Gdy wiemy już, jak działają systemy światłowodowe i dlaczego są one przydatne — jak się je wytwarza? Włókna optyczne są wykonane z niezwykle czystego szkła optycznego. Myślimy o szklanym oknie jako o przezroczystym, ale im grubsze jest szkło, tym mniej przezroczyste się staje z powodu zanieczyszczeń w szkle. Jednak szkło w światłowodzie zawiera o wiele mniej zanieczyszczeń niż szkło okienne. Jedna z firm opisała jakość szkła w następujący sposób: Jeśli byłeś na szczycie oceanu, który jest mile z solidnego rdzenia szkła światłowodowego, można zobaczyć dno wyraźnie.
Making światłowodów wymaga następujących kroków:
Rozpoznanie
Rozpoznanie
- Wytworzenie preformy szklanego cylindra
- Wyciąganie włókien z preformy
- Badanie włókien
.
Wytwarzanie półfabrykatu preformy
Szkło do preformy jest wytwarzane w procesie zwanym zmodyfikowanym chemicznym osadzaniem z fazy gazowej (MCVD).
W procesie MCVD tlen jest przepuszczany przez roztwory chlorku krzemu (SiCl4), chlorku germanu (GeCl4) i/lub innych substancji chemicznych. Dokładna mieszanka decyduje o różnych właściwościach fizycznych i optycznych (współczynnik załamania światła, współczynnik rozszerzalności cieplnej, temperatura topnienia, itp.) Opary gazu są następnie doprowadzane do wnętrza rury z syntetycznej krzemionki lub kwarcu (okładziny) w specjalnej tokarce. Podczas obracania się tokarki, palnik przesuwa się w górę i w dół po zewnętrznej stronie rury. Ekstremalne ciepło z palnika powoduje dwie rzeczy:
- Krzem i german reagują z tlenem, tworząc dwutlenek krzemu (SiO2) i dwutlenek germanu (GeO2).
- Dwutlenek krzemu i dwutlenek germanu osadzają się wewnątrz rury i łączą się ze sobą, tworząc szkło.
Tokarka obraca się w sposób ciągły, aby uzyskać równomierne pokrycie i spójne półfabrykaty. Czystość szkła jest utrzymywana dzięki zastosowaniu odpornego na korozję tworzywa sztucznego w systemie doprowadzania gazu (bloki zaworowe, rury, uszczelki) oraz dzięki precyzyjnej kontroli przepływu i składu mieszaniny. Proces wytwarzania preformy jest wysoce zautomatyzowany i trwa kilka godzin. Po ostygnięciu preformy, jest ona testowana pod kątem kontroli jakości (indeks załamania światła).
Wyciąganie włókien z preformy
Po przetestowaniu preformy, zostaje ona załadowana do wieży do wyciągania włókien.
Półwyrób zostaje opuszczony do pieca grafitowego (3,452 do 3,992 stopni Fahrenheita lub 1,900 do 2,200 stopni Celsjusza), w którym topi się końcówka, aż stopiona kula spada grawitacyjnie. W miarę opadania stygnie i tworzy nić.
Operator przewleka nić przez serię kubków powlekających (powłoki buforowe) i pieców do utwardzania światłem ultrafioletowym na szpulę sterowaną ciągnikiem. Mechanizm traktora powoli wyciąga włókno z podgrzanego półfabrykatu i jest precyzyjnie kontrolowany za pomocą laserowego mikrometru mierzącego średnicę włókna i przekazującego informacje z powrotem do mechanizmu traktora. Włókna są wyciągane z półfabrykatu z prędkością od 33 do 66 stóp/s (10 do 20 m/s), a gotowy produkt jest nawijany na szpulę. Nie jest rzadkością, że szpule zawierają więcej niż 1,4 mili (2,2 km) włókien optycznych.
Testowanie gotowego włókna optycznego
Wykończony światłowód jest testowany pod kątem następujących parametrów:
- Wytrzymałość na rozciąganie – Musi wytrzymać 100,000 lb/in2 lub więcej
- Profil współczynnika załamania światła – Określenie apertury numerycznej, a także ekranowanie pod kątem wad optycznych
- Geometria włókna – Średnica rdzenia, Wymiary okładziny i średnica powłoki są jednolite
- Stłumienie – Określa stopień degradacji sygnałów świetlnych o różnych długościach fali na odległość
- Przenośność informacji (szerokość pasma) – Liczba sygnałów, które mogą być przenoszone w jednym czasie (włókna wielomodowe)
- Rozproszenie chromatyczne – Rozproszenie sygnałów o różnych długościach fali na odległość. Rozpraszanie różnych długości fal światła przez rdzeń (ważne dla szerokości pasma)
- Zakres temperatur pracy/wilgotności
- Temperaturowa zależność tłumienia
- Zdolność do przewodzenia światła pod wodą – Ważne dla kabli podmorskich
Po przejściu kontroli jakości włókna, są one sprzedawane do firm telefonicznych, firm kablowych i dostawców sieci. Wiele firm obecnie zastępuje swoje stare systemy oparte na drutach miedzianych nowymi systemami opartymi na światłowodach w celu zwiększenia prędkości, pojemności i przejrzystości.
.