Optik fiber nasıl üretilir: preform, çekme, kaplama, dayanım testi

Bir telekom fiberi, beyzbol sopası büyüklüğünde bir preformdan saniyede onlarca metre hızla çekilen, saniyenin bir kısmında kaplanan ve satılmadan önce tüm uzunluğu boyunca %1 gerinime zorlanan, 125 µm çapında bir cam ipliktir. Üretim süreci, bir mühendisin daha sonra karşılaştığı sayıların çoğunu açıklar: mod alanı çapının neden ±0,4 µm hassasiyetle belirtildiğini, satıcılar arasındaki eklerin neden biraz daha fazla kaybettiğini, kurulum gerinimin neden dayanım testinin bir kesrinde sınırlandığını, modern fiberin neden hidrojene karşı güvenli olduğunu ve 200 µm fiberlerin neden farklı ekleme cihazı ayarları gerektirdiğini. Bu sayfa süreci ham kimyasallardan makaraya kadar izler ve sahada ne anlama geldiğiyle sona erer.

Malzemeler

Malzeme	Rolü
SiCl₄ (silisyum tetraklorür)	ultra saf silika kaynağı; alevde veya fırında oksitlenerek ya da hidrolize edilerek SiO₂ kurumuna dönüştürülür
GeCl₄ → GeO₂	kırılma indisini yükseltir — neredeyse tüm telekom fiberlerinin çekirdek katkı maddesi; Rayleigh saçılmasını hafifçe artırır
Flor (SiF₄, C₂F₆, SF₆)	indisi düşürür — çukurlaştırılmış kılıflar, bükülmeye duyarsız G.657 fiberinin hendeği, saf silika çekirdekli fiberlerin kılıfı
POCl₃ → P₂O₅	viskoziteyi düşürür, MCVD kılıflarında kullanılır; camı hidrojene duyarlı yapar — eski fiberlerin kötü yaşlanmasının bir nedeni
Al₂O₃, Er, Yb, Tm	yükselteçler ve lazerler için aktif fiberler, gözenekli kuruma çözelti katkılamasıyla eklenir
Cl₂ ve He	kurutma ve konsolidasyon: klor, OH’yi 1 ppb’nin altına indirir (düşük su piki), helyum gözenekli gövdeyi temizler
UV ile sertleşen akrilatlar	çift kaplama: yumuşak bir birincil kaplama (modülüs ~1 MPa) camı yastıklar, sert bir ikincil kaplama (~1 GPa) onu korur
Renkli mürekkepler, şerit matrisi	tanımlama (12 renk) ve şerit montajı

Preform süreçleri

Süreç	Nasıl çalışır	Kim kullanır	Güçlü yanları
MCVD (modifiye kimyasal buhar biriktirme, Bell Labs 1974)	buharlar, harici bir meşaleyle ısıtılan döner bir silika tüpün içinde akar; kurum tabaka tabaka birikir (önce kılıf, sonra çekirdek); tüp katı bir çubuğa çöktürülür	çoğu üretici, tüm özel fiber üreticileri	esnek: erbiyum katkılı, polarizasyon koruyucu, dispersiyon telafili fiberler; orta büyüklükte preform
PCVD (plazma etkinleştirmeli CVD)	MCVD gibi, ancak meşalenin yerini bir mikrodalga plazması alır; binlerce çok ince katman	gradyan indisli çok modlu üreticileri	hassas indis profilleri — OM3/OM4/OM5
OVD (dıştan buhar biriktirme)	bir alevden gelen kurum, döner bir hedef çubuk üzerine önce çekirdek katmanları olacak şekilde biriktirilir; çubuk çıkarılır, gözenekli gövde Cl₂ içinde kurutulur ve berrak cama sinterlenir	büyük hacimli tek modlu ve çok modlu üretim	çok düşük OH, büyük preformlar, tek süreçte çekirdek ve kılıf
VAD (buhar fazlı eksenel biriktirme)	kurum, yukarı doğru çekilen döner bir çubuğun ucunda büyür; sürekli bir süreç	büyük hacimli tek modlu üretim	çok uzun preformlar, düşük OH, yüksek verim
Dış kılıflama (RIC — silindir içinde çubuk; kurumla dış kılıflama; manşonlama)	tüm indis profilini taşıyan çekirdek çubuğu, ucuz sentetik silikayla çevrelenir — çekme sırasında kaynaklanan bir silindir veya ilave kurum	herkes	pahalı katkılı cam, hacmin yalnızca birkaç yüzdesidir

Bitmiş bir preform 100–200 mm çapında ve 1–3 m uzunluğundadır. 150 mm × 2 m’lik bir preform, yaklaşık 2 500–3 000 km’lik 125 µm fibere çekilir; en büyük modern preformlar 5 000 km’den fazlasını verir.

Çekme

Adım	Ne olur	Sayılar
Fırın	preformun ucu bir grafit veya zirkonya indüksiyon fırınında yumuşar	1 900–2 100 °C
Boyun daralması ve çekme	erimiş uçtan bir iplik çekilir; hız çapı belirler	20–40 m/s (1 200–2 500 m/dk), modern kuleler daha hızlı
Çap kontrolü	bir lazer ölçer çıplak fiberi ölçer ve kapstan hızına geri besler	125 ± 0,7 µm belirtilir, ±0,1 µm elde edilir
Soğutma	helyum dolu bir tüp camı kaplanabilecek kadar soğutur	bir metreden kısa mesafede birkaç yüz °C
Birincil kaplama	basınçlı bir kalıptan uygulanan yumuşak akrilat, UV lambalarıyla sertleştirilir	~190 µm’ye kadar
İkincil kaplama	sert akrilat, sertleştirilmiş	standart 245 ± 10 µm; yüksek yoğunluklu kablolar için 200 ± 10 µm
Döndürme	fiber, çekme sırasında sırayla saat yönünde ve saat yönünün tersine burulur, çift kırılım eksenlerini karıştırır	1980’ler fiberindeki 0,5–2 ps/√km yerine < 0,1 ps/√km PMD katsayısı
Kapstan ve sarma	makaralara gerilim kontrollü sarma	makara başına 25–50 km; kuleler 20–40 m yüksekliğinde

Renklendirme bir mürekkep katmanı ekler (veya renkli bir ikincil kaplama); şeritler bir matriste 4–12 renkli fiberi birbirine bağlar, sarılabilir şeritler ise bunları aralıklı olarak bağlar, böylece bir tüpe sarılabilirler.

Dayanım testi ve kalite güvencesi

Test	Yöntem (IEC 60793-1-xx)	G.652.D için spesifikasyon
Dayanım testi	her metre, ≥ 1 s boyunca 0,69 GPa (100 kpsi, ≈ %1 gerinim) gerilmeden geçirilir (bölüm 1-30); denizaltı ve özel fiberlerde 1,38 GPa	bu gerilmenin altında kırılacak her kusur burada kırılır, toprakta değil
Geometri	kılıf çapı, dairesellikten sapma, çekirdek–kılıf eş merkezliliği (bölüm 1-20)	125 ± 0,7 µm; ≤ %1; ≤ 0,6 µm — konektör ve ek hizalaması buna bağlıdır
Zayıflama	1310/1550/1625 nm’de kesme yöntemi (bölüm 1-40) artı bir spektral tarama; her makarada tekdüzelik ve nokta kusurları için OTDR	tipik ≤ 0,35 / 0,21 / 0,23 dB/km; nokta kusurları ≤ 0,05 dB
Mod alanı çapı	uzak alan taraması (bölüm 1-45)	1310 nm’de 9,2 ± 0,4 µm
Kesme dalga boyu	bölüm 1-44	kablolanmış kesme ≤ 1 260 nm
Kromatik dispersiyon	faz kaydırma (bölüm 1-42)	λ₀ = 1 300–1 324 nm, eğim ≤ 0,092 ps/(nm²·km)
PMD	bölüm 1-48	bağlantı tasarım değeri ≤ 0,20 ps/√km
Makro bükülme kaybı	bölüm 1-47	30 mm yarıçapta 100 tur için ≤ 0,1 dB (1625 nm)
Kaplama	soyma kuvveti 1,3–8,9 N (bölüm 1-32), kaplama geometrisi, kıvrılma	sahada tutarlı soyma
Hidrojen yaşlanması	IEC 60793-2-50	maruziyetten sonra ≤ 0,01 dB/km artış — modern fiber hidrojene karşı güvenlidir

Her makara, ölçülen değerlerin bir veri sayfasıyla birlikte gönderilir. Kablo üreticileri makara → kablo → fiber numarası eşleşmesini saklar; kabul sırasında bu fiber veri sayfalarını isteyin — bunlar tesisinizin ilk referans noktasıdır (Belgeleme ve etiketleme).

Özel fiberler ve üretimlerindeki farklar

Fiber	Üretim farkı	Kullanım
Bükülmeye duyarsız G.657	çekirdeğin etrafına biriktirilen flor katkılı bir hendek halkası (MCVD/PCVD veya OVD)	FTTH, yüksek yoğunluklu paneller, 200 µm kablolar
Gradyan indisli çok modlu OM3–OM5	parabolik (α ≈ 2) bir indis profiliyle binlerce katman; her preformda ölçülen diferansiyel mod gecikmesi	kısa erişimli VCSEL bağlantıları
Erbiyum katkılı (EDF)	sinterlemeden önce Er/Al çözeltisine batırılan gözenekli çekirdek kurumu; yükselteç başına kısa uzunluklar (metreler)	EDFA’lar
Polarizasyon koruyucu (PANDA, bow-tie)	preforma delinen delikler ve yerleştirilen bor katkılı gerilme çubukları, veya şekillendirilmiş gerilme bölgeleri	koherent alıcı-vericilerin içinde, sensörler, pompa birleştiriciler
Dispersiyon telafili (DCF)	büyük negatif dispersiyon veren yüksek indis basamaklı küçük çekirdek	eski 10G/40G telafisi
Saf silika çekirdekli G.654	katkısız çekirdek, flor katkılı kılıf; büyük etkin alanlı varyantlar (G.654.E)	denizaltı ve uzun mesafe koherent: 0,15–0,17 dB/km
İçi boş çekirdek (NANF ve benzerleri)	bir hava çekirdeği oluşturan silika kılcallarının istiflenip çekilmesi; ışık 1,46 × daha hızlı ve neredeyse doğrusal olmayanlık olmadan ilerler	gecikmenin kritik olduğu bağlantılar, araştırma; 2020’lerde 0,2 dB/km’nin altında kayıplar bildirildi
Çok çekirdekli	istiflenmiş bir preformdan çekilen 125–200 µm’lik bir kılıfta 4–7 çekirdek	uzay bölmeli çoğullama, 2020’lerden beri denizaltı sistemleri
Radyasyona dayanıklı	flor katkılı çekirdek ve kılıf, germanyum yok	nükleer, uzay, hızlandırıcılar
Karbon veya metal kaplı	çekme kulesinde akrilattan önce uygulanan hermetik bir karbon katmanı	petrol ve gaz, hidrojen açısından zengin ve yüksek sıcaklıklı ortamlar

Bir ağ mühendisi için neden önemli

Üretim gerçeği	Sahadaki sonucu
MFD ±0,4 µm hassasiyetle belirtilir	farklı satıcılardan veya dönemlerden fiberler arasındaki ekler 0,02–0,05 dB daha fazla kaybedebilir; OTDR’de “kazanç” ve kayıp noktaları (Ekleme ve sonlandırma)
%1 gerinimde dayanım testi	uzun vadeli kurulu gerinim, dayanım testinin %20’siyle (%0,2) sınırlıdır, kurulum sırasında %60’la (Güvenilirlik ve yaşlanma)
Eş merkezlilik ≤ 0,6 µm	konektör kaybına cam değil, ferul ve cila hâkimdir
1990’ların sonundan beri döndürme	100G koherent, 2000 civarından sonra üretilen her fiberde çalışır; 1995 öncesi fiber bir PMD testi gerektirir (Fiber karakterizasyonu)
Düşük OH kurutması	1383 nm su piki yok olur: E-bandı CWDM ve 1625/1650 nm izleme kullanılabilir (Zayıflama ve pencereler)
200 µm kaplama	daha küçük kablolar, ancak tutucular, soyucu ayarları ve kesici kelepçeleri eşleşmelidir; karışık 200/250 µm ekleme doğru tutucuları gerektirir
Kablolanmış zayıflama > fiber zayıflaması	tasarımı fiber değeriyle değil, kablo veri sayfasındaki kablolanmış değerle yapın (Kablo yapısı)
Şeritler	toplu füzyon ekleme cihazları, ek başına 12 fiber; şerit konumuna göre tanımlama

CodingBox’ta

Bir alıcı-verici, fiberin nasıl üretildiği hakkında hiçbir şey bilmez, ancak SMF, OM3 ve OM4 için derecelendirilmiş uzunlukları, fiberin bu toleranslara göre üretildiğini varsayar — G.652.D veya belirtilen OM sınıfı. CodingBox bu uzunluk alanlarını gösterir; alışılmadık fiberde (G.654, G.653, içi boş çekirdek) derecelendirilmiş mesafeler geçerli değildir ve bağlantı bütçesinin fiberin kendi veri sayfasından kurulması gerekir (Check transceiver, Fiber türleri).

Bu materyalde bir yanlışlık veya hata bulursanız ilgili bölümü seçin ve Ctrl+Enter tuşlarına basarak .