Kuigi see võib tunduda maagia või ulmena, on fiiberoptiline tehnoloogia väga teaduslik ja eksisteerinud juba üle poole sajandi. Aga kuidas see toimib? Kuidas klaasist saab fiiberoptika? Kuidas saab valgus läbi kaabli edastada ja sihtkohta jõuda? (Vihje: see pole päkapikk ja päkapikud.)
1970. aastal komistasid Corning Incorporationi uurimislabori insenerid Corningis, NY-s valemiga klaaskiudude valmistamiseks, mis võiksid edastada valgusimpulsse, mis sisaldavad andmeid, mida saaks seejärel lugeda arvutitega. Kuni selle ajani said andmed liikuda ainult vaskjuhtmete kaudu. Sellele avastusele tuginedes katsetasid nad kiudoptilist andmeedastust pikema vahemaa tagant ja seda kõike minimaalse signaalikaoga. See uus "madala kadu" kiud, nagu see tuntuks sai, käivitas andme- ja telekommunikatsioonitehnoloogia revolutsiooni, mis jätkub üle poole sajandi hiljem. Aga kuidas seda klaaskiudu tehakse?
3 C-d kiudaineid
Et mõista, miks kiud on valmistatud nii, nagu see on valmistatud, on oluline kõigepealt mõista, kuidas valgus liigub. Valguslained liiguvad sirgjooneliselt, kuni nad tabavad objekti, mis neid peegeldab, murdub või neelab. Fiiberoptika on loodud minimeerimapeegeldusmaksimeeridesmurdumineja kõrvaldadesimendumine. Kiudoptika väljakutse oli valgussignaali hoidmine kiu sees algusest lõpuni. See vajadus hoida signaali kiu sees määras materjalid ja protsessi, mille käigus vedel klaas muutub kasutatavaks kiudoptiliseks kaabliks.
Igas fiiberoptika ahelas on kolm peamist komponenti:südamik, vooder,jakatmine.
Kiudoptilised kiud koosnevad nendest kihtidest, millest igaüks täidab valguse kaudu andmete edastamisel erinevat funktsiooni.
Vastupidiselt levinud arvamusele,tuum, kuhu valgus liigub, ei ole õõnes. See on hoopis tahke ülipuhas ränidioksiidklaas – nii puhas, selle saasteainete taset mõõdetakse osades miljardi kohta. See puhtuse tase on oluline selleks, et valgussignaal liiguks mööda kiuahelat alla valguskvaliteeti halvendamata, mis halvendaks andmeid. Iga kord, kui valgus objekti tabab, kaotab see veidi jõudu. Kiudoptilise signaali edastamise edu võti on selle kadu minimeerimine üliselge klaasi kasutamisega. Mida selgem on klaas, seda parem on valgussignaal otsast lõpuni.
Teine, vähem puhas klaasikiht, mida nimetataksevooderdusümbritseb kogu kiusüdamiku pikkuses. See kiht toimib reflektorina, et hoida valgust südamiku sees, kui see sihtkohta liigub. Ilma katteta pääseks valgus südamikust välja ja kaoks. Kattega aga liigub valgus sihtpunkti minimaalse signaalikaoga, säilitades andmete terviklikkuse algusest lõpuni.
Kattekiht ei lase valgusel südamikust välja pääseda.
Kolmas ja viimane komponent on õhuke kummkatminemis kaitseb kiudu kriimustuste eest ning hõlbustab paigaldajatel ja tehnikutel kiudude korrastamist. Tavaliselt on kate ühendamise ja paigaldamise hõlbustamiseks värvikoodiga.
Vaatame samm-sammult protsessi, mis algab toorkemikaalidest ja muudab need valmis kiuks.
Laydown & Consolidation
Kiudude valmistamine algab keraamilise peibutusvarda riputamisega ülipuhtasse ja kontrollitavasse kliimaseadmesse ränidioksiidi, ülipuhta ränidioksiidi vormi, meelitamiseks. Ränidioksiid klammerdub keraamilise varda külge ja moodustab paksu klaasist silindri, mida nimetatakse eelvormiks. Konsolideerimisprotsess eemaldab seejärel kõrge temperatuuriga ahjus vastloodud eelvormist igasuguse niiskuse ja muudab sisse karestatud ränidioksiidi siledaks, mittepoorseks klaasiks enne otste paagutamist/sulatamist, et see vormida ja kasutamiseks ette valmistada. järgmine samm. Selle protsessi tulemuseks on optilise kiu toorik, millest saab kolmandas etapis kiud.
Draw on koht, kus kuum klaas muutub piisavalt õhukeseks, et muuta see fiiberoptiliseks südamikuks ja kattekihiks.
Joonista
Viimane samm fiiberoptilise kaabli klaasosa loomisel on tõmbamine, mis algab sellest, et äsja moodustunud toorik ripub vertikaalselt ülikuuma ahju sees, kuumutades klaasi sulamistemperatuurini. Tooriku ots kuumeneb, pehmeneb ja hakkab aeglaselt langema, moodustades allapoole teel väga õhukese klaasikiibi, mis on nii õhuke, et seda mõõdetakse mikronites. Sellest harust saab südamik ja vooder. Sõltuvalt suurusest võib iga toorik toota kuni 5 kilomeetrit kiudu.
Katmine
Kui klaaskiud on jahtunud, keritakse see suurtele poolidele ja saadetakse viimistlustehasesse, kus see keritakse lahti ja saadetakse läbi masina, mis katab niidi välisküljele õhukese kummikihi. Kiudude katmine ei suurenda oluliselt üldist tugevust. Klaas on iseenesest piisavalt tugev. Selle asemel takistab kate kiudude kriimustamist ja hõlbustab paigaldajatel kiudude käsitsemist ja ühenduskoha leidmist, sarnaselt sellele, kuidas vasktraadid on hõlpsasti organiseeritud värvikoodiga.
Kaabeldus
Nii vastupidavad kui kiudoptilised kiud on, kaitseme neid siiski soomustega, mis on täiendava kaitsekihina ilmastiku ja muude tingimuste eest.
Kuigi üksikud fiiberoptilised ahelad võivad ise kanda suurel hulgal andmeid, on kiudoptika tavaliselt paigaldamise hõlbustamiseks ja elementide eest kaitsmiseks kaablitesse ühendatud. Sageli seotakse üksikud kiud 12-, 24-, 48-, 72- ja 96-kiudude värvilisteks lintideks, mis asetatakse seejärel kaitsva kummi või metalli sisse kanal naabruses kasutuselevõtuks.
Kui kiud jõuavad koju või ettevõttesse, eraldatakse need klientide teenindamiseks uuesti üksikuteks kiududeks. See võimaldab paljudel klientidel saada teenust ühest maa sees olevast kaablikimbust, ilma et ükski neist naabritega ribalaiust jagaks, sest iga leibkond saab oma spetsiaalse kiu.
Kui välisest allikast tulenevaid kahjustusi vältida, peaks fiiberoptiline kaabel kestma Interneti-kasutajate põlvkondi praktiliselt piiramatu ribalaiuse ja kiirusega.