さて、光ファイバーシステムのしくみと、なぜそれが便利なのかがわかったところで、それをどのように作っているのでしょうか。 光ファイバーは、極めて純粋な光学ガラスでできています。 私たちはガラス窓を透明だと考えていますが、ガラスが厚くなればなるほど、ガラスの中の不純物によって透明度が低下します。 しかし、光ファイバーのガラスは、窓ガラスに比べると不純物が圧倒的に少ないのです。 ある会社の説明では、ガラスの品質について次のように言っている。 もしあなたが、何マイルも続くソリッドコアの光ファイバーガラスの海の上にいたとしたら、底がはっきり見えるはずです」。
光ファイバーを作るには、次のような手順が必要である。
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- プリフォームガラス円柱を作る プリフォームから繊維を引き出す
- 繊維をテストする
プリフォームブランクを作る
プリフォーム用のガラスは修正化学気相成長(MCVD)というプロセスで作られます。
MCVDでは、塩化ケイ素(SiCl4)、塩化ゲルマニウム(GeCl4)、およびその他の化学物質の溶液に酸素をバブリングして使用します。 正確な混合により、さまざまな物理的・光学的特性(屈折率、膨張係数、融点など)が支配される。 このガス蒸気を、特殊な旋盤で合成石英管(クラッド)の内側に伝導させる。 旋盤が回転すると、トーチが管の外側を上下に移動する。 トーチの極端な熱によって、次の2つのことが起こります:
- シリコンとゲルマニウムは酸素と反応し、二酸化シリコン(SiO2)と二酸化ゲルマニウム(GeO2)を形成します。
- この二酸化ケイ素と二酸化ゲルマニウムが管の内側に堆積し、融合してガラスになります。
旋盤は、均一なコーティングと一貫したブランクを作るために連続して回転します。 ガス供給システム(バルブブロック、パイプ、シール)に耐腐食性プラスチックを使用し、混合物の流量と組成を正確に制御することによって、ガラスの純度を保つことができる。 プリフォームブランクの製造工程は高度に自動化されており、数時間かかります。
Drawing Fibers from the Preform Blank
プリフォームブランクがテストされると、繊維延伸タワーにロードされる。
プリフォームブランクから光ガラスファイバを引き出すためのファイバドローイングタワーの図
ブランクはグラファイト炉(華氏3452~3992度または摂氏1900~2200度)に下ろされて先端が溶け、溶けた球が重力で下に落ちるまで溶かされる。
オペレーターは、一連のコーティングカップ(バッファコーティング)と紫外線硬化炉を通して、トラクター制御のスプールにストランドを通す。 トラクター機構は加熱されたプリフォームブランクから繊維をゆっくりと引き出しますが、レーザーマイクロメーターを使用して繊維の直径を測定し、その情報をトラクター機構にフィードバックすることで精密に制御されています。 繊維はブランクから33~66フィート/秒(10~20m/秒)の速度で引き出され、完成品はスプールに巻き取られる。 スプールには1.4マイル(2.2km)以上の光ファイバーが含まれていることも珍しくありません。
完成した光ファイバのテスト
完成した光ファイバは、次のようなテストを受けます。
- 引っ張り強度 – 100に耐えなければならない。屈折率プロファイル – 光学的欠陥のスクリーニングだけでなく、開口数を決定する
- ファイバ形状 – コア直径。 クラッド寸法、被覆径が均一であること
- 減衰 – さまざまな波長の光信号が距離とともにどの程度劣化するかを調べる
- 情報伝達能力(帯域幅) – 一度に伝達できる信号の数(マルチモードファイバ)
- 色度分散 – 光の波長に対してどの程度減衰するかを調べる
- 光ファイバーで使用する場合、波長によって異なる。 様々な波長の光がコアを通して広がる(帯域幅に重要)
- 使用温湿度範囲
- 減衰の温度依存性
- 水中で光を伝える能力-海底ケーブルに重要
品質管理を通過したファイバー。 電話会社、ケーブル会社、ネットワークプロバイダーなどに販売されます。 現在、多くの企業が、古い銅線ベースのシステムを新しい光ファイバーベースのシステムに置き換え、速度、容量、明瞭性を向上させています。