technologia światłowodów włóknistych kable światłowodowe · technologia światłowodów...

Technologia światłowodów włóknistychTechnologia światłowodów włóknistychKable światłowodoweKable 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

0.30.5

1

0.1

35

10

3050

Długosc fali[µm]

Tłum

ieni

e[dB/km]

Tłumienie włókna ze szkła krzemionkowego w funkcji długości fali światła

I okn

o

II ok

no

III o

kno


Tłumienie światłowodu ze szkła krzemionkowego

Rozpraszanie Rayleigha ~λ -4

Absorpcja OH- 2.

Absorpcja molekularna: tlenki Si, Ge,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

D ługosc fali

T łumienie [dB/km]

3.

mokre szk ło

suche szk ło (1 ppb OH -)


Właściwości szkła kwarcowego

Wzór chemiczny SiO2

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 iharmoniczne 1.37, 0.95 i 0.725 µm


Struktura szkła kwarcowego

Struktury kryształu kwarcu: przedstawiono dwuwymiarową siećkrystaliczną

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.


Metody wytwarzania światłowodów włóknistych

1. Metoda podwójnego tygla2. Metoda zewnętrznego osadzania szkła (OVD, "soot")3. Metoda wewnętrznego osadzania szkła (MCVD, PCVD)4. Metoda pionowego osadzania szkła (VAD - vapour phase

axial deposition)


Reakcje chemiczne wykorzystywane w procesach CVD (osadzania szkła)

Reakcje podwyższające współczynnik załamania szkłaSiCl4 + O2 → SiO2 +2Cl2

GeCl4 + O2 → GeO2 +2Cl2

4POCl3 + 3O2 → 2P2O5 +6Cl2

Reakcje dające szkło o małym współczynniku załamaniaSiCl4 + O2 → SiO2 +2Cl2

4BCl3 + 3O2 → 2B2O3 +6Cl2


Metoda podwójnego tygla

szkło:

rdzenia

płaszcza obszar dyfuzji

dysza: wewnętrzna

zewnętrznaR = 0,5 do 1,5 mm

R = 2 do 3 mm


Wytwarzanie preformy - osadzanie zewnętrzne. OVD „soot”

Po naniesieniu warstw centralny pręt-wspornik jest usuwany

SiCl4, CH4,

O2, etc.

Pręt-wspornik

Soot preform


Osadzanie osiowe (VAD)

Uwaga: proces stosowany do produkcji włókien jednomodowych

Uchwyt Czyste powietrze

Monitor

Analizator średnicy

SiCl4, O2, H2

SiCl4, O2, H2

SiCl4, GeCl4, O2, H2

Czujnik ciśnienia Powietrze

Zawór

Profil preformy

Kontroler

Wylot gazów

Kamera

Pirometr

Sprzężenie zwrotne


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°CSiCCl4, GeCl4, O2 Cl2, O2, SiO2


Kolaps i tworzenie preformy

Procesy MCVD i OVD wymagają przeprowadzenia operacji zasklepiania rury


Urządzenie do wyciągania światłowodówPrecyzyjne urządzenie podające

Piec

Kontrola średnicy rdzenia

Przesuw bębna

Układ sterowania

Piec suszący pokrycie Precyzyjny

bęben odbierający


Preferowane technologie i najwięksi producenci

2 mln kmSiecor4 mln kmAT&T (Lucent)6 mln kmCorning

Najwięksi producenci światłowodów (1996)

2%MCVD-plazma2%PCVD23% rośnieVAD23% malejeMCVD50% rośnieOVD

Preferowane technologie produkcji światłowodów


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


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


3000 obr/min, 70 oC

50 obr/min, 95 oC 24 godziny

110 oC 24 godziny

Wyciąganie włókna -160 oC... 230 oC

Wytwarzanie preformy światłowodu plastikowego


1. Wytłaczanie współbieżne (coextrusion) 2. Wyciąganie z preformy

granulowany materiał płaszcza

granulowany materiał rdzenia

wytłaczarki

wałek napędowy

bęben

pomiar średnicy

światłowódplastikowy

wałek napędowy

bęben

pomiar średnicy

światłowódplastikowy

preforma

piec

Metody wytwarzania światłowodów plastikowych


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 3.51271-1360 5.3

1550 18


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


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)


Pytania kontrolne

1. Wymienić metody wytwarzania światłowodów włóknistych

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

technologia światłowodów włóknistych kable światłowodowe · technologia światłowodów...

Documents