Was sind die Komponenten der optischen Faser
Was sind die Komponenten der optischen Faser? Eine typische optische Faser besteht aus drei Hauptkomponenten: dem Kern, der das Licht trägt; die Hülle, die den Kern mit einem niedrigeren Brechungsindex umgibt und das Licht enthält; und die Beschichtung, die die zerbrechliche Faser im Inneren schützt.
Ader
Der Kern , der das Licht trägt, ist der kleinste Teil der Lichtleitfaser. Der optische Faserkern besteht normalerweise aus Glas, obwohl einige aus Kunststoff bestehen. Das im Kern verwendete Glas ist hochreines Siliziumdioxid (SiO2), ein Material, das so klar ist, dass Sie durch 8 km hindurchschauen können, als würden Sie durch ein Haushaltsfenster schauen.
Bei der Herstellung werden Dotierstoffe wie Germaniumoxid, Phosphorpentoxid oder Aluminiumoxid verwendet, um den Brechungsindex unter kontrollierten Bedingungen zu erhöhen.
Lichtwellenleiterkerne werden in unterschiedlichen Durchmessern für unterschiedliche Anwendungen hergestellt. Typische Glaskerne reichen von 3,7 um bis zu 200 um. Kerngrößen, die üblicherweise in der Telekommunikation verwendet werden, sind 9 um, 50 um und 62,5 um. Kunststoff-Lichtwellenleiterkerne können viel größer als Glas sein. Eine beliebte Kunststoffkerngröße ist 980um.
Verkleidung
Der Mantel umgibt den Kern und liefert den niedrigeren Brechungsindex, damit die Lichtleitfaser funktioniert. Wenn eine Glasummantelung verwendet wird, werden die Ummantelung und der Kern zusammen aus dem gleichen Material auf Siliziumdioxidbasis in einem permanent verschmolzenen Zustand hergestellt. Der Herstellungsprozess fügt dem Kern und dem Mantel unterschiedliche Mengen an Dotierstoffen hinzu, um einen Unterschied im Brechungsindex zwischen ihnen von etwa 1% aufrechtzuerhalten.
Ein typischer Kern kann einen Brechungsindex von 1,49 bei 1300 nm aufweisen, während der Mantel einen Brechungsindex von 1,47 aufweisen kann. Diese Zahlen sind jedoch wellenlängenabhängig. Der Kern derselben Faser hat einen unterschiedlichen Brechungsindex bei einer unterschiedlichen Wellenlänge.
Wie der Kern wird die Ummantelung in Standarddurchmessern hergestellt. Die beiden am häufigsten verwendeten Durchmesser sind 125 und 140 um. Die 125-µm-Ummantelung unterstützt normalerweise Kerngrößen von 9, 50, 62,5 und 85 µm. Die 140-um-Ummantelung hat typischerweise einen 100-um-Kern.
Glasur
Die Beschichtung ist die ture Schutzschicht der Lichtleitfaser. Die Beschichtung absorbiert Stöße, Kerben, Kratzer und sogar Feuchtigkeit, die die Verkleidung beschädigen könnten. Ohne die Beschichtung ist die optische Faser sehr zerbrechlich. Ein einzelner mikroskopischer Einschnitt in der Ummantelung kann dazu führen, dass die Lichtleitfaser beim Biegen bricht. Die Beschichtung ist für Vollglasfasern unverzichtbar und wird ohne sie nicht verkauft.
Die Beschichtung ist ausschließlich schützend. Es trägt in keiner Weise zur Lichtleitfähigkeit der optischen Faser bei. Der Außendurchmesser der Beschichtung beträgt typischerweise entweder 250 um oder 500 um. Im Allgemeinen ist die Beschichtung farblos. In einigen Anwendungen ist die Beschichtung jedoch gefärbt, so dass einzelne Lichtleitfasern in einer Gruppe von Lichtleitfasern identifiziert werden können.
Die Beschichtung, die sich auf einer optischen Faser befindet, wird für eine bestimmte Art von Leistung oder Umgebung ausgewählt. Eine der häufigsten Beschichtungsarten ist Acrylat. Diese Beschichtung wird typischerweise in zwei Schichten aufgebracht. Die Grundierung wird direkt auf die Verkleidung aufgebracht. Diese Beschichtung ist weich und bildet beim Biegen ein Polster für die Lichtleitfaser. Die Sekundärbeschichtung ist härter als die Primärbeschichtung und bietet eine harte Außenfläche. Acrylat weist jedoch eine begrenzte Temperaturbeständigkeit auf. Typische Acrylate können bei Temperaturen bis zu 125 ° C funktionieren.
Silikon, Kohlenstoff und Polyimid sind Beschichtungen, die sich auf optischen Fasern befinden können, die in rauen Umgebungen wie Avionik, Luft- und Raumfahrt und im Weltraum eingesetzt werden. Sie können auch auf Glasfasern für den Bergbau oder für Öl- und Gasbohrungen verwendet werden.
Standards
Obwohl viele Kombinationen von Kern- und Mantelgrößen möglich sind, sind Standards erforderlich, um sicherzustellen, dass Steckverbinder und Geräte richtig aufeinander abgestimmt werden können. Dies ist besonders wichtig, wenn es sich um Komponenten handelt, die so klein sind wie die in Glasfaserkabeln verwendeten, bei denen selbst geringfügige Fehlausrichtungen das gesamte System unbrauchbar machen können.
Zwei Organisationen veröffentlichen Standards, die die Leistung von optischen Fasern definieren, die in der Telekommunikationsbranche verwendet werden. Sie sind der Verband der Telekommunikationsindustrie (TIA) und die International Telecommunications Union (ITU). Während TIA und ITU viele Standards für Glasfasern veröffentlichen, sind die wichtigsten Standards, mit denen Sie vertraut sein sollten, ANSI / TIA-568-C.3, ITU-TG.653, ITU-TG.655 und ITU-T G.657.
Der ANSI / TIA-568-C.3-Standard gilt für Glasfaserkabelkomponenten in Gebäuden. Die ITU-Standards gelten für Singlemode-Glasfaserkabel. Das Folgende sind ihre Beschreibungen:
> ITU-TG.652: Eigenschaften einer Singlemode-Glasfaser und eines -kabels
> ITU-T G.655: Eigenschaften einer dispersionsverschobenen Singlemode-Glasfaser und eines -kabels
> ITU-T G.657: Eigenschaften einer dispersionsverschobenen Einmoden-Lichtleitfaser und eines -kabels ungleich Null
Diese Standards enthalten wichtige Informationen, die die Leistung der Glasfaser, des Glasfaser-Netzwerkkabels und von Komponenten wie optischen Steckverbindern und Spleißen definieren.
Materialien
Optische Fasern werden üblicherweise mit einem Glaskern und einer Glasummantelung hergestellt. Es können jedoch auch andere Materialien verwendet werden, wenn die Leistung der Faser mit den Kosten für die Installation der Faser, die Ausstattung mit Steckverbindern und den Schutz vor Beschädigungen in Einklang gebracht werden muss. In vielen Fällen müssen Fasern nur eine kurze Strecke zurücklegen, und die Vorteile einer hohen Qualität aller Glasfasern verlieren an Bedeutung, als nur Geld zu sparen. Es gibt auch Umstände, unter denen die Fasern harten Bedingungen wie Vibrationen, extremen Temperaturen, wiederholter Handhabung oder ständiger Bewegung ausgesetzt sind. Unterschiedliche Faserklassifizierungen wurden entwickelt, um unterschiedlichen Bedingungen, Kostenfaktoren und Leistungsanforderungen gerecht zu werden.
Die wichtigsten Faserklassifizierungen nach Material sind :
Glasfasern : Diese haben einen Glaskern und eine Glasummantelung. Sie werden verwendet, wenn hohe Datenraten, lange Übertragungsdistanzen oder eine Kombination aus beiden erforderlich sind. Glasfasern sind die zerbrechlichsten der verschiedenen verfügbaren Typen. Daher müssen sie in Umgebungen installiert werden, in denen sie keinem starken Missbrauch ausgesetzt sind, oder sie müssen durch spezielle Kabel oder Gehäuse geschützt werden, um dies zu gewährleisten nicht beschädigt.
Glasfasern sind häufig in Ferndaten- und Interbuilding- und Interoffice-Netzwerkanwendungen zu finden.
Kunststoffbeschichtete Kieselsäure (PCS) : Diese Fasern haben einen Glaskern und eine Kunststoffbeschichtung. Der Kern ist größer als Vollglasfaser; typischerweise 200 um mit einer Plattierungsdicke von 50 um. Wie eine silikonbeschichtete optische Glasfaser wird die Kunststoffbeschichtung einer optischen PCS-Faser typischerweise mit einem thermoplastischen Puffer verwendet, der die Kunststoffummantelung umgibt. Eine typische PCS-Faserspezifikation wäre 200/300 um. Die Kunststoffummantelung dient auch als Schutzschicht für den Glaskern, so dass die normalerweise bei Vollglasfasern vorhandene Beschichtung bei PCS-Fasern nicht enthalten ist. PCS-Fasern werden typischerweise für industrielle Sensoranwendungen und medizinische / zahnmedizinische Anwendungen verwendet.
Hartes Siliciumdioxid (HCS) : Diese Fasern ähneln PCS-Fasern, haben jedoch einen Glaskern mit einer Ummantelung aus einem harten Polymer oder einem anderen Material, das typischerweise fester als andere Ummantelungsmaterialien ist. Hart umhüllte Quarzglasfasern werden häufig an Orten verwendet, an denen Robustheit im Vordergrund steht, z. B. in der Fertigung, in der Fabrikautomation und in anderen Bereichen, in denen Schock und Vibration Standardglasfasern unzuverlässig machen würden. HCS-Lichtwellenleiter sind typischerweise viel größer als Glaslichtwellenleiter. Eine sehr beliebte Größe ist 200 / 230µm.
Kunststofffaser : Diese Fasern haben einen Kunststoffkern und eine Kunststoffummantelung. Sie werden aufgrund ihrer geringen Kosten, Robustheit und Benutzerfreundlichkeit ausgewählt und dort installiert, wo keine hohe Bandbreite und große Übertragungsentfernungen erforderlich sind. Kunststofffasern eignen sich zwar nicht für Hochleistungsübertragungen über große Entfernungen, sie können jedoch über Entfernungen von weniger als 100 m Signale mit nützlichen Datenraten übertragen. Eine sehr beliebte Größe ist 980 / 1000µm. Kunststofffasern sind normalerweise für sichtbare Wellenlängen im Bereich von 650 nm ausgelegt. Einige typische Standorte für Kunststofffasern umfassen Heimunterhaltungssysteme, Automobil- und Fertigungssteuersysteme. Sie können auch in Verbindungen zwischen Computern und Peripheriegeräten sowie in medizinischen Geräten verwendet werden.
Die vorteile von großen kern kunststoff optische faser
Es ist leicht, sich über die hohen Bandbreiten- und Fernübertragungsfähigkeiten von Glasfasern zu freuen. Es ist deutlich besser als jedes andere Medium. Viele Anwendungen erfordern jedoch keine hohe Bandbreite über große Entfernungen. Es gibt viele Anwendungen für Lichtwellenleiter in Ihrem Zuhause. Möglicherweise verfügen Sie bereits über ein Home Entertainment-System, das eine optische Kunststofffaser verwendet, oder Sie besitzen ein Auto, das eine optische Kunststofffaser zum Anschließen von Audiogeräten oder einen DVD-Wechsler verwendet. Keine dieser Anwendungen erfordert eine hohe Bandbreite über große Entfernungen. Diese Anwendungen sind ideal für optische Fasern aus Kunststoff mit großem Kern. Optische Kunststofffasern sind in der Regel für den Betrieb bei einer sichtbaren Wellenlänge im Bereich von 650 nm ausgelegt. Die Möglichkeit, das Licht zu sehen, wenn es aus der optischen Faser austritt, hat einen signifikanten Vorteil; Es ist keine teure Testausrüstung erforderlich. Ein Leistungsmesser wird benötigt, um das Licht zu messen, das aus einer im Infrarotbereich arbeitenden Glasfaser austritt. Leistungsmesser können mehr kosten als Ihr Home Entertainment-System.
Der große Kern der optischen Kunststofffaser hat einen weiteren Vorteil gegenüber kleinen Glasfasern: Es ist einfach, sie mit einer anderen Faser oder einer Lichtquelle oder einem Detektor auszurichten. Stellen Sie sich vor, Sie richten zwei menschliche Haare so aus, dass sich die Enden berühren und perfekt zentriert sind. Stellen Sie sich nun vor, Sie machen dasselbe mit zwei ungekochten Spaghettinudeln.
