تار فیبر نوری، روش‌های ساخت

تار فیبر نوری از کاربرد بسیار گسترده‌ای در دنیای مدرن امروزی برخوردار است و یکی از حیاتی‌ترین فناوری‌های ارتباطی محسوب می‌شود. در واقع تارهای فیبر نوری موجب ایجاد تحول عظیمی در انتقال اطلاعات شده‌اند. همچنین ازآنجایی‌که این فیبرهای نوری برای انتقال اطلاعات در فواصل طولانی نیز کاربردی هستند، در جوامع مدرن بشری کاملاً مورد استقبال قرار گرفته‌اند. می‌توان گفت که عدم وجود تارهای فیبر نوری در جهان باعث بروز مشکلات زیادی در انتقال اطلاعات می‌شود و شرایط را دشوار می‌کند.

تار فیبر نوری به‌صورت مستقیم و غیرمستقیم ساخته می‌شود و تکنولوژی‌های به‌کاررفته برای ساخت آن بسیار پیشرفته هستند. ایجاد پیش فرم اصلی‌ترین و مهم‌ترین روش تولید تار فیبر نوری است که در این روش ساختار اولیه فیبر ایجاد می‌شود. پس از آن می‌توان به مرحله بعدی یعنی کشیدن فیبر وارد شد و فیبر نوری نازک تولید کرد. در ادامه این مطلب مفصلاً به بررسی تارهای فیبر نوری و روش‌های ساخت آن خواهیم پرداخت.

بیشتر بخوانید: فیوژن فیبر نوری چیست؟ + بررسی نحوه اتصال کابل فیبر نوری Fusion Splicing

تار فیبر نوری چیست؟

تار فیبر نوری که در زبان انگلیسی به‌عنوان Fiber Optic Cable شناخته می‌شود به‌نوعی کابل می‌گویند که برای انتقال داده‌ها و اطلاعات در آن از نور استفاده می‌شود. کابل‌های فیبر نوری متشکل از رشته‌های نازک  و شفاف هستند که معمولاً از شیشه و پلاستیک مخصوص ساخته می‌شوند. اطلاعات دیجیتالی در قالب سیگنال یا پالس نوری در این تارها انتقال داده می‌شوند.

 لازم به ذکر است که تار فیبر نوری در امور مختلفی به کار برده می‌شود و استفاده از آن برای اینترنت پرسرعت، شبکه‌های مخابراتی و تلویزیون کابلی به‌وفور استفاده می‌شوند. همچنین باید اشاره داشته باشیم که تار فیبر نوری از سرعت بالایی در انتقال اطلاعات برخوردار است و به همین دلیل محبوب واقع شده است. علاوه‌برآن، ظرفیت انتقال داده‌ها با فیبر نوری بسیار زیاد است و می‌توان برای مسافت‌های طولانی از آن برای انتقال داده‌ها استفاده کرد. تار فیبر نوری با روش‌های مختلفی ساخته می‌شود که در بخش بعد به آنها می‌پردازیم.

بیشتر بخوانید: پیگتیل فیبر نوری pigtail

روش‌های تولید Fiber optic cable

مدل‌های ساخت تار فیبر نوری متفاوت هستند؛ در واقع دو روش مختلف برای تولید فیبر نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد که این روش‌ها عبارت‌اند از: روش مستقیم و غیرمستقیم. مدل‌های ساخت تار فیبر نوری به‌صورت کامل به شرح زیر هستند:

تولید فیبر نوری به روش بوته‌ای (مستقیم)

روش تولید تار فیبر نوری بوته‌ای به شکل مستقیم و در یک مرحله انجام می‌شود. در این روش مواد تشکیل‌دهنده هسته و پوشش به شکل جداگانه در دو محفظه مخصوص تحت عنوان “بوته” قرار می‌گیرند؛ پس از آن کل مجموعه در داخل کوره قرار داده می‌شود. در ادامه ماده هسته ذوب می‌شود و با قطر باریک داخل ماده پوشش می‌ریزد؛ سپس هر دوی آنها با هم از انتهای بوته به بیرون می‌چکند و به این شکل فیبر نوری تشکیل می‌شود. با بیرون آمدن مواد از انتهای بوته لازم است که فیبر نوری تشکیل شده سرد شود و روی قرقره قرار گیرد. برای تولید فیبر نوری به روش بوته‌ای دقت زیادی نیاز است که این موضوع باعث می‌شود تا تقریباً هیچ یک از سازنده‌های فیبر نوری از روش بوته‌ای برای ساخت فیبر نوری استفاده نکنند.

تولید فیبر نوری به روش فرایند رسوب بخار (غیرمستقیم)

روش دومی که برای تولید فیبر نوری استفاده می‌شود، تحت عنوان روش غیرمستقیم یا فرایند رسوب بخار شناخته می‌شود. در روش رسوب بخار کیفیت نوری بسیار بالایی برای فیبر نوری ایجاد می‌شود. به همین دلیل این روش به‌عنوان یکی از رایج‌ترین و متداول‌ترین روش‌های تولید فیبر نوری شناخته می‌شود. مراحل تولید فیبر نوری به روش رسوب بخار را می‌توان به شرح زیر در نظر گرفت:

رسوب‌دهی فاز بخار بیرونی | OVD

در مرحله اول تولید فیبر نوری به روش رسوب بخار، گازهای واکنش نشان‌دهنده یعنی اکسیژن و سیلیکون کلراید (SiCl4) به داخل کوره وارد می‌شوند. دمای کوره در این حین باید بیش از 1000 درجه سانتی گراد باشد. پس از انجام این کار، اکسیژن و سیلیکون کلراید (SiCl4) با هم واکنش نشان می‌دهند و دوده یا SOOT تولید می‌کنند. (SOOT پودرهای ریزی است که روی سطح خارجی میله مرکزی ته نشین می‌شود.)

بعد از ایجاد لایه ضخیم پودرهای شیشه‌ای روی میله باید این لایه در دمای بالا ذوب شود و ساختار جامد و بدون خلل ایجاد کند. با بروز این اتفاق، لایه‌های پودری ساختاری شیشه‌مانند و شفاف و یکنواخت پیدا می‌کنند. سپس با تشکیل شدن پیش فرم میله‌ای باید میله مرکزی حذف شود یا به‌صورت داخلی باقی بماند. با طی شدن این مراحل پیش‌سازه یا پیش فرم فیبر نوری آماده می‌شود.

رسوب محوری فاز بخار | VAD

رسوب محوری فاز بخار از مراحل تولید پیش فرم فیبر نوری است که اهمیت زیادی دارد و در کیفیت فیبر نوری بسیار تأثیرگذار است. رسوب محوری فاز بخار به‌عنوان Vapor Axial Deposition – VAD  هم شناخته می‌شود. برای رسوب محوری فاز بخار همچون روش OVD از هیدرولیز شعله استفاده می‌شود؛ با این تفاوت که در این روش علاوه بر گازهای روش OVD از ژرمانیوم کلراید (GeCl4) نیز بهره برده می‌شود. یعنی گاز ژرمانیوم کلراید (GeCl4) به همراه گازهای دیگر به داخل کوره فرستاده می‌شود. در نتیجه مقدار ناخالصی بر اساس میزان حرارت شعله تغییر می‌کند و به این شکل با کنترل حرارت شعله می‌توان فیبرهایی با ضریب شکست تدریجی ایجاد کرد. 

بیشتر بخوانید: ماژول SFP، بررسی تاثیر قابلیت اِس اف پی در شبکه فیبرنوری

رسوب‌دهی بخار شیمیایی اصلاح شده |MCVD

تولید فیبر نوری به روش رسوب‌دهی بخار شیمیایی اصلاح شده یا به‌اختصار MCVD از برترین روش‌های تولید فیبر در دنیا محسوب می‌شود. در این روش کنترل بسیار دقیقی روی ضریب شکست، ترکیب شیمیایی و یکنواختی فیبر وجود دارد. به همین دلیل از روش MCVD برای تولید فیبرهای بسیار باکیفیت استفاده می‌شود. در این روش یک لوله شیشه‌ای سیلیس به‌عنوان قالب مورد استفاده قرار می‌گیرد. پس از آن گازهای موردنظر یعنی اکسیژن، SiCl₄ (سیلیکون تترا کلرید)، GeCl₄ ژرمانیوم تترا کلرید و POCl₃ به داخل لوله وارد می‌شوند. در مرحله بعد، لوله به‌صورت دوار روی دستگاه نصب می‌شود و به‌آرامی می‌چرخد. هم‌زمان با این فرایند یک شعله اکسی هیدروژنی در خارج از لوله حرکت می‌کند.

سپس گازهای داخل لوله به دلیل گرما واکنش نشان می‌دهند و به ذرات ریز اکسید تبدیل می‌شوند و به‌صورت پودر سفیدروی سطح داخلی لوله رسوب می‌کنند. در ادامه‌ای فرایند، شعله حرارتی روی رسوب‌ها حرکت داده می‌شود تا آنها را ذوب  و شفاف کند. با این کار تخلخل‌ها حذف می‌شوند و ساختار شیشه‌ای تثبیت می‌گردد. در پایان نیز دمای کوره به حدود 2000 درجه سانتی‌گراد افزایش داده می‌شود تا لوله شیشه‌ای ریخته و بسته شود و به شکل جامد و یکپارچه تبدیل شود. در نتیجه بدین شکل پیش فرم فیبر نوری تولید می‌شود.

رسوب‌دهی بخار شیمیایی پلاسما | PCVD

PCVD از دیگر روش‌هایی است که برای تولید تار فیبر نوری استفاده می‌شود و به روش MCVD بسیار شبیه است. اما با این تفاوت که در این روش رسوب‌دهی شیمیایی به‌جای گاز در فاز پلاسما اتفاق می‌افتد. علاوه‌برآن، در روش PCVD برای حرارت دادن به سیلیکا از بیرون به‌جای منبع حرارتی از منبع انرژی مایکروویو بهره گرفته می‌شود. با این شرایط میدان مایکروویو از طریق محفظه مغناطیسی که دربرگیرنده تیوب سیلیکا است، تولید می‌شود. سپس میدان حاصل از موج مایکروویو به‌صورت مستقیم موجب حرارت دیدن گاز پلاسما می‌شود و کاواک به‌سرعت در طول تیوب حرکت داده می‌شود. در نتیجه دفعات رفت  و برگشت کاواک در طول تیوب افزایش داده می‌شود و می‌توان کاواک را هزاران بار در طول تیوب حرکت داد. بدین شکل می‌توان لایه‌های نازک‌تری از سیلیکا را در هر رفت‌وبرگشت تولید کرد و کنترل بیشتری روی ضریب شکست فیبر داشت. ازاین‌جهت روش PCVD برای تولید تارهای فیبر نوری که ضریب شکست پیچیده دارند بسیار مناسب است.

بیشتر بخوانید: دستگاه شوتینگ فیبر نوری (Fiber optic shooting machine)

سؤالات متداول

مزایای تولید فیبر نوری به روش MCVD چیست؟

•       در واکنش‌های شیمیایی این روش آب تولید نمی‌شود و مشکل جذب آب به وجود نمی‌آید
•       شاخص ضریب شکست بادقت زیادی در این روش تنظیم می‌شود
•       سرعت این روش نسبت به روش‌های دیگر بسیار بیشتر است

بهترین روش ساخت پری فرم فیبر نوری چیست؟

بهترین روش ساخت پری فرم فیبر نوری به کاربرد، هزینه، دقت و مقیاس تولید بستگی دارد؛ اما بااین‌وجود روش MCVD در مقایسه با سایر روش‌های ساخت پری فرم فیبر نوری بهتر و متداول‌تر است.

تست اثبات فیبر چیست؟

پس از آنکه تارهای فیبر نوری تولید می‌شوند، لازم است که وضعیت آنها مورد تست و بررسی قرار گیرد تا بدین شکل بتوان از صحت عملکرد فیبرها اطمینان یافت. تست اثبات فیبر که به آن PROOF TEST نیز گفته می‌شود برای اندازه‌گیری کشش فیبر، ضریب شکست، قطر هسته و مشخصات نوری فیبر به کار برده می‌شود. لازم به توضیح است که بعد از تست اثبات فیبر می‌توان فیبرهای نوری را به کارخانه ارسال کرد تا کابل فیبر نوری توسط آنها ساخته شود.

بیشتر بخوانید: همه چیز در مورد تست OTDR

اصلی‌ترین مواد موردنیاز برای ساخت فیبر نوری چیست؟

سیلیس (SiO₂) با خلوص بالا اصلی‌ترین ماده‌ای است که برای تولید تار فیبر نوری استفاده می‌شود. همچنین دوپا نت‌هایی مانند ژرمانیوم یا فسفر نیز برای تنظیم ضریب شکست به کار برده می‌شوند.

تفاوت روش‌های MCVD و OVD چیست؟

در روش MCVD، گازها داخل یک لوله شیشه‌ای واکنش نشان می‌دهند و لایه‌های شیشه ایجاد می‌کنند؛ اما در روش OVD، رسوب‌گذاری روی یک میله خارجی انجام می‌شود.