর্ষের ক্ষতি ৩৩dB/km পর্যন্ত হতে পারে।
এই হাইড্রোক্সাইড আয়নগুলো কোথা থেকে আসে? হাইড্রোক্সাইড আয়নের অনেক উৎস রয়েছে। প্রথমত, অপটিক্যাল ফাইবার তৈরিতে ব্যবহৃত উপাদানগুলোতে আর্দ্রতা এবং হাইড্রোক্সাইড যৌগ থাকে, যা কাঁচামাল পরিশোধন প্রক্রিয়ার সময় অপসারণ করা কঠিন এবং অবশেষে অপটিক্যাল ফাইবারের মধ্যে হাইড্রোক্সাইড আয়ন রূপে থেকে যায়; দ্বিতীয়ত, অপটিক্যাল ফাইবার তৈরিতে ব্যবহৃত হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন যৌগগুলোতে অল্প পরিমাণে আর্দ্রতা থাকে; তৃতীয়ত, রাসায়নিক বিক্রিয়ার কারণে অপটিক্যাল ফাইবার তৈরির প্রক্রিয়ায় পানি উৎপন্ন হয়; চতুর্থত, বাইরের বাতাস প্রবেশের ফলে জলীয় বাষ্প আসে। তবে, উৎপাদন প্রক্রিয়া এখন যথেষ্ট উন্নত হয়েছে এবং হাইড্রোক্সাইড আয়নের পরিমাণ এতটাই কমে গেছে যে অপটিক্যাল ফাইবারের উপর এর প্রভাব উপেক্ষা করা যায়।
পোস্ট করার সময়: ২৩ অক্টোবর, ২০২৫