Aj keď sa to môže zdať ako mágia alebo sci-fi, technológia optických vlákien je veľmi vedecká a existuje už viac ako pol storočia. Ale ako to funguje? Ako sa zo skla stane vláknová optika? Ako môže svetlo prechádzať káblom a dostať sa do cieľa? (Tip: Nie je to pixie prach a elfovia.)
V roku 1970 inžinieri vo výskumnom laboratóriu Corning Incorporation v Corning, NY narazili na vzorec na výrobu prameňov skla, ktoré by mohli prenášať svetelné impulzy obsahujúce údaje, ktoré potom mohli čítať počítače. Dovtedy mohli dáta cestovať len cez medené drôty. Na základe tohto objavu testovali prenos dát z optických vlákien na väčšie vzdialenosti, a to všetko s minimálnou stratou signálu. Toto nové „nízkostratové“ vlákno, ako sa stalo známym, odštartovalo revolúciu dátových a telekomunikačných technológií, ktorá pokračuje o pol storočia neskôr. Ako sa však toto sklenené vlákno vyrába?
3 C vlákniny
Aby ste pochopili, prečo sa vlákno vyrába tak, ako sa vyrába, je dôležité najprv pochopiť, ako sa svetlo šíri. Svetelné vlny sa pohybujú v priamom smere, kým nenarazia na objekt, ktorý ich odráža, láme alebo absorbuje. Vláknová optika je navrhnutá tak, aby sa minimalizovalaodrazpri maximalizáciiloma odstraňovanieabsorpcie. Výzvou pre vláknovú optiku bolo udržať svetelný signál vo vnútri vlákna od začiatku do konca. Táto potreba udržať signál vo vlákne diktovala materiály a proces, ktorým sa tekuté sklo stáva použiteľným káblom z optických vlákien.
V každom vlákne optických vlákien sú tri hlavné komponenty:jadro, obklad,anáter.
Vlákna optických vlákien sa skladajú z týchto vrstiev, z ktorých každá má inú funkciu pri prenose údajov svetlom.
Na rozdiel od všeobecného presvedčenia,jadro, kde sa svetlo šíri, nie je dutý. Namiesto toho je to pevné, ultračisté kremičité sklo – také čisté, že jeho hladiny kontaminantov sa merajú v dieloch na miliardu. Táto úroveň čistoty je nevyhnutná na to, aby sa svetelný signál šíril po vlákne bez zhoršenia kvality svetla, čo by znehodnotilo údaje. Kedykoľvek svetlo zasiahne objekt, stratí trochu na sile. Kľúčom k úspechu pri prenose signálu z optických vlákien je minimalizovať túto stratu použitím ultračíreho skla. Čím je sklo priehľadnejšie, tým lepší je svetelný signál od konca po koniec.
Druhá, menej čistá vrstva skla, tzvobkladobklopuje jadro vlákna po celej dĺžke. Táto vrstva funguje ako reflektor, ktorý udržuje svetlo vo vnútri jadra, keď cestuje na miesto určenia. Bez opláštenia by svetlo uniklo z jadra a stratilo by sa. S plášťom však svetlo putuje na miesto určenia s minimálnou stratou signálu, čím sa zachová integrita údajov od začiatku do konca.
Obloženie zabraňuje úniku svetla z jadra.
Tretím a posledným komponentom je tenká gumanáterktorý chráni vlákno pred poškriabaním a uľahčuje inštalatérom a technikom usporiadanie vlákien. Zvyčajne je povlak farebne označený, aby sa uľahčilo pripojenie a inštalácia.
Pozrime sa na proces krok za krokom, ktorý začína surovými chemikáliami a mení ich na hotové vlákno.
Rozloženie a konsolidácia
Výroba vlákna začína zavesením keramickej návnadovej tyče, ktorá je navrhnutá tak, aby priťahovala oxid kremičitý, vysoko čistú formu oxidu kremičitého, do ultračistej nádoby s kontrolovanou klímou. Oxid kremičitý priľne ku keramickej tyči a vytvorí hrubý sklenený valec nazývaný predforma. Proces konsolidácie potom odstráni všetku vlhkosť z novovytvorenej predlisky vo vysokoteplotnej peci a premení zdrsnený oxid kremičitý na hladké, neporézne sklo pred spekaním/tavením koncov, aby sa vytvarovalo a pripravilo na použitie. ďalší krok. Výsledkom tohto procesu je polotovar optického vlákna, ktorý sa stane prameňom v treťom kroku.
Draw je miesto, kde je horúce sklo dostatočne tenké na to, aby sa zmenilo na jadro z optických vlákien a plášť.
Kresliť
Posledným krokom pri vytváraní sklenenej časti kábla z optických vlákien je ťahanie, ktoré začína tým, že novovytvorený polotovar visí vertikálne vo vnútri ultra horúcej pece, pričom sa sklo zahrieva na teplotu topenia. Špička polotovaru sa zahreje, zmäkne a začne pomaly klesať, pričom cestou dole vytvorí veľmi tenký prameň skla, taký tenký, že sa meria v mikrónoch. Tento prameň sa stáva jadrom a plášťom. V závislosti od veľkosti môže každý prírez vyprodukovať až 5 kilometrov vlákna.
Náter
Po ochladení skleneného vlákna je navinuté na veľké cievky a odoslané do továrne na konečnú úpravu, kde sa odvíja a posiela cez stroj, ktorý nanáša tenkú vrstvu gumy na vonkajšiu stranu vlákna. Potiahnutie prameňa výrazne nepridáva na celkovej pevnosti. Sklo je dostatočne pevné aj samo o sebe. Namiesto toho povlak zabraňuje poškriabaniu vlákna a uľahčuje inštalatérom manipuláciu a nájdenie miesta, kde sa vlákna spájajú, podobne ako medené drôty sú farebne označené pre jednoduchú organizáciu.
Kabeláž
Aj keď sú vlákna optických vlákien pevné, stále ich chránime pancierom ako dodatočnou vrstvou ochrany proti poveternostným vplyvom a iným podmienkam.
Aj keď jednotlivé vlákna optických vlákien môžu samy o sebe prenášať veľké množstvo údajov, optické vlákna sú zvyčajne spojené do káblov, aby sa uľahčila inštalácia a aby boli chránené pred prvkami. Jednotlivé vlákna sú často spojené do 12-, 24-, 48-, 72- a 96-pramienkových farebných pások, ktoré sú potom umiestnené vo vnútri ochrannej gumy alebo kovu vedenie na nasadenie v susedstve.
Keď sa vlákna dostanú domov alebo do firmy, opäť sa rozdelia na jednotlivé vlákna, aby slúžili zákazníkom. To umožňuje mnohým zákazníkom získať službu z jediného káblového zväzku v zemi bez toho, aby ktokoľvek z nich zdieľal šírku pásma so svojimi susedmi, pretože každá domácnosť má svoje vlastné vyhradené vlákno.
Bez poškodenia z vonkajšieho zdroja by kábel z optických vlákien mal vydržať celé generácie používateľov internetu s prakticky neobmedzenou šírkou pásma a rýchlosťou.