Mistä materiaaleista valokuitukaapelit on valmistettu? Täydellinen opas

Ydinmateriaalit kuituoptisen kaapelin sisällä

Kuituoptiset kaapelit on valmistettu ensisijaisesti piidioksidilasi (SiO₂) , erittäin puhdistettu piidioksidin muoto. Tämä lasi muodostaa jokaisen optisen kuidun kaksi sisintä kerrosta: ydin ja verhoilu . Ydin on keskisäike, jonka läpi valo kulkee, kun taas verhous ympäröi sitä hieman pienemmällä taitekertoimella pitääkseen valon rajoitettuna periaatteen kautta, jota kutsutaan kokonaisheijastukseksi.

Kuituoptiikassa käytetty lasi on paljon puhtaampaa kuin tavallinen ikkunalasi. Tavallinen piidioksidilasi sisältää epäpuhtauksia, jotka sirottavat tai absorboivat valoa metrien päähän. Kuitulaatuinen piidioksidi sitä vastoin saavuttaa niinkin alhaiset vaimennusnopeudet kuin 0,2 dB/km , jolloin signaalit voivat kulkea kymmeniä kilometrejä ennen kuin ne vaativat vahvistusta.

Joissakin sovelluksissa – erityisesti lyhyen kantaman tai kuluttajalaatuisissa kaapeleissa – ydin on valmistettu muovinen optinen kuitu (POF) tyypillisesti polymetyylimetakrylaatti (PMMA). Muovikuitu on joustavampi ja halvempi päätellä, vaikka sen signaalihäviö on huomattavasti suurempi (noin 100–200 dB/km), mikä rajoittaa sen alle 100 metrin etäisyyksille.

Suojakerrokset: Pinnoitteet, puskurit ja takit

Paljas lasikuitu on hauras. Sarja suojakerroksia koteloi sen mekaanisen kestävyyden ja ympäristön kestävyyden varmistamiseksi:

• Akrylaattipinnoite — Ensimmäinen kerros levitetään välittömästi lasikuidun vetämisen jälkeen. Tämä UV-kovettuva polymeeripinnoite (halkaisijaltaan tyypillisesti 250 µm) suojaa mikrotaittumista ja kosteuden imeytymistä vastaan ​​vaikuttamatta optiseen suorituskykyyn.
• Tiukka puskuri tai löysä putki — Akrylaatilla päällystetty kuitu on joko tiiviisti koteloitu PVC- tai nailonpuskuriin (tiiviisti puskuroitu malli) tai löysästi geelitäytetyn muoviputken sisään (löysä putkimalli). Irrallinen putkirakenne on vakiona ulkokaapeleissa, koska se eristää kuidun vetojännityksiltä ja lämpötilan vaihteluilta.
• Vahvuus jäseniä — Aramidikuidut (myydään kauppanimillä, kuten Kevlar) tai lasikuitutangot kudotaan tai asetetaan pituussuunnassa kaapelin sisään imemään vetokuormituksia asennuksen aikana, mikä estää lasikuitua venymästä tai rikkoutumasta.
• Ulkotakki — Lopullinen vaippa on tyypillisesti valmistettu polyeteeni (PE) ulkokaapeleille tai PVC / LSZH (low Smoke Zero Halogen) yhdisteet sisäkäyttöön. LSZH-materiaaleja vaaditaan yhä enemmän rakennusmääräyksissä, koska ne päästävät mahdollisimman vähän myrkyllistä kaasua altistuessaan tulelle.

Panssaroidut kaapelit lisäävät vaipan alle aallotetun teräs- tai alumiiniteippikerroksen jyrsijöiden vastustamiseksi ja puristumissuojaksi hautaus- tai teollisuusympäristöissä.

Lasi vs. muovi: kuinka materiaalivalinta vaikuttaa suorituskykyyn

Kolmas luokka - kovapäällysteinen piidioksidikuitu (HCS). - käyttää lasiydintä, jossa on kova muovipäällyste. Se kattaa kokonaan lasi- ja muovirakenteiden välisen kuilun ja tarjoaa pienemmän häviön kuin POF ja sietää suurempia taivutussäteitä kuin tavallinen yksimuotolasikuitu. HCS-kuitu on yleinen lääketieteellisissä ja mittausinstrumenteissa.

Erikoissosoitusaineet, jotka hienosäätävät optisia ominaisuuksia

Puhdas piidioksidi ei ole koko tarina. Valmistajat lisäävät pieniä pitoisuuksia lisäaineita ytimeen tai verhouslasiin taitekerroinprofiilin säätelemiseksi – ja siten valon etenemisen:

• germaniumdioksidi (GeO₂) — Lisätty ytimeen nostamaan sen taitekerrointa verhoukseen verrattuna. GeO₂-seostus on vakiona sekä yksimuotoisissa että monimuotoisissa tietoliikennekuiduissa.
• Fluori (F) tai booritrioksidi (B2O3) — Alentaa taitekerrointa ja sitä käytetään verhouksessa tai yksimuotoisissa malleissa, jotka parantavat katkaisuaallonpituuden suorituskykyä.
• Erbium (Er³⁺) — Erbium-seostetut kuituvahvistimet (EDFA:t) sisältävät erbiumioneja lasimatriisiin. Kun erbium pumpataan 980 nm:n laserilla, se vahvistaa 1550 nm:n signaaleja suoraan optisella alueella – pitkän matkan WDM-lähetysjärjestelmien perusta.
• Fosforipentoksidi (P2O5) — Nostaa taitekerrointa ja alentaa lasittumislämpötilaa, mikä helpottaa kuidun liittämistä ja sulattamista alemmissa lämpötiloissa.

Tarkka seostusprofiili, jota käytetään kemiallisen höyrypinnoituksen (CVD) valmistusprosessin aikana, määrittää, käyttäytyykö valmis kuitu kuten yksimuotoinen (SMF) — ohjaa yhtä valopolkua maksimaalisen kaistanleveyden saavuttamiseksi — tai monimuoto (MMF) – opastaa monia polkuja lyhyempiin, halvempiin yhteyksiin.

Kuinka valmistusprosessi muokkaa materiaalin laatua

Kuituoptisen lasin poikkeuksellinen puhtaus saavutetaan höyryfaasipinnoitusprosesseilla tavanomaisen lasin sulatuksen sijaan. Kaksi hallitsevaa menetelmää ovat:

• Modifioitu kemiallinen höyrypinnoitus (MCVD) — Lisäaineilla täytetyt kaasut virtaavat pyörivän piidioksidiputken läpi. Ulkoisesta polttimesta tuleva lämpö saa kaasut reagoimaan ja keräämään lasimaista nokea sisäseinään. Putki puristetaan sitten kokoon kiinteäksi aihiotangoksi.
• Ulkopuolinen höyrypinnoitus (OVD) — Noki kerrostuu pyörivän tuurnan ulkopuolelle, jolloin muodostuu huokoinen aihio, joka myöhemmin sintrataan kirkkaaksi lasiksi. OVD on suositeltava yksimuotokuitujen suuren volyymin tuotannossa.

Tuloksena oleva aihio – tyypillisesti 1–2 metriä pitkä ja 10–15 cm halkaisijaltaan – on sitten piirretty kuituvetotornissa yli 2000 °C:n lämpötiloissa. Aihio pehmenee ja vedetään jatkuvaksi kuitunauhaksi, jonka halkaisija on vain 125 µm (noin hiuksen leveys) vetonopeudella, joka ylittää 2 000 metriä minuutissa. Inline-mittausjärjestelmät varmistavat halkaisijan, pinnoitteen samankeskisyyden ja vaimennuksen reaaliajassa ennen kuidun puolaamista.

Tämä tiukasti kontrolloitu valmistusketju – raaka SiCl₄-esiastekaasusta valmiiseen kaapeliin – mahdollistaa valokuitulasin saavuttamisen poikkeuksellinen optinen selkeys jota mikään perinteinen materiaali ei voi vastata.