Technologia światłowodów włóknistych Kable światłowodowe

Transkrypt

1 Technologia światłowodów włóknistych Kable światłowodowe Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła. Sergiusz Patela

2 Okna telekomunikacyjne i generacje systemów światłowodowych [db/km] Tłumienie włókna ze szkła krzemionkowego w funkcji długości fali światła Tłumienie I okno II okno III okno Długosc fali [µm] (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 2

3 Tłumienie światłowodu ze szkła krzemionkowego mokre szkło suche szkło (1 ppb OH - ) 10 Absorpcja OH - 2. Tłumienie [db/km] 5 3 Cr Absorpcja molekularna: tlenki Si, Ge,P,B Fe Rozpraszanie Rayleigha ~λ Długosc fali (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 3

4 Właściwości szkła kwarcowego Wzór chemiczny SiO 2 Minimalne tłumienie włókna 0,2 db/km Przerwa energetyczna topionego kwarcu 9 ev (~137 nm) (Szkło z tlenku germanu 185 nm) Krawędź absorpcji w podczerwieni (pasma wibracyjne) ~2µm Rozpraszanie Rayleigh ~λ -4 Absorpcja w podczerwieni na jonach OH - : podstawowa 2.27 i harmoniczne 1.37, 0.95 i µm (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 4

5 Struktura szkła kwarcowego Struktury kryształu kwarcu: przedstawiono dwuwymiarową sieć krystaliczną modyfikatory Struktura szkła kwarcowego. W porównaniu ze strukturą kwarcu uległa zmianie po dodaniu modyfikatora lub przetopieniu. W zaprezentowanej strukturze występują fluktuacje gęstości i składu szkła - i w konsekwencji fluktuacje współczynnika załamania. (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 5

6 Metody wytwarzania światłowodów włóknistych 1. Metoda podwójnego tygla 2. Metoda zewnętrznego osadzania szkła (OVD, "soot") 3. Metoda wewnętrznego osadzania szkła (MCVD, PCVD) 4. Metoda pionowego osadzania szkła (VAD - vapour phase axial deposition) (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 6

7 Reakcje chemiczne wykorzystywane w procesach CVD (osadzania szkła) Reakcje podwyższające współczynnik załamania szkła SiCl 4 + O 2 SiO 2 +2Cl 2 GeCl 4 + O 2 GeO 2 +2Cl 2 4POCl 3 + 3O 2 2P 2 O 5 +6Cl 2 Reakcje dające szkło o małym współczynniku załamania SiCl 4 + O 2 SiO 2 +2Cl 2 4BCl 3 + 3O 2 2B 2 O 3 +6Cl 2 (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 7

8 Metoda podwójnego tygla szkło: rdzenia płaszcza obszar dyfuzji dysza: wewnętrzna R = 0,5 do 1,5 mm zewnętrzna R = 2 do 3 mm (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 8

9 Wytwarzanie preformy - osadzanie zewnętrzne. OVD soot SiCl 4, CH 4, Prętwspornik O 2, etc. Soot preform Po naniesieniu warstw centralny pręt-wspornik jest usuwany (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 9

10 Osadzanie osiowe (VAD) Uchwyt Czyste powietrze Czujnik ciśnienia Powietrze Wylot gazów Zawór Kontroler Analizator średnicy Profil preformy SiCl 4, O 2, H 2 SiCl 4, O 2, H 2 Kamera Pirometr Monitor SiCl 4, GeCl 4, O 2, H 2 Sprzężenie zwrotne Uwaga: proces stosowany do produkcji włókien jednomodowych (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 10

11 Osadzanie metodą MCVD (lub IVD) Reagenty gazowe Rura ze szkła krzemionkowego Spiek szklany Osadzanie cząsteczek przed płomieniem Wylot SiCCl 4,GeCl 4, O 2 Cl 2, O 2,SiO C Palnik wodorotlenowy Rotacja rury Przesuw palnika (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 11

12 Kolaps i tworzenie preformy Procesy MCVD i OVD wymagają przeprowadzenia operacji zasklepiania rury (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 12

13 Urządzenie do wyciągania światłowodów Precyzyjne urządzenie podające Piec Układ sterowania Kontrola średnicy rdzenia Piec suszący pokrycie Precyzyjny bęben odbierający Przesuw bębna (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 13

14 Preferowane technologie i najwięksi producenci Preferowane technologie produkcji światłowodów OVD 50% rośnie MCVD 23% maleje VAD 23% rośnie PCVD 2% MCVD-plazma 2% Najwięksi producenci światłowodów (1996) Corning 6 mln km AT&T (Lucent) 4 mln km Siecor 2 mln km (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 14

15 Polscy wytwórcy światłowodów i kabli światłowodowych Światłowodowe kable telekomunikacyjne Fabryka Kabli "Ożarów", (Elektrim-kable) OTO-Lublin, Telekomunikacja Polska SA, Ośrodek Techniki Optotelekomunikacyjnej Zakłady kablowe Tele-Fonika, Zakład kabli światłowodowych, Myślenice Światłowody plastikowe Fibrochem, Lublin (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 15

16 Możliwości produkcyjne Mała firma Włókno jednomodowe do km/ miesiąc Włókno wielomodowe do km/ miesiąc Cena od 30 USD/km (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 16

17 Wytwarzanie preformy światłowodu plastikowego 3000 obr/min, 70 o C 50 obr/min, 95 o C 24 godziny 110 o C 24 godziny Wyciąganie włókna -160 o C o C (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 17

18 Metody wytwarzania światłowodów plastikowych 1. Wytłaczanie współbieżne (coextrusion) 2. Wyciąganie z preformy granulowany materiał płaszcza wytłaczarki granulowany materiał rdzenia preforma piec pomiar średnicy pomiar średnicy bęben bęben wałek napędowy wałek napędowy światłowód plastikowy światłowód plastikowy (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 18

19 Właściwości - światłowody jednomodowe* Tłumienie dopuszczalne wg. normy: <0.5 db/km nm <0.4 db/km nm Tłumienie typowe wg. katalogu: < 0.35 db/km nm < 0.25 db/km nm Dyspersja długość fali (nm) Max. dysp. chrom. (ps/km.nm) * Na podstawie danych katalogowych światłowodu jednomodowego Corning SMF-28 i standardu ITU G.652 (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 19

20 Właściwości - światłowody wielomodowe Tłumienie dopuszczalne wg. normy: <4 db/km nm <2 db/km nm Tłumienie typowe wg. katalogu: <2,5 db/km nm <0,8 db/km nm Dyspersja dla światłowodu wielomodowego definiowana jest w dziedzinie częstotliwości: wg normy: katalogowa >200 MHz/km nm do 600 MHz/km nm >200MHz/km nm do 800 MHz/km nm * Na podstawie danych katalogowych światłowodu Corning i standardu ITU G.651 Uwagi. Standard telekomunikacyjny ITU.651 zaleca światłowód 50/125. Standardy sieciowe np. IEEE dopuszczają inne światłowody wielomodowe. (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 20

21 Właściwości - światłowody plastikowe Materiał: PMMA Typ światłowodu: skokowy Tłumienie: 0,15 db/m. (650 nm, standard communication grade fibers) Teoretyczne minimum tłumienia (absorpcja molekularna + rozpraszanie Rayleigha) 37dB/km (516nm), 35dB/km (568nm), 106dB/km (650nm) Dyspersja (660nm): materiałowa - 7,8 ns/km ( λ 20nm), 0,78 ns/km ( λ 2nm) modowa ns/km (NA 0,5), 10 ns/km (NA 0,1) (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 21

22 Pytania kontrolne 1. Wymienić metody wytwarzania światłowodów włóknistych 2. Wymienić i zilustrować wykresem, składniki tłumienia światłowodu ze szkła krzemionkowego (c) Sergiusz Patela Technologia włókien i kable światłowodowe 22