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

کابل های فیبر نوری از چندین ماده کاملا مهندسی شده ساخته شده اند که با هم کار می کنند: یک هسته شیشه ای یا پلاستیکی سیلیکایی فوق العاده خالص که سیگنال های نوری را حمل می کند، یک لایه روکش شیشه یا پلیمری که نور را به داخل هسته منعکس می کند، یک یا چند لایه پوشش محافظ پلیمر آکریلات خشک شده با اشعه ماوراء بنفش، و یک ساختار کابل بیرونی متشکل از اعضای استحکام، لوله های بافر یا پلی اتیل ژاکت. هر ماده برای خواص نوری، مکانیکی و محیطی خاصی انتخاب می شود که با هم عملکرد، دوام و مناسب بودن کابل را برای محیط های مختلف نصب تعیین می کند.

درک کردن کابل های فیبر نوری از چه موادی ساخته شده اند برای مهندسانی که زیرساخت‌های شبکه را مشخص می‌کنند، تکنسین‌هایی که کابل‌ها را به هم متصل می‌کنند، و مدیران تدارکاتی که انواع کابل‌ها را برای مسافت‌های طولانی، مرکز داده یا استقرار در فضای باز مقایسه می‌کنند، ضروری است. این راهنما هر لایه و ماده را با جزئیات پوشش می دهد - با داده های عملکرد، مقایسه ها و راهنمایی های انتخاب عملی.

هسته: شیشه سیلیکا فوق العاده خالص و جایگزین های پلاستیکی

هسته عنصر مرکزی و هدایت کننده نور یک کابل فیبر نوری است و از نظر نوری حیاتی ترین جزء در کل ساختار است. در فیبر استاندارد درجه ارتباطات از راه دور، هسته از شیشه سیلیکا ذوب شده با خلوص فوق العاده بالا (دی اکسید سیلیکون، SiO2) با سطح خلوص بیش از 99.9999٪ ساخته شده است - بسیار خالص تر از شیشه پنجره یا لنزهای نوری مورد استفاده در سایر کاربردها.

هسته شیشه ای سیلیکا: استاندارد صنعت

شیشه سیلیکا ماده اصلی اصلی است زیرا کمترین تضعیف نوری (از دست دادن سیگنال) ممکن را در طول موج های مورد استفاده در مخابرات ارائه می دهد. حداقل تضعیف نظری فیبر شیشه سیلیس تقریباً 0.148 دسی بل در کیلومتر در طول موج 1550 نانومتر است - یک حد فیزیکی که به عنوان حد پراکندگی ریلی شناخته می شود. فیبر تک حالته تجاری به مقادیر میرایی 0.18-0.20 dB/km در 1550 نانومتر در تولید دست می یابد که به این حداقل نظری نزدیک می شود.

برای ایجاد تفاوت ضریب شکست لازم برای هدایت نور، هسته سیلیکا با مقادیر کمی دی اکسید ژرمانیوم (GeO2)، معمولاً در غلظت های 3 تا 10 مول. دوپینگ ژرمانیوم ضریب شکست هسته را بالاتر از پوشش اطراف افزایش می دهد و شرایط بازتاب داخلی کل را ایجاد می کند که نور را در امتداد محور فیبر به دام می اندازد و هدایت می کند. سایر مواد ناخالص مورد استفاده در الیاف تخصصی شامل پنتوکسید فسفر (P2O5) و اکسید آلومینیوم (Al2O3) برای شکل دادن به پروفایل ضریب شکست خاص است.

تفاوت قطر هسته: تک حالته در مقابل چند حالته

اندازه فیزیکی هسته شیشه به طور قابل توجهی بین دو نوع فیبر اصلی متفاوت است:

• فیبر تک حالته (SMF): قطر هسته 8-10 میکرومتر. هسته بسیار کوچک به تنها یک حالت نور اجازه انتشار می دهد، که پراکندگی مودال را حذف می کند و فواصل انتقال 40 کیلومتر یا بیشتر را بین نقاط تقویت در شبکه های مخابراتی امکان پذیر می کند.
• فیبر چند حالته (MMF) - OM1/OM2: قطر هسته 62.5 میکرومتر (OM1) یا 50 میکرومتر (OM2). هسته بزرگتر به چندین حالت نور اجازه انتشار همزمان می دهد و پهنای باند را با پراکندگی مودال محدود می کند اما هم ترازی و اتصال را آسان تر و کم هزینه تر می کند.
• فیبر چند حالته (MMF) - OM3/OM4/OM5: قطر هسته 50 میکرومتر با نمایه ضریب شکست درجه بندی شده بهینه شده که تا حدی پراکندگی مودال را جبران می کند و نرخ داده 100 گیگابیت بر ثانیه را در فواصل تا 100 متر (OM4) برای برنامه های مرکز داده را امکان پذیر می کند.

مواد هسته فیبر نوری پلاستیکی (POF).

برای کاربردهای مسافت کوتاه و کم هزینه، فیبر نوری پلاستیکی از یک هسته پلی متیل متاکریلات (PMMA) استفاده می کند - همان شیشه اکریلیک مورد استفاده در پانل های صفحه نمایش شفاف و پنجره ها. PMMA-core POF در مقایسه با فیبر سیلیسی دارای تضعیف بسیار بالاتری است (معمولاً 150-200 دسی بل در کیلومتر در 650 نانومتر) و فواصل انتقال مفید را به حدود 50-100 متر محدود می کند. با این حال، هسته بزرگ فیبر PMMA (معمولاً 980 میکرومتر در قطر کلی 1000 میکرومتر) و انعطاف‌پذیری آن را برای شبکه‌های سرگرمی خودرو، روشنایی خانه و کاربردهای حسگر صنعتی که شکنندگی فیبر سیلیس و هسته کوچک باعث ایجاد مشکل در تراز و مدیریت می‌شود، کاربردی می‌کند.

فیبر پلاستیکی هسته پلیمر پرفلورینه (پلیمر PF)، که گاهی فیبر نوری پلاستیکی با شاخص درجه بندی شده (GI-POF) نامیده می شود، میرایی قابل توجهی کمتری در حدود 10 تا 50 دسی بل در کیلومتر و پهنای باند بالاتر را به دست می آورد و شکاف عملکردی بین POF استاندارد و فیبر سیلیکا را برای کاربردهای شبکه تا 30 متر در محل پر می کند.

روکش: شیشه ای که نور را با بازتاب کامل داخلی هدایت می کند

روکش لایه ای از شیشه یا پلاستیک است که هسته را احاطه کرده است و دومین ماده از نظر نوری حیاتی در یک است. کابل فیبر نوری . تنها عملکرد نوری آن این است که ضریب شکست کمی کمتر از هسته داشته باشد، به طوری که نوری که در زوایای بزرگتر از زاویه بحرانی به مرز روکش هسته برخورد می کند، تحت بازتاب داخلی کامل قرار می گیرد و به جای فرار به مواد اطراف، در امتداد فیبر هدایت می شود.

روکش سیلیس خالص

در اکثر فیبرهای مخابراتی استاندارد تک حالته و چند حالته، روکش فلزی از شیشه سیلیسی خالص با ضریب شکست تقریباً 1.444 در 1550 نانومتر ساخته شده است. هسته دوپ شده با ژرمانیوم دارای ضریب انکسار کمی بالاتر در حدود 1.447-1.452 بسته به غلظت ناخالص است، که اختلاف ضریب شکست (دلتا) 0.2-0.35٪ را ایجاد می کند که دیافراگم عددی فیبر و زاویه پذیرش نور را مشخص می کند.

قطر خارجی روکش استاندارد برای فیبر مخابراتی دقیقاً 125 میکرومتر است - یک استاندارد جهانی که با تحمل ابعادی مثبت یا منفی 1 میکرومتر حفظ می شود. این قطر استاندارد به فیبرهای تولیدکنندگان مختلف اجازه می دهد تا به طور قابل اعتمادی به یکدیگر متصل شوند و با استفاده از کانکتورهای استاندارد صنعتی و تجهیزات اتصال به یکدیگر متصل شوند.

روکش فلورین دوپ شده

برخی از طرح‌های الیاف - به‌ویژه فیبر تک حالته با روکش فشرده که در کاربردهای پراکندگی استفاده می‌شود - از سیلیس دوپ شده با فلوئور برای روکش داخلی استفاده می‌کنند. دوپینگ فلوئور ضریب شکست سیلیس را کمتر از شیشه خالص کاهش می‌دهد و به طراحی پروفیل‌های ضریب شکست پیچیده (مانند پروفیل W یا سازه‌های به کمک سنگر) اجازه می‌دهد که عملکرد خمشی را بهبود می‌بخشد، حالت‌های مرتبه بالاتر ناخواسته را قطع می‌کند و پراکندگی را کاهش می‌دهد. روکش فلورین دوپ شده در الیاف غیر حساس به خم (استاندارد ITU-T G.657) که در تاسیسات فیبر به خانه (FTTH) استفاده می شود، جایی که خم شدن محکم در گوشه ها و در مجراهای کوچک اجتناب ناپذیر است، یافت می شود.

پوشش: لایه‌های پلیمری آکریلات خشک شده با اشعه ماوراء بنفش

بلافاصله روکش شیشه ای 125 میکرومتری یک پوشش پلیمری دولایه است که در طول فرآیند کشش الیاف اعمال می شود - اولین لایه محافظی که فیبر پس از کشیده شدن از پریفرم دریافت می کند. این پوشش محافظ مکانیکی اولیه برای فیبر شیشه است و عملکرد نوری ندارد.

پوشش اولیه: لایه داخلی نرم

پوشش اولیه یک پلیمر آکریلات نرم و با مدول کم با اشعه ماوراء بنفش است که مستقیماً روی سطح شیشه با قطر بیرونی تقریباً 190 تا 200 میکرومتر اعمال می شود. مدول کم یانگ آن (معمولاً 0.5 تا 1.0 مگاپاسکال) به آن اجازه می دهد تا شیشه را از تنش خمشی کوچک محافظت کند - تغییر شکل های کوچک ناشی از بی نظمی های سطحی یا فشار جانبی روی فیبر که در غیر این صورت میرایی را افزایش می دهد. پوشش اولیه همچنین از سطح شیشه بکر در برابر رطوبت محافظت می کند، که باعث ایجاد ترک خوردگی ناشی از استرس (که خستگی استاتیک نیز نامیده می شود) می شود که به تدریج فیبر سیلیس را در طول زمان ضعیف می کند.

پوشش ثانویه: لایه بیرونی سخت

پوشش ثانویه (خارجی) یک پلیمر آکریلات سخت تر و با مدول بالاتر است که بر روی پوشش اولیه اعمال می شود و قطر کل فیبر پوشش داده شده را به 245-250 میکرومتر استاندارد می رساند. سفتی بالاتر آن (مدول معمولاً 50 تا 100 مگاپاسکال) در برابر سایش، آسیب حمل‌ونقل و نیروهای شعاعی که در غیر این صورت پوشش اولیه نرم را فشرده می‌کنند و باعث خمش خمشی می‌شوند، مقاومت می‌کند. پوشش ثانویه همچنین با رنگ های پایدار در برابر اشعه ماوراء بنفش برای شناسایی فیبر - 12 رنگ استاندارد استاندارد کدگذاری رنگ TIA-598 که در کابل های روبان و چند فیبر استفاده می شود، رنگدانه شده است.

مواد پوشش تخصصی برای محیط های سخت

• پوشش پلی آمید: برای کاربردهای در دمای بالا تا 300 درجه سانتیگراد (مانند سنجش چاه نفت و هوافضا)، پوشش‌های آکریلات استاندارد با پوشش‌های پلی‌آمید (PI) که در لایه‌های نازک 5 تا 7 میکرومتری در هر پوشش اعمال می‌شوند، جایگزین می‌شوند. قطر بیرونی فیبر پوشش داده شده با پلی‌آمید تنها 155 میکرومتر است که بسته‌بندی محکم‌تری را در ابزارهای سوراخ‌دار و بسته‌های سیم‌کشی هواپیما ممکن می‌سازد.
• پوشش کربن هرمتیک: یک لایه کربنی آمورف بسیار نازک (0.02-0.05 میکرومتر) که قبل از پوشش آکریلات روی سطح شیشه رسوب می‌کند، یک سد رطوبتی کامل برای محیط‌های غنی از هیدروژن مانند کابل‌های زیر دریا و برخی کاربردهای حسگر شیمیایی ایجاد می‌کند. فیبر کربن-هرمتیک پس از 25 سال خدمات زیردریایی، کاهش پیری هیدروژنی زیر 0.01 دسی بل در کیلومتر را نشان می دهد.
• پوشش Ormocer (سرامیک اصلاح شده ارگانیک): یک پوشش پلیمری ترکیبی آلی- معدنی که مقاومت در برابر تشعشع برتر را برای تاسیسات هسته‌ای و سیستم‌های فیبر نوری مبتنی بر فضا ارائه می‌دهد، جایی که پوشش‌های آکریلات معمولی به سرعت تحت قرار گرفتن در معرض تابش یونیزان تخریب می‌شوند.
• پوشش های بیرونی بدون دود صفر هالوژن (LSZH): برای پشته های روبان فیبر مورد استفاده در برنامه های مرکز داده و پلنوم داخلی، از مواد ماتریس آکریلات سازگار با LSZH استفاده می شود که حداقل دود سمی را تولید می کند و هیچ ترکیبات هالوژنی را هنگام قرار گرفتن در معرض آتش تولید نمی کند.

مقایسه مواد هسته کابل فیبر نوری: شیشه سیلیکا در مقابل پلاستیک

شیشه سیلیکا و پلاستیک دو گزینه اصلی مواد اصلی برای کابل های فیبر نوری هستند. جدول زیر عملکرد آنها را در مهمترین معیارهای نوری، مکانیکی و کاربردی مقایسه می کند.

جدول 1: مقایسه مواد هسته سیلیکا و پلاستیک مورد استفاده در کابل های فیبر نوری در 8 معیار عملکرد و کاربرد.

مواد ساختار کابل: اعضای استحکام، لوله‌های بافر و ژاکت‌ها

فراتر از خود فیبر، ساختار کابل خارجی شامل چندین لایه مواد اضافی است که از فیبر شیشه ای ظریف در برابر استرس مکانیکی، رطوبت، جوندگان، خرد شدن و تخریب اشعه ماوراء بنفش در طول نصب و در طول عمر طراحی 20 تا 25 سال کابل محافظت می کند. هر جزء ساختاری از موادی ساخته شده است که برای خواص حفاظتی خاص انتخاب شده اند.

اعضای استحکام: الیاف آرامید، فایبرگلاس و فولاد

اعضای استحکام بار کششی وارد شده به کابل را در حین نصب و چرخه دمای حین کار حمل می کنند و از فیبر نوری در برابر کشش محافظت می کنند (که تضعیف را افزایش می دهد و می تواند باعث شکستگی شود). سه ماده اصلی استحکام مورد استفاده در کابل فیبر نوری construction عبارتند از:

• نخ الیاف آرامید (نوع کولار): پرکاربردترین عضو استحکام در کابل های داخلی و پچ کورد. فیبر آرامید دارای استحکام کششی تقریباً 3600 مگاپاسکال و مدول یانگ 70 تا 125 گیگا پاسکال است که تقریباً پنج برابر قوی‌تر از فولاد در همان وزن است. پچ کوردهای استاندارد حاوی نخ آرامید 150-300 دنیر هستند. کابل های توزیع از رووینگ های 1420-2840 دنیر سنگین تر استفاده می کنند. آرامید نارسانا است (برای عایق الکتریکی مهم است) و دارای انبساط حرارتی کم است و کرنش فیبر را در طول تغییرات دما خنثی نگه می دارد.
• میله پلاستیکی تقویت شده با فایبرگلاس (FRP): یک میله FRP مرکزی (معمولاً با قطر 0.5 تا 3 میلی متر) به عنوان عضو مقاومت مرکزی در کابل های لوله آزاد در فضای باز استفاده می شود. FRP استحکام فشاری بالایی دارد (برخلاف آرامید که تحت فشار کمانش می‌کند)، و آن را برای کابل‌هایی مناسب می‌سازد که باید در برابر نیروهای خرد در تاسیسات مدفون یا مجرای مقاومت کنند. میله های FRP دارای استحکام کششی 1000 تا 1500 مگاپاسکال هستند و مانند آرامید غیر رسانا هستند.
• سیم و نوار فولادی: اعضای استحکام فولادی در کابل‌های هوایی خود نگهدار (طرح‌های ADSS و شکل-8)، کابل‌های زره‌دار برای دفن مستقیم و کابل‌های زیردریایی استفاده می‌شوند. فولاد بالاترین ظرفیت بار کششی را فراهم می کند - یک رشته سیم فولادی 6 میلی متری می تواند بارهای کششی بالاتر از 20 کیلو نیوتن را تحمل کند - اما به وزن اضافه می کند و در تاسیسات نزدیک خطوط برق نیاز به اتصال الکتریکی و اتصال به زمین دارد. فولاد گالوانیزه یا فولاد ضد زنگ بسته به نیازهای مواجهه با خوردگی استفاده می شود.

لوله های بافر: PBT، PVDF، و پلی پروپیلن

لوله‌های بافر ساختارهای استوانه‌ای توخالی هستند که فیبرهای نوری یا نوارهای فیبر درون کابل را شامل می‌شوند و از آنها محافظت می‌کنند. آنها دو عملکرد را انجام می دهند: محافظت از الیاف در برابر فشار جانبی و ایجاد یک بافر انبساط حرارتی کنترل شده که از قرار گرفتن الیاف در کشش در طول انقباض دمای سرد کابل جلوگیری می کند. رایج ترین مواد لوله بافر عبارتند از:

• پلی بوتیلن ترفتالات (PBT): مواد استاندارد صنعت برای لوله های بافر شل لوله در کابل های فضای باز. PBT پایداری ابعادی عالی در دمای (40- تا 70 درجه سانتیگراد)، جذب رطوبت کم (کمتر از 0.1٪)، مقاومت شیمیایی خوب، و ضخامت دیواره 0.3-0.6 میلی‌متر را ارائه می‌دهد که مقاومت در برابر خرد شدن معنی‌داری را ارائه می‌دهد. لوله های PBT معمولاً با یک ژل مسدود کننده آب (ژل هیدروکربنی تیکسوتروپیک) یا نوار خشک مسدود کننده آب برای جلوگیری از نفوذ رطوبت پر می شوند.
• PVDF (پلی وینیلیدین فلوراید): در ساخت و ساز بافر محکم برای کابل های داخلی و محیط های شیمیایی خشن استفاده می شود. PVDF مقاومت بالایی در برابر اشعه ماوراء بنفش، شعله و طیف وسیعی از مواد شیمیایی ایجاد می‌کند و آن را برای کابل‌کشی محل‌های صنعتی و تاسیسات داخلی با رتبه‌بندی Plenum مناسب می‌سازد. پوشش‌های بافر محکم PVDF در قطر بیرونی 900 میکرومتر مستقیماً روی فیبر پوشش داده شده 250 میکرومتری اعمال می‌شوند.
• پلی پروپیلن (PP): یک جایگزین کم‌هزینه برای PBT برای برخی از کاربردهای کابل توزیع در فواصل کوتاه، به‌ویژه در طرح‌های هیبریدی داخلی و خارجی. PP پایداری ابعادی کمی کمتر از PBT در دماهای بالا دارد، اما مقاومت شیمیایی عالی و ویژگی‌های پردازش خوبی را برای تولید کابل‌های پرسرعت ارائه می‌دهد.

مواد مسدود کننده آب: ژل، نوار و پودر

ورود آب یکی از دلایل اصلی خرابی کابل فیبر نوری در تاسیسات دفن شده و مستقیم است. سه روش برای مسدود کردن آب استفاده می شود که هر کدام دارای سیستم های مواد مجزا هستند:

• ژل پرکننده هیدروکربنی: مسدود کردن آب سنتی در کابل‌های شل لوله از یک ژل تیکسوتروپیک مبتنی بر نفت استفاده می‌کند که لوله بافر و فاصله‌های بین لوله‌ها را پر می‌کند. ژل به اندازه کافی مایع باقی می ماند تا اجازه حرکت فیبر در داخل لوله را بدهد اما به اندازه کافی چسبناک برای جلوگیری از مهاجرت آب باقی می ماند. کابل های پر شده با ژل به روش های خاصی برای تمیز کردن ژل در حین اتصال و خاتمه نیاز دارند.
• نوار و نخ سوپرجاذب پلیمری (SAP): کابل‌های مسدود شده با آب خشک از نوارها یا نخ‌هایی با پوشش SAP استفاده می‌کنند که در تماس با آب به سرعت متورم می‌شوند (تا ۴۰۰ برابر وزن خود جذب می‌شوند)، و مانع از مهاجرت آب بدون به هم ریختگی ژل نفتی می‌شوند. مسدود کردن آب مبتنی بر SAP در حال حاضر به دلیل مدیریت آسان تر و ترجیحات محیطی نسبت به ژل نفتی، بر طراحی کابل های جدید غالب است.
• پودر SAP در لوله های بافر: برخی از طرح‌های کابل از پودر SAP غبارآلود در داخل لوله‌های بافر به‌عنوان مکانیزم اصلی مسدودکننده آب استفاده می‌کنند که وزن سبک ساخت بلوک خشک را با ساخت ساده‌تر از بسته‌بندی نوار SAP به دست می‌آورد.

لایه های زره: فولاد راه راه، آلومینیوم و پلی اتیلن

کابل‌های فیبر نوری زره‌دار شامل لایه‌های زره فلزی یا دی الکتریک بین هسته و ژاکت بیرونی برای مقاومت در برابر خرد شدن، حمله جوندگان و ضربه‌های مکانیکی هستند. سه نوع اصلی زره عبارتند از:

• زره نوار فولادی راه راه (CST): یک نوار فولادی راه راه (معمولاً 0.15-0.25 میلی متر ضخامت) که به یک ژاکت پلی اتیلن داخلی چسبانده شده است. زره CST مقاومت در برابر خرد شدن عالی (معمولاً 3000 تا 4000 N/100 میلی‌متر) و مقاومت در برابر جوندگان را برای کابل‌های مستقیم دفن شده در مناطقی با فعالیت شناخته شده جوندگان ارائه می‌کند.
• نوار آلومینیومی راه راه: در زیردریایی ها و برخی از کابل های دفن مستقیم که وزن کمتر آلومینیوم در مقابل فولاد مفید است استفاده می شود. آلومینیوم همچنین در محیط های آب شور در برابر خوردگی مقاوم تر است.
• زره در هم قفل شده: سیم های فولادی گالوانیزه که به صورت مارپیچی در اطراف کابل پیچیده شده اند، زره انعطاف پذیری را برای کابل های رایزر داخلی و خارجی فراهم می کنند که هم به مقاومت در برابر جوندگان و هم به انعطاف پذیری نصب در اطراف خم ها نیاز دارند.

مواد ژاکت بیرونی: پلی اتیلن، پی وی سی، LSZH و PVDF

ژاکت بیرونی اولین خط دفاعی در برابر آسیب های فیزیکی، اشعه ماوراء بنفش، رطوبت، مواد شیمیایی و دمای شدید است. انتخاب مواد ژاکت پیامدهای مهمی برای ایمنی آتش سوزی، انطباق با محیط زیست، سهولت نصب و دوام طولانی مدت دارد.

جدول 2: مقایسه مواد پوشش بیرونی مورد استفاده در کابل های فیبر نوری در مقاومت UV، درجه شعله، محدوده دما، سمیت دود و محیط معمولی استقرار.

چگونه شیشه فیبر نوری ساخته می شود: فرآیند پیش فرم و ترسیم

درک کردن what کابل فیبر نوریs are made of بدون درک چگونگی تولید شیشه سیلیکا فوق‌العاده ناقص است - فرآیندی که به اندازه عملکرد نوری فیبر قابل توجه است.

ساخت پیش فرم

فیبر نوری به‌عنوان یک پیش‌فرم شیشه‌ای شروع می‌شود - میله‌ای جامد از سیلیس فوق‌العاده خالص به طول تقریباً 1 متر و قطر 80 تا 160 میلی‌متر - که شامل ساختار ضریب شکست روکش هسته در مقیاس بزرگ است. پرکاربردترین فرآیند ساخت پریفرم، رسوب بخار شیمیایی اصلاح شده (MCVD) است که در آن بخارات تتراکلرید سیلیکون (SiCl4) و تتراکلرید ژرمانیوم (GeCl4) در داخل یک لوله سیلیسی در حال چرخش در دمای 1500 تا 1900 درجه سانتیگراد اکسید می شوند و لایه های متوالی از شیشه رسوب می کنند. رسوب بخار خارج (OVD) و رسوب محوری بخار (VAD) فرآیندهای جایگزینی هستند که توسط سازندگان مختلف برای دستیابی به نرخ رسوب بالاتر و اندازه های پریفرم بزرگتر استفاده می شود.

طراحی فیبر

پریفرم به صورت عمودی به یک کوره کششی وارد می شود که در آن نوک آن تا حدود 2000 درجه سانتیگراد - درست زیر نقطه نرم شدن سیلیس - گرم می شود و یک فیبر نازک با سرعت 10 تا 25 متر در ثانیه به سمت پایین کشیده می شود. همانطور که فیبر از کوره خارج می شود و خنک می شود، از محفظه های پخت UV عبور می کند که پوشش دولایه آکریلات را اعمال کرده و خشک می کند، سپس روی یک درام جذب می شود. کل فرآیند از نوک پریفرم تا فیبر پوشش داده شده در یک اتمسفر کاملاً کنترل شده برای جلوگیری از آلودگی سطحی که استحکام الیاف را کاهش می دهد انجام می شود. استحکام کششی فیبر کشیده شده به طور پیوسته به صورت آنلاین در تنش های کرنش 1% (تقریبا 0.7 گیگا پاسکال) مورد آزمایش قرار می گیرد تا حداقل مقاومت شکست در کابل تمام شده را تضمین کند.

سوالات متداول در مورد مواد کابل فیبر نوری

Q1: آیا کابل فیبر نوری از شیشه ساخته شده است یا پلاستیک؟

اکثر کابل های فیبر نوری مخابرات و شبکه های داده با هسته و روکش شیشه ای سیلیکا ساخته می شوند. فیبر نوری پلاستیکی (POF) وجود دارد و از هسته پلیمری PMMA یا پرفلورینه شده استفاده می‌کند، اما بخش کوچکی از فیبر نصب‌شده در سطح جهانی را به خود اختصاص می‌دهد - عمدتاً در کاربردهای خودرو، تزئینی و حسگرهای مسافت کوتاه. هنگامی که مردم به "کابل فیبر نوری" در زمینه زیرساخت شبکه یا اینترنت اشاره می کنند، تقریباً همیشه منظور فیبر سیلیس هسته شیشه ای است.

Q2: چرا از شیشه سیلیکا برای کابل های فیبر نوری به جای مواد دیگر استفاده می شود؟

شیشه سیلیسی به این دلیل استفاده می شود که در طول موج های مورد استفاده در مخابرات (1310 نانومتر و 1550 نانومتر) کمترین تضعیف نوری را در بین هر ماده ای به دست می آورد. تضعیف آن 0.18-0.20 dB/km به سیگنال ها اجازه می دهد تا 40 کیلومتر یا بیشتر را بدون تقویت طی کنند. هیچ ماده شفاف جامد دیگری در این طول موج ها به این عملکرد نزدیک نمی شود. سیلیس همچنین دارای پایداری شیمیایی عالی است، رطوبت سنجی نیست، می تواند به الیاف بسیار یکنواخت کشیده شود و خواص نوری آن پس از دهه ها تحقیق و تولید تجاری به خوبی درک می شود.

Q3: داخل ژاکت محافظ کابل فیبر نوری چیست؟

در داخل ژاکت بیرونی یک کابل فیبر نوری معمولی با لوله گشاد در فضای باز، خواهید دید: یک FRP مرکزی یا میله استحکام فولادی، چندین لوله بافر PBT با کد رنگی (هر کدام شامل 6 تا 12 فیبر نوری با کد رنگی در ژل مسدودکننده آب یا احاطه شده با نوار SAP استحکامات فولادی یا اعضای فیبر فولادی اضافی که در اطراف آن قرار دارند)، بسته نرم افزاری، و در نسخه های زرهی، یک نوار فولادی راه راه بین بسته نرم افزاری لوله و ژاکت بیرونی. کابل‌های بافر محکم داخلی ساختار ساده‌تری دارند: هر فیبر دارای یک لایه بافر 900 میکرومتری PVDF یا نایلونی محکم روی پوشش 250 میکرومتری است، با اعضای استحکام نخ آرامید در زیر ژاکت بیرونی.

Q4: شیشه در کابل فیبر نوری چقدر خالص است؟

شیشه سیلیکا در کابل فیبر نوری مخابراتی یکی از خالص ترین موادی است که به صورت تجاری تولید می شود. محتوای ناخالصی فلزی کل کمتر از 1 قسمت در میلیارد (ppb) برای فلزات واسطه مانند آهن، مس و کروم است - عناصری که نور را در طول موج های مخابراتی جذب می کنند و تضعیف را به طور چشمگیری افزایش می دهند. این سطح خلوص، بیش از 99.9999٪ SiO2، از طریق فرآیند رسوب شیمیایی بخار حاصل می شود، که شیشه را از پیش سازهای گازی فوق خالص (SiCl4 با خلوص بیشتر از 99.9999٪) می سازد تا از کوارتز طبیعی که حاوی آلودگی معدنی غیر قابل اجتناب است.

Q5: آیا کابل های فیبر نوری می توانند در شرایط آب و هوایی در فضای باز مقاومت کنند؟

بله، کابل‌های فیبر نوری درجه‌بندی شده در فضای باز به‌طور خاص برای زنده ماندن ۲۰ تا ۲۵ سال در معرض اشعه ماوراء بنفش، چرخه دما، رطوبت، بارگذاری باد و در برخی موارد جوندگان یا خرد شدن طراحی شده‌اند. کابل‌های مشکی با روکش HDPE حاوی کربن سیاه (2 تا 3 درصد وزنی) هستند که تابش UV را جذب می‌کند و از تخریب زنجیره پلیمری جلوگیری می‌کند که باعث شکنندگی و ترک خوردن در طول زمان می‌شود. ساختار لوله شل پر از ژل یا خشک مسدود شده از رسیدن رطوبت به فیبر شیشه ای جلوگیری می کند، زیرا ورود آب همراه با تنش مکانیکی خستگی ناشی از خوردگی استرس در سیلیس را تسریع می کند. کابل هایی که به صورت هوایی نصب می شوند باید در برابر بارگذاری یخ و خستگی ناشی از ارتعاش ناشی از باد مقاومت کنند - الزاماتی که با طراحی مناسب کابل و اندازه بندی استحکام اعضای آن برطرف می شود.

Q6: تفاوت بین مواد ژاکت LSZH و PVC چیست؟

ژاکت های پی وی سی (پلی وینیل کلراید) مقاوم در برابر شعله و کم هزینه هستند، اما گاز هیدروژن کلرید (HCl) و دود سیاه متراکم را هنگام سوزاندن آزاد می کنند - سمی و خورنده در فضاهای محدود مانند مراکز داده، تونل های حمل و نقل، یا ساختمان های اشغالی. ژاکت های LSZH (کم دود صفر هالوژن) از پلیمرهای بدون هالوژن (معمولاً ترکیبات پلی الفین با مواد بازدارنده شعله بر پایه مواد معدنی مانند تری هیدرات آلومینیوم) ساخته شده اند که وقتی در معرض آتش قرار می گیرند، حداقل دود تولید می کنند و هیچ گاز اسید هالوژنیک تولید نمی کنند. استانداردهای کابل اروپا (EN 50575) و بسیاری از کدهای ملی ساختمان اکنون به کابل های LSZH در ساختمان های عمومی، زیرساخت های حمل و نقل و محیط های پرجمعیت مراکز داده نیاز دارند. کابل‌های LSZH معمولاً 15 تا 30 درصد بیشتر از کابل‌های مشابه با روکش PVC هزینه دارند.

Q7: آیا مواد ژاکت کابل فیبر نوری بر عملکرد انتقال سیگنال تأثیر می گذارد؟

خود ماده ژاکت هیچ تأثیر مستقیمی بر انتقال نور از طریق فیبر ندارد، زیرا نور فقط در داخل هسته شیشه ای و روکش فلزی حرکت می کند. با این حال، مواد ژاکت به طور غیرمستقیم بر عملکرد نوری از دو طریق تأثیر می‌گذارد: اول، مواد ژاکت سفت‌تر نیروهای جانبی بیشتری را بر بسته فیبر تحمیل می‌کنند، که به طور بالقوه باعث افزایش تضعیف ناشی از میکروخم می‌شود، اگر طرح‌های لوله بافر یا پوشش فیبر بهینه نشده باشند. دوم، مواد ژاکت با ثبات ابعادی ضعیف در دمای بالا (به ویژه موادی که به طور قابل توجهی در دماهای پایین منقبض می‌شوند) می‌توانند فیبر را در تنش فشاری یا کششی قرار دهند، اگر طراحی کابل کشش مناسب را فراهم نکند. کابل‌هایی که به خوبی طراحی شده‌اند با استفاده از مواد ژاکت استاندارد، عملکرد تضعیف مشخص شده خود را در محدوده دمای عملیاتی درجه‌بندی کامل حفظ می‌کنند.

نتیجه گیری: چرا انتخاب مواد عملکرد کابل فیبر نوری را تعریف می کند

پاسخ به کابل های فیبر نوری از چه موادی ساخته شده اند یک سیستم مهندسی پیچیده و لایه به لایه را نشان می دهد که در آن هر ماده با دقت انتخاب می شود: سیلیس دوپ شده با ژرمانیوم فوق العاده خالص برای هسته ای که نور را با کمترین تلفات هدایت می کند، روکش سیلیسی بدون دوپ یا فلوئور که مرز بازتاب داخلی را ایجاد می کند، شیشه دولایه از خم شدن همزمان UV محافظت می کند و از آن محافظت می کند. ساختار کابل بیرونی اعضای استحکام آرامید یا FRP، لوله‌های بافر PBT، مواد SAP مسدودکننده آب، زره فولادی اختیاری، و یک ترکیب ژاکتی که با ایمنی آتش، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، محدوده دما و الزامات محیطی استقرار مطابقت دارد.

هر لایه ماده نقش غیر قابل جایگزینی دارد. خرابی هر یک از اجزای منفرد - ترک دیافراگم در پوشش، ورود آب از طریق یک ژاکت در معرض خطر، یا تخریب اشعه ماوراء بنفش یک غلاف محافظت نشده در فضای باز - می تواند عملکرد یا عمر مفید یک پیوند کابل را به خطر بیندازد. برای طراحان شبکه، نصاب ها و مهندسان تدارکات، درک مواد تشکیل دهنده کابل فیبر نوریs پایه ای برای تصمیم گیری صحیح در خصوص مشخصات در طیف کامل برنامه های مخابراتی، مراکز داده، صنعتی و تخصصی است.