Även om det kan verka som magi eller science fiction, är fiberoptisk teknik mycket vetenskaplig och har funnits i över ett halvt sekel. Men hur fungerar det? Hur blir glas fiberoptik? Hur kan ljus sändas genom en kabel och nå sin destination? (Tips: Det är inte nissedamm och tomtar.)
År 1970 snubblade ingenjörerna vid Corning Incorporations forskningslaboratorium i Corning, NY på en formel för att tillverka glassträngar som kunde överföra ljuspulser innehållande data som sedan kunde läsas av datorer. Fram till dess kunde data bara färdas över koppartrådar. Utifrån denna upptäckt testade de fiberdataöverföring över längre avstånd, allt med minimal signalförlust. Denna nya "lågförlust"-fiber, som den blev känd, startade data- och telekommunikationsteknikrevolutionen som fortsätter över ett halvt sekel senare. Men hur tillverkas denna glasfiber?
De 3 Cs av fiber
För att förstå varför fiber är gjord som den är gjord, är det viktigt att först förstå hur ljus färdas. Ljusvågor färdas i en rak linje tills de träffar ett föremål som reflekterar, bryts eller absorberar dem. Fiberoptik är designad för att minimerareflexionsamtidigt som man maximerarrefraktionoch elimineraabsorption. Utmaningen med fiberoptik var att hålla ljussignalen inne i fibern hela vägen från början till slut. Detta behov av att hålla signalen inuti fibern dikterade materialen och processen genom vilken flytande glas blir användbar fiberoptisk kabel.
Det finns tre huvudkomponenter i varje fiberoptik:kärna, beklädnad,ochbeläggning.
Fiberoptiska strängar består av dessa lager, som vart och ett har sin egen funktion för att överföra data via ljus.
Tvärtemot vad många tror ärkärna, där ljuset färdas, är inte ihåligt. Istället är det fast, ultrarent kiselglas – så rent dess föroreningsnivåer mäts i delar per miljard. Denna renhetsnivå är väsentlig för att ljussignalen ska färdas nerför fibersträngen utan att försämra ljuskvaliteten, vilket skulle försämra data. Varje gång ljus träffar ett föremål tappar det lite i styrka. Nyckeln till framgång i fiberoptisk signalöverföring är att minimera förlusten genom att använda ultraklart glas. Ju klarare glas, desto bättre ljussignal från ände till ände.
Ett andra, mindre rent lager av glas som kallasbeklädnadomger hela längden av fiberkärnan. Detta lager fungerar som en reflektor för att hålla ljuset inne i kärnan när det färdas till sin destination. Utan beklädnaden skulle ljuset fly från kärnan och gå förlorat. Men med beklädnaden färdas ljuset till sin destination med minimal signalförlust, vilket bevarar dataintegriteten från början till slut.
Beklädnaden hindrar ljuset från att strömma ut från kärnan.
Den tredje och sista komponenten är det tunna gummitbeläggningsom skyddar fibern från repor och gör det lättare för installatörer och tekniker att organisera fibrerna. Vanligtvis är beläggningen färgkodad för att underlätta anslutning och installation.
Låt oss titta på den steg-för-steg-process som börjar med råa kemikalier och förvandlar dem till den färdiga fibern.
Laydown & Konsolidering
Att tillverka fibrer börjar med att hänga en keramisk betesstav utformad för att locka till sig kiseldioxid, en mycket ren form av kiseldioxid, inuti en ultraren, klimatkontrollerad behållare. Kiseldioxiden håller fast vid den keramiska staven och bildar en tjock cylinder av glas som kallas en förform. Konsolideringsprocessen tar sedan bort all fukt från den nyskapade förformen i en högtemperaturugn och omvandlar den grova kiseldioxiden till ett slätt, icke-poröst glas innan ändarna sintras/smältas för att forma det och göra det klart för nästa steg. Denna process resulterar i det optiska fiberämnet som kommer att bli strängen i det tredje steget.
Draw är där det varma glaset blir tillräckligt tunt för att förvandla det till fiberoptisk kärna och beklädnad.
Dra
Det sista steget i att skapa glasdelen av den fiberoptiska kabeln är dragningen, som börjar med att det nybildade ämnet hänger vertikalt inuti en ultrahet ugn och värmer upp glaset till smältpunkten. Spetsen på ämnet värms upp, mjuknar och börjar sakta falla och bildar en mycket tunn glassträng på väg ner, så tunn att den mäts i mikron. Denna tråd blir kärnan och beklädnaden. Beroende på storleken kan varje ämne producera upp till 5 kilometer fiber.
Beläggning
Efter att glasfibern har svalnat rullas den upp på stora spolar och skickas till en efterbehandlingsfabrik där den spolas upp och skickas genom en maskin som applicerar ett tunt lager gummi på utsidan av strängen. Att belägga strängen ökar inte nämnvärt den totala styrkan. Glaset är tillräckligt starkt på egen hand. Istället förhindrar beläggningen att fibern repas och gör det lättare för installatörer att hantera och hitta var fibrerna ansluter, på samma sätt som koppartrådarna är färgkodade för enkel organisation.
Kabeldragning
Så tuffa som fiberoptiska trådar är, skyddar vi dem fortfarande med pansar som ett extra lager av skydd mot väder och andra förhållanden.
Även om individuella fiberoptiktrådar kan bära en stor mängd data av sig själva, är fiberoptik vanligtvis buntade i kablar för att underlätta installationen och för att skydda dem från väder och vind. Ofta är de individuella fibrerna bundna till 12-, 24-, 48-, 72- och 96-trådfärgade band som sedan inryms i ett skyddande gummi eller metall ledning för utplacering i ett grannskap.
När de når hemmet eller företaget separeras fibrerna igen i enskilda trådar för att betjäna kunderna. Detta gör att många kunder kan få service från ett enda kabelpaket i marken utan att någon av dem delar bandbredd med sina grannar eftersom varje hushåll får sin egen dedikerade fiber.
Om inte skadas från en extern källa, bör fiberoptisk kabel hålla i generationer av internetanvändare, med praktiskt taget obegränsad bandbredd och hastighet.