Herausforderungen für heutige Faserproduzenten
In der Welt der optischen Fasertechnologie nimmt die Singlemode-Faser einen herausragenden Platz ein, wenn man die Gesamtlänge der produzierten Fasern betrachtet. Ein Hersteller von Singlemode-Fasern (SMF) steht vor zahlreichen Herausforderungen, darunter die Schaffung eines erstklassigen Produkts zu einem wettbewerbsfähigen Preis – zuverlässig und in großen Mengen. Erfahren Sie mehr darüber, wie diese Anforderungen in der dynamischen Welt der Faserproduktion bewältigt werden.
Erreichen wettbewerbsfähiger Produktionskosten
Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) der Vereinten Nationen hat Mindeststandards für Monomode-Fasern festgelegt, die in verschiedenen Normen wie G.652 und G.657 enthalten sind. Jeder Hersteller strebt danach, Fasern anzubieten, die nicht nur diese Vorgaben erfüllen, sondern sie sogar übertreffen.
Gleichzeitig sind Standard-SMFs zu einem Massenprodukt geworden, was zu einem entsprechenden Preisdruck führt. Hersteller von SMF arbeiten kontinuierlich an der Senkung ihrer Gesamtproduktionskosten, um wettbewerbsfähig zu bleiben.
Diese Kostensenkung kann erreicht werden durch:
- Erhöhte Chargengröße: Fortschrittliche Ziehanlagen produzieren jetzt über 10 Millionen Faserkilometer pro Jahr und verarbeiten mehr als 300 Tonnen Vorformen jährlich. Eine moderne Vorform ermöglicht die Gewinnung von 7000 km Fasern, während die innovativsten Vorformen sogar über 15000 km Fasern liefern und über mehrere Tage betrieben werden können. Dies reduziert Ausfallzeiten der Anlagen, minimiert den Bedarf an Arbeitskräften und senkt den Anteil an Anfangs- und Endverlusten.
- Homogener Vorform-Außendurchmesser: Eine Vorform mit konstantem Außendurchmesser verringert den Eintrag von Leckgasen in die Ziehanlagen. Diese Gase können den Graphit im Ofen abnutzen und die Ofenlebensdauer begrenzen, was wiederum häufigere Wartungsarbeiten erforderlich macht.
Das RIC®-Verfahren von Heraeus hat die Branche maßgeblich beeinflusst, indem es Fertigungsmengen erhöht und die Produktionskosten für Singlemode-Fasern gesenkt hat.
Reduzierung der Dämpfung
Mit dem stetig wachsenden Datenvolumen, das über optische Netze übertragen wird, sind Netzbetreiber gezwungen, die Kapazität ihrer Netze zu erhöhen. Dies bedeutet in der Regel, neue Kanäle hinzufügen (durch eine neue Wellenlänge) oder die Zeit zwischen den Lichtimpulsen (durch schnellere Signalübertragung) zu verkürzen.
Da sich ein Impuls aufgrund der Dispersion mit zunehmender Entfernung verbreitet, beginnt er sich mit dem Nachbarimpuls zu überlappen. Um die einzelnen Impulse zu identifizieren, sollte die Überlappung begrenzt sein.
Zusätzlich verliert der Impuls auf seinem Weg durch die Dämpfung an Intensität, wodurch das Signal geschwächt wird. Die Qualität der Glasfaserverbindung hängt vom Signal-Rausch-Verhältnis ab. Daher ist es vorteilhaft, das Rauschen zu minimieren und/oder die Signalleistung zu erhöhen. Eine höhere Sendeleistung ermöglicht eine längere Signalübertragung, bevor das Signal zu stark abgeschwächt wird, um erkannt zu werden. Allerdings gibt es Grenzen für die Sendeleistung, da zu hohe Leistungsdichten zu nichtlinearen Effekten führen können, die die Reichweite begrenzen.
Bei der Planung neuer Glasfasernetze können Fasern mit reduzierter Dämpfung oder einem größeren Kern (um höhere Sendeleistungen zu verkraften) oder mit beiden Eigenschaften ausgewählt werden.
Die Dämpfung wird von verschiedenen Parametern beeinflusst. Die Reinheit des Glases ist ein relevanter Parameter, der durch die Reduzierung des Germaniumgehalts im Kern verringert wurde. Aufgrund des Unterschieds im Brechungsindex zwischen Kern und Mantel verwenden diese Fasern einen Mantel mit einem geringeren Brechungsindex als reines Quarzglas. Heraeus unterstützt diese Designs mit fluordotierten Rohren.
Weitere Faktoren, die die Dämpfung beeinflussen, sind die Oberflächenqualität möglicher Schnittstellen in der Vorform (Mikrobiegeverlust) und die Ziehbedingungen der Faser (Stress). Heraeus trägt dazu bei, die Dämpfung zu minimieren, indem hochreine Quarzglasrohre mit exzellenter Oberflächenqualität für die Kernstabproduktion und präzise bearbeitete Quarzglaszylinder für das RIC®-Verfahren bereitgestellt werden.
Biegeunempfindliche Fasern
Mit dem Einsatz von Fiber-to-the-Home-Anwendungen und der fortschreitenden Nähe zur Endantenne werden Glasfasern zunehmend in offenen Umgebungen verlegt. Gleichzeitig ist es entscheidend, dass Glasfaserkabel einfach zu installieren sind, insbesondere für Personal, das an die Handhabung von Kupferkabeln gewöhnt ist. Eine wesentliche Herausforderung liegt dabei in der Biegeempfindlichkeit von Glasfasern. Bei zu starken Biegungen verlässt das geführte Licht den Kern, und kein Signal erreicht das Ende der Faser. Über die Jahrzehnte wurden die Biegetoleranzen von Glasfasern kontinuierlich verbessert.
Schließlich wurden die sogenannten biegeunempfindlichen Fasern entwickelt und standardisiert (G.657). Je nach Unterkategorie können diese Fasern bis zu einem Radius von nur 2,5 mm gebogen werden. Um diese Biegeleistung zu erreichen, wird ein Ring mit niedrigerem Brechungsindex um den Kern gelegt. Dieser Ring, auch als Graben bezeichnet, wird aus fluoriertem Siliziumdioxid hergestellt. Obwohl das Verfahren zur Herstellung eines solchen Rings aus fluoriertem Glas als kompliziert und kostspielig gelten kann, bietet das RIC®-Verfahren von Heraeus eine einfache und kostengünstige Lösung für die Massenproduktion. Das RIC®-Verfahren wird durch die Integration eines zusätzlichen Rohrs aus fluoriertem Siliziumdioxid in den Zylinder und das anschließende Einsetzen des Kernstabs in das fluorierte Rohr modifiziert. Diese Methode wird weltweit am häufigsten für die Herstellung von biegeunempfindlichen Fasern eingesetzt.
Maximierung der Fasern pro Kabelkanal
Während das Kabeldesign entscheidend ist, um den Raum in den Rohren optimal zu nutzen, trägt auch die Entwicklung der 200-µm-Faser erheblich dazu bei. Der reduzierte Durchmesser im Vergleich zum Standard von 250 µm wird durch eine dünnere Beschichtung erreicht. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Fasern mit einer geringeren Beschichtung anfälliger für biegeinduzierte Dämpfung sind. Diese Empfindlichkeit erstreckt sich nicht nur auf Makrobiegungen, sondern auch auf Mikrobiegungen, die während des Verkabelungsprozesses auftreten.
Die Lösung besteht in der Verwendung von biegeunempfindlichen Fasern (G.657). Diese Fasern verfügen über einen um den Kern angelegten Graben mit einem niedrigeren Brechungsindex. Dieser Graben sorgt dafür, dass das Licht im Kern bleibt, selbst wenn die Faser gebogen wird. Um den niedrigeren Brechungsindex zu erreichen, wird das Quarzglas mit Fluor dotiert.
Die Umsetzung des Grabens erfolgt mühelos durch das RIC®-Verfahren. Ein Rohr aus fluordotiertem Quarzglas wird in den Zylinder eingeführt und umgibt den Kern. Der allgemeine Prozess des Faserziehens bleibt dabei unverändert.
