Iako može izgledati kao magija ili naučna fantastika, tehnologija optičkih vlakana je veoma naučna i postoji već više od pola veka. Ali kako to funkcionira? Kako staklo postaje optička vlakna? Kako se svjetlost može prenijeti kroz kabl i doći do svog odredišta? (Savjet: To nije piksi prašina i vilenjaci.)
Godine 1970., inženjeri u istraživačkoj laboratoriji Corning Incorporation u Corningu, NY, naišli su na formulu za pravljenje staklenih niti koje bi mogle prenositi impulse svjetlosti sa podacima koje su potom mogli čitati kompjuteri. Do tada su podaci mogli putovati samo preko bakrenih žica. Nadovezujući se na ovo otkriće, testirali su prijenos podataka putem vlakana na dužim udaljenostima, sve uz minimalan gubitak signala. Ovo novo vlakno s malim gubicima, kako je postalo poznato, započelo je revoluciju podatkovne i telekomunikacijske tehnologije koja se nastavlja više od pola stoljeća kasnije. Ali kako je napravljeno ovo stakleno vlakno?
3 Cs vlakana
Da biste razumjeli zašto se vlakna prave na način na koji su napravljena, važno je prvo razumjeti kako svjetlost putuje. Svetlosni talasi putuju pravolinijski sve dok ne udare u objekat koji ih reflektuje, lomi ili apsorbuje. Optička vlakna su dizajnirana da minimizirajurefleksijauz maksimiziranjerefrakcijai eliminisanjeapsorpcija. Izazov sa optičkim vlaknima bio je održavanje svjetlosnog signala unutar vlakna od početka do kraja. Ova potreba da se signal zadrži unutar vlakna diktirala je materijale i proces kojim tekuće staklo postaje upotrebljivi optički kabel.
Postoje tri glavne komponente u svakom lancu optičkih vlakana:jezgro, obloga,ipremazivanje.
Niti optičkih vlakana se sastoje od ovih slojeva, od kojih svaki ima različitu funkciju u prijenosu podataka putem svjetlosti.
Suprotno uvriježenom mišljenju,jezgro, gde svetlost putuje, nije šuplja. Umjesto toga, to je čvrsto, ultra-čisto silicijumsko staklo – tako čisto da se njegovi nivoi zagađivača mjere u dijelovima na milijardu. Ovaj nivo čistoće je od suštinskog značaja da svetlosni signal putuje niz vlakna bez narušavanja kvaliteta svetlosti, što bi degradiralo podatke. Svaki put kada svjetlost udari u neki predmet, gubi malo snage. Ključ uspjeha u prijenosu signala optičkim vlaknima je minimiziranje tog gubitka korištenjem ultra-prozirnog stakla. Što je staklo jasnije, to je bolji svjetlosni signal od kraja do kraja.
Drugi, manje čisti sloj stakla koji se zoveoblogeokružuje cijelu dužinu jezgre vlakna. Ovaj sloj djeluje kao reflektor koji zadržava svjetlost unutar jezgre dok putuje do svog odredišta. Bez obloge, svjetlost bi izašla iz jezgre i bila bi izgubljena. Sa oblogom, međutim, svjetlost putuje do svog odredišta uz minimalan gubitak signala, čuvajući integritet podataka od početka do kraja.
Obloga sprječava izlazak svjetlosti iz jezgre.
Treća i posljednja komponenta je tanka gumapremazivanjekoji štiti vlakno od ogrebotina i olakšava instalaterima i tehničarima da organiziraju vlakna. Obično je premaz označen bojom radi lakšeg povezivanja i ugradnje.
Pogledajmo korak po korak proces koji počinje sa sirovim hemikalijama i pretvara ih u gotova vlakna.
Polaganje i konsolidacija
Pravljenje vlakana počinje kačenjem keramičke šipke za mamac dizajnirane da privuče silicijum dioksid, visoko čistu formu silicijum dioksida, unutar ultra čistog, klimatizovanog kontejnera. Silicijum dioksid se lepi za keramičku šipku i formira debeo stakleni cilindar koji se naziva predforma. Proces konsolidacije zatim uklanja svu vlagu iz novostvorene predforme u peći na visokoj temperaturi i transformira grubo urezani silicijum dioksid u glatko, neporozno staklo prije sinterovanja/taljenja krajeva kako bi se oblikovalo i pripremilo za sljedeći korak. Ovaj proces rezultira praznim optičkim vlaknom koji će postati niti u trećem koraku.
Draw je mjesto gdje vruće staklo postaje dovoljno tanko da ga pretvori u jezgro i oblogu od optičkih vlakana.
Draw
Poslednji korak u kreiranju staklenog dela optičkog kabla je izvlačenje, koje počinje tako što novoformirani blank visi okomito unutar ultra-vruće peći, zagrevajući staklo do tačke topljenja. Vrh blanka se zagreva, omekšava i počinje polako da pada, formirajući veoma tanak stakleni pramen na svom putu prema dole, toliko tanak da se meri u mikronima. Ovaj pramen postaje jezgro i obloga. Ovisno o veličini, svaki blank može proizvesti do 5 kilometara vlakana.
Premazivanje
Nakon što se stakleno vlakno ohladi, namotava se na velike kolute i šalje u fabriku za završnu obradu gdje se odmotava i šalje kroz mašinu koja nanosi tanak sloj gume na vanjsku stranu niti. Premazivanje niti ne doprinosi značajno ukupnoj snazi. Staklo je dovoljno čvrsto samo po sebi. Umjesto toga, premaz sprječava grebanje vlakana i olakšava instalaterima rukovanje i pronalaženje gdje se vlakna povezuju, slično načinu na koji su bakarne žice označene bojama radi lakše organizacije.
Kabliranje
Koliko god da su vlakna optičkih vlakana čvrsta, mi ih i dalje štitimo oklopom kao dodatnim slojem zaštite od vremenskih i drugih uvjeta.
Iako pojedinačna vlakna optičkih vlakana mogu sama nositi veliku količinu podataka, obično se optička vlakna spajaju u kablove radi lakše instalacije i zaštite od elemenata. Često su pojedinačna vlakna vezana u trake u boji 12-, 24-, 48-, 72- i 96-koje su potom smještene unutar zaštitne gume ili metala kanal za raspoređivanje u susjedstvu.
Kada stignu do kuće ili poslovnog prostora, vlakna se ponovo razdvajaju u pojedinačne niti kako bi služila kupcima. Ovo omogućava mnogim korisnicima da dobiju uslugu iz jednog snopa kablova u zemlji, a da niko od njih ne dijeli propusni opseg sa svojim susjedima, jer svako domaćinstvo dobiva vlastito namjensko vlakno.
Osim oštećenja od vanjskog izvora, optički kabel bi trebao trajati generacijama korisnika interneta, s gotovo neograničenom propusnošću i brzinom.