Herstellung von Glasfaser: Preforms, Ziehen, Beschichtung, Zugprüfung

Eine Telekom-Faser ist ein Glasfaden von 125 µm Durchmesser, gezogen aus einem Preform von der Größe eines Baseballschlägers mit mehreren zehn Metern pro Sekunde, innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde beschichtet und über die gesamte Länge auf 1 % Dehnung geprüft, bevor er verkauft wird. Der Herstellungsweg erklärt die meisten Zahlen, denen ein Ingenieur später begegnet: warum der Modenfelddurchmesser auf ±0,4 µm spezifiziert ist, warum Spleiße zwischen Herstellern etwas mehr verlieren, warum die Installationsdehnung auf einen Bruchteil der Zugprüfung begrenzt ist, warum moderne Faser wasserstoffsicher ist und warum 200-µm-Fasern andere Spleißgeräte-Einstellungen brauchen. Diese Seite verfolgt den Prozess von den Rohchemikalien bis zur Spule und endet damit, was das in der Praxis bedeutet.

Materialien

Material	Rolle
SiCl₄ (Siliziumtetrachlorid)	ultrareine Siliziumdioxidquelle; wird in einer Flamme oder einem Ofen zu SiO₂-Ruß oxidiert oder hydrolysiert
GeCl₄ → GeO₂	erhöht den Brechungsindex — der Kerndotierstoff fast aller Telekom-Fasern; erhöht die Rayleigh-Streuung leicht
Fluor (SiF₄, C₂F₆, SF₆)	senkt den Index — abgesenkte Mäntel, der Graben der biegeunempfindlichen G.657-Faser, der Mantel von Fasern mit reinem Silizium-Kern
POCl₃ → P₂O₅	senkt die Viskosität, wird in MCVD-Mänteln verwendet; macht Glas wasserstoffempfindlich — ein Grund, warum alte Fasern schlecht altern
Al₂O₃, Er, Yb, Tm	aktive Fasern für Verstärker und Laser, durch Lösungsdotierung des porösen Rußes hinzugefügt
Cl₂ und He	Trocknung und Verdichtung: Chlor entfernt OH bis unter 1 ppb (niedriger Wasserpeak), Helium spült den porösen Körper
UV-härtende Acrylate	Doppelbeschichtung: eine weiche Primärschicht (Modul ~1 MPa) polstert das Glas, eine harte Sekundärschicht (~1 GPa) schützt es
Farbtinten, Ribbon-Matrix	Kennzeichnung (12 Farben) und Ribbon-Verbund

Preform-Verfahren

Verfahren	Funktionsweise	Wer es nutzt	Stärken
MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition, Bell Labs 1974)	Dämpfe strömen innerhalb eines rotierenden Quarzrohrs, das von einem externen Brenner erhitzt wird; Ruß lagert sich Schicht für Schicht ab (zuerst Mantel, dann Kern); das Rohr wird zu einem massiven Stab kollabiert	die meisten Hersteller, alle Hersteller von Spezialfasern	flexibel: erbiumdotierte, polarisationserhaltende, dispersionskompensierende Fasern; moderate Preform-Größe
PCVD (Plasma-Activated CVD)	wie MCVD, aber ein Mikrowellenplasma ersetzt den Brenner; Tausende sehr dünner Schichten	Hersteller von Gradientenindex-Multimode	präzise Indexprofile — OM3/OM4/OM5
OVD (Outside Vapour Deposition)	Ruß aus einer Flamme wird auf einem rotierenden Zielstab abgeschieden, zuerst die Kernschichten; der Stab wird entfernt, der poröse Körper in Cl₂ getrocknet und zu klarem Glas gesintert	großvolumige Singlemode- und Multimode-Produktion	sehr niedriges OH, große Preforms, Kern und Mantel in einem Prozess
VAD (Vapour-Phase Axial Deposition)	Ruß wächst am Ende eines rotierenden Stabs, der nach oben gezogen wird; kontinuierlicher Prozess	großvolumige Singlemode-Produktion	sehr lange Preforms, niedriges OH, hoher Durchsatz
Overcladding (RIC — Rod in Cylinder; Soot Overclad; Sleeving)	der Kernstab, der das gesamte Indexprofil trägt, wird von preiswertem synthetischem Quarzglas umgeben — ein beim Ziehen aufgeschmolzener Zylinder oder zusätzlicher Ruß	alle	das teure dotierte Glas macht nur wenige Prozent des Volumens aus

Ein fertiges Preform hat einen Durchmesser von 100–200 mm und ist 1–3 m lang. Ein Preform von 150 mm × 2 m ergibt etwa 2 500–3 000 km 125-µm-Faser; die größten modernen Preforms liefern mehr als 5 000 km.

Ziehen

Schritt	Was geschieht	Zahlen
Ofen	die Preform-Spitze erweicht in einem Induktionsofen aus Grafit oder Zirkonoxid	1 900–2 100 °C
Einschnürung und Ziehen	aus der geschmolzenen Spitze wird ein Faden gezogen; die Geschwindigkeit bestimmt den Durchmesser	20–40 m/s (1 200–2 500 m/min), moderne Türme schneller
Durchmesserregelung	eine Lasermessung erfasst die blanke Faser und regelt die Capstan-Geschwindigkeit zurück	125 ± 0,7 µm spezifiziert, ±0,1 µm erreicht
Kühlung	ein heliumgefülltes Rohr kühlt das Glas so weit, dass es beschichtet werden kann	einige Hundert °C auf weniger als einem Meter
Primärbeschichtung	weiches Acrylat, durch eine Druckdüse aufgebracht, mit UV-Lampen gehärtet	auf ~190 µm
Sekundärbeschichtung	hartes Acrylat, gehärtet	245 ± 10 µm Standard; 200 ± 10 µm für hochdichte Kabel
Spinning	die Faser wird beim Ziehen abwechselnd im und gegen den Uhrzeigersinn verdrillt, wodurch sich die Doppelbrechungsachsen mischen	PMD-Koeffizient < 0,1 ps/√km statt 0,5–2 ps/√km bei Faser aus den 1980er-Jahren
Capstan und Aufwicklung	zugkraftgeregelte Aufwicklung auf Spulen	25–50 km pro Spule; Türme sind 20–40 m hoch

Die Farbgebung fügt eine Tintenschicht hinzu (oder eine gefärbte Sekundärbeschichtung); Ribbons verbinden 4–12 gefärbte Fasern in einer Matrix, rollbare Ribbons verbinden sie punktuell, sodass sie zu einem Röhrchen gerollt werden können.

Zugprüfung und Qualitätssicherung

Test	Methode (IEC 60793-1-xx)	Spezifikation für G.652.D
Zugprüfung	jeder Meter läuft für ≥ 1 s durch eine Zugspannung von 0,69 GPa (100 kpsi, ≈ 1 % Dehnung) (Teil 1-30); Seekabel- und Spezialfasern 1,38 GPa	jeder Fehler, der unterhalb dieser Spannung brechen würde, bricht hier, nicht im Boden
Geometrie	Manteldurchmesser, Unrundheit, Kern-Mantel-Konzentrizität (Teil 1-20)	125 ± 0,7 µm; ≤ 1 %; ≤ 0,6 µm — davon hängt die Ausrichtung von Steckverbindern und Spleißen ab
Dämpfung	Cutback (Teil 1-40) bei 1310/1550/1625 nm plus ein Spektralscan; OTDR an jeder Spule für Gleichmäßigkeit und Punktfehler	typisch ≤ 0,35 / 0,21 / 0,23 dB/km; Punktfehler ≤ 0,05 dB
Modenfelddurchmesser	Fernfeldscan (Teil 1-45)	9,2 ± 0,4 µm bei 1310 nm
Grenzwellenlänge	Teil 1-44	Cable-Cutoff ≤ 1 260 nm
Chromatische Dispersion	Phasenverschiebung (Teil 1-42)	λ₀ = 1 300–1 324 nm, Steigung ≤ 0,092 ps/(nm²·km)
PMD	Teil 1-48	Link-Designwert ≤ 0,20 ps/√km
Makrobiegeverlust	Teil 1-47	≤ 0,1 dB bei 100 Windungen mit 30 mm Radius (1625 nm)
Beschichtung	Abziehkraft 1,3–8,9 N (Teil 1-32), Beschichtungsgeometrie, Krümmung	gleichmäßiges Abisolieren im Feld
Wasserstoffalterung	IEC 60793-2-50	≤ 0,01 dB/km Anstieg nach Exposition — moderne Faser ist wasserstoffsicher

Jede Spule wird mit einem Datenblatt der Messwerte ausgeliefert. Kabelhersteller führen die Zuordnung Spule → Kabel → Fasernummer; fordern Sie diese Faserdatenblätter bei der Abnahme an — sie sind die erste Baseline Ihrer Trasse (Dokumentation & Kennzeichnung).

Spezialfasern und was bei ihrer Herstellung anders ist

Faser	Herstellungsunterschied	Einsatz
Biegeunempfindliches G.657	ein fluordotierter Grabenring, der um den Kern abgeschieden wird (MCVD/PCVD oder OVD)	FTTH, hochdichte Panels, 200-µm-Kabel
Gradientenindex-Multimode OM3–OM5	Tausende Schichten mit parabolischem (α ≈ 2) Indexprofil; differenzielle Modenlaufzeit an jedem Preform gemessen	VCSEL-Links mit kurzer Reichweite
Erbiumdotiert (EDF)	poröser Kernruß vor dem Sintern in Er/Al-Lösung getränkt; kurze Längen (Meter) pro Verstärker	EDFAs
Polarisationserhaltend (PANDA, Bow-Tie)	Löcher ins Preform gebohrt und bordotierte Spannungsstäbe eingesetzt, oder geformte Spannungszonen	intern in kohärenten Transceivern, Sensoren, Pumpkombinierern
Dispersionskompensierend (DCF)	kleiner Kern mit hohem Indexsprung, der eine große negative Dispersion ergibt	Kompensation bei älterem 10G/40G
Reiner Silizium-Kern G.654	undotierter Kern, fluordotierter Mantel; Varianten mit großer effektiver Fläche (G.654.E)	Seekabel und Long-Haul-kohärent: 0,15–0,17 dB/km
Hohlkern (NANF und Verwandte)	Stack-and-Draw von Quarzglaskapillaren, die einen Luftkern bilden; Licht läuft 1,46-mal schneller und fast ohne Nichtlinearität	latenzkritische Links, Forschung; in den 2020er-Jahren wurden Verluste unter 0,2 dB/km berichtet
Multicore	4–7 Kerne in einem 125–200-µm-Mantel, aus einem gestapelten Preform gezogen	Space-Division-Multiplexing, Seekabelsysteme seit den 2020er-Jahren
Strahlungsresistent	fluordotierter Kern und Mantel, kein Germanium	Kerntechnik, Raumfahrt, Beschleuniger
Kohlenstoff- oder metallbeschichtet	hermetische Kohlenstoffschicht, im Ziehturm vor dem Acrylat aufgebracht	Öl und Gas, wasserstoffreiche und Hochtemperaturumgebungen

Warum es einen Netzwerktechniker interessiert

Herstellungsfakt	Konsequenz im Feld
MFD auf ±0,4 µm spezifiziert	Spleiße zwischen Fasern verschiedener Hersteller oder Baujahre können 0,02–0,05 dB mehr verlieren; Gainer und Loser im OTDR (Spleißen & Terminierung)
Zugprüfung bei 1 % Dehnung	die dauerhaft installierte Dehnung ist auf 20 % der Prüfung (0,2 %) begrenzt, bei der Installation auf 60 % (Zuverlässigkeit & Alterung)
Konzentrizität ≤ 0,6 µm	der Steckverbinderverlust wird von Ferrule und Politur bestimmt, nicht vom Glas
Spinning seit den späten 1990er-Jahren	100G kohärent läuft auf jeder Faser, die nach etwa 2000 hergestellt wurde; Faser aus der Zeit vor 1995 braucht einen PMD-Test (Faser-Charakterisierung)
Trocknung mit niedrigem OH	der 1383-nm-Wasserpeak ist verschwunden: E-Band-CWDM und Überwachung bei 1625/1650 nm sind nutzbar (Dämpfung & Übertragungsfenster)
200-µm-Beschichtung	kleinere Kabel, aber Halterungen, Abisolier-Einstellungen und Cleaver-Klemmen müssen passen; gemischtes Spleißen von 200/250 µm braucht die richtigen Halterungen
Verkabelte Dämpfung > Faserdämpfung	Planung mit dem Wert aus dem Kabeldatenblatt, nicht dem Faserwert (Kabelaufbau)
Ribbons	Massenfusionsspleißgeräte, 12 Fasern pro Spleiß; Kennzeichnung nach Ribbon-Position

In CodingBox

Ein Transceiver weiß nichts darüber, wie die Faser hergestellt wurde, aber seine angegebenen Reichweiten für SMF, OM3 und OM4 setzen Faser voraus, die nach diesen Toleranzen hergestellt ist — G.652.D oder die genannte OM-Klasse. CodingBox zeigt diese Längenfelder; bei ungewöhnlicher Faser (G.654, G.653, Hohlkern) gelten die angegebenen Distanzen nicht, und das Leistungsbudget muss aus dem eigenen Datenblatt der Faser aufgebaut werden (Check transceiver, Fasertypen).

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