Как это сделано? Оптическое волокно
Очередной выпуск рубрики "Хочу все знать!" Разберемся, как делают 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!
- Комментарии