การผลิตใยแก้วนำแสง: พรีฟอร์ม การดึงเส้นใย การเคลือบ และการทดสอบความแข็งแรง

ใยแก้วนำแสงสำหรับโทรคมนาคมคือเส้นใยแก้วขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 125 µm ดึงออกมาจากพรีฟอร์มขนาดเท่าไม้เบสบอลด้วยความเร็วหลายสิบเมตรต่อวินาที เคลือบภายในเสี้ยววินาที และถูกทดสอบด้วยแรงดึงที่ทำให้เกิดความเครียด 1 % ตลอดความยาวทั้งเส้นก่อนนำออกจำหน่าย กระบวนการผลิตอธิบายตัวเลขส่วนใหญ่ที่วิศวกรจะพบในภายหลัง เหตุใดเส้นผ่านศูนย์กลางสนามโหมดจึงระบุที่ ±0.4 µm เหตุใดจุดเชื่อมระหว่างใยแก้วนำแสงต่างผู้ผลิตจึงสูญเสียมากขึ้นเล็กน้อย เหตุใดความเครียดขณะติดตั้งจึงถูกจำกัดไว้ที่สัดส่วนหนึ่งของการทดสอบพิสูจน์แรงดึง เหตุใดใยแก้วนำแสงยุคใหม่จึงปลอดภัยต่อไฮโดรเจน และเหตุใดใยแก้วนำแสงขนาด 200 µm จึงต้องตั้งค่าเครื่องเชื่อมต่างออกไป หน้านี้ติดตามกระบวนการตั้งแต่สารเคมีตั้งต้นไปจนถึงม้วนใยแก้วนำแสง และปิดท้ายด้วยความหมายของสิ่งเหล่านี้ในภาคสนาม

วัตถุดิบ

วัตถุดิบ	บทบาท
SiCl₄ (ซิลิคอนเตตระคลอไรด์)	แหล่งซิลิกาบริสุทธิ์พิเศษ; ถูกออกซิไดซ์หรือไฮโดรไลซ์ในเปลวไฟหรือเตาเผาจนกลายเป็นเขม่า SiO₂
GeCl₄ → GeO₂	เพิ่มดัชนีหักเห — สารเจือแกนของใยแก้วนำแสงโทรคมนาคมเกือบทั้งหมด; เพิ่มการกระเจิงแบบเรย์ลีเล็กน้อย
ฟลูออรีน (SiF₄, C₂F₆, SF₆)	ลดดัชนีหักเห — แคลดดิงดัชนีต่ำ ร่องของใยแก้วนำแสง G.657 ชนิดไม่ไวต่อการโค้งงอ แคลดดิงของใยแก้วนำแสงแกนซิลิกาบริสุทธิ์
POCl₃ → P₂O₅	ลดความหนืด ใช้ในแคลดดิงกระบวนการ MCVD; ทำให้แก้วไวต่อไฮโดรเจน — เป็นเหตุผลที่ใยแก้วนำแสงรุ่นเก่าเสื่อมสภาพเร็ว
Al₂O₃, Er, Yb, Tm	ใยแก้วนำแสงชนิดแอกทีฟสำหรับตัวขยายสัญญาณและเลเซอร์ เติมด้วยการเจือสารละลายลงในเขม่าที่มีรูพรุน
Cl₂ และ He	การทำให้แห้งและการอบให้แน่นตัว: คลอรีนกำจัด OH ให้เหลือต่ำกว่า 1 ppb (จุดพีกน้ำต่ำ) ฮีเลียมไล่อากาศออกจากเนื้อที่มีรูพรุน
อะคริเลตที่บ่มแข็งด้วยแสงยูวี	การเคลือบสองชั้น: ชั้นเคลือบปฐมภูมิที่นุ่ม (มอดูลัส ~1 MPa) รองรับแรงกระแทกให้เนื้อแก้ว ชั้นเคลือบทุติยภูมิที่แข็ง (~1 GPa) ปกป้องเนื้อแก้ว
หมึกสี, เมทริกซ์ริบบอน	การระบุ (12 สี) และการประกอบริบบอน

กระบวนการผลิตพรีฟอร์ม

กระบวนการ	หลักการทำงาน	ผู้ใช้กระบวนการนี้	จุดเด่น
MCVD (การสะสมไอเคมีแบบดัดแปลง, Bell Labs 1974)	ไอสารเคมีไหลอยู่ภายในท่อซิลิกาที่หมุนอยู่และถูกให้ความร้อนด้วยหัวพ่นไฟจากภายนอก; เขม่าพอกตัวทีละชั้น (แคลดดิงก่อน แล้วจึงเป็นแกน); ท่อจะถูกยุบตัวลงเป็นแท่งทึบ	ผู้ผลิตส่วนใหญ่ ผู้ผลิตใยแก้วนำแสงชนิดพิเศษทั้งหมด	ยืดหยุ่น: ใยแก้วนำแสงเจือเออร์เบียม ใยแก้วนำแสงรักษาโพลาไรเซชัน ใยแก้วนำแสงชดเชยดิสเพอร์ชัน; ขนาดพรีฟอร์มปานกลาง
PCVD (CVD กระตุ้นด้วยพลาสมา)	คล้ายกับ MCVD แต่ใช้พลาสมาไมโครเวฟแทนหัวพ่นไฟ; หลายพันชั้นที่บางมาก	ผู้ผลิตใยแก้วนำแสงมัลติโหมดแบบดัชนีไล่ระดับ	โพรไฟล์ดัชนีที่แม่นยำ — OM3/OM4/OM5
OVD (การสะสมไอภายนอก)	เขม่าจากเปลวไฟพอกลงบนแท่งเป้าหมายที่หมุนอยู่ โดยพอกชั้นแกนก่อน; แท่งเป้าหมายถูกถอดออก เนื้อที่มีรูพรุนถูกทำให้แห้งด้วย Cl₂ แล้วเผาผนึกจนเป็นแก้วใส	การผลิตซิงเกิลโหมดและมัลติโหมดปริมาณมาก	OH ต่ำมาก พรีฟอร์มขนาดใหญ่ แกนและแคลดดิงในกระบวนการเดียว
VAD (การสะสมไอตามแนวแกน)	เขม่าเติบโตที่ปลายแท่งหมุนซึ่งถูกดึงขึ้นด้านบน เป็นกระบวนการต่อเนื่อง	การผลิตซิงเกิลโหมดปริมาณมาก	พรีฟอร์มยาวมาก OH ต่ำ กำลังผลิตสูง
การพอกแคลดดิงเพิ่ม (RIC — แท่งในกระบอก; การพอกเขม่าเพิ่ม; การสวมปลอก)	แท่งแกนซึ่งมีโพรไฟล์ดัชนีครบถ้วนอยู่แล้ว ถูกล้อมรอบด้วยซิลิกาสังเคราะห์ราคาถูก — เป็นกระบอกที่หลอมติดระหว่างการดึง หรือเป็นเขม่าเพิ่มเติม	ผู้ผลิตทุกราย	แก้วเจือสารราคาแพงคิดเป็นเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของปริมาตรทั้งหมด

พรีฟอร์มที่เสร็จสมบูรณ์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100–200 mm และยาว 1–3 m พรีฟอร์มขนาด 150 mm × 2 m ดึงออกมาเป็นใยแก้วนำแสงขนาด 125 µm ได้ประมาณ 2 500–3 000 km ส่วนพรีฟอร์มยุคใหม่ที่ใหญ่ที่สุดให้ผลผลิตมากกว่า 5 000 km

การดึง

ขั้นตอน	สิ่งที่เกิดขึ้น	ตัวเลข
เตาเผา	ปลายพรีฟอร์มอ่อนตัวลงในเตาเหนี่ยวนำแกรไฟต์หรือเซอร์โคเนีย	1 900–2 100 °C
การคอดตัวและการดึง	เส้นใยถูกดึงออกจากปลายที่หลอมเหลว ความเร็วในการดึงเป็นตัวกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลาง	20–40 m/s (1 200–2 500 m/min) หอดึงยุคใหม่เร็วกว่านี้
การควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลาง	เกจวัดเลเซอร์วัดใยแก้วนำแสงเปลือยและป้อนกลับไปยังความเร็วแคปสแตน	กำหนดไว้ที่ 125 ± 0.7 µm ทำได้จริงที่ ±0.1 µm
การทำให้เย็น	ท่อที่เต็มไปด้วยฮีเลียมทำให้เนื้อแก้วเย็นลงพอที่จะเคลือบได้	ลดลงหลายร้อย °C ภายในระยะไม่ถึงหนึ่งเมตร
การเคลือบชั้นปฐมภูมิ	อะคริเลตชนิดนุ่มถูกฉาบผ่านแม่พิมพ์แรงดัน แล้วบ่มแข็งด้วยหลอดยูวี	จนถึง ~190 µm
การเคลือบชั้นทุติยภูมิ	อะคริเลตชนิดแข็ง บ่มแข็งแล้ว	245 ± 10 µm มาตรฐาน; 200 ± 10 µm สำหรับสายเคเบิลความหนาแน่นสูง
การหมุนบิด	ใยแก้วนำแสงถูกบิดสลับตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิการะหว่างการดึง เพื่อผสมแกนการหักเหสองแนวเข้าด้วยกัน	สัมประสิทธิ์ PMD < 0.1 ps/√km แทนที่จะเป็น 0.5–2 ps/√km แบบใยแก้วนำแสงยุคทศวรรษ 1980
แคปสแตนและการม้วนเก็บ	การม้วนเก็บลงม้วนโดยควบคุมแรงดึง	25–50 km ต่อม้วน; หอดึงสูง 20–40 m

การลงสีเพิ่มชั้นหมึก (หรือชั้นทุติยภูมิแบบมีสี) ริบบอนยึดใยแก้วนำแสงที่มีสี 4–12 เส้นเข้าด้วยกันในเมทริกซ์ ริบบอนแบบม้วนได้ยึดใยแก้วนำแสงเป็นช่วง ๆ เพื่อให้สามารถม้วนใส่ท่อได้

การทดสอบพิสูจน์แรงดึงและการประกันคุณภาพ

การทดสอบ	วิธีการ (IEC 60793-1-xx)	ข้อกำหนดสำหรับ G.652.D
การทดสอบพิสูจน์แรงดึง	ทุกเมตรผ่านแรงดึง 0.69 GPa (100 kpsi, ≈ 1 % ความเครียด) เป็นเวลา ≥ 1 s (part 1-30); ใยแก้วนำแสงใต้น้ำและชนิดพิเศษ 1.38 GPa	ข้อบกพร่องใดก็ตามที่จะแตกหักที่แรงดึงต่ำกว่านี้จะแตกที่นี่ ไม่ใช่ในพื้นดิน
เรขาคณิต	เส้นผ่านศูนย์กลางแคลดดิง ความไม่กลม ความร่วมศูนย์กลางระหว่างแกนกับแคลดดิง (part 1-20)	125 ± 0.7 µm; ≤ 1 %; ≤ 0.6 µm — การจัดแนวคอนเนกเตอร์และจุดเชื่อมขึ้นอยู่กับค่านี้
การลดทอน	วิธีตัดปลาย (part 1-40) ที่ 1310/1550/1625 nm พร้อมการสแกนสเปกตรัม; OTDR ในทุกม้วนเพื่อตรวจความสม่ำเสมอและจุดบกพร่อง	≤ 0.35 / 0.21 / 0.23 dB/km โดยทั่วไป; จุดบกพร่อง ≤ 0.05 dB
เส้นผ่านศูนย์กลางสนามโหมด	การสแกนสนามไกล (part 1-45)	9.2 ± 0.4 µm ที่ 1310 nm
ความยาวคลื่นตัดขาด	part 1-44	ค่าตัดขาดเมื่อขึ้นสายเคเบิล ≤ 1 260 nm
ดิสเพอร์ชันแบบโครมาติก	วิธีเลื่อนเฟส (part 1-42)	λ₀ = 1 300–1 324 nm ความชัน ≤ 0.092 ps/(nm²·km)
PMD	part 1-48	ค่าออกแบบลิงก์ ≤ 0.20 ps/√km
การสูญเสียจากการโค้งงอระดับมหภาค	part 1-47	≤ 0.1 dB สำหรับ 100 รอบ ที่รัศมี 30 mm (1625 nm)
การเคลือบ	แรงปอกเปลือก 1.3–8.9 N (part 1-32), รูปทรงการเคลือบ, ความโก่งงอ	การปอกเปลือกที่สม่ำเสมอในภาคสนาม
การเสื่อมสภาพจากไฮโดรเจน	IEC 60793-2-50	เพิ่มขึ้น ≤ 0.01 dB/km หลังสัมผัส — ใยแก้วนำแสงยุคใหม่ปลอดภัยต่อไฮโดรเจน

ม้วนใยแก้วนำแสงทุกม้วนจัดส่งพร้อมดาต้าชีตของค่าที่วัดได้ ผู้ผลิตสายเคเบิลเก็บการจับคู่ ม้วน → สายเคเบิล → หมายเลขเส้นใย ขอดาต้าชีตของเส้นใยเหล่านั้นระหว่างการตรวจรับ — สิ่งเหล่านี้คือค่าฐานแรกของโครงข่ายสายของคุณ (เอกสารและการติดฉลาก)

ใยแก้วนำแสงชนิดพิเศษ และความแตกต่างในการผลิต

ใยแก้วนำแสง	ความแตกต่างในการผลิต	การใช้งาน
G.657 ไม่ไวต่อการโค้งงอ	วงแหวนร่องเจือฟลูออรีนพอกรอบแกน (MCVD/PCVD หรือ OVD)	FTTH, แผงความหนาแน่นสูง, สายเคเบิลขนาด 200 µm
OM3–OM5 มัลติโหมดดัชนีไล่ระดับ	หลายพันชั้นที่มีโพรไฟล์ดัชนีแบบพาราโบลา (α ≈ 2); ความหน่วงต่างโหมดถูกวัดในทุกพรีฟอร์ม	ลิงก์ VCSEL ระยะสั้น
เจือเออร์เบียม (EDF)	เขม่าแกนที่มีรูพรุนถูกแช่ในสารละลาย Er/Al ก่อนเผาผนึก; ความยาวสั้น (หลักเมตร) ต่อตัวขยายสัญญาณหนึ่งตัว	EDFA
รักษาโพลาไรเซชัน (PANDA, bow-tie)	เจาะรูในพรีฟอร์มแล้วสอดแท่งความเค้นที่เจือโบรอนเข้าไป หรือขึ้นรูปบริเวณความเค้นแบบมีรูปทรงเฉพาะ	ภายในทรานซีฟเวอร์แบบโคฮีเรนต์, เซนเซอร์, ตัวรวมสัญญาณปั๊ม
ชดเชยดิสเพอร์ชัน (DCF)	แกนขนาดเล็กที่มีขั้นดัชนีสูง ทำให้เกิดดิสเพอร์ชันลบขนาดใหญ่	การชดเชยสำหรับ 10G/40G รุ่นเก่า
G.654 แกนซิลิกาบริสุทธิ์	แกนไม่เจือสาร แคลดดิงเจือฟลูออรีน; รุ่นย่อยพื้นที่ประสิทธิผลขนาดใหญ่ (G.654.E)	ใต้น้ำและโคฮีเรนต์ระยะไกล: 0.15–0.17 dB/km
แกนกลวง (NANF และตระกูลใกล้เคียง)	การเรียงซ้อนแล้วดึงท่อฝอยซิลิกาให้เกิดเป็นแกนอากาศ; แสงเดินทางเร็วกว่า 1.46 เท่า และแทบไม่มีผลไม่เชิงเส้น	ลิงก์ที่เวลาแฝงมีผลกระทบสูง งานวิจัย; มีรายงานการสูญเสียต่ำกว่า 0.2 dB/km ในทศวรรษ 2020
หลายแกน	แกน 4–7 แกนในแคลดดิงขนาด 125–200 µm ดึงจากพรีฟอร์มแบบเรียงซ้อน	การมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่ ระบบใต้น้ำตั้งแต่ทศวรรษ 2020
ทนรังสี	แกนและแคลดดิงเจือฟลูออรีน ไม่มีเจอร์เมเนียม	งานนิวเคลียร์, อวกาศ, เครื่องเร่งอนุภาค
เคลือบคาร์บอนหรือโลหะ	ชั้นคาร์บอนแบบผนึกแน่นสนิทถูกเคลือบในหอดึงก่อนชั้นอะคริเลต	น้ำมันและก๊าซ, สภาพแวดล้อมที่มีไฮโดรเจนสูงและอุณหภูมิสูง

เหตุใดวิศวกรเครือข่ายจึงต้องใส่ใจ

ข้อเท็จจริงด้านการผลิต	ผลที่เกิดขึ้นในภาคสนาม
MFD ถูกระบุที่ ±0.4 µm	จุดเชื่อมระหว่างใยแก้วนำแสงต่างผู้ผลิตหรือต่างยุคอาจสูญเสียเพิ่มขึ้น 0.02–0.05 dB; จุดที่ดูเหมือนมีค่าเกนและจุดที่ขาดทุนเกินจริงบนกราฟ OTDR (การทำจุดเชื่อมและการทำปลายสาย)
การทดสอบพิสูจน์แรงดึงที่ความเครียด 1 %	ความเครียดขณะติดตั้งใช้งานระยะยาวถูกจำกัดไว้ที่ 20 % ของค่าพิสูจน์ (0.2 %) และขณะติดตั้งไม่เกิน 60 % (ความน่าเชื่อถือและการเสื่อมสภาพตามอายุ)
ความร่วมศูนย์กลาง ≤ 0.6 µm	การสูญเสียของคอนเนกเตอร์ถูกกำหนดโดยเฟอร์รูลและการขัดผิวเป็นหลัก ไม่ใช่จากเนื้อแก้ว
การหมุนบิดตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1990	100G โคฮีเรนต์ทำงานได้บนใยแก้วนำแสงที่ผลิตหลังปี 2000 เป็นต้นไป; ใยแก้วนำแสงก่อนปี 1995 ต้องผ่านการทดสอบ PMD (การวิเคราะห์คุณลักษณะใยแก้วนำแสง)
การทำให้แห้งแบบ OH ต่ำ	จุดพีกน้ำที่ 1383 nm หายไป: สามารถใช้งาน CWDM แบนด์ E และการตรวจติดตามที่ 1625/1650 nm ได้ (การลดทอนและหน้าต่างการส่งสัญญาณ)
การเคลือบขนาด 200 µm	สายเคเบิลมีขนาดเล็กลง แต่ตัวจับยึด การตั้งค่าตัวปอกสาย และตัวหนีบเครื่องตัดต้องตรงกัน; การเชื่อมต่อแบบผสม 200/250 µm ต้องใช้ตัวจับยึดที่ถูกต้อง
การลดทอนเมื่อขึ้นสายเคเบิล > การลดทอนของเส้นใยเปล่า	ออกแบบด้วยค่าที่ขึ้นสายเคเบิลแล้วจากดาต้าชีตของสายเคเบิล ไม่ใช่ค่าของเส้นใยเปล่า (โครงสร้างสายเคเบิล)
ริบบอน	เครื่องเชื่อมฟิวชันแบบหมู่ 12 เส้นใยต่อจุดเชื่อม; ระบุตัวตนด้วยตำแหน่งในริบบอน

ใน CodingBox

ทรานซีฟเวอร์ไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับวิธีการผลิตใยแก้วนำแสง แต่ระยะที่กำหนดพิกัดไว้สำหรับ SMF, OM3 และ OM4 ถือว่าใยแก้วนำแสงถูกผลิตตามค่าเผื่อความคลาดเคลื่อนเหล่านี้ — G.652.D หรือเกรด OM ที่ระบุไว้ CodingBox แสดงฟิลด์ระยะเหล่านี้ บนใยแก้วนำแสงที่ไม่ปกติ (G.654, G.653, แกนกลวง) ระยะที่กำหนดพิกัดไว้จะใช้ไม่ได้ และต้องสร้างงบประมาณลิงก์จากดาต้าชีตของใยแก้วนำแสงเส้นนั้นเอง (Check transceiver, ชนิดใยแก้วนำแสง)

หากพบข้อมูลที่ไม่ถูกต้องหรือข้อผิดพลาดในบทความนี้ ให้เลือกข้อความส่วนนั้นแล้วกด Ctrl+Enter เพื่อ