آپٹیکل فائبر مواد میں جذب کے نقصان کی تفصیلی وضاحت

آپٹیکل ریشوں کی تیاری کے لیے استعمال ہونے والا مواد ہلکی توانائی جذب کر سکتا ہے۔ آپٹیکل فائبر مواد میں ذرات ہلکی توانائی کو جذب کرنے کے بعد، وہ کمپن اور حرارت پیدا کرتے ہیں، اور توانائی کو ختم کرتے ہیں، جس کے نتیجے میں جذب کا نقصان ہوتا ہے۔یہ مضمون آپٹیکل فائبر مواد کے جذب نقصان کا تجزیہ کرے گا۔

ہم جانتے ہیں کہ مادہ ایٹموں اور مالیکیولز پر مشتمل ہوتا ہے، اور ایٹم ایٹم نیوکلیائی اور ایکسٹرا نیوکلیئر الیکٹران پر مشتمل ہوتے ہیں، جو ایک مخصوص مدار میں ایٹم نیوکلئس کے گرد گھومتے ہیں۔ یہ بالکل اسی طرح ہے جس زمین پر ہم رہتے ہیں، اسی طرح زہرہ اور مریخ جیسے سیارے سورج کے گرد گھومتے ہیں۔ ہر الیکٹران میں توانائی کی ایک خاص مقدار ہوتی ہے اور وہ ایک مخصوص مدار میں ہوتا ہے، یا دوسرے لفظوں میں، ہر ایک مدار میں توانائی کی ایک مخصوص سطح ہوتی ہے۔

ایٹم نیوکلئس کے قریب مداری توانائی کی سطحیں کم ہیں، جب کہ ایٹم نیوکلئس سے دور مداری توانائی کی سطح زیادہ ہے۔مداروں کے درمیان توانائی کی سطح کے فرق کی شدت کو توانائی کی سطح کا فرق کہا جاتا ہے۔ جب الیکٹران کم توانائی کی سطح سے اعلی توانائی کی سطح پر منتقل ہوتے ہیں، تو انہیں توانائی کی سطح کے اسی فرق پر توانائی جذب کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔

آپٹیکل ریشوں میں، جب ایک خاص توانائی کی سطح پر الیکٹران توانائی کی سطح کے فرق کے مطابق طول موج کی روشنی سے شعاع زدہ ہوتے ہیں، تو کم توانائی والے مداروں پر واقع الیکٹران اعلی توانائی کی سطح کے ساتھ مدار میں منتقل ہو جاتے ہیں۔یہ الیکٹران روشنی کی توانائی کو جذب کرتا ہے، جس کے نتیجے میں روشنی کے جذب ہونے سے محروم ہوجاتا ہے۔

آپٹیکل ریشوں کی تیاری کے لیے بنیادی مواد، سلکان ڈائی آکسائیڈ (SiO2)، روشنی کو خود جذب کرتا ہے، ایک کو الٹراوائلٹ جذب اور دوسرے کو انفراریڈ جذب کہا جاتا ہے۔ فی الحال، فائبر آپٹک مواصلات عام طور پر صرف 0.8-1.6 μm کی طول موج کی حد میں کام کرتا ہے، لہذا ہم صرف اس کام کرنے والے علاقے میں ہونے والے نقصانات پر بات کریں گے۔

کوارٹج شیشے میں الیکٹرانک ٹرانزیشن سے پیدا ہونے والی جذب کی چوٹی بالائے بنفشی خطے میں تقریباً 0.1-0.2 μm طول موج ہے۔ جیسے جیسے طول موج میں اضافہ ہوتا ہے، اس کا جذب بتدریج کم ہوتا جاتا ہے، لیکن متاثرہ علاقہ چوڑا ہوتا ہے، طول موج 1 μm سے اوپر تک پہنچ جاتا ہے۔ تاہم، اورکت والے خطے میں کام کرنے والے کوارٹج آپٹیکل ریشوں پر UV جذب کا بہت کم اثر پڑتا ہے۔ مثال کے طور پر، 0.6 μm کی طول موج پر مرئی روشنی والے خطے میں، الٹرا وائلٹ جذب 1dB/km تک پہنچ سکتا ہے، جو 0.8 μm کی طول موج پر 0.2-0.3dB/km تک کم ہو جاتا ہے، اور طول موج پر صرف 0.1dB/km.

کوارٹج فائبر کا انفراریڈ جذب نقصان اورکت خطے میں مواد کی سالماتی کمپن سے پیدا ہوتا ہے۔ 2 μm سے اوپر کے فریکوئنسی بینڈ میں کمپن جذب کرنے کی کئی چوٹیاں ہیں۔ آپٹیکل ریشوں میں مختلف ڈوپنگ عناصر کے اثر و رسوخ کی وجہ سے، کوارٹج ریشوں کے لیے 2 μm سے زیادہ فریکوئنسی بینڈ میں کم نقصان کی کھڑکی کا ہونا ناممکن ہے۔ 1.85 μm کی طول موج پر نظریاتی حد کا نقصان ldB/km ہے۔تحقیق کے ذریعے یہ بھی پتہ چلا کہ کوارٹج شیشے میں کچھ "تباہ کن مالیکیولز" پریشانی کا باعث بنتے ہیں، بنیادی طور پر نقصان دہ منتقلی دھاتی نجاست جیسے کاپر، آئرن، کرومیم، مینگنیج وغیرہ۔ یہ 'ہلنایک' لالچ کے ساتھ روشنی کی روشنی میں روشنی کی توانائی جذب کرتے ہیں، کودنے، چھلانگ لگاتے اور توانائی کے نقصان کے ارد گرد روشنی کو جذب کرتے ہیں۔ آپٹیکل ریشوں کی تیاری میں استعمال ہونے والے مواد کو \'ٹربل میکرز\' کو ختم کرنے اور کیمیائی طور پر صاف کرنے سے نقصانات کو بہت کم کیا جا سکتا ہے۔

کوارٹج آپٹیکل ریشوں میں جذب کرنے کا ایک اور ذریعہ ہائیڈرو آکسائیڈ (OH -) مرحلہ ہے۔ یہ پایا گیا ہے کہ فائبر کے ورکنگ بینڈ میں ہائیڈرو آکسائیڈ کی جذب کی تین چوٹیاں ہیں، جو 0.95 μm، 1.24 μm، اور 1.38 μm ہیں۔ ان میں، 1.38 μm کی طول موج پر جذب ہونے کا نقصان سب سے شدید ہے اور اس کا فائبر پر سب سے زیادہ اثر پڑتا ہے۔ 1.38 μm کی طول موج پر، صرف 0.0001 کے مواد کے ساتھ ہائیڈرو آکسائیڈ آئنوں سے پیدا ہونے والا جذب چوٹی کا نقصان 33dB/km تک زیادہ ہے۔

یہ ہائیڈرو آکسائیڈ آئن کہاں سے آتے ہیں؟ ہائیڈرو آکسائیڈ آئنوں کے بہت سے ذرائع ہیں۔ سب سے پہلے، آپٹیکل ریشوں کی تیاری کے لیے استعمال ہونے والے مواد میں نمی اور ہائیڈرو آکسائیڈ مرکبات ہوتے ہیں، جنہیں خام مال صاف کرنے کے عمل کے دوران ہٹانا مشکل ہوتا ہے اور بالآخر آپٹیکل فائبرز میں ہائیڈرو آکسائیڈ آئنوں کی شکل میں رہتے ہیں۔ دوم، آپٹیکل ریشوں کی تیاری میں استعمال ہونے والے ہائیڈروجن اور آکسیجن مرکبات میں تھوڑی مقدار میں نمی ہوتی ہے۔ تیسرا، کیمیائی رد عمل کی وجہ سے آپٹیکل فائبر کی تیاری کے عمل کے دوران پانی پیدا ہوتا ہے۔ چوتھا یہ کہ بیرونی ہوا کے داخل ہونے سے پانی کے بخارات آتے ہیں۔ تاہم، مینوفیکچرنگ کا عمل اب کافی حد تک ترقی کر چکا ہے، اور ہائیڈرو آکسائیڈ آئنوں کے مواد کو کافی حد تک کم کر دیا گیا ہے کہ آپٹیکل ریشوں پر اس کے اثرات کو نظر انداز کیا جا سکتا ہے۔