Jakie są składniki światłowodu
Jakie są elementy światłowodu? Typowy światłowód składa się z trzech głównych elementów: rdzenia, który przenosi światło; okładzina, która otacza rdzeń o niższym współczynniku załamania światła i zawiera światło; oraz powłoka, która chroni delikatne włókno wewnątrz.
Rdzeń
Rdzeń , który przenosi światło, jest najmniejszą częścią światłowodu. Światłowód jest zwykle wykonany ze szkła, chociaż niektóre są wykonane z tworzywa sztucznego. Szkło zastosowane w rdzeniu to niezwykle czysty dwutlenek krzemu (SiO2), materiał tak jasny, że można go było przejrzeć przez 5 mil, jakbyś patrzył przez okno domu.
W procesie produkcyjnym stosuje się domieszki takie jak germania, pięciotlenek fosforu lub tlenek glinu w celu zwiększenia współczynnika załamania światła w kontrolowanych warunkach.
Rdzenie światłowodowe są produkowane w różnych średnicach dla różnych zastosowań. Typowe rdzenie szklane mieszczą się w przedziale od 3,7 do 200um. Rozmiary rdzeni powszechnie stosowane w telekomunikacji to 9um, 50um i 62,5um. Plastikowe rdzenie światłowodowe mogą być znacznie większe niż szkło. Popularny rozmiar rdzenia z tworzywa sztucznego to 980um.
Okładziny
Okładzina otacza rdzeń i zapewnia niższy współczynnik załamania światła, aby światłowód działał. Gdy stosowana jest okładzina szklana, okładzina i rdzeń są wytwarzane razem z tego samego materiału na bazie dwutlenku krzemu w stanie trwale stopionym. Proces produkcyjny dodaje różne ilości domieszek do rdzenia i okładziny, aby utrzymać różnicę współczynników załamania między nimi na poziomie około 1%.
Typowy rdzeń może mieć współczynnik załamania 1,49 przy 1300 nm, podczas gdy płaszcz może mieć współczynnik załamania 1,47. Te liczby są jednak zależne od długości fali. Rdzeń tego samego włókna będzie miał inny współczynnik załamania światła przy innej długości fali.
Podobnie jak rdzeń, okładzina jest produkowana w standardowych średnicach. Dwie najczęściej używane średnice to 125um i 140um. Okładzina 125um zazwyczaj obsługuje rozmiary rdzenia 9um, 50um, 62,5um i 85um. Okładzina 140um ma zwykle rdzeń 100um.
Powłoka
Powłoka jest ochronną warstwą światłowodu. Powłoka pochłania wstrząsy, nacięcia, zadrapania, a nawet wilgoć, która może uszkodzić okładzinę. Bez powłoki światłowód jest bardzo delikatny. Pojedyncze mikroskopijne nici w okładzinie mogą spowodować pęknięcie światłowodu, gdy jest wygięte. Powłoka jest niezbędna dla wszystkich włókien szklanych i nie są sprzedawane bez niej.
Powłoka jest wyłącznie ochronna. Nie wpływa to w żaden sposób na zdolność światłowodową światłowodu. Zewnętrzna średnica powłoki wynosi zazwyczaj 250um lub 500um. Ogólnie powłoka jest bezbarwna. Jednak w niektórych zastosowaniach powłoka jest zabarwiona, dzięki czemu można zidentyfikować poszczególne włókna optyczne w grupie światłowodów.
Powłoka znaleziona na światłowodzie jest wybierana dla określonego rodzaju wydajności lub środowiska. Jednym z najczęstszych rodzajów powłok jest akrylan. Powłoka ta jest zazwyczaj nakładana w dwóch warstwach. Pierwotna powłoka jest nakładana bezpośrednio na okładzinę. Ta powłoka jest miękka i zapewnia poduszkę dla włókna optycznego, gdy jest wygięta. Powłoka wtórna jest twardsza niż powłoka pierwotna i zapewnia twardą powierzchnię zewnętrzną. Jednak akrylan ma ograniczoną wydajność temperaturową. Typowe akrylany mogą działać w temperaturach do 125º C.
Silikon, węgiel i poliimid są powłokami, które można znaleźć na światłowodach używanych w trudnych warunkach, takich jak te związane z awioniką, lotnictwem i przestrzenią. Mogą być również stosowane na światłowodach przeznaczonych do górnictwa lub do wiercenia ropy i gazu.
Normy
Chociaż możliwe jest wiele kombinacji rozmiarów rdzenia i okładziny, konieczne są standardy, aby zapewnić właściwe dopasowanie łączników i sprzętu. Jest to szczególnie ważne w przypadku komponentów tak małych, jak te stosowane w światłowodach, gdzie nawet niewielkie niewspółosiowości mogą sprawić, że cały system stanie się bezużyteczny.
Dwie organizacje publikują standardy definiujące wydajność światłowodów wykorzystywanych w przemyśle telekomunikacyjnym; są to Stowarzyszenie Przemysłu Telekomunikacyjnego (TIA) i Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU). Podczas gdy TIA i ITU publikują wiele standardów dotyczących światłowodów, kluczowe normy, które powinieneś znać w ANSI / TIA-568-C.3, ITU-TG.653, ITU-TG.655 i ITU-T G.657.
Norma ANSI / TIA-568-C.3 ma zastosowanie do lokalnych komponentów okablowania światłowodowego. Normy ITU mają zastosowanie do kabla światłowodowego jednomodowego. Oto ich opisy:
> ITU-TG.652: Charakterystyka światłowodu i kabla jednomodowego
> ITU-T G.655: Charakterystyka światłowodu i kabla jednomodowego z przesunięciem dyspersyjnym
> ITU-T G.657: Charakterystyka niezerowego przesunięcia światłowodowego jednomodowego i kabla
Standardy te zawierają ważne informacje, które definiują wydajność światłowodu, światłowodowego kabla sieciowego i komponentów, takich jak złącza optyczne i złącza .
Materiały
Włókna optyczne są zwykle wykonane ze szklanego rdzenia i szklanej okładziny, ale można użyć innych materiałów, jeśli wydajność światłowodu musi być zrównoważona kosztem zainstalowania światłowodu, dopasowania go za pomocą złączy i zapewnienia, że jest on odpowiednio chroniony przed uszkodzeniem. W wielu przypadkach włókna muszą działać tylko na niewielką odległość, a korzyści płynące z wysokiej jakości wszystkich włókien szklanych stają się mniej ważne niż zwykłe oszczędzanie pieniędzy. Istnieją również okoliczności, w których włókna są narażone na trudne warunki, takie jak wibracje, ekstremalna temperatura, powtarzające się przenoszenie lub stały ruch. Różne klasyfikacje włókien ewoluowały w zależności od różnych warunków, czynników kosztowych i wymagań wydajnościowych.
Główne klasyfikacje włókien według materiału to :
Włókna szklane : mają rdzeń szklany i okładzinę szklaną. Są one używane, gdy wymagane są duże szybkości przesyłania danych, odległości transmisji długiej lub kombinacja obu. Włókna szklane są najbardziej delikatnymi spośród różnych dostępnych typów, w związku z czym muszą być instalowane w środowiskach, w których nie będą narażone na nadmierne nadużycia, lub muszą być chronione specjalnymi kablami lub obudowami, aby zapewnić, że są nie uszkodzony.
Włókna szklane są powszechnie spotykane w danych na duże odległości oraz w budowaniu sieci i aplikacjach sieciowych.
Plastikowa powłoka krzemionkowa (PCS) : Te włókna mają szklany rdzeń i plastikową okładzinę. Rdzeń jest większy niż całe włókno szklane; zazwyczaj 200 µm przy grubości okładziny 50 µm. Podobnie jak silikonowe włókno szklane, plastikowa powłoka światłowodu PCS jest zwykle używana z termoplastycznym buforem, który otacza plastikową powłokę. Typowa specyfikacja włókien PCS wynosiłaby 200 / 300µm. Powłoka z tworzywa sztucznego służy również jako warstwa ochronna dla szklanego rdzenia, więc powłoka normalnie występująca na włóknie szklanym nie jest zawarta w włóknach PCS. Włókna PCS są zwykle używane do przemysłowych zastosowań wykrywania i zastosowań medycznych / dentystycznych.
Krzemionka twarda (HCS) : Włókna te są podobne do włókien PCS, ale mają szklany rdzeń z okładziną wykonaną z twardego polimeru lub innego materiału, zazwyczaj mocniejszego niż inne materiały okładzinowe. Twarde włókno krzemionkowe jest powszechnie stosowane w miejscach, w których wytrzymałość jest podstawową kwestią, takich jak produkcja, automatyzacja fabryk i inne obszary, w których wstrząsy i wibracje powodowałyby, że standardowe włókna szklane byłyby zawodne. Światłowody HCS są zazwyczaj znacznie większe niż światłowody szklane. Bardzo popularny rozmiar to 200 / 230µm.
Włókno z tworzywa sztucznego : włókna te mają rdzeń z tworzywa sztucznego i okładzinę z tworzywa sztucznego. Są one wybierane ze względu na ich niski koszt, wytrzymałość i łatwość użytkowania i są instalowane tam, gdzie nie są wymagane duże szerokości pasma i duże odległości transmisji. Podczas gdy włókna z tworzyw sztucznych nie nadają się do długodystansowych transmisji o wysokiej wydajności, mogą nadal przenosić sygnały z użytecznymi szybkościami transmisji danych na odległość mniejszą niż 100 m. Bardzo popularny rozmiar to 980 / 1000µm. Włókno z tworzywa sztucznego jest zwykle przeznaczone do widzialnych długości fal w zakresie 650 nm. Niektóre typowe lokalizacje włókien z tworzyw sztucznych obejmują systemy domowej rozrywki, motoryzacyjne i systemy sterowania produkcją. Mogą być również wykorzystywane w połączeniach między komputerami i urządzeniami peryferyjnymi oraz w sprzęcie medycznym.
Zalety światłowodu z dużym rdzeniem z tworzywa sztucznego
Łatwo się podekscytować możliwościami transmisji szerokopasmowej i dalekiego zasięgu światłowodu szklanego. Wyraźnie przewyższa inne media. Jednak wiele aplikacji nie wymaga dużej przepustowości na dużych odległościach. W twoim domu jest wiele zastosowań światłowodów. Być może masz już system domowej rozrywki z plastikowym światłowodem lub możesz posiadać samochód, który używa plastikowego światłowodu do podłączania urządzeń audio lub zmieniarki DVD. Żadna z tych aplikacji nie wymaga dużej przepustowości na dużych odległościach. Zastosowania te są idealne dla światłowodów plastikowych o dużym rdzeniu. Światłowód z tworzywa sztucznego jest zazwyczaj zaprojektowany do pracy przy widzialnej długości fali w zakresie 650 nm. Będąc w stanie zobaczyć światło, gdy wychodzi, światłowód ma znaczącą przewagę; nie jest wymagany kosztowny sprzęt testowy. Do pomiaru światła wychodzącego ze szklanego światłowodu działającego w zakresie podczerwieni potrzebny jest miernik mocy. Mierniki mocy mogą kosztować więcej niż system domowej rozrywki.
Duży rdzeń światłowodu z tworzywa sztucznego ma kolejną zaletę w porównaniu z małymi włóknami szklanymi: łatwo jest ustawić go w linii z innym włóknem lub źródłem światła lub detektorem. Wyobraź sobie wyrównywanie dwóch ludzkich włosów tak, aby końce dotykały się i były idealnie wyśrodkowane. Teraz wyobraź sobie, że robisz to samo z dwoma niegotowanymi makaronami spaghetti.
