Selv om det kan virke som magi eller science fiction, er fiberoptisk teknologi veldig vitenskapelig og har eksistert i over et halvt århundre. Men hvordan fungerer det? Hvordan blir glass til fiberoptikk? Hvordan kan lys sendes gjennom en kabel og nå målet? (Tips: Det er ikke nissestøv og alver.)
I 1970 snublet ingeniørene ved Corning Incorporations forskningslaboratorium i Corning, NY over en formel for å lage glasstråder som kunne overføre lyspulser som inneholder data som deretter kunne leses av datamaskiner. Inntil da kunne data bare reise over kobbertråder. Med utgangspunkt i denne oppdagelsen testet de fiberdataoverføring over lengre avstander, alt med minimalt signaltap. Denne nye "low loss" fiberen, som den ble kjent, startet data- og telekommunikasjonsteknologirevolusjonen som fortsetter over et halvt århundre senere. Men hvordan lages denne glassfiberen?
De 3 C-ene av fiber
For å forstå hvorfor fiber er laget slik det er laget, er det viktig å først forstå hvordan lys beveger seg. Lysbølger beveger seg i en rett linje til de treffer et objekt som reflekterer, bryter eller absorberer dem. Fiberoptikk er designet for å minimerespeilbildemens du maksimererbrytningog eliminereabsorpsjon. Utfordringen med fiberoptikk var å holde lyssignalet inne i fiberen hele veien fra begynnelse til slutt. Dette behovet for å holde signalet inne i fiberen dikterte materialene og prosessen der flytende glass blir brukbar fiberoptisk kabel.
Det er tre hovedkomponenter i hver tråd av fiberoptikk:kjerne, kledning,ogbelegg.
Fiberoptiske tråder består av disse lagene, som hver tjener en annen funksjon ved overføring av data via lys.
I motsetning til det mange tror, erkjerne, hvor lyset reiser, er ikke hult. I stedet er det solid, ultrarent silikaglass – så rent forurensningsnivåer måles i deler per milliard. Dette renhetsnivået er avgjørende for at lyssignalet skal bevege seg nedover fibertråden uten å forringe lyskvaliteten, noe som vil forringe dataene. Hver gang lys treffer et objekt, mister det litt av styrke. Nøkkelen til suksess i fiberoptisk signaloverføring er å minimere dette tapet ved å bruke ultraklart glass. Jo klarere glass, jo bedre lyssignal fra ende til annen.
Et andre, mindre rent lag med glass kaltkledningomgir hele lengden av fiberkjernen. Dette laget fungerer som en reflektor for å holde lyset inne i kjernen når det reiser til målet. Uten kledningen ville lyset unnslippe kjernen og gå tapt. Med kledningen reiser imidlertid lyset til bestemmelsesstedet med minimalt signaltap, og bevarer integriteten til dataene fra begynnelse til slutt.
Kledningen hindrer lyset i å slippe ut av kjernen.
Den tredje og siste komponenten er den tynne gummienbeleggsom beskytter fiberen mot riper og gjør det lettere for installatører og teknikere å organisere fiberne. Vanligvis er belegget fargekodet for å gjøre tilkobling og installasjon enklere.
La oss se på trinn-for-trinn-prosessen som starter med råkjemikalier og gjør dem om til den ferdige fiberen.
Laydown & konsolidering
Å lage fiber starter med å henge en keramisk agnstang designet for å tiltrekke seg silisiumdioksid, en svært ren form for silika, inne i en ultra-ren, klimakontrollert beholder. Silisiumdioksidet klamrer seg til den keramiske stangen og danner en tykk sylinder av glass som kalles en pre-form. Konsolideringsprosessen fjerner deretter eventuell fuktighet fra den nyopprettede forformen i en høytemperaturovn og forvandler det grove silisiumdioksydet til et glatt, ikke-porøst glass før endene sintres/smeltes for å forme det og gjøre det klart for neste trinn. Denne prosessen resulterer i det optiske fiberemnet som vil bli strengen i det tredje trinnet.
Draw er der det varme glasset blir tynt nok til å gjøre det om til fiberoptisk kjerne og kledning.
Tegne
Det siste trinnet i å lage glassdelen av den fiberoptiske kabelen er trekningen, som starter med at det nyformede emnet henger vertikalt inne i en ultravarm ovn, og varmer opp glasset til smeltepunktet. Spissen av emnet varmes opp, mykner og begynner sakte å falle, og danner en veldig tynn glassstreng på vei ned, så tynn den måles i mikron. Denne tråden blir kjernen og kledningen. Avhengig av størrelsen kan hvert emne produsere opptil 5 kilometer fiber.
Belegg
Etter at glassfiberen er avkjølt, kveiles den opp på store spoler og sendes til en etterbehandlingsfabrikk hvor den spoles ut og sendes gjennom en maskin som påfører et tynt lag gummi på utsiden av tråden. Å belegge tråden øker ikke den totale styrken nevneverdig. Glasset er sterkt nok alene. I stedet forhindrer belegget at fiberen blir ripet opp og gjør det lettere for installatører å håndtere og finne hvor fibrene kobles til, på samme måte som kobbertrådene er fargekodet for enkel organisering.
Kabling
Så tøffe som fiberoptiske tråder er, beskytter vi dem fortsatt med rustning som et ekstra lag med beskyttelse mot vær og andre forhold.
Selv om individuelle fiberoptikktråder kan bære en stor mengde data alene, er fiberoptikk typisk bundet inn i kabler for enkel installasjon og for å beskytte dem mot elementene. Ofte er de individuelle fibrene bundet til 12-, 24-, 48-, 72- og 96-trådfargede bånd som deretter er plassert inne i en beskyttende gummi eller metall ledning for utplassering i et nabolag.
Når de når hjemmet eller bedriften, deles fibrene igjen i individuelle tråder for å betjene kundene. Dette gjør at mange kunder kan få service fra en enkelt kabelbunt i bakken uten at noen av dem deler båndbredde med naboene fordi hver husholdning får sin egen dedikerte fiber.
Utenfor skade fra en ekstern kilde, bør fiberoptisk kabel vare i generasjoner av internettbrukere, med praktisk talt ubegrenset båndbredde og hastighet.