Волоконно-оптический кабель вошёл в нашу жизнь относительно недавно. Технология производства оптоволокна насчитывает всего-то несколько десятков лет. Первые тестовые варианты световодов были произведены в 70-х годах. И с тех пор разработки в области волоконно-оптических технологий постоянно модернизировались. На сегодняшний день активно ведётся строительство ВОЛС по всему миру. Использование оптического кабеля позволяет выходить на новый уровень в области телефонной связи и доступа в Интернет.
Сегодня при производстве оптоволокна применяют различные методы в зависимости от условий и возможностей конкретного завода. Наиболее распространённый способ изготовления оптоволокна - использование преформ (заготовок). Волокно для оптического кабеля также изготавливают посредством технологии, основанной на экструзии. Такой метод применяют в основном при производстве пластикового оптоволокна.
Как правило, в большинстве случаев при прокладке ВОЛС применяют оптический кабель с оптоволокном из кварцевого стекла, поэтому наибольший интерес для нас представляет процесс производства именно с использованием преформ.
Итак, что же представляет из себя преформа? Это стеклянный стержень диаметром 1 - 10 см длиною в 1 м. Вдоль оси преформы располагается область с увеличенным показателем преломления, из которой и формируется сердцевина оптоволокна. При повышении температуры тонкое волокно выводится из нижней части преформы. Диаметр волокна остаётся постоянным, т.к. скорость вытягивания регулируется автоматической системой связи, производящей контроль толщины изделия.
Также в процессе вытягивания оптоволокно покрывают специальными полимерными материалами для защиты от неблагоприятных механических и химических воздействий; как правило, для этих целей используют силикон, полиамид, акрилат. Далее готовое оптоволокно уже можно использовать для производства волоконно-оптического кабеля.
Сами преформы для производства оптоволокна изготавливают различными способами. Наиболее распространён метод химического осаждения из газовой фазы. Так реакции в газовой среде формируют слой кварца, покрывающего поверхность стеклянной трубки около горелки. В итоге кварц спекается в прозрачный слой стекла. Горелка работает заданное время до создания кварцевого стекла с необходимой степенью чистоты и прозрачности.
Существует и масса прочих технологий по производству оптического волокна и преформ для него. Это и химическое осаждение с использованием изменённой геометрии, и плазменное химическое осаждение, применяемое в основном для создания преформ для многомодовых оптических волокон, и различные способы изготовления заготовок для волокон оптических кабелей без осаждения и газовой фазы.
Менее распространенно изготовление оптоволокна без заготовок, однако такие способы применяются при определенных технологических условиях. Здесь можно отметить производство оптического волокна с использованием метода двойного тигля, а также метод простой экструзии. Однако подобные способы не могут обеспечить должный уровень прозрачности и чистоты стекла, соответственно изготовленные оптические кабели будут уступать по качеству моделям, в основе которых заложено сверхчистое оптоволокно.
Разработкой технологий и непосредственно их реализацией на производстве занимаются высококвалифицированные специалисты, отвечающие за качество выпускаемого оптического волокна. Каждый завод имеет свои технологии и методы производства оптоволокна для создания качественной и конкурентоспособной продукции.
Отечественные заводы по производству в настоящее время используют в основном импортное оптоволокно. Производство волокна в России пока не удовлетворяет потребностям кабельных заводов. Однако стоит отметить достаточно успешные попытки в этом направлении. Так совсем недавно был открыт оптоволоконный завод в Саранске, на который возлагаются большие надежды. Пока же наиболее востребованными остаются оптические кабели отечественного производства, изготовленные из импортного сырья.
На сайте компании « » представлен широкий ассортимент оптических кабелей различных производителей. Мы предлагаем к поставке волоконно-оптические кабели по низким ценам и гарантируем высокое качество поставляемой продукции.
Завод в Саранске будет производить телекоммуникационное и техническое оптическое волокно для кабелей связи, медицины, оборонного комплекса, предприятий, добывающих и транспортирующих нефть и газ, эксплуатирующих сложные технические сооружения (мосты, трубопроводы, эстакады и т. д.).
Сегодня оптическое волокно в РФ не производится и полностью импортируется из-за рубежа — в основном из США и Японии. Основными поставщиками продукции являются американская Corning (84%) и японские Fujikura и Furukawa Elektric (11%). Пуск завода в Саранске, мощности которого рассчитаны на выпуск 2,4 млн. км телекоммуникационного волокна в год, позволит обеспечить около 50% потребности кабельных заводов страны в этой продукции. В течение 2-3 лет возможно удвоить выпуск.
Инвестиции в создание завода, в котором по 47,7% принадлежит «Роснано» и Газпромбанку, а 4,6% - властям Мордовии, составили 2,7 млрд рублей, срок окупаемости — 10 лет. Завод был построен за полтора года. Создано 150 рабочих мест.
Программа развития производства «Оптиковолоконных Систем» предусматривает дальнейшую локализацию выпуска оптического волокна в России. Получено разрешение на строительство 2-го пускового комплекса — собственного производства преформ.
Таким образом будет эффективно реализована вертикальная интеграция, что, в том числе, позволит расширить ассортимент производимого специального оптического волокна в расчете на потребности предприятий нефтегазового сектора, производителей медицинского оборудования, а также оборонного комплекса. Оптоволокно имеет большой потенциал использования в эндоскопах, гироскопах, гидролокационных приборах, в датчиках для измерения давления, температуры и электрического напряжения, волоконных лазерах.
Но в первую очередь, завод будет производить телекоммуникационное волокно для кабелей связи. Ведущие предприятия отрасли, такие как «Сарансккабель-Оптика», «Еврокабель-1», «Москабель-Фуджикура» уже протестировали первые образцы российского оптического волокна и представили положительные заключения. Успешная реализация программы сертификации продукции с участием ОАО «ВНИИКП» и совместное тестирование российского оптического волокна и оптоволоконного кабеля с ПАО «Ростелеком» позволят уже в ближайшее время максимально расширить спектр их применения при строительстве сетей связи в России, в том числе в рамках федерального проекта «Устранение цифрового неравенства».
Заготовки чистейшего синтетического кварца в специальных печах разогреваются до 2 тысяч градусов и через башни вытяжки превращаются в тончайшие стеклянные нити. Затем на них наносится защитная пленка полимера. Диаметр готового волоконного световода вместе с покрытием — 250 микрон. А один километр оптоволокна весит всего 30 граммов.
В 2016 году завод планирует произвести 1,5-2 млн километров оповолокна, а во второй половине 2017 года выйти на полную мощность — 2,5-3 млн километров, что обеспечит 50% потребности кабельных заводов. Уже сегодня предприятие прорабатывает возможность увеличения мощности до 4-4,5 млн километров оптовлокна в год за счет модернизации оборудования, оптимизации режима работы и повышения производительности.
Предприятие ИООО "СОЮЗ-КАБЕЛЬ" специализировано на производстве оптических кабелей для взаимосвязанной сети связи России, стран СНГ и дальнего зарубежья. В 2015 году проведена модернизация завода, направленная на увеличение объемов и ассортимента выпускаемой продукции. Производственная база этого завода оптического кабеля построена на основе современного высокопроизводительного комплекса технологического оборудования фирмы "Nextrom OY" (Финляндия) для выпуска оптических кабелей. Завод СОЮЗ-КАБЕЛЬ обладает единственной в Республике Беларусь аккредитованной лабораторией, которая позволяет испытывать волоконно-оптический кабель на стойкость к циклической смене температур и механическим нагрузкам, а также измерять электрические параметры кабеля.
Иностранное общество с ограниченной ответственностью "СОЮЗ-КАБЕЛЬ" было создано 9 июня 2003 года в г. Витебске на территории свободной экономической зоны. Это первое предприятие по выпуску волоконно-оптического кабеля на территории Республики Беларусь.
При производстве волоконно-оптического кабеля используется современная технология, новейшее измерительное и испытательное оборудование.
Конструктивные параметры и оптические характеристики используемые в кабелях оптических волокон соответствуют требованиям IEC 60793. Поставщиками оптического волокна являются ведущие мировые производители, продукцию которых используют производители оптического кабеля. По требованию потребителя возможно применение волокон других изготовителей. В настоящее время широкое распространение получили волокна с низким водяным пиком (рекомендация МСЭ-Т G.652 C,D), а также волокно с ненулевой смещенной дисперсией (рекомендация МСЭ-Т G.655). Учитывая возможности технологического оборудования ИООО "СОЮЗ-КАБЕЛЬ" может изготавливать кабели модульной конструкции с количеством волокон до 576. Производятся оптические кабели для различных областей применения с необходимыми техническими характеристиками.
Производство оптического волокна начинается со стеклянной трубки. Ее примерные габариты можно оценить по рис. 1. Эта трубка промывается в кислоте и дистиллированной воде, для устранения различных загрязнителей и жиров с ее поверхности. Далее она устанавливается в зажимы тепло-механического станка.
Рисунок 1 - Стеклянная трубка и ее установка в тепло-механический станок
Трубка вращается со скоростью 60 оборотов/мин. Под ней плавно, со скоростью 20 см/мин двигается горелка, которая равномерно разогревает трубку до температуры 1600 0 С. Одновременно с этим, в трубку подается смесь газов: SiCl4, GeCl4, BCl3 и кислород О2, которые при температуре 16000С вступают в химическую реакцию. В результате реакции на внутреннюю стенку трубки выпадает осадок в виде белого порошка, который в последствии плавится и кристаллизируется. Таким образом постепенно заполняется внутренняя часть трубки и формируется сердцевина оптического волокна.
Рисунок 2 - Процесс формирования сердцевины оптического волокна
Предформа извлекается из тепло-механического станка и устанавливается в зажимы установки вытягивания волокна (вытяжной башни). Процесс вытягивания волокна включает несколько этапов, каждый из которых рассмотрим отдельно.
Рисунок 3 - Установка вытягивания волокна
Торец предформы нагревается до температуры 20000С, вследствие чего предформа начинает растягиваться и уменьшаться в диаметре.
Лазерный детектор работает в паре с детектором натяжения, тем самым поддерживая диаметр оптического волокна равный 125 мкм. При увеличении диаметра волокна, лазерный детектор подает сигнал на детектор натяжения. Последний увеличивает усилие натяжения, что приводит к уменьшению диаметра волокна. И наоборот: в случае, если зафиксировано уменьшение диаметра волокна, уменьшается усилие натяжения и диаметр увеличивается. Таким образом, диаметр волокна не одинаковый по всей его длине, а постоянно колеблется около 125 мкм. В результате, при выполнении сварных соединений, встречаются ситуации, когда одно из сращиваемых волокон имеет диаметр больше (к примеру 127 мкм), другое - меньше (к примеру 123 мкм).
Это приводит к различным значениям потерь на соединении при измерении со стороны А в сторону В, и наоборот.
Следствием описанного выше, является требование выполнения двустороннего измерения интегральных вносимых потерь (при помощи или ) с последующим определением среднего значения по формуле:
Рисунок 4 - Несоответствие диаметров волокна
Именно по этой причине при строительстве магистральных ВОЛС требуют использовать кабельные барабаны в порядке их заводской нумерации.
Оптическое волокно без повреждений имеет такое же усилие на разрыв как и стальная нить аналогичного диаметра. Это и не удивительно, ведь обычное оконное стекло тоже нелегко разорвать. Но стоит лишь нанести царапину стеклорезом (а в случае с оптическим волокном - просто прикоснуться к любой металлической поверхности) и задача существенно упрощается. Именно для защиты оптического волокна от механических повреждений а также для защиты от попадания воды и загрязнителей, на поверхность волокна наносится первичное буферное покрытие. Оно представляет собой акриловый лак, который мы снимаем стриппером в ходе подготовки волокна к сварке. Далее нанесенный лак сушится в сушильной печи при помощи ультрафиолетового излучения. Полученное оптическое волокно сматывается на катушки (примерно 20 км на каждую) и поставляется на заводы по производству кабеля или потребителю.
Рисунок 5 - Катушка оптического волокна
Видео 1 - вебинар “Монтаж и диагностика ВОЛС на сети доступа. Введение, особенности архитектуры PON”.
Чтобы задать вопрос докладчику вебинара отправьте письмо на адрес: info@сайт
Видео 2 - Опыт Джона Тиндаля
Историческая справка: В 1870 г английский физик Джон Тиндаль продемонстрировал возможность управления светом на основе внутренних отражений. Продемонстрированный опыт показал, что свет может распространяться не только по прямой линии, как учит нас школьная программа, но и по любой изогнутой траектории. Для этого необходимо соблюсти лишь одно условие: обеспечить чтобы свет распространялся в более плотной среде (в опыте - вода), которая окружена менее плотной средой (в опыте - воздух). По этому принципу и построено оптическое волокно: свет распространяется по более плотной сердцевине, которая в свою очередь окружена менее плотной - оболочкой.
Видео 3 - Производство оптического волокна
Материал, изложенный далее это своеобразная смесь материалов уже размещённых в сети Интернет и небольшого видеоролика с канала Discoveri Sciense. Очень сомнительно, что видео отображало реальную технологическую линию по производству оптоволокна, скорее всё это для общего развития среднеамериканского обывателя.
На момент создания страницы (16.12.2011г) Оптоволокно в России и в СНГ ни кто не производит. Почти во все оптоволоконные кабеля закладывается оптическое волокно либо японского (Fujikura) либо американского (Corning) происхождения. Хотя к чести науки бывшего СССР стоит заметить, что и само оптоволокно и оптоволоконные кабеля в Советском Союзе производились и даже некоторое время работали в качестве соединительных линий АТС в некоторых крупных городах.
Увы, с перестройкой всё это было похоронено, а на настоящее время организация такого производства нерентабельна. Выгоднее покупать оптоволокно за границей, а на своих заводах только закладывать его в производимый кабель.
Технология производства оптоволокна
Изготовление преформ для оптоволокна
Наиболее распространен метод создания оптоволокна с малыми потерями путем химического осаждения из газовой фазы. При этом методе осаждение стекла может происходить на внешней поверхности вращающегося затравочного стержня, на торцевой поверхности стержня из кварцевого стекла или на внутренней поверхности вращающейся опорной трубки из кварцевого стекла. Далее описан метод осаждения на внутренней поверхности трубки (IVD method, Inside Vapor Deposition)
Процесс производства начинается с изображённой на рисунке полой кварцевой трубки с показателем преломления внешнего слоя оптоволокна, длиной 0,5...2 м и диаметром 16...18 мм.
Заготовка для производства оптоволокна (ещё не преформа)
Трубку очищают от всевозможных загрязнений путём погружения в раствор фтористо-водородной кислоты. Так как из одной такой трубки можно изготовить преформу для небольшую длинны оптоволокна то трубки-заготовки свариваются посредством специальной газовой горелки с водородно-кислородным пламенем.
Сварной шов заготовки преформы
В результате химической реакции при высокой температуре (1500...1700°С) на внутренней поверхности трубки слоями осаждается чистый кварц SiO 2 .Схематически эту операцию изображают так:
Сама же разогретая и наполненная смесью газов трубка выглядит подобным образом:
Осаждением заполняется внутренняя полость трубки, кроме самого центра. Чтобы ликвидировать этот оставшийся воздушный канал, подается еще более высокая температура: 1900° С, за счет которой происходит схлопывание и трубчатая заготовка превращается в сплошную цилиндрическую.
Последствия процесса схлопывания трубки под действием температуры 1900°С
Чистый осажденный кварц при этом становится сердечником оптоволокна с необходимым показателем преломления, а сама трубка выполняет роль оболочки с другим показателем преломления.
Получившийся стеклянный прут называют преформой .
Тема производства оптоволокна затронута так же на страницах книги
"Волоконная оптика. Теория и практика
":
Производство волокон
. Внутреннее осаждение в химических парах.
Внешнее осаждение в химических парах .
Осевое осаждение паров. Протягивание с двойным тиглем
