Ik wil alles weten

Glasvezel

Pin
Send
Share
Send


Optische vezels.

Een glasvezel (of glasvezel) is een glas- of kunststofvezel die is ontworpen om licht langs zijn lengte te geleiden door zoveel mogelijk licht in een zich voortplantende vorm te beperken. In vezels met een grote kerndiameter is de opsluiting gebaseerd op totale interne reflectie. In kernvezels met een kleinere diameter (veel gebruikt voor de meeste communicatieverbindingen langer dan 200 meter (m)) is de opsluiting afhankelijk van het tot stand brengen van een golfgeleider. Glasvezel is de overlap van toegepaste wetenschap en techniek met betrekking tot dergelijke optische vezels. Optische vezels worden veel gebruikt in glasvezelcommunicatie, waardoor overdracht over langere afstanden en met hogere gegevenssnelheden mogelijk is dan andere vormen van bekabelde en draadloze communicatie. Ze worden ook gebruikt om sensoren te vormen, en in een verscheidenheid aan andere toepassingen.

De term optische vezel omvat een reeks verschillende ontwerpen, waaronder optische vezels met gradiëntindex, optische vezels met stapindex, dubbelbrekende polarisatiebehoudende vezels en meer recentelijk fotonische kristalvezels, met het ontwerp en de golflengte van het licht dat zich voortplant in de vezel dicteren of het multi-mode optische vezel of single-mode optische vezel zal zijn. Vanwege de mechanische eigenschappen van de meer gebruikelijke optische glasvezels zijn speciale methoden nodig om vezels te splitsen en aan te sluiten op andere apparatuur. Vervaardiging van optische vezels is gebaseerd op het gedeeltelijk smelten van een chemisch gedoteerde voorvorm en het trekken van het stromende materiaal op een trektoren. Vezels zijn ingebouwd in verschillende soorten kabels, afhankelijk van hoe ze zullen worden gebruikt.

Geschiedenis

Het lichtgeleidende principe achter optische vezels werd voor het eerst gedemonstreerd door Daniel Collodon en Jaques Babinet in de jaren 1840, met de Ierse uitvinder John Tyndall die tien jaar later openbare displays aanbood met behulp van waterfonteinen.1 Praktische toepassingen, zoals nauwe interne verlichting tijdens de tandheelkunde, verschenen begin van de twintigste eeuw. Beeldoverdracht via buizen werd onafhankelijk aangetoond door de radio-experimentator Clarence Hansell en de televisiepionier John Logie Baird in de jaren 1920. Het principe werd in het volgende decennium voor het eerst gebruikt voor interne medische onderzoeken door Heinrich Lamm. Moderne optische vezels, waarbij de glasvezel is bedekt met een transparante bekleding om een ​​meer geschikte brekingsindex te bieden, verschenen in de jaren 1950. Optische vezels werden praktisch voor gebruik in communicatie in de late jaren zeventig, zodra de verzwakking voldoende was verminderd; sindsdien zijn verschillende technische vooruitgangen geboekt om de verzwakking en dispersie-eigenschappen van optische vezels te verbeteren (d.w.z. signalen verder te laten reizen en meer informatie te vervoeren) en de kosten van vezelcommunicatiesystemen te verlagen.

In 1952 voerde natuurkundige Narinder Singh Kapany experimenten uit die leidden tot de uitvinding van optische vezels, gebaseerd op eerdere studies van Tyndall. Latere ontwikkeling, in de vroege tot midden twintigste eeuw, was gericht op de ontwikkeling van vezelbundels voor beeldoverdracht, met als primaire toepassing de medische gastroscoop. De eerste semi-flexibele gastroscoop met optische vezel werd gepatenteerd door Basil Hirschowitz, C. Wilbur Peters en Lawrence E. Curtiss, onderzoekers aan de Universiteit van Michigan, in 1956. Tijdens de ontwikkeling van de gastroscoop produceerde Curtiss de eerste glazen bekleding vezels;

Toepassingen

Optische vezel communicatie

Glasvezel kan worden gebruikt als een medium voor telecommunicatie en netwerken omdat het flexibel is en als kabels kan worden gebundeld. Het is vooral voordelig voor communicatie over lange afstanden, omdat licht zich door de vezel voortplant met weinig demping in vergelijking met elektrische kabels. Hierdoor kunnen lange afstanden worden overbrugd met enkele repeaters. Bovendien kunnen de lichtsignalen die zich voortplanten in de vezel worden gemoduleerd met snelheden tot 40 Gigabit (Gb) / s, en elke vezel kan vele onafhankelijke kanalen dragen, elk met een verschillende golflengte van licht. In totaal kan een enkele glasvezelkabel gegevens vervoeren met snelheden tot 14444 Terabit (Tb) / s. Over korte afstanden, zoals netwerken binnen een gebouw, bespaart glasvezel ruimte in kabelgoten omdat een enkele vezel veel meer gegevens kan vervoeren dan een enkele elektrische kabel. Vezel is ook immuun voor elektrische interferentie, die overspraak tussen signalen in verschillende kabels en het opnemen van omgevingsruis voorkomt. Omdat ze niet-elektrisch zijn, kunnen vezelkabels worden gebruikt in omgevingen waar explosieve dampen aanwezig zijn, zonder gevaar voor ontsteking.

Hoewel vezels kunnen worden gemaakt van transparant plastic, glas of een combinatie van beide, zijn de vezels die worden gebruikt in telecommunicatietoepassingen over lange afstand altijd glas, vanwege de lagere optische demping. Zowel multi-mode als single-mode vezels worden gebruikt in communicatie, met multi-mode fiber meestal gebruikt voor korte afstanden (tot 500 m), en single-mode fiber gebruikt voor langere afstand "links". Vanwege de nauwere toleranties die nodig zijn om licht in en tussen single-mode vezels te koppelen, zijn single-mode zenders, ontvangers, versterkers en andere componenten over het algemeen duurder dan multi-mode componenten.

Vezeloptische sensoren

Optische vezels kunnen worden gebruikt als sensoren om spanning, temperatuur, druk en andere parameters te meten. Het kleine formaat en het feit dat er op de externe locatie geen elektrisch vermogen nodig is, geeft de vezeloptische sensor voordelen voor conventionele elektrische sensoren in bepaalde toepassingen.

Optische vezels worden gebruikt als hydrofoons voor seismische of SONAR-toepassingen. Hydrofoonsystemen met meer dan 100 sensoren per glasvezelkabel zijn ontwikkeld. Hydrofoonsensorsystemen worden gebruikt door de olie-industrie en door de zeestrijdkrachten van enkele landen. Zowel op de bodem gemonteerde hydrofoonarrays als gesleepte streamersystemen zijn in gebruik. Het Duitse bedrijf Sennheiser ontwikkelde een microfoon die werkte met een laser en optische vezels.2

Optische vezelsensoren voor temperatuur en druk zijn ontwikkeld voor metingen in boorputten in oliebronnen. De optische vezelsensor is zeer geschikt voor deze omgeving omdat deze werkt bij te hoge temperaturen voor halfgeleidersensoren (Distributed Temperature Sensing).

Een ander gebruik van de optische vezel als sensor is de optische gyroscoop die wordt gebruikt in de Boeing 767, sommige automodellen (voor navigatiedoeleinden) en waterstofsensoren.

Ander gebruik van optische vezels

Een frisbee verlicht door glasvezel

Vezels worden veel gebruikt in verlichtingstoepassingen. Ze worden gebruikt als lichtgeleiders in medische en andere toepassingen waarbij helder licht op een doel moet worden geschenen zonder een duidelijk zichtpad. In sommige gebouwen worden optische vezels gebruikt om zonlicht van het dak naar andere delen van het gebouw te leiden (zie niet-beeldvormende optica). Verlichting met optische vezels wordt ook gebruikt voor decoratieve toepassingen, zoals borden, kunst en kunstmatige kerstbomen. Swarovski-boetieks gebruiken optische vezels om hun kristalvitrines vanuit veel verschillende hoeken te verlichten, terwijl slechts één lichtbron wordt gebruikt. Optische vezel is een intrinsiek onderdeel van het lichtdoorlatende betonbouwproduct, LiTraCon.

Optische vezel wordt ook gebruikt in beeldvormende optica. Een coherente bundel vezels wordt gebruikt, soms samen met lenzen, voor een lang, dun beeldapparaat dat een endoscoop wordt genoemd en dat wordt gebruikt om objecten door een klein gaatje te bekijken. Medische endoscopen worden gebruikt voor minimaal invasieve exploratieve of chirurgische procedures (endoscopie). Industriële endoscopen (zie fibercope of borescope) worden gebruikt voor het inspecteren van alles wat moeilijk bereikbaar is, zoals het interieur van een straalmotor.

Een optische vezel gedoteerd met bepaalde zeldzame-aardelementen zoals erbium kan worden gebruikt als versterkingsmedium van een laser of optische versterker. Met zeldzame aarde gedoteerde optische vezels kunnen worden gebruikt om signaalversterking te verschaffen door een kort gedeelte van gedoteerde vezel te splitsen in een normale (ongedoteerde) optische vezellijn. De gedoteerde vezel wordt optisch gepompt met een tweede lasergolflengte die naast de signaalgolf in de lijn is gekoppeld. Beide golflengten van licht worden doorgelaten door de gedoteerde vezel, die energie overbrengt van de tweede pompgolflengte naar de signaalgolf. Het proces dat de versterking veroorzaakt, is gestimuleerde emissie.

Optische vezels gedoteerd met een golflengteverschuiver worden gebruikt om scintillatielicht te verzamelen in fysica-experimenten.

Optische vezel kan worden gebruikt om een ​​laag vermogen (ongeveer één watt) te leveren aan elektronica die zich in een moeilijke elektrische omgeving bevindt. Voorbeelden hiervan zijn elektronica in krachtige antenne-elementen en meetapparatuur die wordt gebruikt in hoogspanningstransmissieapparatuur.

Werkingsprincipe

Een optische vezel is een cilindrische diëlektrische golfgeleider die licht doorlaat langs zijn as, door het proces van totale interne reflectie. De vezel bestaat uit een kern omgeven door een bekledingslaag. Om het optische signaal in de kern te beperken, moet de brekingsindex van de kern groter zijn dan die van de bekleding. De grens tussen de kern en de bekleding kan ofwel abrupt zijn, in vezel met stapindex, of geleidelijk in vezel met gradiëntindex.

Multimode vezel

De verspreiding van licht door een multi-mode optische vezel.

Vezel met een grote (groter dan 10 micrometer (μm) kerndiameter kan worden geanalyseerd door geometrische optica. Een dergelijke vezel wordt multimode vezel genoemd, van de elektromagnetische analyse (zie hieronder). In een multimode vezel met stapindex worden lichtstralen geleid de vezelkern door totale interne reflectie. Stralen die de kernbekledingsgrens ontmoeten onder een hoge hoek (gemeten ten opzichte van een lijn loodrecht op de grens), groter dan de kritische hoek voor deze grens, worden volledig gereflecteerd. De kritische hoek (minimum hoek voor totale interne reflectie) wordt bepaald door het verschil in brekingsindex tussen de kern en de bekledingsmaterialen. Stralen die de grens onder een lage hoek ontmoeten, worden van de kern in de bekleding afgebogen en brengen geen licht over, en dus informatie, langs de vezel. De kritische hoek bepaalt de acceptatiehoek van de vezel, vaak gerapporteerd als een numerieke opening. Een hoge numerieke opening zorgt ervoor dat licht zich langs de vezel voortplant in stralen die beide dicht bij de as en onder verschillende hoeken, waardoor een efficiënte koppeling van licht in de vezel mogelijk is. Deze hoge numerieke opening verhoogt echter de hoeveelheid dispersie omdat stralen onder verschillende hoeken verschillende padlengten hebben en daarom verschillende tijden nodig hebben om de vezel te doorkruisen. Een lage numerieke opening kan daarom wenselijk zijn.

In vezel met gradiëntindex neemt de brekingsindex in de kern continu af tussen de as en de bekleding. Dit zorgt ervoor dat lichtstralen soepel buigen wanneer ze de bekleding naderen, in plaats van abrupt te reflecteren vanaf de grens van de kernbekleding. De resulterende gebogen paden verminderen de verspreiding van meerdere paden omdat stralen met een hoge hoek meer door de periferie met lagere index van de kern gaan, in plaats van door het centrum met hoge index. Het indexprofiel wordt gekozen om het verschil in axiale voortplantingssnelheden van de verschillende stralen in de vezel te minimaliseren. Dit ideale indexprofiel ligt heel dicht bij een parabolische relatie tussen de index en de afstand tot de as.

Singlemode vezel

Een typische single-mode optische vezel, met diameters van de samenstellende lagen.

Vezel met een kerndiameter van minder dan ongeveer tien keer de golflengte van het voortplantingslicht kan niet worden gemodelleerd met behulp van geometrische optica. In plaats daarvan moet het worden geanalyseerd als een elektromagnetische structuur, door een oplossing van Maxwell's vergelijkingen zoals gereduceerd tot de elektromagnetische golfvergelijking. De elektromagnetische analyse kan ook nodig zijn om gedrag zoals spikkel te begrijpen dat optreedt wanneer coherent licht zich voortplant in multi-mode vezel. Als een optische golfgeleider ondersteunt de vezel een of meer beperkte dwarse modi waardoor licht zich langs de vezel kan voortplanten. Vezel die slechts één modus ondersteunt, wordt single-mode of genoemd monovalent vezel. Het gedrag van multimode-vezels met een grotere kern kan ook worden gemodelleerd met behulp van de golfvergelijking, waaruit blijkt dat een dergelijke vezel meer dan één voortplantingsmodus ondersteunt (vandaar de naam). De resultaten van een dergelijke modellering van multi-mode vezel komen ongeveer overeen met de voorspellingen van geometrische optica, als de vezelkern groot genoeg is om meer dan enkele modi te ondersteunen.

De golfgeleideranalyse laat zien dat de lichtenergie in de vezel niet volledig is opgesloten in de kern. In plaats daarvan, in het bijzonder in single-mode vezels, reist een aanzienlijk deel van de energie in de gebonden modus als een vluchtende golf in de bekleding.

Het meest voorkomende type single-mode vezel heeft een kerndiameter van 8 tot 10 μm en is ontworpen voor gebruik in het nabije infrarood. De modusstructuur is afhankelijk van de golflengte van het gebruikte licht, zodat deze vezel in feite een klein aantal extra modi ondersteunt bij zichtbare golflengten. Multi-mode vezel, in vergelijking, wordt vervaardigd met kerndiameters zo klein als 50 micron en zo groot als honderden micron.

Speciale vezel

Sommige speciale optische vezel is geconstrueerd met een niet-cilindrische kern en / of bekledingslaag, meestal met een elliptische of rechthoekige dwarsdoorsnede. Deze omvatten polarisatiebehoudende vezels en vezels die zijn ontworpen om de fluistering van de galerijmodus te onderdrukken.

Materialen

Optische glasvezels zijn bijna altijd gemaakt van silica, maar sommige andere materialen, zoals fluorzirconaat, fluoraluminaat en chalcogenideglazen, worden gebruikt voor infraroodtoepassingen met een langere golflengte. Net als andere glazen hebben deze glazen een brekingsindex van ongeveer 1,5. Typisch is het verschil tussen kern en bekleding minder dan één procent.

Plastic optische vezel (POF) is meestal een stapsgewijze multimode vezel met een kerndiameter van 1 mm of groter. POF heeft doorgaans een veel hogere demping dan glasvezel (d.w.z. de amplitude van het signaal daarin neemt sneller af), 1 decibel (dB) / meter (m) of hoger, en deze hoge demping beperkt het bereik van POF-gebaseerde systemen.

Vezelzekering

Bij hoge optische intensiteiten, meer dan 2 megawatt per vierkante centimeter (cm), wanneer een vezel wordt blootgesteld aan een schok of anderszins plotseling wordt beschadigd, een vezelzekering kan voorkomen. De reflectie van de schade verdampt de vezel onmiddellijk voor de breuk en dit nieuwe defect blijft reflecterend zodat de schade zich met 1-3 meter per seconde (mps) terug voortplant naar de zender. 3 Het open vezelbesturingssysteem, dat de veiligheid van de laserogen in het geval van een gebroken vezel waarborgt, kan ook de verspreiding van de vezelzekering effectief stoppen.4 In situaties, zoals onderzeese kabels, waar hoge vermogensniveaus kunnen worden gebruikt zonder dat een open vezelregeling nodig is, kan een "vezelzekering" -beveiliging op de zender het circuit verbreken om schade te voorkomen.

Productie

Standaard optische vezels worden gemaakt door eerst een grote diameter te construeren voorvormen, met een zorgvuldig gecontroleerd brekingsindexprofiel en vervolgens trekken de voorvorm om de lange, dunne optische vezel te vormen. De voorvorm wordt gewoonlijk gemaakt door drie methoden voor chemische dampafzetting: Binnen dampafzetting, externe dampafzetting, en axiale dampafzetting.

Met binnen opdamping, een holle glazen buis van ongeveer 40 cm lang, bekend als een "voorvorm", wordt horizontaal geplaatst en langzaam geroteerd op een draaibank, en gassen zoals siliciumtetrachloride (SiCl4) of germaniumtetrachloride (GeCl4) worden geïnjecteerd met zuurstof aan het einde van de buis. De gassen worden vervolgens verwarmd door middel van een externe waterstofbrander, waardoor de temperatuur van het gas op 1900 Kelvin komt, waar de tetrachloriden reageren met zuurstof om siliciumdioxide of germania (germaniumoxide) deeltjes te produceren. Wanneer de reactieomstandigheden worden gekozen om deze reactie in de gasfase door het gehele buisvolume te laten plaatsvinden, in tegenstelling tot eerdere technieken waarbij de reactie alleen op het glasoppervlak plaatsvond, wordt deze techniek genoemd gemodificeerde chemische dampafzetting.

De oxidedeeltjes agglomereren vervolgens om grote deeltjesketens te vormen, die vervolgens als roet op de wanden van de buis worden afgezet. De afzetting is te wijten aan het grote temperatuurverschil tussen de gaskern en de wand waardoor het gas de deeltjes naar buiten duwt (dit staat bekend als thermoforese). De toorts wordt dan op en neer over de lengte van de buis verplaatst om het materiaal gelijkmatig af te zetten. Nadat de toorts het einde van de buis heeft bereikt, wordt deze teruggebracht naar het begin van de buis en worden de afgezette deeltjes vervolgens gesmolten om een ​​vaste laag te vormen. Dit proces wordt herhaald totdat een voldoende hoeveelheid materiaal is afgezet. Voor elke laag kan de samenstelling worden gewijzigd door de gassamenstelling te variëren, wat resulteert in een nauwkeurige regeling van de optische eigenschappen van de afgewerkte vezel.

Bij externe dampafzetting of axiale dampafzetting wordt het glas gevormd door vlam hydrolyse, een reactie waarbij siliciumtetrachloride en germaniumtetrachloride worden geoxideerd door reactie met water (H2O) in een oxywaterstofvlam. Bij externe dampafzetting wordt het glas afgezet op een massieve staaf, die wordt verwijderd voor verdere verwerking. In axiale dampafzetting, een kortsluiting zaad staaf wordt gebruikt, en een poreuze voorvorm, waarvan de lengte niet wordt beperkt door de grootte van de bronstaaf, is aan zijn uiteinde opgebouwd. De poreuze voorvorm wordt geconsolideerd in een transparante, vaste voorvorm door te verwarmen tot ongeveer 1800 Kelvin.

De voorvorm, hoe geconstrueerd ook, wordt vervolgens geplaatst in een apparaat dat bekend staat als een tekening toren, waarbij de voorvormtip wordt verwarmd en de optische vezel als een string wordt uitgetrokken. Door de resulterende vezelbreedte te meten, kan de spanning op de vezel worden geregeld om de vezeldikte te handhaven.

Dit productieproces wordt uitgevoerd door tal van glasvezelbedrijven zoals Corning, OFS, Sterlite Optical Technologies, Furukawa, Sumitomo, Fujikura en Prysmian. Daarnaast bestaan ​​er verschillende fabrikanten van glasvezelcomponenten, assemblagebedrijven en aangepaste glasvezelleveranciers.

Optische vezelkabels

In praktische vezels is de bekleding meestal bedekt met een harde hars buffer laag, die verder kan worden omgeven door een jasje laag, meestal plastic. Deze lagen voegen sterkte toe aan de vezel maar dragen niet bij aan de optische golfgeleidingseigenschappen. Stijve vezelassemblages plaatsen soms lichtabsorberend ("donker") glas tussen de vezels, om te voorkomen dat licht dat uit de ene vezel lekt de andere binnendringt. Dit vermindert overspraak tussen de vezels, of vermindert overstraling in beeldvormingstoepassingen met vezelbundels.

Voor binnentoepassingen is de omhulde vezel in het algemeen ingesloten, met een bundel flexibel vezelachtig polymeer kracht leden zoals Aramid (bijvoorbeeld Twaron of Kevlar), in een lichtgewicht plastic omhulsel om een ​​eenvoudige kabel te vormen. Elk uiteinde van de kabel kan worden "afgesloten" met een gespecialiseerde optische vezelconnector zodat deze gemakkelijk kan worden aangesloten en losgekoppeld van zend- en ontvangapparatuur.

Voor gebruik in zwaardere omgevingen is een veel robuustere kabelconstructie vereist. In losse buis constructie de vezel wordt spiraalvormig in semi-rigide buizen gelegd, waardoor de kabel kan rekken zonder de vezel zelf te rekken. Dit beschermt de vezel tegen spanning tijdens het leggen en door temperatuurschommelingen. Als alternatief kan de vezel worden ingebed in een zware polymeermantel, gewoonlijk "strakke buffer" constructie genoemd. Deze vezel eenheden worden gewoonlijk gebundeld met extra stalen sterkteleden, opnieuw met een spiraalvormige draai om rek mogelijk te maken.

Een andere kritische zorg bij het bekabelen is om de vezel te beschermen tegen verontreiniging door water, omdat de component waterstof (hydronium) en hydroxylionen in de vezel kunnen diffunderen, waardoor de sterkte van de vezel wordt verminderd en de optische verzwakking wordt verhoogd. Water wordt uit de kabel gehouden door gebruik te maken van stevige barrières zoals koperen buizen, waterafstotende gelei of meer recent waterabsorberend poeder rondom de vezel.

Ten slotte kan de kabel worden gepantserd om hem te beschermen tegen gevaren voor het milieu, zoals bouwwerkzaamheden of knagende dieren. Onderzeese kabels zijn zwaarder gepantserd in hun nabije kustgedeelten om ze te beschermen tegen bootankers, vistuig en zelfs haaien, die kunnen worden aangetrokken door de elektrische voedingssignalen die worden vervoerd naar versterkers of repeaters in de kabel.

Moderne glasvezelkabels kunnen tot duizend vezels in een enkele kabel bevatten, zodat de prestaties van optische netwerken gemakkelijk tegemoetkomen aan de hedendaagse vraag naar bandbreedte op een punt-tot-punt-basis. Ongebruikte punt-tot-punt potentiële bandbreedte vertaalt zich echter niet in bedrijfswinst, en naar schatting is niet meer dan 1 procent van de begraven glasvezel in de afgelopen jaren daadwerkelijk verlicht.

Moderne kabels zijn er in een grote verscheidenheid aan omhulsels en pantsers, ontworpen voor toepassingen zoals directe begrafenis in greppels, dubbel gebruik als hoogspanningsleidingen, installatie in een leiding, sjorren naar luchtfoto telefoonpalen, onderzeese installatie of inbrengen in geplaveide straten. In de afgelopen jaren zijn de kosten van op kabels gemonteerde kabels met een klein aantal glasvezelkabels sterk gedaald als gevolg van de grote Japanse en Zuid-Koreaanse vraag naar FTTH-installaties (Fiber to the Home).

Beëindiging en splitsing

ST-vezelconnector op multimode-vezel

Optische vezels zijn verbonden met eindapparatuur door optische vezelconnectoren. Deze connectoren zijn meestal van een standaardtype zoals FC, SC, ST, LC, of MTRJ.

Optische vezels kunnen met elkaar worden verbonden door connectoren of door "splitsen", dat wil zeggen, het samenvoegen van twee vezels om een ​​continue optische golfgeleider te vormen. De algemeen aanvaarde lasmethode is booglassen waarbij de vezeluiteinden samen met een elektrische boog worden gesmolten. Voor snellere bevestigingstaken wordt een "mechanische las" gebruikt.

Fusion-splitsing wordt gedaan met een gespecialiseerd instrument dat meestal als volgt werkt: de twee kabeluiteinden worden bevestigd in een lasbehuizing die de splitsingen beschermt, en de vezeluiteinden worden ontdaan van hun beschermende polymeercoating (evenals de stevigere buitenmantel) , indien aanwezig). De uiteinden worden "gesplitst" (gesneden) met een precisiesnijder om ze loodrecht te maken en worden in speciale houders in de lasmachine geplaatst. De las wordt meestal geïnspecteerd via een vergroot kijkscherm om de splitsingen voor en na de las te controleren. De lasmachine gebruikt kleine motoren om de eindvlakken op elkaar af te stemmen en zendt een kleine vonk uit tussen de elektroden bij de opening om stof en vocht af te branden. Vervolgens genereert de lasmachine een grotere vonk die de temperatuur boven het smeltpunt van het glas verhoogt, waardoor de uiteinden permanent aan elkaar smelten. De locatie en energie van de vonk wordt zorgvuldig gecontroleerd, zodat de gesmolten kern en de bekleding niet mengen, en dit minimaliseert optisch verlies. Een schatting van het lasverlies wordt gemeten door de lasinrichting, door licht door de bekleding aan de ene kant te leiden en het licht te meten dat uit de bekleding aan de andere kant lekt. Een lasverlies onder 0,1 dB is typisch. De complexiteit van dit proces is het belangrijkste dat het splitsen van vezels moeilijker maakt dan het koppelen van koperdraad.

Lasverbindingen van mechanische vezels zijn ontworpen om sneller en eenvoudiger te installeren, maar er is nog steeds behoefte aan strippen, zorgvuldig reinigen en nauwkeurig splijten. De vezeluiteinden zijn uitgelijnd en bij elkaar gehouden door een nauwkeurig gemaakte huls, vaak met behulp van een heldere gel (index matching gel) die de transmissie van licht over het gewricht verbetert. Dergelijke verbindingen hebben typisch een hoger optisch verlies en zijn minder robuust dan fusiesplitsingen, vooral als de gel wordt gebruikt. Alle splitsingstechnieken omvatten het gebruik van een behuizing waarin de las achteraf wordt geplaatst voor bescherming.

Vezels worden afgesloten in connectoren zodat het vezeluiteinde precies en veilig aan het eindvlak wordt vastgehouden. Een vezeloptische connector is in feite een star cilindrisch vat omgeven door een huls die het vat in zijn passende mof houdt. Het kan duwen en klikken, draaien en vergrendelen, of met schroefdraad. Een typische connector wordt geïnstalleerd door het vezeluiteinde voor te bereiden en in de achterkant van het connectorlichaam te steken. Meestal wordt snelgeharde lijm gebruikt, zodat de vezel goed wordt vastgehouden en een trekontlasting aan de achterzijde wordt bevestigd. Nadat de lijm is uitgehard, is het uiteinde gepolijst tot een spiegelafwerking. Verschillende soorten polijstprofielen worden gebruikt, afhankelijk van het type vezel en de toepassing. Voor singlemode-vezel worden de vezeluiteinden typisch gepolijst met een lichte kromming, zodat wanneer de connectoren worden gekoppeld, de vezels alleen hun kernen raken. Dit staat bekend als een "fysiek contact" (PC) polish. Het gebogen oppervlak kan onder een hoek worden gepolijst om een ​​APC-verbinding (Angical Physical Contact) te maken. Zulke verbindingen hebben een groter verlies dan PC-verbindingen, maar sterk verminderde terugreflectie, omdat licht dat reflecteert vanuit het hoekige oppervlak uit de vezelkern lekt; het resulterende verlies in signaalsterkte staat bekend als gap-loss.

Verschillende methoden om twee vezeluiteinden op elkaar af te stemmen of één vezel op een optisch apparaat (VCSEL, LED, golfgeleider enzovoort) zijn gerapporteerd. Ze volgen allemaal een actieve vezeluitlijnbenadering of een passieve vezeluitlijnbenadering.

In 1965 suggereerden Charles K. Kao en George A. Hockham van het Britse bedrijf Standard Telephones and Cables als eerste dat verzwakking van hedendaagse vezels werd veroorzaakt door onzuiverheden die konden worden verwijderd in plaats van fundamentele fysieke effecten zoals verstrooiing. Ze speculeerden dat optische vezel een praktisch medium voor communicatie zou kunnen zijn, als de verzwakking tot onder 20 dB per kilometer (km) zou kunnen worden verminderd (Hecht, 1999, p. 114). Dit verzwakkingsniveau werd voor het eerst bereikt in 1970, door onderzoekers Robert D Maurer, Donald Keck, Peter Schultz en Frank Zimar werken voor de Amerikaanse glasfabrikant Corning Glass Works, nu Corning Inc. Ze toonden een vezel met 17 dB optische demping per km door dotering van silicaglas met titanium. Een paar jaar later produceerden ze een vezel met slechts 4 db / km met germaniumoxide als kerndotant. Dergelijke lage verzwakkingen leidden tot optische vezel telecommunicatie en maakten internet mogelijk.

Op 22 april 1977 stuurde General Telephone and Electronics het eerste live telefoonverkeer via glasvezel, met 6 Mbit / s, in Long Beach, Californië.

De met erbium gedoteerde vezelversterker, die de kosten van langeafstandsvezelsystemen verlaagde door de noodzaak van optisch-elektrisch-optische repeaters te elimineren, werd uitgevonden door David Payne van de Universiteit van Southampton en Emmanuel Desurvire bij Bell Laboratories in 1986. De twee pioniers ontvingen in 1998 de Benjamin Franklin-medaille in engineering.

De eerste transatlantische telefoonkabel die optische vezel gebruikte was TAT-8, gebaseerd op door Desurvire geoptimaliseerde laserversterkingstechnologie. Het werd in 1988 in gebruik genomen.

TAT-8 werd ontwikkeld als de eerste transatlantische onderzeese glasvezelverbinding tussen de Verenigde Staten en Europa. TAT-8 is meer dan 3000 zeemijl lang en was de eerste optische glasvezelkabel in de oceaan. Het is ontworpen om een ​​mix van informatie aan te kunnen. Toen het werd ingehuldigd, had het een geschatte levensduur van meer dan 20 jaar. TAT-8 was de eerste van een nieuwe klasse kabels, hoewel het al werd gebruikt in lange afstand land- en korte afstand onderzeese operaties. De installatie ervan werd voorafgegaan door uitgebreide diepwaterexperimenten en proeven die begin jaren tachtig werden uitgevoerd om de haalbaarheid van het project aan te tonen.

In 1991 leidde het opkomende veld van fotonische kristallen tot de ontwikkeling van fotonische kristalvezel, die licht geleidt door middel van diffractie van een periodieke structuur, in plaats van totale interne reflectie. De eerste fotonische kristalvezels werden in 1996 in de handel verkrijgbaar.5 Fotonische kristalvezels kunnen worden ontworpen om een ​​hoger vermogen te dragen dan conventionele vezel, en hun golflengte-afhankelijke eigenschappen kunnen worden gemanipuleerd om hun prestaties in bepaalde toepassingen te verbeteren.

Notes

  1. ↑ Regis J. Bates, Handboek voor optisch schakelen en netwerken (New York: McGraw Hill, 2001, ISBN 007137356X).
  2. ↑ Telepolis, Der Glasfaser. Ontvangen 26 oktober 2017.
  3. ↑ Optiekbrieven, spoor van een glasvezelzekering. Ontvangen 26 oktober 2017.
  4. ↑ Koji Seo, Naoya Nishimura, Masato Shiino, Ren'ichi Yuguchi en Hirokazu Sasaki, evaluatie van krachtige uithoudingsvermogen in optische vezelverbindingen. Ontvangen 26 oktober 2017.
  5. ↑ John D. Cressler, Silicon Earth: Inleiding tot micro-elektronica en nanotechnologie, tweede editie (CRC Press, 2015, ISBN 978-1498708258).

Referenties

  • Bates, Regis J. Handboek voor optisch schakelen en netwerken. New York: McGraw Hill, 2001. ISBN 007137356X
  • Cressler, John D. Silicon Earth: Inleiding tot micro-elektronica en nanotechnologie, tweede editie. CRC Press, 2015. ISBN 978-1498708258
  • Gowar, John. Optische communicatiesystemen. 2 ed. Hempstead, UK: Prentice-Hall, 1993. ISBN 0136387276
  • Hecht, Jeff. City of Light, The Story of Fiber Optics. New York, NY: Oxford University Press, 1999. ISBN 0195108183
  • Hecht, Jeff. Inzicht in glasvezel. 4e ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 2002. ISBN 0130278289
  • Mirabito, Michael M.A. en Barbara L. Morgenstern. De nieuwe communicatietechnologieën: toepassingen, beleid en impact. 5e ed. Woburn, MA: Focal Press, 2004. ISBN 0240805860
  • Ramaswami, R. en K. N. Sivarajan. Optische netwerken: een praktisch perspectief. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1998. ISBN 1558604456

Pin
Send
Share
Send