Многомодовое оптическое волокно, являющееся важнейшей средой передачи в современных сетях связи, широко используется для высокоскоростной передачи данных на короткие-расстояния- благодаря его способности поддерживать несколько оптических режимов. Его производственный процесс сложен и изощрен, в нем задействовано множество дисциплин, включая материаловедение, оптическую инженерию и автоматизированное управление. В этой статье систематически объясняется весь процесс производства многомодового оптического волокна, от сырья до готовой продукции, уделяя особое внимание ключевым техническим аспектам и мерам контроля качества на ключевых этапах процесса.
Подготовка и предварительная обработка сырья
Сырьем для изготовления многомодового оптического волокна является кварцевое стекло высокой-чистоты (SiO₂), обычно очищаемое осаждением из паровой фазы с использованием химического сырья, такого как тетрахлорид кремния (SiCl₄). Преформа является исходной формой производства оптического волокна, и качество ее подготовки напрямую влияет на характеристики конечного волокна. В процессе производства концентрация и распределение легирующих примесей (таких как германий и фосфор) должны строго контролироваться, чтобы регулировать профиль показателя преломления оптического волокна-, ключевую структурную особенность, обеспечивающую многомодовую передачу.
Кварцевые трубки подвергаются ультразвуковой очистке и сушке перед началом процесса осаждения, чтобы гарантировать, что поверхность не содержит загрязнений. Некоторые производители используют газокислородную полировку для дальнейшего улучшения гладкости стенки трубки и снижения вероятности появления дефектов при последующем напылении.
Производство волокнистых преформ
Процесс химического осаждения из паровой фазы (CVD)
Основными методами производства заготовок многомодового волокна являются модифицированное химическое осаждение из паровой фазы (MCVD) или осевое осаждение из паровой фазы (VAD). Например, в MCVD газ-носитель высокой-чистоты (например, гелий) переносит газы-реагенты, такие как SiCl₄ и GeCl₄, во вращающуюся кварцевую трубку. Под высокой температурой грейферного пламени (около 1800 градусов) происходит реакция гидролиза, в результате которой образуются частицы кремнезема и легированных оксидов, которые осаждаются на внутренней стенке трубки. Точно контролируя толщину и коэффициент легирования каждого слоя, можно создать профиль градуированного -показателя (GI) или ступенчатого-показателя преломления (SI). GI больше подходит для многомодового волокна для оптимизации эффективности связи мод.
Стержень-в-вспомогательном процессе трубы
Некоторые компании используют метод стержня-в-трубке, чтобы объединить стержень с сердечником с высоким-показательом преломления-с кварцевой трубкой с низким-показателем преломления-оболочкой, регулируя соотношение сердечника-к-оболочке. посредством высоко-растяжения при высоких температурах. Этот метод позволяет гибко регулировать параметры профиля показателя преломления, но требует строгого согласования коэффициентов теплового расширения обоих, чтобы избежать дефектов под напряжением.
После осаждения заготовка подвергается обрушению при температуре, превышающей 2000 градусов, превращая полую кварцевую трубку в твердый стержень, удаляя при этом внутренние пузырьки и примеси.
Вытяжка и покрытие волокна
Процесс вытяжки-при высоких температурах
После резки и торцевой-шлифовки заготовка вертикально закрепляется на вершине волочильной башни. В графитовой печи, нагретой до 2100-2300 градусов, кончик заготовки размягчается, образуя каплю расплавленного стекла. Затем эта капля непрерывно втягивается в нить (голое оптическое волокно) диаметром примерно 125 микрон под действием силы тяжести и тяги. Скорость вытягивания обычно регулируется в пределах от 1000 до 3000 м/мин. Компьютерная система отслеживает отклонение диаметра в режиме реального времени и регулирует мощность нагрева и натяжение на основе обратной связи.
Двухслойное-защитное покрытие
Чтобы повысить механическую прочность и устойчивость оптического волокна к воздействию окружающей среды, на оголенное волокно немедленно наносится буферный слой с использованием системы покрытия, отверждаемой УФ-излучением. Внутренний слой представляет собой низкомодульное акрилатное покрытие (толщиной примерно 10-30 микрон) для обеспечения буферизации напряжений, а внешний слой представляет собой высокомодульное покрытие (толщиной примерно 20–50 микрон) для обеспечения устойчивости к боковому давлению. Покрытие затвердевает менее чем за 1 секунду, а погрешность соосности волокна должна поддерживаться в пределах 1 микрона.
Проверка качества и обработка готовой продукции
Тестирование оптических характеристик
Ключевые параметры вытянутого оптического волокна измеряются с помощью-поточного испытательного оборудования:
Коэффициент затухания: потери в диапазоне 1310 нм/850 нм измеряются с использованием метода сдвига или OTDR (оптического передатчика и детектора) с типичным значением менее или равным 3,5 дБ/км (850 нм) для многомодового волокна.
Характеристики полосы пропускания. Характеристики модальной дисперсии оцениваются с использованием метода инжекционного тока или метода сканирования в дальнем поле, чтобы обеспечить соответствие таким стандартам, как OM3/OM4.
Числовая апертура (NA): отражает возможность оптической связи. Числовая апертура для многомодового волокна обычно составляет 0,275 ± 0,015.
Механические и экологические испытания
Образцы подвергаются испытаниям на надежность, таким как прочность на растяжение (больше или равно 600 фунтов на квадратный дюйм), радиус изгиба (менее или равен 30 мм) и циклическое изменение температуры (от -60 градусов до +85 градусов).
Соответствующие оптические волокна покрываются чернилами (например, с указанием типа и номера партии), наматываются на катушки (обычно длиной 2–5 км), а затем упаковываются и хранятся. Высококачественные-продукты могут включать в себя свободные трубки или армированные слои для приспособления к специализированным условиям установки.
Тенденции оптимизации процессов
В настоящее время производство многомодового оптического волокна движется в сторону интеллектуальных и экологически чистых процессов:
Интеллектуальное управление: внедрение алгоритмов машинного обучения для прогнозирования однородности слоя осаждения и динамической регулировки параметров потока газа;
Технология с низкими-потерями: использование оболочки, легированной фтором, для уменьшения потерь при рэлеевском рассеянии;
Экологически чистые процессы: переработка побочных продуктов хлорсилана для сокращения использования опасных химикатов, таких как плавиковая кислота.
Благодаря такому усовершенствованному управлению и контролю эффективность производства и качество современных многомодовых оптических волокон достигли унифицированных во всем мире стандартов (таких как IEC 60793-2-10), что обеспечивает надежные решения высокоскоростной передачи данных для центров обработки данных, промышленного Ethernet и других областей.
