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Nachdem wir nun wissen, wie Glasfasersysteme funktionieren und warum sie so nützlich sind – wie werden sie hergestellt? Glasfasern bestehen aus hochreinem optischem Glas. Wir stellen uns ein Fensterglas als transparent vor, doch je dicker das Glas wird, desto weniger transparent wird es aufgrund von Verunreinigungen. Das Glas in einer Glasfaser weist jedoch deutlich weniger Verunreinigungen auf als Fensterglas. Ein Unternehmen beschreibt die Qualität des Glases folgendermaßen: Befände man sich auf einem Ozean, der kilometerweit aus massivem Glasfaserkern besteht, könnte man den Meeresgrund klar erkennen.
Die Herstellung von optischen Fasern erfordert folgende Schritte:
Herstellung eines vorgeformten Glaszylinders
Ziehen der Fasern aus der Vorform
Prüfung der Fasern
Herstellung des Vorformlings
Das Glas für die Vorform wird durch ein Verfahren namens modifizierte chemische Gasphasenabscheidung (MCVD) hergestellt.
Bei der MCVD wird Sauerstoff durch Lösungen von Siliciumchlorid (SiCl₄), Germaniumchlorid (GeCl₄) und/oder anderen Chemikalien geleitet. Die genaue Zusammensetzung bestimmt die verschiedenen physikalischen und optischen Eigenschaften (Brechungsindex, Ausdehnungskoeffizient, Schmelzpunkt usw.). Die Gasdämpfe werden anschließend in einer speziellen Drehbank in das Innere eines Rohres aus synthetischem Siliciumdioxid oder Quarz (Ummantelung) geleitet. Während sich die Drehbank dreht, wird ein Brenner an der Außenseite des Rohres auf und ab bewegt. Die extreme Hitze des Brenners bewirkt zwei Dinge:
Das Silizium und das Germanium reagieren mit Sauerstoff und bilden Siliziumdioxid (SiO2) und Germaniumdioxid (GeO2).
Das Siliziumdioxid und das Germaniumdioxid lagern sich an der Innenseite des Rohrs ab und verschmelzen miteinander zu Glas.
Die Drehmaschine dreht sich kontinuierlich, um eine gleichmäßige Beschichtung und einen formstabilen Rohling zu erzeugen. Die Reinheit des Glases wird durch den Einsatz korrosionsbeständiger Kunststoffe im Gaszufuhrsystem (Ventilblöcke, Leitungen, Dichtungen) und die präzise Steuerung von Durchfluss und Zusammensetzung des Gasgemisches gewährleistet. Die Herstellung des Rohlings ist hochautomatisiert und dauert mehrere Stunden. Nach dem Abkühlen wird der Rohling einer Qualitätskontrolle unterzogen.
Fasern aus dem Vorformling ziehen
Sobald der Vorformling geprüft wurde, wird er in einen Faserziehturm geladen.
Der Rohling wird in einen Graphitofen (1900 bis 2200 Grad Celsius) abgesenkt, und die Spitze schmilzt, bis ein flüssiger Klumpen durch die Schwerkraft nach unten fällt. Beim Fallen kühlt er ab und bildet einen Faden.
Der Bediener führt den Faserstrang durch mehrere Beschichtungsbecher (Pufferbeschichtungen) und UV-Lichthärtungsöfen auf eine traktorgesteuerte Spule. Der Traktor zieht die Faser langsam aus dem erhitzten Rohling und wird präzise durch ein Lasermikrometer gesteuert, das den Faserdurchmesser misst und die Daten an den Traktor zurückmeldet. Die Fasern werden mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 20 m/s (33 bis 66 ft/s) aus dem Rohling gezogen und das fertige Produkt auf die Spule gewickelt. Spulen mit mehr als 2,2 km (1,4 Meilen) Glasfaser sind keine Seltenheit.
Prüfung der fertigen Glasfaser
Die fertige Glasfaser wird auf Folgendes geprüft:
Zugfestigkeit – Muss einer Belastung von mindestens 100.000 lb/in² standhalten.
Brechungsindexprofil – Bestimmung der numerischen Apertur sowie Prüfung auf optische Defekte
Fasergeometrie – Kerndurchmesser, Mantelabmessungen und Beschichtungsdurchmesser sind einheitlich
Dämpfung – Bestimmen Sie, inwieweit Lichtsignale verschiedener Wellenlängen mit zunehmender Entfernung an Intensität verlieren.
Informationsübertragungskapazität (Bandbreite) – Anzahl der Signale, die gleichzeitig übertragen werden können (Multimode-Fasern)
Chromatische Dispersion – Streuung des Lichts verschiedener Wellenlängen im Kern (wichtig für die Bandbreite)
Betriebstemperatur-/Feuchtigkeitsbereich
Temperaturabhängigkeit der Dämpfung
Fähigkeit, Licht unter Wasser zu leiten – wichtig für Unterseekabel
Nachdem die Glasfasern die Qualitätskontrolle bestanden haben, werden sie an Telefongesellschaften, Kabelnetzbetreiber und Netzbetreiber verkauft. Viele Unternehmen ersetzen derzeit ihre alten, kupferdrahtbasierten Systeme durch neue Glasfasersysteme, um Geschwindigkeit, Kapazität und Sprachqualität zu verbessern.
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