ஒளியிழைப் பொருட்களில் ஏற்படும் உட்கிரகிப்பு இழப்பு குறித்த விரிவான விளக்கம்

ஒளியிழைகளைத் தயாரிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் பொருளானது ஒளி ஆற்றலை உறிஞ்சும் திறன் கொண்டது. ஒளியிழைப் பொருட்களில் உள்ள துகள்கள் ஒளி ஆற்றலை உறிஞ்சிய பிறகு, அவை அதிர்வையும் வெப்பத்தையும் உருவாக்கி, அந்த ஆற்றலைச் சிதறடிக்கின்றன. இதன் விளைவாக, உறிஞ்சல் இழப்பு ஏற்படுகிறது.இந்தக் கட்டுரை ஒளியிழைப் பொருட்களின் உட்கிரகிப்பு இழப்பை ஆய்வு செய்யும்.

பருப்பொருள் அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளால் ஆனது என்றும், அணுக்கள் அணுக்கருக்கள் மற்றும் அணுக்கருவுக்கு வெளியே உள்ள எலக்ட்ரான்களால் ஆனவை என்றும், இந்த எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவைச் சுற்றி ஒரு குறிப்பிட்ட சுற்றுப்பாதையில் வலம் வருகின்றன என்றும் நாம் அறிவோம். இது நாம் வாழும் பூமி, வெள்ளி மற்றும் செவ்வாய் போன்ற கோள்கள் அனைத்தும் சூரியனைச் சுற்றி வருவதைப் போன்றதுதான். ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானும் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் ஒரு குறிப்பிட்ட சுற்றுப்பாதையில் உள்ளது, அல்லது வேறுவிதமாகக் கூறினால், ஒவ்வொரு சுற்றுப்பாதைக்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் நிலை உள்ளது.

அணுக்கருவிற்கு அருகில் உள்ள சுற்றுப்பாதை ஆற்றல் நிலைகள் குறைவாகவும், அணுக்கருவிலிருந்து தொலைவில் உள்ள சுற்றுப்பாதை ஆற்றல் நிலைகள் அதிகமாகவும் உள்ளன.சுற்றுப்பாதைகளுக்கு இடையேயான ஆற்றல் நிலை வேறுபாட்டின் அளவானது, ஆற்றல் நிலை வேறுபாடு என அழைக்கப்படுகிறது. எலக்ட்ரான்கள் ஒரு குறைந்த ஆற்றல் நிலையிலிருந்து ஒரு உயர் ஆற்றல் நிலைக்கு மாறும் போது, ​​அவை அதற்கேற்ற ஆற்றல் நிலை வேறுபாட்டில் ஆற்றலை உறிஞ்ச வேண்டும்.

ஒளியிழைகளில், ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மட்டத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள், அந்த ஆற்றல் மட்ட வேறுபாட்டிற்குரிய அலைநீளம் கொண்ட ஒளியால் கதிர்வீச்சுக்கு உட்படுத்தப்படும்போது, ​​குறைந்த ஆற்றல் ஆர்பிட்டால்களில் அமைந்துள்ள எலக்ட்ரான்கள், உயர் ஆற்றல் மட்டங்களைக் கொண்ட ஆர்பிட்டால்களுக்கு நிலைமாற்றம் அடையும்.இந்த எலக்ட்ரான் ஒளி ஆற்றலை உறிஞ்சுவதால், ஒளி உள்ளீர்ப்பு இழப்பு ஏற்படுகிறது.

ஒளியிழைகளைத் தயாரிப்பதற்கான அடிப்படைப் பொருளான சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (SiO2), ஒளியைத் தானே உறிஞ்சுகிறது; இதில் ஒன்று புற ஊதா உறிஞ்சுதல் என்றும் மற்றொன்று அகச்சிவப்பு உறிஞ்சுதல் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. தற்போது, ​​ஒளியிழைத் தொடர்பு பொதுவாக 0.8-1.6 μm அலைநீள வரம்பில் மட்டுமே செயல்படுகிறது, எனவே இந்தச் செயல்பாட்டுப் பகுதியில் ஏற்படும் இழப்புகளைப் பற்றி மட்டுமே நாம் விவாதிப்போம்.

குவார்ட்ஸ் கண்ணாடியில் மின்னணு நிலைமாற்றங்களால் உருவாகும் உட்கிரகிப்பு உச்சமானது, புற ஊதாப் பகுதியில் சுமார் 0.1-0.2 μm அலைநீளத்தில் உள்ளது. அலைநீளம் அதிகரிக்கும்போது, ​​அதன் உட்கிரகிப்பு படிப்படியாகக் குறைகிறது, ஆனால் பாதிக்கப்படும் பகுதி பரந்ததாக இருந்து, 1 μm-க்கு மேற்பட்ட அலைநீளங்களை அடைகிறது. இருப்பினும், அகச்சிவப்புப் பகுதியில் செயல்படும் குவார்ட்ஸ் ஒளியிழைகளில் புற ஊதா உட்கிரகிப்பு சிறிய தாக்கத்தையே ஏற்படுத்துகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, கண்ணுக்குப் புலப்படும் ஒளிப் பகுதியில் 0.6 μm அலைநீளத்தில், புற ஊதா உட்கிரகிப்பு 1dB/km-ஐ அடையலாம், இது 0.8 μm அலைநீளத்தில் 0.2-0.3dB/km ஆகவும், 1.2 μm அலைநீளத்தில் சுமார் 0.1dB/km ஆகவும் குறைகிறது.

குவார்ட்ஸ் இழையின் அகச்சிவப்பு உட்கிரகிப்பு இழப்பானது, அகச்சிவப்புப் பகுதியில் உள்ள பொருளின் மூலக்கூறு அதிர்வினால் உருவாகிறது. 2 μm-க்கு மேற்பட்ட அதிர்வெண் பட்டையில் பல அதிர்வு உட்கிரகிப்பு உச்சங்கள் உள்ளன. ஒளியிழைகளில் உள்ள பல்வேறு கலப்புத் தனிமங்களின் தாக்கத்தால், 2 μm-க்கு மேற்பட்ட அதிர்வெண் பட்டையில் குவார்ட்ஸ் இழைகளால் குறைந்த இழப்பு வரம்பைக் கொண்டிருப்பது இயலாத காரியம். 1.85 μm அலைநீளத்தில் கோட்பாட்டு வரம்பு இழப்பானது ldB/km ஆகும்.ஆராய்ச்சியின் மூலம், குவார்ட்ஸ் கண்ணாடியில் சிக்கலை ஏற்படுத்தும் சில "நாசகார மூலக்கூறுகள்" இருப்பதும் கண்டறியப்பட்டது. முக்கியமாக, தாமிரம், இரும்பு, குரோமியம், மாங்கனீசு போன்ற தீங்கு விளைவிக்கும் இடைநிலை உலோக அசுத்தங்களே இவை. இந்த 'தீயவர்கள்' ஒளியின் வெளிச்சத்தில் ஒளி ஆற்றலை பேராசையுடன் உறிஞ்சி, அங்குமிங்கும் குதித்து, ஒளி ஆற்றல் இழப்பை ஏற்படுத்துகின்றன. இந்த 'சிக்கலை உண்டாக்குபவர்களை' அகற்றுவதன் மூலமும், ஒளியிழைகளைத் தயாரிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களை வேதியியல் ரீதியாக சுத்திகரிப்பதன் மூலமும் இந்த இழப்புகளைப் பெருமளவில் குறைக்க முடியும்.

குவார்ட்ஸ் ஒளியிழைகளில் உள்ள மற்றொரு உறிஞ்சுதல் மூலம் ஹைட்ராக்சைடு (OH-) கட்டமாகும். இழையின் செயல்படும் அலைவரிசையில், 0.95 μm, 1.24 μm, மற்றும் 1.38 μm ஆகிய மூன்று உறிஞ்சுதல் உச்சங்கள் ஹைட்ராக்சைடில் இருப்பது கண்டறியப்பட்டுள்ளது. அவற்றுள், 1.38 μm அலைநீளத்தில் ஏற்படும் உறிஞ்சுதல் இழப்பு மிகவும் கடுமையானது மற்றும் இழையின் மீது மிகப்பெரிய தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. 1.38 μm அலைநீளத்தில், வெறும் 0.0001 உள்ளடக்கம் கொண்ட ஹைட்ராக்சைடு அயனிகளால் உருவாக்கப்படும் உறிஞ்சுதல் உச்ச இழப்பு 33dB/km வரை அதிகமாக உள்ளது.

இந்த ஹைட்ராக்சைடு அயனிகள் எங்கிருந்து வருகின்றன? ஹைட்ராக்சைடு அயனிகளுக்குப் பல மூலங்கள் உள்ளன. முதலாவதாக, ஒளியிழைகளைத் தயாரிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களில் ஈரப்பதம் மற்றும் ஹைட்ராக்சைடு சேர்மங்கள் உள்ளன. இவற்றை மூலப்பொருள் சுத்திகரிப்புச் செயல்பாட்டின் போது அகற்றுவது கடினம், மேலும் இவை இறுதியில் ஒளியிழைகளில் ஹைட்ராக்சைடு அயனிகளின் வடிவத்தில் தங்கிவிடுகின்றன; இரண்டாவதாக, ஒளியிழைகளின் உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படும் ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் சேர்மங்களில் சிறிதளவு ஈரப்பதம் உள்ளது; மூன்றாவதாக, ஒளியிழைகளின் உற்பத்திச் செயல்பாட்டின் போது வேதி வினைகளால் நீர் உருவாகிறது; நான்காவதாக, வெளிப்புறக் காற்றின் நுழைவு நீராவியைக் கொண்டுவருகிறது. இருப்பினும், தற்போது உற்பத்திச் செயல்முறை கணிசமான அளவிற்கு வளர்ச்சியடைந்துள்ளதால், ஹைட்ராக்சைடு அயனிகளின் உள்ளடக்கம் போதுமான அளவிற்கு குறைக்கப்பட்டுள்ளது. அதனால், ஒளியிழைகள் மீதான அதன் தாக்கத்தைப் புறக்கணிக்கலாம்.