Как это сделано? Оптическое волокно

Для оценки уровня развития цивилизации могут использоваться разные параметры, но одним из самых точных, на наш взгляд, является объем перерабатываемой и передаваемой информации, а вовсе не индекс Бигмака.
Вот тут, например, можно посмотреть объем трафика на MSK-IX - крупнейшей в России точке обмена интернет-трафиком (IX), расположенной в Москве. Она входит в пятёрку крупнейших IX в мире!

Прогресс очевиден: от крошечных обрывков сведений, переносимых ранее с помощью, например, почтовых голубей, человечество пришло к огромному количеству данных, получаемых с помощью интернета. В целом, с появлением всемирной сети можно констатировать взрывное увеличение объемов передаваемой информации. Так, с 1999 по 2004 годы эта цифра изменилась в 30 раз. Начало применения оптического волокна в телекоммуникационных системах заслуженно считается революционным прорывом в технологии передачи данных. Рекорд, поставленный в 2014 году, - 255 Тбит/с (это примерно 5000 DVD) – хорошая скорость))!

В ногу со временем 

Несущая частота в оптическом диапазоне в 106–108 раз больше аналогичного параметра радиодиапазона. Соответственно, и объем передаваемой информации в сто раз больше. По сути, оптические волокна являются идеальным инструментом для создания терабитных каналов связи, позволяющих передавать огромные массивы информации. Сейчас самый актуальный мировой тренд – это облачные решения, Big Data, Интернет вещей, 4К и UHD видео, и многие другие бесполезные современные технологии.

К интересным выводам пришли американские аналитики. Они сделали заключение, что при увеличении национального валового продукта в 2 раза объемы передаваемой информации в стране увеличиваются в 4 раза. Довольно логично, что при увеличении национального благосостояния американцы начинают искать большее количество цифровых развлечений – видосики, мемасики, порнушку, допрашивать Siri и Alexa, фоткать и забивать свои облачные хранилища.

Общая протяженность оптоволоконных линий уже превысила 2,6 млрд. км. Если что - от Солнца до Сатурна 1,43 млрд. км, а до Нептуна - 4,55 млрд. км, и мы уже почти на Уране (2,8 млрд.км).

Ежегодный мировой спрос на оптическое волокно - ориентировочно 300 млн. км. А от Земли до Марса – всего 78 млн. км, так что волокно летает до красной планеты и обратно 2 раза в год.

Особенности изготовления оптоволокна    

Процесс изготовления оптоволокна можно разбить на два этапа: получение заготовки и вытяжку из нее непосредственно волокна. Каждый из них имеет свои особенности.

Получение заготовок    

Не вдаваясь в подробности, скажем, что оптоволокно изготавливается из синтетического кварца (то есть стекла) и состоит из сердцевины и оболочки. Они обладают разными показателями преломления. В целом оболочка изготавливается из оптически менее плотного материала, а сердцевина – из более плотного. В процессе изготовления заготовки оптоволокна в его сердцевину необходимо ввести добавки, увеличивающие показатель преломления кварца. Это и есть главная сложность.

В основе получения заготовок лежит метод парофазного осаждения – оно же химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ) – запомнит легко, звучит как фамилия какого-то немца. Все, что нам нужно про него знать, - что с его помощью получают высокочистые твёрдые материалы. Пытливым умам сюда: Химическое осаждение из газовой фазы. 

Этот метод был разработан и впервые использован специалистами американской компании Соrning Inc. в 1970 году. Настоящее оптоволокно и заготовки выпускают всего несколько десятков компаний во всем мире: тот самый Corning, Draka, Fujikura, OFS и другие, менее известные.

В результате неХитрых манипуляций как раз и получается заготовка – стеклянный цилиндр с разными показателями преломления во внутренней и внешней частях – почти волокно, только очень большого диаметра.

Получение оптоволокна    

Заготовка есть, что дальше? Закрепляем ее в вытяжной установке, разогреваем градусов этак до 2000, и начинаем равномерно тянуть. Заготовка становится пластичной и начинает вытягиваться в тонкое волокно, а его диаметр регулируют скоростью вытягивания: есть устройство, которое измеряет толщину вытягиваемого волокна и регулирует скорость вытяжки. Если волокно получается слишком тонким - начинаем тянуть медленнее, и наоборот – тянем быстрее, если диаметр волокна превышает 125 микрон. В процессе вытяжки волокно сразу покрывают полимерной оболочкой, которая обеспечивает необходимую механическую прочность.

Не забывайте, что мы тянем волокно из заготовки, у которой уже изначально есть сердцевина и оболочка, – поэтому получаемое волокно будет такой же конструкции, только гораздо тоньше. 

И совершенно очевидно, что для разного типа волокна – одномодового или многомодового - заготовки нужны разные, с различными характеристиками, заложенными изначально. 

С технологией изготовления оптоволокна можно ознакомиться на видео ниже: в этом видео от Discovery весь процесс изготовления показан очень хорошо:

Все так просто?

Именно так, супертехнологичный процесс оказался по сути очень простым – как будто начинаешь тянуть жевательную резинку, и она вытягивается в длинную тонкую нить. Или другой пример - паук, спускающийся с потолка на своей тонкой паутинке.

P.S.

Вот вам байка: говорят, что на некоторых китайских производствах роль толщинометра выполняют специально обученные женщины)). Уверяют, что они чувствуют изменения толщины даже на 1 микрометр и кричат своим соотечественникам, чтобы они тянули волокно медленнее или быстрее!