كيف تُصنع الألياف الضوئية: القضبان الأولية، السحب، الطلاء، اختبار التحمل

ليف الاتصالات خيط زجاجي قطره 125 µm، يُسحب من قضيب أولي بحجم مضرب بيسبول بسرعة عشرات الأمتار في الثانية، ويُطلى خلال جزء من الثانية، ويُعرَّض لانفعال بنسبة 1% على طول امتداده كله قبل أن يُباع. يفسر مسار التصنيع معظم الأرقام التي يواجهها المهندس لاحقًا: لماذا يُحدَّد قطر مجال النمط بدقة ±0.4 µm، ولماذا تفقد نقاط اللحام بين مورّدين مختلفين قليلًا أكثر، ولماذا يُحدّد الانفعال أثناء التركيب بجزء من قيمة الاختبار الإثباتي، ولماذا الألياف الحديثة آمنة تجاه الهيدروجين، ولماذا تحتاج الألياف بقطر 200 µm إلى إعدادات لحّام مختلفة. تتبع هذه الصفحة العملية من المواد الكيميائية الخام حتى البكرة، وتنتهي بما يعنيه ذلك في الميدان.

المواد

المادة	الدور
SiCl₄ (رابع كلوريد السيليكون)	مصدر سيليكا فائق النقاء؛ يُؤكسَد أو يُحلَّل مائيًا في لهب أو فرن إلى سخام SiO₂
GeCl₄ → GeO₂	يرفع معامل الانكسار — وهو مطعِّم القلب في كل ألياف الاتصالات تقريبًا؛ ويزيد استطارة رايلي قليلًا
الفلور (SiF₄، C₂F₆، SF₆)	يخفض المعامل — الكسوات المخفَّضة، وخندق الألياف G.657 المقاومة للانحناء، وكسوة الألياف ذات القلب من السيليكا النقية
POCl₃ → P₂O₅	يخفض اللزوجة، ويُستخدم في كسوات MCVD؛ ويجعل الزجاج حساسًا للهيدروجين — وهذا أحد أسباب تقادم الألياف القديمة بشكل سيئ
Al₂O₃، Er، Yb، Tm	ألياف نشطة للمضخمات والليزرات، تُضاف بتطعيم السخام المسامي بمحلول
Cl₂ وHe	التجفيف والتكثيف: الكلور يزيل OH إلى أقل من 1 ppb (ذروة ماء منخفضة)، والهيليوم يطهّر الجسم المسامي
الأكريلات المُعالَجة بالأشعة فوق البنفسجية	طلاء مزدوج: طبقة أولية لينة (معامل مرونة ~1 MPa) تُخفّف الصدمة عن الزجاج، وطبقة ثانوية صلبة (~1 GPa) تحميه
أحبار التلوين، مصفوفة الشريط	التعريف (12 لونًا) وتجميع الشريط

عمليات تصنيع القضيب الأولي

العملية	كيف تعمل	من يستخدمها	نقاط القوة
MCVD (الترسيب الكيميائي البخاري المعدَّل، Bell Labs، 1974)	تتدفق الأبخرة داخل أنبوب سيليكا دوّار تُسخِّنه شعلة خارجية؛ ويترسب السخام طبقة فطبقة (الكسوة ثم القلب)؛ وينهار الأنبوب إلى قضيب صلب	معظم المُصنِّعين، وجميع صانعي الألياف الخاصة	مرنة: ألياف مطعَّمة بالإربيوم، وحافظة للاستقطاب، ومعوِّضة للتشتت؛ بحجم قضيب أولي متوسط
PCVD (الترسيب الكيميائي البخاري المنشَّط بالبلازما)	يشبه MCVD، لكن بلازما بالموجات الدقيقة تحل محل الشعلة؛ آلاف الطبقات الرقيقة جدًا	صانعو الألياف متعددة الأنماط ذات الفهرس التدرّجي	مخططات معامل انكسار دقيقة — OM3/OM4/OM5
OVD (الترسيب البخاري الخارجي)	يترسب سخام من لهب على قضيب هدف دوّار، طبقات القلب أولًا؛ ثم يُزال القضيب ويُجفَّف الجسم المسامي في Cl₂ ويُلبَّد إلى زجاج شفاف	إنتاج كبير الحجم من الألياف أحادية النمط ومتعددة الأنماط	OH منخفض جدًا، وقضبان أولية كبيرة، والقلب والكسوة في عملية واحدة
VAD (الترسيب المحوري من الطور البخاري)	ينمو السخام على طرف قضيب دوّار يُسحب إلى أعلى؛ عملية مستمرة	إنتاج كبير الحجم من الألياف أحادية النمط	قضبان أولية طويلة جدًا، وOH منخفض، وإنتاجية عالية
الكسوة الإضافية (RIC — قضيب داخل أسطوانة؛ كسوة بالسخام؛ التغليف)	يُحاط قضيب القلب، الذي يحمل مخطط معامل الانكسار كاملًا، بسيليكا اصطناعية رخيصة — أسطوانة تُلحَم أثناء السحب، أو سخام إضافي	الجميع	الزجاج المطعَّم المكلف لا يمثل سوى نسبة ضئيلة من الحجم

يبلغ قطر القضيب الأولي الجاهز 100–200 mm وطوله 1–3 m. ويُسحب قضيب بقياس 150 mm × 2 m إلى نحو 2 500–3 000 km من ليف بقطر 125 µm؛ وتنتج أكبر القضبان الأولية الحديثة أكثر من 5 000 km.

السحب

الخطوة	ما يحدث	الأرقام
الفرن	يلين طرف القضيب الأولي في فرن حثّي من الغرافيت أو الزركونيا	1 900–2 100 °C
تضييق العنق والسحب	يُسحب خيط من الطرف المنصهر؛ والسرعة تحدد القطر	20–40 m/s (1 200–2 500 m/min)، وأبراج حديثة أسرع
التحكم في القطر	يقيس مقياس ليزري الليف العاري ويُغذّي الإشارة إلى سرعة الملفاف	125 ± 0.7 µm محدَّد، ويُحقَّق ±0.1 µm
التبريد	أنبوب مملوء بالهيليوم يبرّد الزجاج بما يكفي لطلائه	بضع مئات من °C خلال أقل من متر
الطلاء الأولي	أكريلات لينة تُطبَّق عبر قالب مضغوط، وتُعالَج بمصابيح الأشعة فوق البنفسجية	حتى ~190 µm
الطلاء الثانوي	أكريلات صلبة، مُعالَجة	245 ± 10 µm قياسي؛ 200 ± 10 µm للكبلات عالية الكثافة
الغزل	يُلوى الليف بالتناوب باتجاه عقارب الساعة وعكسها أثناء السحب، فيمزج محوري الانكسار المزدوج	معامل PMD < 0.1 ps/√km بدل 0.5–2 ps/√km في ألياف عقد 1980
الملفاف واللف	لف مُتحكَّم فيه بالشد على بكرات	25–50 km لكل بكرة؛ وارتفاع الأبراج 20–40 m

يضيف التلوين طبقة حبر (أو طلاءً ثانويًا ملونًا)؛ وتُلحم الأشرطة بين 4 و12 ليفًا ملونًا في مصفوفة، أما الأشرطة القابلة للف فتُلحمها بشكل متقطع بحيث يمكن لفّها داخل أنبوب.

الاختبار الإثباتي وضمان الجودة

الاختبار	الطريقة (IEC 60793-1-xx)	مواصفة G.652.D
الاختبار الإثباتي	يمر كل متر بشدّ مقداره 0.69 GPa (100 kpsi، ≈ 1% انفعال) لمدة ≥ 1 s (الجزء 1-30)؛ والألياف البحرية والخاصة 1.38 GPa	أي عيب قد ينكسر عند إجهاد أقل ينكسر هنا، لا تحت الأرض
الهندسة	قطر الكسوة، وعدم الاستدارة، وتراكز القلب مع الكسوة (الجزء 1-20)	125 ± 0.7 µm؛ ≤ 1%؛ ≤ 0.6 µm — يعتمد عليها محاذاة الموصلات ونقاط اللحام
التوهين	طريقة القطع (الجزء 1-40) عند 1310/1550/1625 nm إضافة إلى مسح طيفي؛ وOTDR على كل بكرة للتحقق من الانتظام والعيوب الموضعية	≤ 0.35 / 0.21 / 0.23 dB/km نموذجيًا؛ والعيوب الموضعية ≤ 0.05 dB
قطر مجال النمط	مسح المجال البعيد (الجزء 1-45)	9.2 ± 0.4 µm عند 1310 nm
طول موجة القطع	الجزء 1-44	طول موجة القطع بعد التكبيل ≤ 1 260 nm
التشتت اللوني	إزاحة الطور (الجزء 1-42)	λ₀ = 1 300–1 324 nm، الميل ≤ 0.092 ps/(nm²·km)
PMD	الجزء 1-48	قيمة تصميم الوصلة ≤ 0.20 ps/√km
فقد الانحناء الكبير	الجزء 1-47	≤ 0.1 dB لـ 100 لفة عند نصف قطر 30 mm (1625 nm)
الطلاء	قوة التجريد 1.3–8.9 N (الجزء 1-32)، وهندسة الطلاء، والالتواء	تجريد متسق في الميدان
تقادم الهيدروجين	IEC 60793-2-50	زيادة ≤ 0.01 dB/km بعد التعرّض — الألياف الحديثة آمنة تجاه الهيدروجين

تُشحَن كل بكرة مع صحيفة بيانات بالقيم المقيسة. ويحافظ صانعو الكبلات على تسلسل التتبع بكرة → كبل → رقم الليف؛ فاطلب صحائف بيانات الألياف هذه أثناء الاستلام — فهي خط الأساس الأول لبنيتك (التوثيق والوسم).

الألياف الخاصة وما يختلف في تصنيعها

الليف	الفرق في التصنيع	الاستخدام
G.657 المقاوم للانحناء	حلقة خندق مطعَّمة بالفلور تُرسَّب حول القلب (MCVD/PCVD أو OVD)	FTTH، الألواح عالية الكثافة، كبلات 200 µm
متعدد الأنماط ذو الفهرس التدرّجي OM3–OM5	آلاف الطبقات بمخطط معامل انكسار مكافئ الشكل (α ≈ 2)؛ ويُقاس فرق تأخر الأنماط على كل قضيب أولي	وصلات VCSEL قصيرة المدى
المطعَّم بالإربيوم (EDF)	سخام قلب مسامي منقوع في محلول Er/Al قبل التلبيد؛ أطوال قصيرة (أمتار) لكل مضخم	مضخمات EDFA
الحافظ للاستقطاب (PANDA، bow-tie)	ثقوب تُحفر في القضيب الأولي وتُدرَج فيها قضبان إجهاد مطعَّمة بالبورون، أو مناطق إجهاد مصمَّمة الشكل	داخل وحدات الإرسال والاستقبال المتماسكة، والمجسّات، ومجمِّعات الضخ
معوِّض التشتت (DCF)	قلب صغير بخطوة معامل انكسار عالية تُعطي تشتتًا سالبًا كبيرًا	تعويض 10G/40G القديم
G.654 ذو القلب من السيليكا النقية	قلب غير مطعَّم، وكسوة مطعَّمة بالفلور؛ وأنواع بمساحة فعالة كبيرة (G.654.E)	الأنظمة البحرية والمتماسكة طويلة المدى: 0.15–0.17 dB/km
المجوَّف القلب (NANF وما شابهها)	تكديس وسحب لشعيرات سيليكا تُشكِّل قلبًا هوائيًا؛ وينتقل الضوء بسرعة أكبر 1.46× وبلا لاخطية تقريبًا	الوصلات الحرجة من حيث الكمون، والبحث؛ وسُجِّل فقد أقل من 0.2 dB/km في عقد 2020
متعدد الأنوية	4–7 أنوية داخل كسوة بقطر 125–200 µm، تُسحب من قضيب أولي مكدَّس	التعديد بتقسيم الفراغ، والأنظمة البحرية منذ عقد 2020
مقاوم للإشعاع	قلب وكسوة مطعَّمان بالفلور، بلا جرمانيوم	المنشآت النووية، الفضاء، المسرّعات
المطلي بالكربون أو المعدن	طبقة كربون محكمة تُطبَّق في برج السحب قبل الأكريلات	النفط والغاز، والبيئات الغنية بالهيدروجين ومرتفعة الحرارة

لماذا يهتم مهندس الشبكات بهذا

حقيقة التصنيع	الأثر الميداني
يُحدَّد MFD بدقة ±0.4 µm	قد تفقد نقاط اللحام بين ألياف من مورّدين أو حقبتين مختلفتين 0.02–0.05 dB إضافية؛ وتظهر نقاط كسب وفقد ظاهرية على OTDR (اللحام والإنهاء)
الاختبار الإثباتي عند انفعال 1%	يقتصر الانفعال المركَّب على المدى الطويل على 20% من قيمة الاختبار الإثباتي (0.2%)، والتركيب على 60% (الموثوقية والتقادم)
التراكز ≤ 0.6 µm	يهيمن على فقد الموصل الكُمّ الطرفي والتلميع، لا الزجاج
الغزل منذ أواخر التسعينيات	يعمل 100G المتماسك على أي ليف مُصنَّع بعد نحو 2000؛ ويحتاج الليف السابق لعام 1995 إلى اختبار PMD (توصيف الألياف)
التجفيف لخفض الهيدروكسيل (OH)	تختفي ذروة الماء عند 1383 nm: فتصبح قنوات E-band من CWDM والمراقبة عند 1625/1650 nm قابلة للاستخدام (التوهين ونوافذ الإرسال)
طلاء 200 µm	كبلات أصغر، لكن يجب أن تلائمها الحوامل وإعدادات جهاز التجريد ومشابك القاطع؛ ويحتاج اللحام المختلط بين 200/250 µm إلى الحوامل المناسبة
توهين الكبل > توهين الليف	صمِّم باستخدام قيمة الكبل من صحيفة بيانات الكبل، لا قيمة الليف (بنية الكبل)
الأشرطة	لحّامات انصهار جماعية، 12 ليفًا لكل عملية لحام؛ والتعريف حسب موضع الليف داخل الشريط

في CodingBox

لا تعرف وحدة الإرسال والاستقبال شيئًا عن طريقة تصنيع الليف، لكن أطوالها المصنَّفة لـ SMF وOM3 وOM4 تفترض ليفًا مصنَّعًا وفق هذه التفاوتات — G.652.D أو فئة OM المذكورة. يعرض CodingBox حقول الأطوال هذه؛ وعلى الألياف غير المعتادة (G.654، G.653، المجوَّفة القلب) لا تنطبق المسافات المصنَّفة، ويجب بناء ميزانية الوصلة من صحيفة بيانات الليف نفسه (Check transceiver، أنواع الألياف).

إذا وجدت معلومة غير دقيقة أو خطأً في هذه المادة، فحدِّد المقطع المعني واضغط Ctrl+Enter .