Technologie výroby světlovodu

Pro výrobu světlovodu se používají nejčastěji skla s úzce specifikovanými vlastnostmi, např. skla SiCl₄, SiF₄ atd. Jejich základní vlastností je světelná propustnost. Obal je obvykle vyroben z SiO₂. U plastových vláken tvoří jádro polymer metakrylový nebo polystyren, plášť je z polymeru s příměsí fluoru.

V procesu výroby se nejprve připraví tzv. „preforma“ (na obrázku 1 v červené elipse). Je to trubice vyrobená ze skla požadovaných vlastností . Je obvykle 30 – 40 krát větší než výsledné vlákno, ale musí být zachovány poměry mezi jádrem a pláštěm. Běžný průměr preformy je cca 10mm, délka 40 cm. Z velkých preforem je možné táhnout vlákno dlouhé až několik kilometrů.

Obr. 1: Preforma pro výrobu světlovodu

Jádro je připravováno polymerizací skla a příměsí v požadovaném poměru.

Pak se jádro ponoří do speciálního roztoku (konzistence sirupu) s polymery o nižším indexu lomu než mělo jádro.

Pro výrobu preformy je použito několik druhů postupů. Např . „Vapor phase axial deposition“ (VAD), kdy je sklo umístěné vertikálně uvnitř části trubky, částice se nanáší na konec trubky (tzv. objemové usazování skla na zárodku). Trubka je postupně vytahována z pece, což umožňuje výrobu dlouhé preformy. Zpevňování materiálu může být prováděno ve zvláštním procesu. Požadovaný profil preformy se docílí pomocí vhodné geometrie pece. Tento postup je obzvláště vhodný pro jednovidová vlákna.

Obr. 2: Schéma chemicko–technologického postupu výroby preformy (metoda VAD)

Poté projde preforma základním testováním. Měří se její geometrie a optické vlastnosti (útlum, šířka pásma, mezní vlnová délka, velikost vidové plochy atd.)

Dalším krokem je tažení vlákna z preformy. Během tažení má preforma teplotu okolo 2000℃. Nejprve se na horním konci přístroje vytvoří nahřátím kapka, která táhne vlákno preformy. Dolní konec preformy (kapka) je postupně tažen gravitací a pak pomocí válce ve spodní části věže, vlákno je pak navíjeno na cívku. Preforma je pomalu přesouvána dolů, aby si zachovala stejné mechanické napětí – tažnou sílu (to je důležité pro zachování stejného útlumu po celé délce vlákna). Zařízení na tažení preformy vyžaduje velký prostor, obvykle zabírá několik pater výrobní haly.

Obr. 3: Tažení optického vlákna – schéma technologického postupu

Rychlost tažení je nepřetržitě (asi 750x za sekundu) kontrolována laserem. Celková rychlost tažení je asi 10 m za minutu. V případě, že je průměr vlákna větší než je požadavek, rychlost se zvýší. Současně je na vlákno nanášena ochranná vrstva, která je upevněna UV zářením.

Jednotlivá optická vlákna mohou být spojována v optické kabely.

Optické kabely se vyrábí z mnoha vláken (6,8,12…96,114 či 120 vláken v kabelu). Při spojování v kabely je zajištěna ochrana optických vláken. Proti vlhkosti se nanáší speciální gel, proti mechanickému poškození jsou vložena do těsné tuby (900μm), několik vláken v těsné tubě je pak uloženo do volné tuby. Vlákna ve volné tubě jsou křížena okolo ústředního upevňovacího prvku. Poté jsou jednotlivé kabely barevně označeny pro snadnější identifikaci (na obal je natištěno také označení kabelu, počet vláken, název výrobce, rok výroby) a ozářeny UV zářením. V závěru jsou kabely navinuty na cívky. Délka kabelu je obvykle 2km,4km nebo 6 km.

Obr. 4: Optický kabel

Zdroje

• KKOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009

Obrázky

• Obr. 1: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Preforma pro výrobu světlovodu, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
• Obr. 2: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Schéma chemicko–technologického postupu výroby preformy (metoda VAD), Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
• Obr. 3: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Tažení optického vlákna – schéma technologického postupu, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
• Obr. 4: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Optický kabel, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009