technologia światłowodów włóknistych kable światłowodowe · technologia światłowodów...
TRANSCRIPT
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
(c) Sergiusz Patela 1999-2003 Technologia włókien i kable światłowodowe 3
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 -)
(c) Sergiusz Patela 1999-2003 Technologia włókien i kable światłowodowe 4
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
(c) Sergiusz Patela 1999-2003 Technologia włókien i kable światłowodowe 5
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.
(c) Sergiusz Patela 1999-2003 Technologia włókien i kable światłowodowe 6
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)
(c) Sergiusz Patela 1999-2003 Technologia włókien i kable światłowodowe 7
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
(c) Sergiusz Patela 1999-2003 Technologia włókien i kable światłowodowe 8
Metoda podwójnego tygla
szkło:
rdzenia
płaszcza obszar dyfuzji
dysza: wewnętrzna
zewnętrznaR = 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
SiCl4, CH4,
O2, 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
SiCl4, O2, H2
SiCl4, O2, H2
SiCl4, GeCl4, O2, H2
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°CSiCCl4, GeCl4, O2 Cl2, O2, SiO2
(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 światłowodówPrecyzyjne 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 kmSiecor4 mln kmAT&T (Lucent)6 mln kmCorning
Najwięksi producenci światłowodów (1996)
2%MCVD-plazma2%PCVD23% rośnieVAD23% malejeMCVD50% rośnieOVD
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 oC
50 obr/min, 95 oC 24 godziny
110 oC 24 godziny
Wyciąganie włókna -160 oC... 230 oC
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
światłowódplastikowy
wałek napędowy
bęben
pomiar średnicy
światłowódplastikowy
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 3.51271-1360 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