광섬유 케이블은 어떤 재료로 만들어지나요? 완전한 가이드

광섬유 케이블 내부의 핵심 재료

광섬유 케이블 주로 이루어져있다 석영유리(SiO2) , 고도로 정제된 형태의 이산화규소. 이 유리는 모든 광섬유의 가장 안쪽 두 층을 형성합니다. 핵심 그리고 클래딩 . 코어는 빛이 이동하는 중앙 가닥이며 클래딩은 내부 전반사라는 원리를 통해 빛을 가두기 위해 약간 낮은 굴절률로 코어를 둘러싸고 있습니다.

광섬유에 사용되는 유리는 일반 창유리보다 훨씬 순수합니다. 표준 실리카 유리에는 수 미터 거리에 걸쳐 빛을 산란하거나 흡수하는 불순물이 포함되어 있습니다. 이와 대조적으로 섬유 등급 실리카는 다음과 같은 낮은 감쇠율을 달성합니다. 0.2dB/km , 증폭이 필요하기 전에 신호가 수십 킬로미터를 이동할 수 있습니다.

일부 응용 분야(특히 단거리 또는 소비자 등급 케이블)에서 코어는 다음으로 구성됩니다. 플라스틱 광섬유(POF) , 일반적으로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)입니다. 플라스틱 광섬유는 훨씬 더 높은 신호 손실(약 100~200dB/km)을 전달하지만 100미터 미만의 거리로 제한되지만 더 유연하고 종단 비용이 저렴합니다.

보호층: 코팅, 버퍼 및 재킷

순수 유리 섬유는 깨지기 쉽습니다. 기계적 내구성과 환경 저항성을 보장하기 위해 일련의 보호 층으로 둘러싸여 있습니다.

• 아크릴 코팅 — 유리 섬유를 인발한 직후에 적용되는 첫 번째 레이어입니다. 이 UV 경화 폴리머 코팅(일반적으로 직경 250μm)은 광학 성능에 영향을 주지 않고 마이크로벤딩 및 수분 흡수를 방지합니다.
• 완충액이 단단하거나 튜브가 느슨함 — 아크릴레이트 코팅 섬유는 PVC 또는 나일론 완충액에 단단히 싸여 있거나(완충 완충 설계) 젤로 채워진 플라스틱 튜브(느슨한 튜브 설계) 내부에 느슨하게 배치됩니다. 루즈 튜브 구조는 인장 응력과 온도 변동으로부터 섬유를 격리하므로 실외 케이블의 표준입니다.
• 강점 회원 — 설치 중 인장 하중을 흡수하기 위해 아라미드 섬유(Kevlar와 같은 상표명으로 판매) 또는 유리 섬유 막대를 케이블 내부에 직조하거나 세로로 놓아 유리 섬유가 늘어나거나 끊어지는 것을 방지합니다.
• 아우터 재킷 — 최종 덮개는 일반적으로 다음으로 만들어집니다. 폴리에틸렌(PE) 실외 케이블용 또는 PVC / LSZH(저연 제로 할로겐) 실내용 화합물. LSZH 소재는 화재에 노출될 때 독성 가스를 최소화하기 때문에 건축 법규에서 점점 더 요구되고 있습니다.

장갑 케이블은 설치류에 대한 저항과 직접 매설 또는 산업 환경에서의 압착 방지를 위해 재킷 아래에 주름진 강철 또는 알루미늄 테이프 층을 추가합니다.

유리 대 플라스틱: 재료 선택이 성능에 미치는 영향

세 번째 범주 - 하드 클래드 실리카(HCS) 섬유 - 단단한 플라스틱 클래딩이 있는 유리 코어를 사용합니다. 이는 전체 유리 설계와 전체 플라스틱 설계 사이의 격차를 해소하여 POF보다 손실이 적고 표준 단일 모드 유리 섬유보다 더 큰 굽힘 반경을 허용합니다. HCS 섬유는 의료 및 감지 장비에 일반적으로 사용됩니다.

광학 특성을 미세 조정하는 특수 도펀트

순수 실리카가 전부는 아닙니다. 제조업체는 굴절률 프로필과 그에 따른 빛의 전파 방식을 제어하기 위해 코어 또는 클래딩 유리에 소량의 도펀트 재료를 도입합니다.

• 이산화게르마늄(GeO₂) — 클래딩에 비해 굴절률을 높이기 위해 코어에 추가됩니다. GeO2 도핑은 단일 모드 및 다중 모드 통신 광섬유 모두에서 표준입니다.
• 불소(F) 또는 삼산화붕소(B2O₃) — 굴절률을 줄이고 클래딩에 사용되거나 차단 파장 성능을 향상시키는 함몰 클래딩 단일 모드 설계에 사용됩니다.
• 에르븀(Er³⁺) — EDFA(에르븀 첨가 광섬유 증폭기)는 에르븀 이온을 유리 매트릭스에 통합합니다. 980nm 레이저로 펌핑하면 에르븀은 장거리 WDM 전송 시스템의 기초인 광학 영역에서 직접 1550nm 신호를 증폭합니다.
• 오산화인(P2O₅) — 굴절률을 높이고 유리 전이 온도를 낮추어 낮은 온도에서 섬유의 접합 및 융합 처리를 더 쉽게 만듭니다.

화학 기상 증착(CVD) 제조 공정 중에 적용되는 정밀한 도펀트 프로필은 완성된 섬유가 다음과 같이 작동하는지 여부를 결정합니다. 단일 모드(SMF) —최대 대역폭을 위해 하나의 광선 경로를 안내하거나 다중 모드(MMF) —더 짧고 저렴한 링크를 위한 많은 경로를 안내합니다.

제조 공정이 재료 품질을 결정하는 방법

광섬유 유리의 탁월한 순도는 기존의 유리 용해가 아닌 증기상 증착 공정을 통해 달성됩니다. 두 가지 주요 방법은 다음과 같습니다.

• 변형 화학 기상 증착(MCVD) — 도펀트가 함유된 가스가 회전하는 실리카 튜브를 통해 흐릅니다. 외부 토치의 열로 인해 가스가 반응하여 유리질 그을음이 내부 벽에 쌓이게 됩니다. 그런 다음 튜브는 단단한 프리폼 로드로 붕괴됩니다.
• 외부 증기 증착(OVD) — 그을음은 회전하는 맨드릴 외부에 침전되어 나중에 투명 유리로 소결되는 다공성 프리폼을 생성합니다. OVD는 대량 단일 모드 광섬유 생산에 선호됩니다.

그 결과 생성된 프리폼(일반적으로 길이 1~2m, 직경 10~15cm)이 만들어집니다. 그어진 2,000°C 이상의 온도에서 섬유 연신 타워에서. 프리폼은 부드러워지고 분당 2,000m가 넘는 연신 속도로 직경이 125μm(사람 머리카락 너비 정도)에 불과한 연속 섬유 가닥으로 당겨집니다. 인라인 측정 시스템은 광섬유가 감겨지기 전에 직경, 코팅 동심도 및 감쇠를 실시간으로 확인합니다.

원시 SiCl₄ 전구체 가스부터 완성된 케이블까지 엄격하게 제어되는 제조 체인을 통해 광섬유 유리는 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다. 탁월한 광학 선명도 그 어떤 기존 소재도 따라올 수 없습니다.