کابل های فیبر نوری از چه موادی ساخته شده اند؟ یک راهنمای کامل

مواد اصلی داخل کابل فیبر نوری

کابل های فیبر نوری در درجه اول ساخته شده اند شیشه سیلیکا (SiO2) ، یک شکل بسیار خالص از دی اکسید سیلیکون. این شیشه دو لایه داخلی هر فیبر نوری را تشکیل می دهد: هسته و روکش فلزی . هسته رشته مرکزی است که نور از طریق آن حرکت می کند، در حالی که روکش آن را با ضریب شکست کمی کمتر احاطه می کند تا نور را از طریق اصلی به نام بازتاب داخلی کل محدود کند.

شیشه ای که در فیبر نوری استفاده می شود بسیار خالص تر از شیشه پنجره معمولی است. شیشه سیلیسی استاندارد حاوی ناخالصی هایی است که نور را در فواصل متری پراکنده یا جذب می کند. در مقابل، سیلیس درجه فیبر، به نرخ تضعیف پایینی دست می یابد 0.2 دسی بل در کیلومتر ، سیگنال ها را قادر می سازد تا ده ها کیلومتر را قبل از نیاز به تقویت طی کنند.

در برخی کاربردها - به ویژه کابل های برد کوتاه یا درجه مصرف کننده - هسته از فیبر نوری پلاستیکی (POF) معمولاً پلی متیل متاکریلات (PMMA). فیبر پلاستیکی انعطاف‌پذیرتر است و خاتمه آن کم‌هزینه است، اگرچه تلفات سیگنال به میزان قابل توجهی (حدود 100 تا 200 دسی‌بل در کیلومتر) دارد و آن را به فواصل زیر 100 متر محدود می‌کند.

لایه های محافظ: پوشش ها، بافرها و ژاکت ها

فیبر شیشه ای برهنه شکننده است. مجموعه ای از لایه های محافظ آن را برای اطمینان از دوام مکانیکی و مقاومت در برابر محیطی پوشانده است:

• پوشش اکریلات - اولین لایه بلافاصله پس از کشیدن الیاف شیشه اعمال می شود. این پوشش پلیمری با اشعه ماوراء بنفش (معمولاً با قطر 250 میکرومتر) در برابر خم شدن میکرو و جذب رطوبت بدون تأثیر بر عملکرد نوری محافظت می کند.
• بافر سفت یا شل لوله - فیبر پوشش داده شده با آکریلات یا به طور محکم در یک بافر PVC یا نایلونی (طراحی بافر محکم) قرار می گیرد یا به صورت آزاد در داخل یک لوله پلاستیکی پر از ژل قرار می گیرد (طرح لوله شل). ساختار شل لوله برای کابل های فضای باز استاندارد است زیرا فیبر را از تنش کششی و نوسانات دما جدا می کند.
• اعضای قوی - الیاف آرامید (که با نام‌های تجاری مانند کولار فروخته می‌شوند) یا میله‌های فایبر گلاس به صورت طولی در داخل کابل بافته یا گذاشته می‌شوند تا در هنگام نصب بارهای کششی را جذب کنند و از کشیده شدن یا شکستن الیاف شیشه جلوگیری کنند.
• ژاکت بیرونی - غلاف نهایی معمولا از ساخته شده است پلی اتیلن (PE) برای کابل های فضای باز یا PVC / LSZH (هالوژن کم دود صفر) ترکیبات برای استفاده در فضای داخلی مواد LSZH به طور فزاینده ای در آیین نامه های ساختمانی مورد نیاز هستند، زیرا آنها حداقل گاز سمی را هنگام قرار گرفتن در معرض آتش منتشر می کنند.

کابل‌های زره‌دار برای مقاومت در برابر جوندگان و محافظت در برابر له شدن در محیط‌های دفن مستقیم یا صنعتی، یک لایه نوار فولادی یا آلومینیومی راه راه در زیر ژاکت اضافه می‌کنند.

شیشه در مقابل پلاستیک: چگونه انتخاب مواد بر عملکرد تأثیر می گذارد

دسته سوم - الیاف سیلیس سخت پوشیده شده (HCS). - از یک هسته شیشه ای با روکش پلاستیکی سخت استفاده می کند. شکاف بین طرح‌های تمام شیشه و تمام پلاستیک را پر می‌کند و تلفات کمتری نسبت به POF ارائه می‌کند و در عین حال شعاع خمش بزرگ‌تری را نسبت به فیبر شیشه‌ای تک حالته استاندارد تحمل می‌کند. فیبر HCS در ابزار پزشکی و حسگر رایج است.

دوپانت های تخصصی که ویژگی های نوری را به خوبی تنظیم می کنند

سیلیس خالص تمام ماجرا نیست. تولیدکنندگان غلظت های کمی از مواد ناخالص را به هسته یا شیشه روکشی وارد می کنند تا نمایه ضریب شکست و بنابراین نحوه انتشار نور را کنترل کنند:

• دی اکسید ژرمانیوم (GeO2) - برای افزایش ضریب شکست آن نسبت به روکش به هسته اضافه شده است. دوپینگ GeO2 در فیبرهای مخابراتی تک حالته و چند حالته استاندارد است.
• فلوئور (F) یا تری اکسید بور (B2O3) - ضریب شکست را کاهش می دهد و در روکش فلزی یا در طرح های تک حالته با روکش فشرده استفاده می شود که عملکرد طول موج قطع را بهبود می بخشد.
• اربیوم (Er3⁺) - تقویت‌کننده‌های فیبر دوپ شده با اربیوم (EDFA) یون‌های اربیوم را در ماتریس شیشه‌ای ترکیب می‌کنند. هنگامی که با لیزر 980 نانومتری پمپ می شود، اربیوم سیگنال های 1550 نانومتری را مستقیماً در حوزه نوری تقویت می کند - پایه و اساس سیستم های انتقال WDM دوربرد.
• پنتوکسید فسفر (P2O5) - ضریب شکست را افزایش می‌دهد و دمای انتقال شیشه را کاهش می‌دهد و باعث می‌شود فیبر در دماهای پایین‌تر به هم متصل شود و فیوز شود.

مشخصات ناخالص دقیق، اعمال شده در طول فرآیند تولید رسوب بخار شیمیایی (CVD)، تعیین می کند که آیا فیبر نهایی به عنوان رفتار می کند یا خیر. تک حالته (SMF) - هدایت یک مسیر نور برای حداکثر پهنای باند - یا چند حالته (MMF) -راهنمای بسیاری از مسیرها برای پیوندهای کوتاهتر و کم هزینه.

چگونه فرآیند تولید کیفیت مواد را شکل می دهد

خلوص استثنایی شیشه فیبر نوری از طریق فرآیندهای رسوب در فاز بخار به جای ذوب شیشه معمولی به دست می آید. دو روش غالب عبارتند از:

• رسوب بخار شیمیایی اصلاح شده (MCVD) - گازهای مملو از ناخالصی از طریق یک لوله سیلیسی در حال چرخش جریان می یابد. گرمای یک مشعل خارجی باعث واکنش گازها و رسوب دوده شیشه ای روی دیواره داخلی می شود. سپس لوله به یک میله پریفرم جامد فرو می‌رود.
• رسوب بخار خارج (OVD) - دوده در قسمت بیرونی سنبه چرخان رسوب می‌کند و یک پیش‌فرم متخلخل تولید می‌کند که بعداً به شیشه‌های شفاف متخلخل تبدیل می‌شود. OVD برای تولید فیبر تک حالته با حجم بالا ترجیح داده می شود.

پریفرم حاصل - معمولاً 1-2 متر طول و 10-15 سانتی متر قطر دارد - سپس کشیده شده است در یک برج کششی الیاف در دمای بالای 2000 درجه سانتیگراد. پریفرم نرم می شود و با سرعت بیش از 2000 متر در دقیقه به یک رشته فیبر پیوسته به قطر 125 میکرومتر (تقریباً عرض یک موی انسان) کشیده می شود. سیستم‌های اندازه‌گیری درون خطی قطر، تمرکز پوشش و تضعیف را در زمان واقعی قبل از پیچیدن فیبر تأیید می‌کنند.

این زنجیره تولید کاملاً کنترل شده - از گاز خام SiCl4 تا کابل نهایی - چیزی است که به شیشه فیبر نوری اجازه می دهد تا به وضوح نوری فوق العاده که هیچ ماده معمولی نمی تواند مطابقت داشته باشد.