Samstag, April 02 2011 20: 59

Optische Fasern

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Optische Fasern sind haarfeine Glasstränge, die Lichtstrahlen entlang ihrer Achse übertragen sollen. Leuchtdioden (LEDs) or Laserdioden wandeln elektrische Signale in optische Signale um, die durch einen inneren zylindrischen Kern des optischen Faserkabels übertragen werden. Die geringeren Brechungseigenschaften des äußeren Mantels ermöglichen die Ausbreitung von Lichtsignalen durch interne Reflexion entlang des inneren zylindrischen Kerns. Optische Fasern werden so konstruiert und hergestellt, dass sie sich entweder als einzelner Lichtstrahl oder als mehrere Lichtstrahlen gleichzeitig ausbreiten, die entlang des Kerns übertragen werden. (Siehe Abbildung 1.)

Abbildung 1. Optische Single- und Multimode-Fasern

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Singlemode-Glasfaser wird hauptsächlich für Telefonie, Kabelfernsehanwendungen und Campus-Backbones verwendet. Multimode-Fasern werden üblicherweise für die Datenkommunikation und in Gebäudenetzwerken verwendet.

Herstellung von Glasfasern

Spezielle Materialien und Prozesse sind erforderlich, um optische Fasern herzustellen, die die grundlegenden Designkriterien erfüllen: (1) ein Kern mit einem hohen Brechungsindex und eine Ummantelung mit einem niedrigen Brechungsindex, (2) eine geringe Signaldämpfung oder einen geringen Leistungsverlust und (3) eine geringe Streuung oder Verbreiterung des Lichtstrahls.

Hochreines Quarzglas mit anderen Glasmaterialien (dh Schwermetallfluoridgläser, Chalkogenidgläser) sind die Hauptmaterialien, die derzeit zur Herstellung optischer Fasern verwendet werden. Es werden auch polykristalline Materialien, einkristalline Materialien, Hohlwellenleiter und polymere Kunststoffmaterialien verwendet. Rohstoffe müssen relativ rein sein mit sehr geringen Konzentrationen an Übergangsmetallen und Hydroxyl-bildenden Gruppen (unterhalb der Teile pro Milliarde). Verarbeitungsverfahren müssen das sich bildende Glas vor Verunreinigungen in der Herstellungsumgebung schützen.

Optische Fasern werden unter Verwendung einer nicht-konventionellen Dampfphasenpräparation einer Glasvorform hergestellt, die dann zu Fasern gezogen wird. Flüchtige Kieselsäureverbindungen werden in SiO umgewandelt2 B. durch Flammenhydrolyse, chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder Hochtemperaturoxidation. Dem Glas werden dann weitere Dotierstoffe zugesetzt, um die Glaseigenschaften zu verändern. Variationen im Dampfabscheidungsprozess beginnen mit demselben Material, unterscheiden sich jedoch in der Methode, die verwendet wird, um dieses Material in Siliziumdioxid umzuwandeln.

Eines der folgenden Gasphasenabscheidungsverfahren wird verwendet, um optische Fasern auf Siliziumdioxidbasis herzustellen: (1) modifizierte chemische Gasphasenabscheidung (MCVD), (2) plasmachemische Gasphasenabscheidung (PCVD), (3) äußere Gasphasenabscheidung (OVD), und (4) axiale Gasphasenabscheidung (VAD) (siehe Fig. 2). Siliziumtetrachlorid (SiCl4), Germaniumtetrachlorid (GeCl4) oder andere flüchtige flüssige Halogenide wandeln sich aufgrund ihres hohen Dampfdrucks bei leichtem Erhitzen in Gas um. Gasförmiges Halogenid wird einer Reaktionszone zugeführt und in Glaspartikel umgewandelt (siehe auch Kapitel Mikroelektronik und Halbleiter.)

Abbildung 2. Flussdiagramm für die Herstellung von Glasfasern

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MCVD und PCVD anpassen. Ein hochwertiges Quarzglasrohr wird an einer Glasbearbeitungsdrehmaschine befestigt, die mit einem Wasserstoff-/Sauerstoffbrenner ausgestattet ist, der seine Länge durchquert. An einem Ende des Glasrohrs ist eine Halogenidmaterialversorgung und am gegenüberliegenden Ende ein Wäscher angebracht, um überschüssiges Halogenidmaterial zu entfernen. Die Oberfläche des Glasrohrs wird zuerst durch Feuerpolieren gereinigt, während der Brenner die Länge des Rohrs durchquert. Je nach herzustellendem Produkt werden dem Dampfsystem verschiedene Reagenzien zugesetzt. Eine chemische Reaktion findet statt, wenn die Halogenide den zu erwärmenden Rohrabschnitt passieren. Die Halogenide wandeln sich in Silica-„Ruß“-Partikel um, die sich an der inneren Glasrohrwand stromabwärts des Brenners ablagern. Abgelagerte Partikel werden in die Glasschicht gesintert. Das PCVD-Verfahren ähnelt MCVD, außer dass die Halogenide durch ein Sprudlersystem zugeführt werden und Mikrowellen anstelle eines Brenners verwendet werden, um das Halogenidmaterial in Glas umzuwandeln.

Feuerwehroffizier und VAD anpassen. In der ersten Stufe des Faserherstellungsprozesses wird die Core und Verkleidung Gläser werden um einen rotierenden Zielstab herum aufgedampft, um eine „Ruß“-Vorform zu bilden. Zuerst wird das Kernmaterial aufgebracht, gefolgt von der Umhüllung. Der gesamte Vorformling muss extrem rein sein, da sowohl der Kern als auch der Mantel aufgedampft werden. Die Fasergeometrie wird während der Ablegephase der Herstellung bestimmt. Nachdem der Zielstab entfernt wurde, wird die Vorform in einen Ofen gegeben, wo sie zu einem festen, klaren Glas verfestigt und das Mittelloch verschlossen wird. Gas wird durch die Vorform geleitet, um Restfeuchtigkeit zu entfernen, die die Dämpfung der Faser nachteilig beeinflusst (Verlust des optischen Signals, wenn Licht entlang der Faserachse übertragen wird). Die Vorformlinge werden dann mit Flusssäure gewaschen, um die Reinheit des Glases sicherzustellen und Verunreinigungen zu entfernen.

Die konsolidierte Glasvorform wird in einen Ziehturm gegeben, um einen kontinuierlichen Glasfaserstrang zu bilden. Zuerst wird der Vorformling oben in einen Ziehofen geladen. Als nächstes wird die Spitze des Vorformlings erhitzt und ein Stück geschmolzenes Glas beginnt zu fallen. Während dieses Teil gezogen (gezogen) wird, durchläuft es eine Inline-Durchmesserüberwachung, um sicherzustellen, dass die Faser einen exakt spezifizierten Durchmesser hat (normalerweise in Mikron gemessen). Der Manteldurchmesser der Faser muss den genauen Spezifikationen entsprechen, um den Signalverlust an den Verbindungen gering zu halten . Der Außenmanteldurchmesser wird als Richtlinie zum Ausrichten der Faserkerne während der Endverwendung verwendet. Die Kerne müssen ausgerichtet sein, damit die Lichtübertragung effizient erfolgt.

Acrylpolymer oder andere Beschichtungen werden aufgetragen und mit UV-Lampen ausgehärtet. Die Beschichtungen sollen die optische Faser während der Endverwendung vor der Umgebung schützen. Die optischen Fasern werden getestet, um die Übereinstimmung mit Herstellungsstandards für Festigkeit, Dämpfung und Geometrie sicherzustellen. Spezifische Faserlängen werden nach Kundenspezifikation auf Rollen gewickelt.

Während der Herstellung optischer Fasern treten eine Reihe potenzieller Gefahren auf. Dazu gehören: (1) Kontakt mit Flusssäure (beim Reinigen von Glasvorformen), (2) Strahlungsenergie und Hitzestress im Zusammenhang mit Arbeitsumgebungen in der Nähe von Drehmaschinen und Aufdampfprozessen, (3) direkter Kontakt mit heißen Oberflächen oder geschmolzenem Material (Glasvorformen). ), (4) Exposition gegenüber Acrylatpolymerbeschichtungen (Hautsensibilisatoren), (5) Hautstiche und -verletzungen während der Faserhandhabung und (6) eine Vielzahl von zuvor beschriebenen physikalischen Gefahren.

 

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Lesen Sie mehr 9912 mal Zuletzt geändert am Samstag, 30. Juli 2022 21:38

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Referenzen zu Glas, Keramik und verwandten Materialien

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Person, HR. 1983. Herstellung und Eigenschaften der Glastechnologie. Seoul: Verlag Cheong Moon Gak.

Tooley, FV (Hrsg.). 1974. Das Handbuch der Glasherstellung. Bände. I und II. New York: Bücher für die Industrie, Inc.