Fiber Optik Kablolar Hangi Malzemelerden Yapılmaktadır? Eksiksiz Bir Kılavuz

Fiber Optik Kablonun İçindeki Çekirdek Malzemeler

Fiber optik kablolar öncelikle yapılır silika camı (SiO₂) silikon dioksitin oldukça saflaştırılmış bir formu. Bu cam her optik fiberin en içteki iki katmanını oluşturur: çekirdek ve kaplama . Çekirdek, ışığın içinden geçtiği merkezi şerittir; kaplama ise, toplam iç yansıma adı verilen bir prensip yoluyla ışığı sınırlı tutmak için biraz daha düşük bir kırılma indisi ile onu çevreler.

Fiber optikte kullanılan cam sıradan pencere camlarından çok daha saftır. Standart silika camı, ışığı metrelerce mesafelere dağıtabilecek veya emebilecek yabancı maddeler içerir. Fiber dereceli silika ise aksine, çok düşük zayıflama oranlarına ulaşıyor 0,2 dB/km Amplifikasyon gerektirmeden sinyallerin onlarca kilometre yol kat etmesini sağlar.

Bazı uygulamalarda (özellikle kısa menzilli veya tüketici sınıfı kablolarda) çekirdek, plastik optik fiber (POF) , tipik olarak polimetil metakrilat (PMMA). Plastik fiber daha esnektir ve sonlandırılması daha ucuzdur, ancak önemli ölçüde daha yüksek sinyal kaybı (yaklaşık 100-200 dB/km) taşıyarak onu 100 metrenin altındaki mesafelerle sınırlandırır.

Koruyucu Katmanlar: Kaplamalar, Tamponlar ve Ceketler

Çıplak cam elyafı kırılgandır. Mekanik dayanıklılığı ve çevresel direnci sağlamak için bir dizi koruyucu katman onu kaplar:

• Akrilat kaplama — Cam elyaf çekildikten hemen sonra ilk kat uygulanır. UV ile kürlenen bu polimer kaplama (tipik olarak 250 µm çapında), optik performansı etkilemeden mikro bükülmeye ve nem emilimine karşı koruma sağlar.
• Sıkı tampon veya gevşek tüp — Akrilat kaplı fiber ya PVC ya da naylon tamponla (sıkı tamponlu tasarım) sıkı bir şekilde kaplanır ya da jelle doldurulmuş plastik bir tüpün içine gevşek bir şekilde yerleştirilir (gevşek tüp tasarımı). Gevşek borulu yapı, fiberi çekme gerilimi ve sıcaklık dalgalanmalarından izole ettiği için dış mekan kabloları için standarttır.
• Güç üyeleri — Aramid elyaflar (Kevlar gibi ticari isimler altında satılır) veya cam elyaf çubuklar, kurulum sırasında çekme yüklerini absorbe etmek için kablonun içine uzunlamasına dokunur veya döşenir, böylece cam elyafın esnemesi veya kırılması önlenir.
• Dış ceket — Son kılıf tipik olarak aşağıdakilerden yapılır: polietilen (PE) dış mekan kabloları için veya PVC / LSZH (Düşük Duman Sıfır Halojen) iç mekan kullanımı için bileşikler. Yangına maruz kaldıklarında minimum düzeyde toksik gaz yaydıkları için bina yasalarında LSZH malzemelerine giderek daha fazla ihtiyaç duyulmaktadır.

Zırhlı kablolar, doğrudan gömülen veya endüstriyel ortamlarda kemirgenlere karşı dayanıklılık ve ezilme koruması için ceketin altına oluklu çelik veya alüminyum bant katmanı ekler.

Cam ve Plastik: Malzeme Seçimi Performansı Nasıl Etkiler?

Üçüncü bir kategori — sert kaplı silika (HCS) elyaf —sert plastik kaplamalı bir cam çekirdek kullanır. Tamamen cam ve tamamen plastik tasarımlar arasındaki boşluğu doldurarak POF'a göre daha düşük kayıp sunarken standart tek modlu cam elyafa göre daha büyük bükülme yarıçaplarını tolere eder. HCS lifi tıbbi ve algılama cihazlarında yaygındır.

Optik Özellikleri İnce Ayarlayan Özel Katkı Maddeleri

Saf silika hikayenin tamamı değil. Üreticiler, kırılma indisi profilini ve dolayısıyla ışığın nasıl yayıldığını kontrol etmek için çekirdeğe veya kaplama camına küçük konsantrasyonlarda katkı malzemesi ekler:

• Germanyum dioksit (GeO₂) — Kaplamaya göre kırılma indeksini yükseltmek için çekirdeğe eklendi. GeO₂ katkılaması hem tek modlu hem de çok modlu telekom fiberlerinde standarttır.
• Flor (F) veya bor trioksit (B₂O₃) — Kırılma indisini azaltır ve kaplamada veya kesme dalga boyu performansını artıran çöküntü kaplamalı tek modlu tasarımlarda kullanılır.
• Erbiyum (Er³⁺) — Erbiyum katkılı fiber amplifikatörler (EDFA'lar), erbiyum iyonlarını cam matrise dahil eder. 980 nm'lik bir lazerle pompalandığında erbiyum, 1550 nm'lik sinyalleri doğrudan optik alanda güçlendirir; bu, uzun mesafeli WDM iletim sistemlerinin temelidir.
• Fosfor pentoksit (P₂O₅) — Kırılma indeksini yükseltir ve cam geçiş sıcaklığını düşürür, böylece elyafın daha düşük sıcaklıklarda eklenmesini ve kaynaştırılmasını kolaylaştırır.

Kimyasal buhar biriktirme (CVD) üretim prosesi sırasında uygulanan hassas katkı profili, bitmiş elyafın aşağıdaki gibi davranıp davranmadığını belirler. tek modlu (SMF) —maksimum bant genişliği için bir ışık yolunu yönlendirmek—veya çok modlu (MMF) —daha kısa, daha düşük maliyetli bağlantılar için birçok yola rehberlik etmek.

Üretim Süreci Malzeme Kalitesini Nasıl Şekillendiriyor?

Fiber optik camın olağanüstü saflığı, geleneksel cam eritme yerine buhar fazında biriktirme işlemleriyle elde edilir. İki baskın yöntem şunlardır:

• Modifiye Kimyasal Buhar Biriktirme (MCVD) — Katkı maddesi yüklü gazlar dönen bir silika tüpünden akar. Harici bir hamlaçtan gelen ısı, gazların reaksiyona girmesine ve iç duvarda camsı kurumun birikmesine neden olur. Daha sonra tüp katı bir ön kalıp çubuğuna daraltılır.
• Dışarıda Buhar Biriktirme (OVD) — Kurum, dönen bir mandrelin dış tarafında biriktirilir ve daha sonra şeffaf cam halinde sinterlenen gözenekli bir ön kalıp üretilir. OVD, yüksek hacimli tek modlu fiber üretimi için tercih edilir.

Ortaya çıkan ön kalıp (tipik olarak 1-2 metre uzunluğunda ve 10-15 cm çapında) daha sonra çizilmiş 2.000 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda bir elyaf çekme kulesinde. Ön kalıp yumuşar ve dakikada 2.000 metreyi aşan çekme hızlarında sadece 125 µm çapında (yaklaşık insan saçı genişliğinde) sürekli bir elyaf demetine çekilir. Hat içi ölçüm sistemleri, fiber sarılmadan önce gerçek zamanlı olarak çapı, kaplama eşmerkezliliğini ve zayıflamayı doğrular.

Ham SiCl₄ öncü gazından bitmiş kabloya kadar sıkı bir şekilde kontrol edilen bu üretim zinciri, fiber optik camın aşağıdaki özelliklere ulaşmasını sağlayan şeydir: olağanüstü optik netlik hiçbir geleneksel malzeme karşılaştırılamaz.