Хоча це може здатися магією чи науковою фантастикою, волоконно-оптична технологія є науковою та існує вже понад півстоліття. Але як це працює? Як скло стає волоконною оптикою? Як світло може пройти через кабель і досягти місця призначення? (Підказка: це не пил піксі та ельфи.)
У 1970 році інженери дослідницької лабораторії Corning Incorporation у Корнінгу, штат Нью-Йорк, натрапили на формулу виготовлення скляних ниток, які могли пропускати імпульси світла, що містять дані, які потім могли зчитуватися комп’ютерами. До того часу дані могли передаватись лише по мідних проводах. Грунтуючись на цьому відкритті, вони випробували оптоволоконну передачу даних на великі відстані з мінімальною втратою сигналу. Це нове волокно з низькими втратами, як стало відомо, поклало початок революції в технологіях даних і телекомунікацій, яка триває понад півстоліття потому. Але як виготовляється це скловолокно?
3 Cs клітковини
Щоб зрозуміти, чому волокно зроблено саме так, важливо спочатку зрозуміти, як поширюється світло. Світлові хвилі поширюються по прямій лінії, поки не вдаряться об об’єкт, який їх відбиває, заломлює або поглинає. Волоконна оптика призначена для мінімізаціїрефлексіяпід час максимізаціїзаломленнята усуненняпоглинання. Завдання волоконної оптики полягало в утриманні світлового сигналу всередині волокна від початку до кінця. Ця необхідність утримувати сигнал усередині волокна зумовила матеріали та процес, за допомогою яких рідке скло стає придатним для використання волоконно-оптичним кабелем.
У кожній нитці волоконної оптики є три основні компоненти:сердечник, оболонка,іпокриття.
Волоконні оптичні нитки складаються з цих шарів, кожен з яких виконує різну функцію передачі даних через світло.
Всупереч поширеній думці,ядро, куди поширюється світло, не є порожнистим. Натомість це тверде, надчисте кремнеземне скло – настільки чисте, що його рівень забруднення вимірюється частками на мільярд. Цей рівень чистоти важливий для проходження світлового сигналу по волокну без погіршення якості світла, що може погіршити дані. Щоразу, коли світло потрапляє на предмет, воно трохи втрачає силу. Ключ до успіху в оптоволоконній передачі сигналу полягає в мінімізації цих втрат за допомогою ультрапрозорого скла. Чим прозоріше скло, тим краще світловий сигнал від кінця до кінця.
Другий, менш чистий шар скла називаєтьсяоблицюванняоточує серцевину волокна по всій довжині. Цей шар діє як відбивач, щоб утримувати світло всередині ядра, коли воно рухається до місця призначення. Без оболонки світло виходило б із серцевини та втрачалося. Однак за допомогою оболонки світло проходить до місця призначення з мінімальною втратою сигналу, зберігаючи цілісність даних від початку до кінця.
Обшивка запобігає виходу світла з серцевини.
Третім і останнім компонентом є тонка гумапокриттящо захищає волокно від подряпин і полегшує монтажникам і технікам організацію волокон. Зазвичай покриття має кольорове кодування для полегшення підключення та монтажу.
Давайте подивимося на покроковий процес, який починається з необроблених хімічних речовин і перетворює їх у готове волокно.
Укладання та консолідація
Виготовлення волокна починається з підвішування керамічного стрижня-приманки, призначеного для притягування діоксиду кремнію, дуже чистої форми кремнезему, всередині ультрачистого контейнера з контрольованим кліматом. Діоксид кремнію чіпляється за керамічний стрижень і утворює товстий скляний циліндр, який називається попередньою формою. Потім процес консолідації видаляє будь-яку вологу з новоствореної попередньої форми у високотемпературній печі та перетворює оброблений діоксид кремнію в гладке непористе скло перед спіканням/розплавленням кінців для формування та підготовки до використання. наступний крок. Результатом цього процесу є заготовка оптичного волокна, яка стане ниткою на третьому кроці.
Draw — це місце, де гаряче скло стає достатньо тонким, щоб перетворити його на оптичне ядро та оболонку.
малювати
Останнім кроком у створенні скляної частини волоконно-оптичного кабелю є витяжка, яка починається з того, що новоутворена заготовка висить вертикально всередині надгарячої печі, нагріваючи скло до точки плавлення. Кінчик заготовки нагрівається, розм’якшується і починає повільно опускатися, утворюючи на своєму шляху дуже тонку нитку скла, настільки тонку, що вимірюється в мікронах. Ця нитка стає серцевиною та оболонкою. Залежно від розміру з кожного бланка можна отримати до 5 кілометрів волокна.
Покриття
Після того, як скловолокно охолоне, його намотують на великі котушки і відправляють на обробну фабрику, де його розмотують і пропускають через машину, яка наносить тонкий шар гуми на зовнішню сторону пасма. Покриття пасма істотно не додає загальної міцності. Скло досить міцне саме по собі. Натомість покриття запобігає подряпинам на волокні та полегшує установникам роботу та пошук місця з’єднання волокон, подібно до того, як мідні дроти мають кольорове кодування для зручності організації.
Прокладка кабелів
Незважаючи на міцність волоконно-оптичних ниток, ми все ще захищаємо їх бронею як додатковий шар захисту від погодних та інших умов.
Незважаючи на те, що окремі волоконно-оптичні нитки самі по собі можуть переносити велику кількість даних, зазвичай волоконно-оптичні кабелі об’єднуються в кабелі для зручності монтажу та захисту від негоди. Часто окремі волокна з’єднуються в кольорові стрічки 12-, 24-, 48-, 72- і 96-, які потім поміщаються всередину захисної гуми або металу канал для розгортання в околицях.
Коли волокна потрапляють до дому чи підприємства, вони знову розділяються на окремі нитки для обслуговування клієнтів. Це дозволяє багатьом клієнтам отримувати послуги з одного пучка кабелів у землі, не ділячи смуги пропускання зі своїми сусідами, оскільки кожна домогосподарство отримує власне виділене оптоволокно.
За винятком пошкоджень із зовнішнього джерела, волоконно-оптичний кабель повинен прослужити поколінням користувачів Інтернету з практично необмеженою пропускною здатністю та швидкістю.