Nun, da wir wissen, wie Glasfasersysteme funktionieren und warum sie nützlich sind – wie werden sie hergestellt? Optische Fasern bestehen aus extrem reinem optischen Glas. Wir stellen uns ein Glasfenster als durchsichtig vor, aber je dicker das Glas wird, desto weniger durchsichtig wird es aufgrund von Verunreinigungen im Glas. Das Glas in einer optischen Faser hat jedoch viel weniger Verunreinigungen als Fensterglas. Ein Unternehmen beschreibt die Qualität von Glas wie folgt: Wenn Sie sich auf einem Ozean befänden, der aus Glasfasern mit einem festen Kern besteht, könnten Sie den Grund deutlich sehen.
Die Herstellung von Glasfasern erfordert die folgenden Schritte:
Vorbereitung
Vorbereitung
- Herstellen eines Vorformglaszylinders
- Ziehen der Fasern aus der Vorform
- Prüfen der Fasern
Herstellung des Vorformrohlings
Das Glas für die Vorform wird durch ein Verfahren namens modifizierte chemische Gasphasenabscheidung (MCVD) hergestellt.
Bei der MCVD wird Sauerstoff durch Lösungen von Siliziumchlorid (SiCl4), Germaniumchlorid (GeCl4) und/oder anderen Chemikalien geblasen. Die genaue Mischung bestimmt die verschiedenen physikalischen und optischen Eigenschaften (Brechungsindex, Ausdehnungskoeffizient, Schmelzpunkt usw.). Die Gasdämpfe werden dann in einer speziellen Drehbank in das Innere eines Rohrs aus synthetischem Siliziumdioxid oder Quarz (Hüllrohr) geleitet. Während sich die Drehbank dreht, wird ein Brenner an der Außenseite des Rohrs auf und ab bewegt. Die extreme Hitze des Brenners bewirkt zwei Dinge:
- Das Silizium und Germanium reagieren mit Sauerstoff und bilden Siliziumdioxid (SiO2) und Germaniumdioxid (GeO2).
- Das Siliziumdioxid und das Germaniumdioxid lagern sich auf der Innenseite des Rohrs ab und verschmelzen zu Glas.
Die Drehbank dreht sich kontinuierlich, um eine gleichmäßige Beschichtung und einen gleichmäßigen Rohling herzustellen. Die Reinheit des Glases wird durch die Verwendung von korrosionsbeständigem Kunststoff im Gaszufuhrsystem (Ventilblöcke, Rohre, Dichtungen) und durch die genaue Kontrolle des Durchflusses und der Zusammensetzung des Gemischs gewährleistet. Der Prozess der Herstellung des Vorform-Rohlings ist hoch automatisiert und dauert mehrere Stunden. Nach dem Abkühlen wird der Preform-Rohling zur Qualitätskontrolle (Brechungsindex) getestet.
Fasern aus dem Preform-Rohling ziehen
Nachdem der Preform-Rohling getestet wurde, wird er in einen Faserziehturm geladen.
Der Rohling wird in einen Graphit-Ofen (3.452 bis 3.992 Grad Fahrenheit oder 1.900 bis 2.200 Grad Celsius) abgesenkt und die Spitze wird geschmolzen, bis eine geschmolzene Kugel durch die Schwerkraft nach unten fällt. Beim Herabfallen kühlt sie ab und bildet einen Faden.
Der Bediener fädelt den Strang durch eine Reihe von Beschichtungsbechern (Pufferbeschichtungen) und Ultraviolettlicht-Härtungsöfen auf eine traktorgesteuerte Spule. Der Traktormechanismus zieht die Fasern langsam aus dem erhitzten Vorformling und wird mit Hilfe eines Lasermikrometers, das den Durchmesser der Fasern misst und die Informationen an den Traktormechanismus weiterleitet, genau gesteuert. Die Fasern werden mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 20 m/s (33 bis 66 ft/s) aus dem Rohling gezogen, und das fertige Produkt wird auf die Spule aufgewickelt. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Spulen mehr als 2,2 km (1,4 Meilen) an Glasfasern enthalten.
Prüfung der fertigen Glasfaser
Die fertige Glasfaser wird auf folgende Eigenschaften geprüft:
- Zugfestigkeit – Muss 100,000 lb/in2 oder mehr standhalten
- Brechungsindexprofil – Bestimmen Sie die numerische Apertur und prüfen Sie auf optische Fehler
- Fasergeometrie – Kerndurchmesser, Mantelabmessungen und Beschichtungsdurchmesser sind einheitlich
- Dämpfung – Bestimmung des Ausmaßes, in dem Lichtsignale verschiedener Wellenlängen über die Entfernung abnehmen
- Informationsübertragungskapazität (Bandbreite) – Anzahl der Signale, die gleichzeitig übertragen werden können (Multimode-Fasern)
- Chromatische Dispersion – Ausbreitung verschiedener Wellenlängen Ausbreitung der verschiedenen Wellenlängen des Lichts durch den Kern (wichtig für die Bandbreite)
- Betriebstemperatur/Feuchtigkeitsbereich
- Temperaturabhängigkeit der Dämpfung
- Fähigkeit, Licht unter Wasser zu leiten – wichtig für Seekabel
Nachdem die Fasern die Qualitätskontrolle bestanden haben, werden sie an Telefongesellschaften, Kabelgesellschaften und Netzbetreiber verkauft. Viele Unternehmen ersetzen derzeit ihre alten kupferbasierten Systeme durch neue glasfaserbasierte Systeme, um Geschwindigkeit, Kapazität und Klarheit zu verbessern.