Technologia światłowodów włóknistych

Technologia światłowodów włóknistych

Kable światłowodowe

Kable światłowodowe

Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze 
opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie 
niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła. 

©  Sergiusz Patela 1999-2003

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

2

Okna telekomunikacyjne 

i generacje systemów światłowodowych

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

0.3

0.5

1

0.1

3

5

10

30

50

Długosc fali

[

µm]

T

łumien

ie

[dB/km]

Tłumienie włókna ze szkła krzemionkowego w 
funkcji długości fali światła

I okn

o

II okno

III

 okn

o

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

3

Tłumienie światłowodu ze szkła krzemionkowego

 

Rozpraszanie Rayleigha ~

λ

-4

 

Absorpcja O H

-

 

2. 

Absorpcja  
molekularna: 
tlenki Si, 
G e,P,B 

Cr

++

 

Fe

++

 

0.6 0.8  1.0  1.2 

1.4 

1.6 

1.8 

0.3 

0.5 

1 

0.1 

3 

5 

10 

30 

50 

Długosc fali 

Tłum ienie 

[dB/km ] 

3. 

mokre szkło 

suche szkło (1 ppb O H

-

) 

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

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) ~2

µm

Rozpraszanie Rayleigh ~

λ

-4

Absorpcja w podczerwieni na jonach OH

-

: podstawowa 2.27 i

harmoniczne 1.37, 0.95 i 0.725 

µm

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

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 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

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 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

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 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

8

Metoda podwójnego tygla

szkło:

rdzenia

płaszcza

obszar 

dyfuzji

dysza: wewnętrzna

zewnętrzna

R = 0,5 do 1,5 mm

R = 2 do 3 mm

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

9

Wytwarzanie preformy - osadzanie zewnętrzne. 

OVD „soot”

Po naniesieniu warstw centralny 
pręt-wspornik jest usuwany

SiCl

4

, CH

4

,

O

2

, etc.

Pręt-

wspornik

Soot preform

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

10

Osadzanie osiowe (VAD)

Uwaga: proces stosowany 
do produkcji włókien 
jednomodowych

Uchwyt

Czyste powietrze

Monitor

Analizator 

średnicy

SiCl

4

, O

2

, H

2

SiCl

4

, O

2

, H

2

SiCl

4

, GeCl

4

, O

2

, H

2

Czujnik 

ciśnienia Powietrze

Zawór

Profil 

preformy

Kontroler

Wylot gazów

Kamera

Pirometr

Sprzężenie 

zwrotne

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

11

Osadzanie metodą MCVD (lub IVD)

Rura ze szkła 

krzemionkowego

Reagenty 

gazowe

Spiek szklany

Palnik wodorotlenowy

Przesuw palnika

Rotacja rury

Osadzanie cząsteczek 

przed płomieniem

Wylot

1600°C

SiCCl

4

, GeCl

4

, O

2

Cl

2

, O

2

, SiO

2

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

12

Kolaps i tworzenie preformy

Procesy MCVD i OVD wymagają 
przeprowadzenia operacji zasklepiania rury

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

13

Urządzenie do wyciągania światłowodów

Precyzyjne 
urządzenie 
podające

Piec

Kontrola średnicy rdzenia

Przesuw bębna

Układ 
sterowania

Piec 
suszący 
pokrycie

Precyzyjny 
bęben 
odbierający

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

14

Preferowane technologie i najwięksi producenci

2 mln km

Siecor

4 mln km

AT&T (Lucent)

6 mln km

Corning

Najwięksi producenci światłowodów (1996)

2%

MCVD-plazma

2%

PCVD

23% rośnie

VAD

23% maleje

MCVD

50% rośnie

OVD

Preferowane technologie produkcji światłowodów

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

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 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

16

Możliwości produkcyjne

„Mała” firma

Włókno jednomodowe - 15 000 do 20 000 km/ miesiąc

Włókno wielomodowe - 1 500 do 2 000 km/ miesiąc

Cena od 30 USD/km

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

17

3000 obr/min, 

70

o

C

50 obr/min, 95

o

C 

24 godziny

110

o

C  

24 godziny

Wyciąganie włókna  -160

o

C... 230

o

C

Wytwarzanie preformy światłowodu plastikowego

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

18

1. Wytłaczanie współbieżne (coextrusion)

2. Wyciąganie z preformy

granulowany materiał 

płaszcza

granulowany materiał 

rdzenia

wytłaczarki

wałek napędowy

bęben

pomiar średnicy

światłowód

plastikowy

wałek napędowy

bęben

pomiar średnicy

światłowód

plastikowy

preforma

piec

Metody wytwarzania światłowodów plastikowych

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

19

Właściwości - światłowody jednomodowe*

Dyspersja

* Na podstawie danych katalogowych światłowodu jednomodowego Corning SMF-28 i 
standardu ITU G.652

Tłumienie dopuszczalne 
wg. normy:

<0.5 dB/km - 1310 nm

<0.4 dB/km - 1500 nm

Tłumienie typowe wg. 
katalogu:

< 0.35 dB/km - 1300 nm

< 0.25 dB/km - 1550 nm

długość fali (nm)

Max. dysp. chrom. 

(ps/km.nm)

1288-1339

3.5

1271-1360

5.3

1550

18

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

20

Właściwości - światłowody wielomodowe

Tłumienie dopuszczalne 
wg. normy:

<4 dB/km - 850 nm

<2 dB/km - 1300 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 802.3 dopuszczają inne światłowody wielomodowe.

Tłumienie typowe wg. 
katalogu:

<2,5 dB/km - 850 nm

<0,8 dB/km - 1300 nm

Dyspersja dla światłowodu wielomodowego definiowana jest w 
dziedzinie częstotliwości:

wg normy:

katalogowa

>200 MHz/km - 850 nm

do 600 MHz/km - 850 nm

>200MHz/km - 1300 nm

do 800 MHz/km - 1300 nm

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

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 - 240 ns/km (NA 0,5), 10 ns/km (NA 0,1)

(c) Sergiusz Patela 1999-2003

Technologia włókien i kable światłowodowe

22

Pytania kontrolne

1. Wymienić metody wytwarzania światłowodów włóknistych

2. Wymienić i zilustrować wykresem, składniki tłumienia 
światłowodu ze szkła krzemionkowego