Z akých materiálov sú vyrobené káble z optických vlákien? Kompletný sprievodca vrstvou po vrstve

Káble z optických vlákien sú vyrobené z niekoľkých precízne skonštruovaných materiálov, ktoré spolupracujú: ultračisté jadro z kremičitého skla alebo plastové jadro, ktoré prenáša svetelné signály, sklenená alebo polymérová obalová vrstva, ktorá odráža svetlo späť do jadra, jedna alebo viacero ochranných vrstiev akrylátového polyméru vytvrdzovaného UV žiarením a vonkajšia štruktúra kábla zložená z pevných členov, nárazníkových rúrok a plášťa z polyetylénu alebo PVC. Každý materiál je vybraný pre špecifické optické, mechanické a environmentálne vlastnosti, ktoré spolu určujú výkon kábla, trvanlivosť a vhodnosť pre rôzne prostredia inštalácie.

Porozumenie z akých materiálov sú vyrobené optické káble je nevyhnutný pre inžinierov špecifikujúcich sieťovú infraštruktúru, technikov manipulujúcich s káblami a ich spájania a manažérov obstarávania porovnávajúcich typy káblov pre diaľkové, dátové centrá alebo vonkajšie nasadenie. Táto príručka podrobne pokrýva každú vrstvu a materiál – s údajmi o výkone, porovnaním a praktickým návodom na výber.

Jadro: Ultra čisté kremičité sklo a plastové alternatívy

Jadro je centrálnym, svetlovodivým prvkom kábla z optických vlákien a je to opticky najkritickejší komponent v celej štruktúre. V štandardnom vlákne telekomunikačnej kvality je jadro vyrobené z vysoko čistého taveného kremičitého skla (oxid kremičitý, SiO2) s úrovňou čistoty presahujúcou 99,9999 % – oveľa čistejšie ako okenné sklo alebo optické šošovky používané v iných aplikáciách.

Jadro z kremičitého skla: Priemyselný štandard

Kremičité sklo je dominantným materiálom jadra, pretože ponúka najnižší možný optický útlm (stratu signálu) naprieč vlnovými dĺžkami používanými v telekomunikáciách. Teoretický minimálny útlm kremičitého skleneného vlákna je približne 0,148 dB/km pri vlnovej dĺžke 1550 nm – fyzikálny limit známy ako Rayleighov limit rozptylu. Komerčné jednovidové vlákno dosahuje vo výrobe hodnoty útlmu 0,18–0,20 dB/km pri 1550 nm, čím sa približuje k tomuto teoretickému minimu.

Na vytvorenie rozdielu v indexe lomu potrebného na vedenie svetla je jadro oxidu kremičitého dopované malým množstvom oxidu germáničitého (GeO2), typicky v koncentráciách 3–10 mol %. Doping germánia zvyšuje index lomu jadra nad index lomu okolitého plášťa, čím sa vytvára stav úplného vnútorného odrazu, ktorý zachytáva a vedie svetlo pozdĺž osi vlákna. Ďalšie dopujúce látky používané v špecializovaných vláknach zahŕňajú oxid fosforečný (P2O5) a oxid hlinitý (Al2O3) na špecifické tvarovanie profilu indexu lomu.

Rozdiely v priemere jadra: Single-Mode vs. Multimode

Fyzická veľkosť skleneného jadra sa výrazne líši medzi dvoma hlavnými typmi vlákien:

• Jednorežimové vlákno (SMF): Priemer jadra 8-10 mikrometrov. Extrémne malé jadro umožňuje šírenie iba jedného režimu svetla, čím sa eliminuje modálny rozptyl a umožňuje prenos na vzdialenosť 40 km alebo viac medzi bodmi zosilnenia v telekomunikačných sieťach.
• Multimode vlákno (MMF) — OM1/OM2: Priemer jadra 62,5 mikrometrov (OM1) alebo 50 mikrometrov (OM2). Väčšie jadro umožňuje súčasné šírenie viacerých svetelných režimov, čím sa obmedzuje šírka pásma modálnym rozptylom, ale zarovnávanie a pripojenie je jednoduchšie a lacnejšie.
• Multimódové vlákno (MMF) — OM3/OM4/OM5: Priemer jadra 50 mikrometrov s optimalizovaným profilom indexu lomu so stupňom indexu, ktorý čiastočne kompenzuje modálny rozptyl a umožňuje dátové rýchlosti 100 Gbps na vzdialenosť až 100 metrov (OM4) pre aplikácie dátových centier.

Materiál jadra z plastových optických vlákien (POF).

Pre aplikácie na krátku vzdialenosť, nízke náklady, plastové optické vlákno používa jadro z polymetylmetakrylátu (PMMA) – rovnaké akrylové sklo, aké sa používa v priehľadných zobrazovacích paneloch a oknách. PMMA jadro POF má oveľa vyšší útlm (zvyčajne 150–200 dB/km pri 650 nm) v porovnaní s kremičitým vláknom, čo obmedzuje užitočnú prenosovú vzdialenosť na približne 50–100 metrov. Avšak veľké jadro PMMA vlákna (zvyčajne 980 mikrometrov v celkovom priemere 1 000 mikrometrov) a flexibilita ho robia praktickým pre automobilové informačno-zábavné siete, domáce osvetlenie a priemyselné senzorové aplikácie, kde krehkosť kremičitého vlákna a malé jadro predstavujú ťažkosti pri zarovnávaní a manipulácii.

Plastové vlákno s jadrom z perfluórovaného polyméru (PF polymér), niekedy nazývané plastové optické vlákno s odstupňovaným indexom (GI-POF), dosahuje výrazne nižší útlm približne 10–50 dB/km a vyššiu šírku pásma, čím premosťuje výkonnostnú medzeru medzi štandardným POF a kremičitým vláknom pre sieťové aplikácie v priestoroch do 300 metrov.

Obloženie: Sklo, ktoré vedie svetlo úplným vnútorným odrazom

Plášť je vrstva skla alebo plastu, ktorá obklopuje jadro a je druhým opticky kritickým materiálom v a kábel z optických vlákien . Jeho jedinou optickou funkciou je mať o niečo nižší index lomu ako jadro, takže svetlo dopadajúce na hranicu plášťa jadra pod uhlom väčším ako je kritický uhol podlieha úplnému vnútornému odrazu a je vedené pozdĺž vlákna, a nie uniknúť do okolitého materiálu.

Obloženie z čistého oxidu kremičitého

Vo väčšine štandardných jednovidových a viacvidových telekomunikačných vlákien je plášť vyrobený z čistého (nedopovaného) kremičitého skla s indexom lomu približne 1,444 pri 1550 nm. Jadro dopované germániom má mierne vyšší index lomu približne 1,447 – 1,452 v závislosti od koncentrácie dopantu, čím sa vytvorí rozdiel indexu lomu (delta) 0,2 – 0,35 %, ktorý definuje numerickú apertúru vlákna a uhol prijatia svetla.

Štandardný vonkajší priemer plášťa pre vlákno telekomunikačnej kvality je presne 125 mikrometrov – celosvetový štandard dodržiavaný s rozmerovou toleranciou plus alebo mínus 1 mikrometer. Tento štandardizovaný priemer umožňuje vlákna od rôznych výrobcov spoľahlivo spájať a spájať pomocou štandardných priemyselných konektorov a spájacieho zariadenia.

Obloženie dopované fluórom

Niektoré konštrukcie vlákien – najmä jednovidové vlákna s depresívnym plášťom používané v aplikáciách s posunutou disperziou – používajú na vnútorné opláštenie oxid kremičitý dopovaný fluórom. Doping fluórom znižuje index lomu oxidu kremičitého pod index lomu čistého skla, čo umožňuje navrhnúť komplexné profily indexu lomu (ako sú W-profil alebo štruktúry podporované priekopou), ktoré zlepšujú výkon pri strate ohybu, odstraňujú nežiaduce režimy vyššieho rádu a znižujú rozptyl. Obloženie dopované fluórom sa nachádza vo vlákne necitlivom na ohyb (norma ITU-T G.657) používanom v inštaláciách typu FTTH (Fibre-to-the-home), kde sa nedá vyhnúť tesným ohybom okolo rohov a v malých vedeniach.

Povlak: UV-vytvrdené akrylátové polymérové vrstvy

Bezprostredne okolo 125-mikrometrového skleneného plášťa je dvojvrstvový polymérový povlak aplikovaný počas procesu ťahania vlákna – prvá ochranná vrstva, ktorú vlákno dostane po vytiahnutí z predlisku. Tento povlak je primárnou mechanickou ochranou pre sklenené vlákno a nemá žiadnu optickú funkciu.

Primárny náter: Mäkká vnútorná vrstva

Primárny povlak je mäkký, UV vytvrdzovaný akrylátový polymér s nízkym modulom aplikovaný priamo na povrch skla s vonkajším priemerom približne 190–200 mikrometrov. Jeho nízky Youngov modul (zvyčajne 0,5 – 1,0 MPa) umožňuje tlmiť sklo pred mikroohybovým napätím – drobnými deformáciami spôsobenými povrchovými nepravidelnosťami alebo bočným tlakom na vlákno, ktoré by inak zvýšilo útlm. Primárny náter tiež chráni nedotknutý sklenený povrch pred vlhkosťou, ktorá by iniciovala praskanie koróziou pod napätím (nazývané aj statická únava), ktorá postupom času postupne oslabuje kremičité vlákna.

Sekundárny náter: Tvrdá vonkajšia vrstva

Sekundárny (vonkajší) povlak je tvrdší, UV vytvrdzovaný akrylátový polymér s vyšším modulom aplikovaný na primárny povlak, čím sa celkový priemer potiahnutého vlákna dostane na štandardných 245–250 mikrometrov. Jeho vyššia tuhosť (modul zvyčajne 50–100 MPa) odoláva oderu, poškodeniu pri manipulácii a radiálnym silám, ktoré by inak stlačili mäkký primárny povlak a vyvolali straty mikroohybom. Sekundárny povlak je tiež pigmentovaný UV stabilnými farbivami na identifikáciu vlákien – 12 štandardných farieb štandardu farebného kódovania TIA-598 používaného v páskových a viacvláknových kábloch.

Špeciálne náterové materiály pre drsné prostredie

• Polyimidový náter: Pri vysokoteplotných aplikáciách do 300 °C (ako je snímanie ropných vrtov a kozmonautika) sú štandardné akrylátové nátery nahradené polyimidovými (PI) nátermi nanášanými v tenkých vrstvách 5–7 mikrometrov na náter. Vlákno potiahnuté polyimidom má vonkajší priemer iba 155 mikrometrov, čo umožňuje tesnejšie balenie do vrtných nástrojov a zväzkov vodičov lietadiel.
• Hermetický uhlíkový povlak: Ultratenká amorfná uhlíková vrstva (0,02–0,05 mikrometra) nanesená na povrchu skla pred akrylátovým povlakom poskytuje úplnú bariéru proti vlhkosti pre prostredia bohaté na vodík, ako sú podmorské káble a určité aplikácie chemického snímania. Uhlíkové hermetické vlákno vykazuje stratu starnutia vodíka pod 0,01 dB/km po 25 rokoch podmorskej prevádzky.
• Ormocer (Organic-Modified Ceramic) Povlak: Hybridný organicko-anorganický polymérový povlak ponúkajúci vynikajúcu odolnosť voči žiareniu pre jadrové zariadenia a vesmírne systémy optických vlákien, kde konvenčné akrylátové povlaky rýchlo degradujú pri vystavení ionizujúcemu žiareniu.
• Vonkajšie nátery s nízkou dymivosťou a nulovým halogénom (ĽSZH): Pre stohy vláknitých pások používaných v dátových centrách a vnútorných pretlakových aplikáciách sa používajú materiály akrylátovej matrice vyhovujúce LSZH, ktoré pri vystavení ohňu produkujú minimálny toxický dym a žiadne halogénové zlúčeniny.

Porovnanie materiálov jadra kábla z optických vlákien: kremičité sklo vs. plast

Kremičité sklo a plast sú dve základné možnosti výberu základných materiálov pre káble z optických vlákien. Nižšie uvedená tabuľka porovnáva ich výkon v rámci najdôležitejších optických, mechanických a aplikačných kritérií.

Tabuľka 1: Porovnanie materiálov z kremičitého skla a plastových jadier používaných v kábloch z optických vlákien v rámci ôsmich kritérií výkonu a použitia.

Materiály káblovej konštrukcie: Pevné prvky, nárazníkové rúrky a plášte

Okrem samotného vlákna obsahuje vonkajšia štruktúra kábla niekoľko ďalších vrstiev materiálu, ktoré chránia jemné sklenené vlákno pred mechanickým namáhaním, vlhkosťou, hlodavcami, rozdrvením a UV žiarením počas inštalácie a počas projektovanej životnosti kábla 20–25 rokov. Každý konštrukčný komponent je vyrobený z materiálov vybraných pre špecifické ochranné vlastnosti.

Pevné prvky: Aramidové vlákno, sklolaminát a oceľ

Pevnostné prvky prenášajú ťahové zaťaženie aplikované na kábel počas inštalácie a cyklovania teploty počas prevádzky, čím chránia optické vlákno pred natiahnutím (čo zvyšuje útlm a môže spôsobiť zlomenie). Tri hlavné materiály pevnostných prvkov použité v kábel z optických vlákien construction sú:

• Priadza z aramidových vlákien (kevlarového typu): Najpoužívanejší posilňovací prvok vo vnútorných a prepojovacích kábloch. Aramidové vlákno má pevnosť v ťahu približne 3 600 MPa a Youngov modul 70 – 125 GPa – približne päťkrát pevnejšie ako oceľ pri rovnakej hmotnosti. Štandardné prepojovacie káble obsahujú aramidovú priadzu 150 – 300 denier; distribučné káble používajú ťažšie 1 420 – 2 840 denierové rovingy. Aramid je nevodivý (dôležitý pre elektrickú izoláciu) a má nízku tepelnú rozťažnosť, vďaka čomu je vlákno neutrálne pri zmenách teploty.
• Plastová tyč vystužená sklenenými vláknami (FRP): Centrálna FRP tyč (zvyčajne s priemerom 0,5–3 mm) sa používa ako centrálny výstužný prvok vo vonkajších kábloch s voľnými rúrkami. FRP ponúka vysokú pevnosť v tlaku (na rozdiel od aramidu, ktorý sa pod tlakom láme), vďaka čomu je vhodný pre káble, ktoré musia odolávať tlakovým silám v zakopaných alebo potrubných inštaláciách. FRP tyče majú pevnosť v ťahu 1 000 – 1 500 MPa a podobne ako aramid sú nevodivé.
• Oceľový drôt a oceľová páska: Oceľové pevnostné prvky sa používajú v samonosných vzdušných kábloch (prevedenia ADSS a figure-8), pancierových kábloch na priame zakopanie a podmorských kábloch. Oceľ poskytuje najvyššiu nosnosť v ťahu – 6 mm drôt z oceľového drôtu dokáže vydržať ťahové zaťaženie nad 20 kN – ale zvyšuje hmotnosť a vyžaduje elektrické spojenie a uzemnenie v inštaláciách v blízkosti elektrických vedení. V závislosti od požiadaviek na vystavenie korózii sa používa galvanizovaná oceľ alebo nehrdzavejúca oceľ.

Nárazové trubice: PBT, PVDF a polypropylén

Nárazníkové trubice sú duté valcové štruktúry, ktoré obsahujú a chránia jednotlivé optické vlákna alebo vláknové pásy v kábli. Plnia dve funkcie: chránia vlákna pred laterálnym tlakom a poskytujú regulovanú tepelnú rozťažnosť, ktorá zabraňuje napínaniu vlákien počas zmršťovania kábla pri nízkej teplote. Najbežnejšie materiály tlmiacich rúrok sú:

• Polybutyléntereftalát (PBT): Priemyselný štandardný materiál pre tlmiace rúrky vo vonkajších kábloch. PBT ponúka vynikajúcu rozmerovú stabilitu pri teplote (-40 až 70 °C), nízku absorpciu vlhkosti (menej ako 0,1 %), dobrú chemickú odolnosť a hrúbku steny 0,3–0,6 mm, ktorá poskytuje významnú odolnosť proti rozdrveniu. Skúmavky PBT sú zvyčajne naplnené gélom blokujúcim vodu (tixotropný uhľovodíkový gél) alebo suchou páskou blokujúcou vodu, aby sa zabránilo vniknutiu vlhkosti.
• PVDF (polyvinylidénfluorid): Používa sa v konštrukcii s tesným nárazníkom pre vnútorné káble a drsné chemické prostredie. PVDF poskytuje vynikajúcu odolnosť voči UV žiareniu, plameňom a širokému spektru chemikálií, vďaka čomu je vhodný pre kabeláž priemyselných priestorov a pre vnútorné inštalácie. PVDF povlaky s tesným tlmičom sa aplikujú s vonkajším priemerom 900 mikrometrov priamo na 250 mikrometrové potiahnuté vlákno.
• Polypropylén (PP): Lacnejšia alternatíva k PBT pre niektoré aplikácie distribučných káblov na krátke vzdialenosti, najmä v hybridných dizajnoch v interiéri a exteriéri. PP má mierne nižšiu rozmerovú stabilitu ako PBT pri zvýšených teplotách, ale ponúka vynikajúcu chemickú odolnosť a dobré spracovateľské vlastnosti pre vysokorýchlostnú výrobu káblov.

Materiály blokujúce vodu: gél, páska a prášok

Vniknutie vody je jednou z hlavných príčin zlyhania kábla z optických vlákien v podzemných a priamo zakopaných inštaláciách. Používajú sa tri prístupy k blokovaniu vody, pričom každý má odlišné materiálové systémy:

• Uhľovodíkový plniaci gél: Tradičné blokovanie vody v kábloch s voľnými trubicami používa tixotropný gél na ropnej báze, ktorý vypĺňa nárazníkovú trubicu a medzery medzi trubicami. Gél zostáva dostatočne tekutý, aby umožnil pohyb vlákna v trubici, ale dostatočne viskózny, aby zabránil migrácii vody. Káble plnené gélom vyžadujú špeciálne postupy čistenia gélom počas spájania a ukončovania.
• Páska a priadza zo superabsorpčného polyméru (SAP): Suché vodou blokované káble používajú pásky alebo vlákna potiahnuté SAP, ktoré pri kontakte s vodou rýchlo napučiavajú (absorbujú až 400-násobok svojej vlastnej hmotnosti), čím blokujú migráciu vody bez znečistenia ropným gélom. Blokovanie vody na báze SAP teraz dominuje novým dizajnom káblov vďaka jednoduchšej manipulácii a ekologickým preferenciám oproti ropnému gélu.
• SAP prášok v skúmavkách: Niektoré návrhy káblov obsahujú prášok SAP naprášený vo vnútri nárazníkových rúrok ako primárny mechanizmus blokovania vody, čím sa dosahuje nízka hmotnosť konštrukcie suchého bloku s jednoduchšou výrobou ako balenie páskou SAP.

Pancierové vrstvy: vlnitá oceľ, hliník a polyetylén

Pancierové káble z optických vlákien obsahujú kovové alebo dielektrické pancierové vrstvy medzi jadrom a vonkajším plášťom, ktoré odolávajú rozdrveniu, napadnutiu hlodavcami a mechanickým nárazom. Tri hlavné typy brnenia sú:

• Pancier z vlnitej oceľovej pásky (CST): Pozdĺžne aplikovaná vlnitá oceľová páska (zvyčajne s hrúbkou 0,15 – 0,25 mm) pripevnená k vnútornému polyetylénovému plášťu. Pancier CST poskytuje vynikajúcu odolnosť proti rozdrveniu (zvyčajne hodnotenú na 3 000 – 4 000 N/100 mm) a odolnosť proti hlodavcom pre priamo uložené káble v oblastiach so známou aktivitou hlodavcov.
• Vlnitá hliníková páska: Používa sa v podmorských a niektorých kábloch na priame zakopanie, kde je výhodná nižšia hmotnosť hliníka v porovnaní s oceľou. Hliník je tiež odolnejší voči korózii v prostredí so slanou vodou.
• Prepojené brnenie: Pozinkované oceľové drôty špirálovito navinuté okolo kábla poskytujú flexibilné pancierovanie pre vnútorné a vonkajšie stúpacie káble, ktoré vyžadujú odolnosť proti hlodavcom a flexibilitu inštalácie v ohyboch.

Materiály vonkajšieho plášťa: polyetylén, PVC, LSZH a PVDF

Vonkajšia bunda je prvou líniou obrany proti fyzickému poškodeniu, UV žiareniu, vlhkosti, chemikáliám a teplotným extrémom. Výber materiálu bundy má významný vplyv na požiarnu bezpečnosť, súlad so životným prostredím, jednoduchosť inštalácie a dlhodobú životnosť.

Tabuľka 2: Porovnanie materiálov vonkajšieho plášťa použitých v kábloch z optických vlákien z hľadiska odolnosti voči UV žiareniu, horľavosti, teplotného rozsahu, toxicity dymu a typického prostredia nasadenia.

Ako sa vyrába sklo z optických vlákien: proces predtvarovania a kreslenia

Porozumenie what kábel z optických vlákiens are made of je neúplné bez toho, aby sme pochopili, ako sa vyrába ultračisté kremičité sklo – proces, ktorý je rovnako pozoruhodný ako optický výkon vlákna.

Výroba predliskov

Optické vlákno začína ako sklenený predlisok – pevná tyčinka z ultračistého oxidu kremičitého s dĺžkou približne 1 meter a priemerom 80 – 160 mm – ktorá obsahuje štruktúru indexu lomu plášťa jadra vo veľkom meradle. Najpoužívanejším procesom výroby predliskov je modifikovaná chemická depozícia z plynnej fázy (MCVD), pri ktorej sa pary chloridu kremičitého (SiCl4) a chloridu germániitého (GeCl4) oxidujú v rotačnej trubici z oxidu kremičitého pri teplote 1 500 – 1 900 °C, pričom sa ukladajú postupné vrstvy dopovaných a nedopovaných sklenených sadzí. Vonkajšie nanášanie parou (OVD) a axiálne nanášanie parou (VAD) sú alternatívne procesy používané rôznymi výrobcami na dosiahnutie vyšších rýchlostí nanášania a väčších veľkostí predlisku.

Kreslenie vlákien

Predlisok sa privádza vertikálne do ťažnej pece, kde sa jeho hrot zahreje na približne 2 000 °C – tesne pod bod mäknutia oxidu kremičitého – a tenké vlákno sa ťahá smerom nadol rýchlosťou 10–25 metrov za sekundu. Keď vlákno opúšťa pec a ochladzuje sa, prechádza cez UV vytvrdzovacie komory, ktoré nanášajú a vytvrdzujú dvojvrstvový akrylátový povlak, a potom na navíjací bubon. Celý proces od hrotu predlisku po potiahnuté vlákno prebieha v presne kontrolovanej atmosfére, aby sa zabránilo povrchovej kontaminácii, ktorá by znížila pevnosť vlákna. Pevnosť v ťahu ťahaného vlákna je nepretržite testovaná on-line pri namáhaní 1% deformácie (približne 0,7 GPa), aby sa zaručila minimálna pevnosť v pretrhnutí hotového kábla.

Často kladené otázky o materiáloch káblov z optických vlákien

Q1: Je kábel z optických vlákien vyrobený zo skla alebo plastu?

Väčšina káblov z optických vlákien pre telekomunikačné a dátové siete sa vyrába s jadrom a plášťom z kremičitého skla. Plastové optické vlákno (POF) existuje a používa jadro z PMMA alebo perfluórovaného polyméru, ale predstavuje malú časť inštalovaného vlákna na celom svete – predovšetkým v automobilových, dekoratívnych aplikáciách snímačov na krátke vzdialenosti. Keď ľudia hovoria o „kábli z optických vlákien“ v kontexte siete alebo internetovej infraštruktúry, takmer vždy majú na mysli kremičité vlákno so skleneným jadrom.

Q2: Prečo sa kremičité sklo používa na káble z optických vlákien namiesto iných materiálov?

Kremičité sklo sa používa, pretože pri vlnových dĺžkach používaných v telekomunikáciách (1310 nm a 1550 nm) dosahuje zo všetkých materiálov najnižší optický útlm. Jeho útlm 0,18–0,20 dB/km umožňuje signálom prejsť 40 km alebo viac bez zosilnenia. Žiadny iný pevný transparentný materiál sa pri týchto vlnových dĺžkach nepribližuje k tomuto výkonu. Oxid kremičitý má tiež vynikajúcu chemickú stabilitu, nie je hygroskopický, môže byť vtiahnutý do extrémne rovnomerných vlákien a jeho optické vlastnosti sú dobre známe po desaťročiach výskumu a komerčnej výroby.

Otázka 3: Čo je vo vnútri ochranného plášťa kábla z optických vlákien?

Vo vonkajšom plášti typického vonkajšieho optického kábla s voľnou rúrkou nájdete: centrálnu FRP alebo oceľovú spevňovaciu tyč, viacnásobne farebne označené PBT nárazníkové rúrky (každá obsahuje 6–12 farebne označených optických vlákien vo vode blokujúcom géli alebo obklopených SAP páskou), priadzu z aramidových vlákien alebo prídavné oceľové drôtené výstužné prvky ovinuté okolo zväzku rúrok a vo verziách s vonkajším pancierovým plášťom. Vnútorné káble s pevným nárazníkom majú jednoduchšiu konštrukciu: každé vlákno má 900-mikrometrovú vrstvu PVDF alebo nylonovú nepriepustnú vyrovnávaciu vrstvu priamo na 250-mikrometrovom povlaku, pričom pod vonkajším plášťom sú prvky na pevnosť aramidovej priadze.

Q4: Aké čisté je sklo v kábli z optických vlákien?

Kremičité sklo v telekomunikačnom kábli z optických vlákien patrí medzi najčistejšie materiály vyrábané komerčne. Celkový obsah kovových nečistôt je nižší ako 1 časť na miliardu (ppb) pre prechodné kovy, ako je železo, meď a chróm – prvky, ktoré absorbujú svetlo na telekomunikačných vlnových dĺžkach a dramaticky by zvýšili útlm. Táto úroveň čistoty presahujúca 99,9999 % SiO2 sa dosahuje procesom chemického nanášania pár, ktorý vyrába sklo z ultračistých plynných prekurzorov (SiCl4 s čistotou vyššou ako 99,9999 %) a nie z prírodného kremeňa, ktorý obsahuje nevyhnutnú stopovú minerálnu kontamináciu.

Q5: Vydržia káble z optických vlákien vonkajšie poveternostné podmienky?

Áno, káble z optických vlákien určené pre vonkajšie použitie sú špeciálne navrhnuté tak, aby prežili 20 až 25 rokov vystavenia UV žiareniu, teplotným cyklom, vlhkosti, zaťaženiu vetrom av niektorých prípadoch hlodavcom alebo rozdrveniu. Čierne káble s plášťom z HDPE obsahujú sadze (2–3 % hmotnosti), ktoré absorbujú UV žiarenie a zabraňujú degradácii polymérového reťazca, ktorá by časom spôsobila krehkosť a praskanie. Konštrukcia voľnej rúrky naplnená gélom alebo za sucha blokovaná zabraňuje prenikaniu vlhkosti k sklenenému vláknu, pretože prenikanie vody v kombinácii s mechanickým namáhaním urýchľuje únavu z korózie v oxide kremičitom. Káble inštalované vo vzduchu musia odolať aj zaťaženiu ľadom a únave z vibrácií spôsobenej vetrom – požiadavky riešené vhodnou konštrukciou priehybu kábla a dimenzovaním pevnostného člena.

Q6: Aký je rozdiel medzi materiálmi plášťa LSZH a PVC?

Obaly z PVC (polyvinylchloridu) spomaľujú horenie a sú lacné, ale pri spaľovaní uvoľňujú plynný chlorovodík (HCl) a hustý čierny dym – toxický a korozívny v stiesnených priestoroch, ako sú dátové centrá, tranzitné tunely alebo obývané budovy. Plášte LSZH (Low Smoke Zero Halogen) sú vyrobené z bezhalogénových polymérov (typicky polyolefínové zlúčeniny so spomaľovačmi horenia na minerálnej báze, ako je trihydrát hliníka), ktoré pri vystavení ohňu produkujú minimálny dym a žiadne plyny kyseliny halogénovej. Európske káblové normy (EN 50575) a mnohé národné stavebné predpisy teraz vyžadujú káble LSZH vo verejných budovách, dopravnej infraštruktúre a husto obývaných prostrediach dátových centier. Káble LSZH zvyčajne stoja o 15–30 % viac ako ekvivalentné káble s PVC plášťom.

Otázka 7: Ovplyvňuje materiál plášťa kábla z optických vlákien výkon prenosu signálu?

Samotný materiál plášťa nemá žiadny priamy vplyv na priepustnosť svetla vláknom, pretože svetlo sa šíri len vnútri skleneného jadra a plášťa. Materiál plášťa však nepriamo ovplyvňuje optický výkon dvoma spôsobmi: po prvé, tuhšie materiály plášťa pôsobia na zväzok vlákien väčšími bočnými silami, čo potenciálne spôsobuje zvýšenie útlmu vyvolaného mikroohybom, ak nie sú optimalizované konštrukcie tlmiacej trubice alebo povlaku vlákna; po druhé, materiály plášťa so zlou rozmerovou stabilitou pri extrémnych teplotách (najmä materiály, ktoré sa výrazne zmršťujú pri nízkych teplotách) môžu spôsobiť namáhanie vlákna v tlaku alebo v ťahu, ak konštrukcia kábla neposkytuje primerané uvoľnenie napätia. Dobre navrhnuté káble používajúce štandardné materiály plášťa si zachovávajú svoj špecifikovaný výkon útlmu v celom rozsahu menovitej pracovnej teploty.

Záver: Prečo výber materiálu definuje výkon optického kábla

Odpoveď na z akých materiálov sú vyrobené optické káble odhaľuje sofistikovaný inžiniersky systém po vrstvách, v ktorom je každý materiál vyberaný s presnosťou: ultračistý oxid kremičitý dopovaný germániom pre jadro, ktoré vedie svetlo s minimálnou stratou, nedopovaný alebo fluórom dopovaný oxid kremičitý, ktorý vytvára hranicu úplného vnútorného odrazu, dvojvrstvové akrylátové povlaky vytvrdzované UV žiarením, ktoré chránia sklo pred mikroohybom a vlhkosťou, pevnosťou kábla PBT, trubicou FRP a aramidom materiály SAP blokujúce vodu, voliteľné oceľové pancierovanie a zmes plášťa zodpovedajúca požiarnej bezpečnosti, odolnosti voči UV žiareniu, teplotnému rozsahu a environmentálnym požiadavkám nasadenia.

Každá vrstva materiálu zohráva nezastupiteľnú úlohu. Porucha ktoréhokoľvek jednotlivého komponentu – prasklina membrány v povlaku, prenikanie vody cez narušený plášť alebo UV degradácia nechráneného vonkajšieho plášťa – môže ohroziť výkon alebo životnosť celého káblového spojenia. Pre sieťových dizajnérov, inštalatérov a inžinierov obstarávania, ktorí rozumejú materiálom, ktoré tvoria kábel z optických vlákiens je základom pre správne rozhodnutia týkajúce sa špecifikácií v celom rozsahu telekomunikačných, dátových centier, priemyselných a špeciálnych aplikácií.