Od kojih su materijala napravljeni optički kabeli? Potpuni vodič sloj po sloj

Optički kabeli izrađeni su od nekoliko precizno konstruiranih materijala koji rade zajedno: jezgre od ultra čistog silicijevog dioksida ili plastike koja prenosi svjetlosne signale, sloja obloge od stakla ili polimera koji reflektira svjetlost natrag u jezgru, jednog ili više slojeva zaštitne prevlake od akrilatnog polimera stvrdnutog UV-om i vanjske strukture kabela sastavljene od čvrstih elemenata, međuspremnih cijevi i polietilenskog ili PVC omotača. Svaki materijal je odabran zbog specifičnih optičkih, mehaničkih i ekoloških svojstava koja zajedno određuju izvedbu kabela, trajnost i prikladnost za različita okruženja instalacije.

Razumijevanje od kojih su materijala napravljeni optički kabeli neophodan je za inženjere koji specificiraju mrežnu infrastrukturu, tehničare koji rukuju i spajaju kabele, i upravitelje nabave koji uspoređuju vrste kabela za dugolinijske veze, podatkovne centre ili vanjsku primjenu. Ovaj vodič detaljno pokriva svaki sloj i materijal — s podacima o izvedbi, usporedbama i praktičnim smjernicama za odabir.

Srž: ultra čisto silikatno staklo i plastične alternative

Jezgra je središnji, svjetlovodni element optičkog kabela i optički najkritičnija komponenta u cijeloj strukturi. U standardnom telekomunikacijskom vlaknu, jezgra je izrađena od staljenog silicijevog stakla ultra-visoke čistoće (silicijev dioksid, SiO2) s razinom čistoće koja prelazi 99,9999% — daleko čišće od prozorskog stakla ili optičkih leća koje se koriste u drugim aplikacijama.

Silikatna staklena jezgra: industrijski standard

Silikatno staklo dominantan je materijal jezgre jer nudi najnižu moguću optičku atenuaciju (gubitak signala) preko valnih duljina koje se koriste u telekomunikacijama. Teoretsko minimalno prigušenje vlakana od silika-stakla je približno 0,148 dB/km na valnoj duljini od 1550 nm — fizička granica poznata kao granica Rayleighovog raspršenja. Komercijalna jednomodna vlakna u proizvodnji postižu vrijednosti prigušenja od 0,18–0,20 dB/km na 1550 nm, približavajući se ovom teoretskom minimumu.

Kako bi se stvorila razlika indeksa loma potrebna za vođenje svjetlosti, jezgra silicijevog dioksida dopirana je malim količinama germanijevog dioksida (GeO2), obično u koncentracijama od 3-10 mol%. Dopiranje germanija podiže indeks loma jezgre iznad indeksa loma okolne obloge, stvarajući stanje potpune unutarnje refleksije koja hvata i vodi svjetlost duž osi vlakna. Ostali dodaci koji se koriste u specijaliziranim vlaknima uključuju fosforov pentoksid (P2O5) i aluminijev oksid (Al2O3) za specifično oblikovanje profila indeksa loma.

Razlike u promjeru jezgre: jednomodni u odnosu na višemodni

Fizička veličina staklene jezgre značajno varira između dvije glavne vrste vlakana:

• Jednomodno vlakno (SMF): Promjer jezgre 8-10 mikrometara. Izuzetno mala jezgra omogućuje širenje samo jednog načina svjetlosti, eliminirajući modalnu disperziju i omogućujući udaljenosti prijenosa od 40 km ili više između točaka pojačanja u telekomunikacijskim mrežama.
• Višemodno vlakno (MMF) — OM1/OM2: Promjer jezgre od 62,5 mikrometara (OM1) ili 50 mikrometara (OM2). Veća jezgra omogućuje simultano širenje više modova svjetlosti, ograničavajući propusnost modalnom disperzijom, ali čineći usklađivanje i povezivanje lakšim i jeftinijim.
• Višemodno vlakno (MMF) — OM3/OM4/OM5: Promjer jezgre od 50 mikrometara s optimiziranim profilom indeksa loma s stupnjevanim indeksom koji djelomično kompenzira modalnu disperziju, omogućujući podatkovne brzine od 100 Gbps na udaljenostima do 100 metara (OM4) za aplikacije podatkovnih centara.

Materijal jezgre od plastičnih optičkih vlakana (POF).

Za male udaljenosti, jeftine aplikacije, plastično optičko vlakno koristi jezgru od polimetil metakrilata (PMMA) — isto akrilno staklo koje se koristi u prozirnim zaslonskim pločama i prozorima. POF s PMMA jezgrom ima mnogo veću atenuaciju (obično 150–200 dB/km na 650 nm) u usporedbi s vlaknima od silicijevog dioksida, ograničavajući korisne udaljenosti prijenosa na otprilike 50–100 metara. Međutim, velika jezgra PMMA vlakna (obično 980 mikrometara u ukupnom promjeru od 1000 mikrometara) i fleksibilnost čine ga praktičnim za automobilske infotainment mreže, kućnu rasvjetu i aplikacije industrijskih senzora gdje krhkost i mala jezgra silicij vlakana predstavljaju poteškoće pri poravnanju i rukovanju.

Plastična vlakna s jezgrom od perfluoriranog polimera (PF polimera), koja se ponekad nazivaju plastičnim optičkim vlaknima s stupnjevanim indeksom (GI-POF), postižu znatno nižu atenuaciju od približno 10–50 dB/km i veću propusnost, premošćujući jaz u performansama između standardnih POF i silika vlakana za umrežavanje u prostorijama do 300 metara.

Obloga: staklo koje vodi svjetlost potpunom unutarnjom refleksijom

Oplata je sloj stakla ili plastike koji okružuje jezgru i drugi je optički najkritičniji materijal u optički kabel . Njegova jedina optička funkcija je da ima nešto niži indeks loma od jezgre, tako da svjetlost koja pada na granicu jezgre i omotača pod kutovima većim od kritičnog kuta prolazi kroz potpunu unutarnju refleksiju i vodi se duž vlakna umjesto da bježi u okolni materijal.

Obloga od čistog silicija

U većini standardnih jednomodnih i višemodnih telekomunikacijskih vlakana, obloga je izrađena od čistog (nedopiranog) silicijevog stakla s indeksom loma od približno 1,444 na 1550 nm. Jezgra dopirana germanijem ima nešto veći indeks loma od približno 1,447–1,452, ovisno o koncentraciji dopanta, stvarajući razliku indeksa loma (delta) od 0,2–0,35% koja definira numerički otvor vlakna i kut prihvaćanja svjetla.

Standardni vanjski promjer obloge za telekomunikacijska vlakna je točno 125 mikrometara — globalni standard koji se održava uz dimenzijsku toleranciju od plus ili minus 1 mikrometar. Ovaj standardizirani promjer omogućuje pouzdano spajanje vlakana različitih proizvođača i povezivanje pomoću industrijskih standardnih konektora i opreme za spajanje.

Obloga dopirana fluorom

Neki dizajni vlakana - posebno jednomodno vlakno s depresiranom oblogom koje se koristi u aplikacijama s pomakom disperzije - koriste silicij dopiran fluorom za unutarnju oblogu. Dopiranje fluorom snižava indeks loma silicijevog dioksida ispod indeksa loma čistog stakla, omogućujući dizajn složenih profila indeksa loma (kao što su W-profil ili strukture potpomognute rovom) koji poboljšavaju performanse gubitka savijanja, odsijecaju neželjene modove višeg reda i smanjuju disperziju. Obloga dopirana fluorom nalazi se u vlaknima neosjetljivima na savijanje (standard ITU-T G.657) koja se koriste u instalacijama od vlakana do kuće (FTTH) gdje su uski zavoji oko kutova i u malim cjevovodima neizbježni.

Premaz: slojevi akrilatnog polimera stvrdnjavanog UV zračenjem

Staklenu oblogu od 125 mikrometara neposredno okružuje dvoslojni polimerni premaz koji se nanosi tijekom procesa izvlačenja vlakana — prvi zaštitni sloj koji vlakno dobiva nakon što se izvuče iz predforme. Ovaj premaz je primarna mehanička zaštita za staklena vlakna i nema optičku funkciju.

Primarni premaz: mekani unutarnji sloj

Primarni premaz je mekani akrilatni polimer niskog modula UV stvrdnjavanja koji se nanosi izravno na staklenu površinu s vanjskim promjerom od približno 190-200 mikrometara. Njegov nizak Youngov modul (obično 0,5–1,0 MPa) omogućuje mu da ublaži staklo od mikrosavijanja — sitnih deformacija uzrokovanih površinskim nepravilnostima ili bočnim pritiskom na vlakno koje bi inače povećalo prigušenje. Primarni premaz također štiti netaknutu staklenu površinu od vlage, koja bi izazvala pucanje uslijed korozije (također nazvano statički zamor) koje progresivno slabi silikatno vlakno tijekom vremena.

Sekundarni premaz: tvrdi vanjski sloj

Sekundarni (vanjski) premaz je tvrđi, UV-stvrdnuti akrilatni polimer višeg modula koji se nanosi preko primarnog premaza, čime ukupni promjer premazanih vlakana iznosi standardnih 245-250 mikrometara. Njegova veća krutost (modul tipično 50-100 MPa) otporan je na habanje, oštećenje pri rukovanju i radijalne sile koje bi inače komprimirale meku primarnu prevlaku i izazvale gubitke mikrosavijanjem. Sekundarni premaz također je pigmentiran UV-stabilnim bojama za identifikaciju vlakana — 12 standardnih boja TIA-598 standarda za kodiranje boja koji se koristi u trakastim i viševlaknastim kabelima.

Specijalni materijali za premazivanje za teške uvjete rada

• Poliimidni premaz: Za primjene na visokim temperaturama do 300°C (kao što su senzori naftnih bušotina i zrakoplovstvo), standardni akrilatni premazi zamijenjeni su poliimidnim (PI) premazima koji se nanose u tankim slojevima od 5-7 mikrometara po sloju. Vlakna presvučena poliimidom imaju vanjski promjer od samo 155 mikrometara, što omogućuje čvršće pakiranje u alate za bušenje i snopove ožičenja zrakoplova.
• Hermetički karbonski premaz: Ultra-tanki sloj amorfnog ugljika (0,02–0,05 mikrometara) nanesen na staklenu površinu prije akrilatnog premaza pruža potpunu barijeru za vlagu za okruženja bogata vodikom kao što su podmorski kabeli i određene aplikacije za kemijska senzora. Ugljično-hermetička vlakna pokazuju gubitak vodika starenjem ispod 0,01 dB/km nakon 25 godina podmorskog rada.
• Ormocer (organski modificirana keramika) premaz: Hibridni organsko-anorganski polimerni premaz koji nudi vrhunsku otpornost na zračenje za nuklearne objekte i svemirske optičke sustave, gdje se konvencionalni akrilatni premazi brzo razgrađuju pod izlaganjem ionizirajućem zračenju.
• Vanjski premazi s niskim sadržajem dima bez halogena (LSZH): Za skupove vlaknastih vrpci koje se koriste u podatkovnim centrima i primjenama unutarnjeg plenuma, koriste se akrilatni matrični materijali usklađeni s LSZH koji proizvode minimalno otrovni dim i bez halogenih spojeva kada su izloženi vatri.

Usporedba materijala jezgre optičkog kabela: silikatno staklo naspram plastike

Silikatno staklo i plastika dva su temeljna izbora materijala jezgre za optičke kabele. Tablica u nastavku uspoređuje njihovu izvedbu prema najvažnijim optičkim, mehaničkim i kriterijima primjene.

Tablica 1: Usporedba materijala jezgre od silikatnog stakla i plastike koji se koriste u optičkim kabelima prema osam kriterija izvedbe i primjene.

Materijali za strukturu kabela: elementi čvrstoće, međuspremne cijevi i omotači

Osim samog vlakna, vanjska struktura kabela sastoji se od nekoliko dodatnih slojeva materijala koji štite osjetljiva staklena vlakna od mehaničkog naprezanja, vlage, glodavaca, drobljenja i UV degradacije tijekom instalacije i tijekom životnog vijeka kabela od 20-25 godina. Svaka strukturna komponenta izrađena je od materijala odabranih za specifična zaštitna svojstva.

Elementi čvrstoće: aramidna vlakna, stakloplastika i čelik

Čvrstoće nose vlačno opterećenje primijenjeno na kabel tijekom instalacije i ciklusa temperature tijekom rada, štiteći optičko vlakno od istezanja (što povećava slabljenje i može uzrokovati lom). Tri glavna materijala za čvrstoću koji se koriste u optički kabel construction su:

• Pređa od aramidnih vlakana (tip kevlara): Najčešće korišteni član čvrstoće u unutarnjim i patch kabelima. Aramidno vlakno ima vlačnu čvrstoću od približno 3600 MPa i Youngov modul od 70–125 GPa — otprilike pet puta jače od čelika pri istoj težini. Standardni patch kabeli sadrže aramidnu pređu od 150-300 deniera; distribucijski kabeli koriste teže 1,420-2,840 denier rovings. Aramid nije vodljiv (važan za električnu izolaciju) i ima nisku toplinsku ekspanziju, održavajući vlakno neutralnim u odnosu na temperaturne promjene.
• Šipka od plastike ojačane staklenim vlaknima (FRP): Središnja FRP šipka (obično promjera 0,5–3 mm) koristi se kao središnji element čvrstoće u labavim vanjskim kabelima. FRP nudi visoku tlačnu čvrstoću (za razliku od aramida, koji se savija pod pritiskom), što ga čini prikladnim za kabele koji moraju izdržati sile gnječenja u ukopanim ili kanalnim instalacijama. FRP šipke imaju vlačnu čvrstoću od 1000–1500 MPa i, poput aramida, nisu vodljive.
• Čelična žica i čelična traka: Čvrsti čelični elementi koriste se u samonosivim zračnim kabelima (ADSS i dizajni sa slikom 8), oklopljenim kabelima za izravno ukopavanje i podmorskim kabelima. Čelik pruža najveću vlačnu nosivost — čelična žica od 6 mm može izdržati vlačna opterećenja iznad 20 kN — ali dodaje težinu i zahtijeva električno spajanje i uzemljenje u instalacijama u blizini dalekovoda. Ovisno o zahtjevima izloženosti koroziji koristi se pocinčani čelik ili nehrđajući čelik.

Puferske cijevi: PBT, PVDF i polipropilen

Odbojne cijevi su šuplje cilindrične strukture koje sadrže i štite pojedinačna optička vlakna ili vlaknaste vrpce unutar kabela. Služe dvije funkcije: štite vlakna od bočnog pritiska i osiguravaju kontrolirani međuspremnik toplinskog širenja koji sprječava da vlakna budu napeta tijekom skupljanja kabela na niskim temperaturama. Najčešći materijali puferske cijevi su:

• Polibutilen tereftalat (PBT): Industrijski standardni materijal za labave međuspremne cijevi u vanjskim kabelima. PBT nudi izvrsnu dimenzijsku stabilnost na svim temperaturama (-40 do 70°C), nisku apsorpciju vlage (manje od 0,1%), dobru kemijsku otpornost i debljinu stijenke od 0,3–0,6 mm koja pruža značajnu otpornost na lomljenje. PBT cijevi obično su napunjene gelom za blokiranje vode (tiksotropni ugljikovodični gel) ili suhom trakom za blokiranje vode kako bi se spriječio prodor vlage.
• PVDF (poliviniliden fluorid): Koristi se u konstrukciji s čvrstim odbojnikom za unutarnje kabele i oštra kemijska okruženja. PVDF pruža vrhunsku otpornost na UV zračenje, plamen i širok raspon kemikalija, što ga čini prikladnim za kabliranje u industrijskim prostorijama i unutarnje instalacije s plenumom. PVDF nepropusne puferske prevlake nanose se na vanjskom promjeru od 900 mikrometara izravno preko vlakana presvučenih 250 mikrometara.
• Polipropilen (PP): Jeftinija alternativa PBT-u za neke primjene distribucijskih kabela na kratkim udaljenostima, posebno u hibridnim dizajnima unutarnjeg i vanjskog prostora. PP ima nešto manju dimenzijsku stabilnost od PBT-a na povišenim temperaturama, ali nudi izvrsnu kemijsku otpornost i dobre karakteristike obrade za brzu proizvodnju kabela.

Materijali za blokiranje vode: gel, traka i prah

Prodor vode jedan je od primarnih uzroka kvara optičkog kabela u ukopanim i izravnim ukopanim instalacijama. Koriste se tri pristupa blokiranju vode, svaki s različitim sustavima materijala:

• Gel za punjenje ugljikovodikom: Tradicionalno blokiranje vode u kabelima s labavim cijevima koristi tiksotropni gel na bazi nafte koji ispunjava međuspremnik cijevi i međuprostore između cijevi. Gel ostaje dovoljno tekuć da omogući kretanje vlakana unutar cijevi, ali dovoljno viskozan da spriječi migraciju vode. Kabeli punjeni gelom zahtijevaju posebne postupke čišćenja gelom tijekom spajanja i završetka.
• Traka i pređa od superupijajućeg polimera (SAP): Kabeli sa suhom blokadom vode koriste trake ili pređe obložene SAP-om koje brzo bubre u kontaktu s vodom (upijajući do 400 puta više od vlastite težine), blokirajući migraciju vode bez petrolejskog gela. Vodeno blokiranje temeljeno na SAP-u sada dominira novim dizajnom kabela zbog lakšeg rukovanja i ekoloških preferencija u odnosu na petrolej gel.
• SAP prah u puferskim epruvetama: Neki dizajni kabela uključuju SAP prah posut unutar međuspremnih cijevi kao primarni mehanizam za blokiranje vode, čime se postiže mala težina konstrukcije suhog bloka s jednostavnijom proizvodnjom od omatanja SAP trakom.

Oklopni slojevi: valoviti čelik, aluminij i polietilen

Oklopni kabeli od optičkih vlakana uključuju metalne ili dielektrične oklopne slojeve između jezgre i vanjskog omotača kako bi se oduprli gnječenju, napadu glodavaca i mehaničkom udaru. Tri glavne vrste oklopa su:

• Oklop od valovite čelične trake (CST): Uzdužno postavljena valovita čelična traka (obično debljine 0,15–0,25 mm) zalijepljena na unutarnji polietilenski omotač. CST oklop pruža izvrsnu otpornost na gnječenje (obično ocijenjeno na 3.000–4.000 N/100 mm) i otpornost na glodavce za izravno ukopane kabele u područjima s poznatom aktivnošću glodavaca.
• Valovita aluminijska traka: Koristi se u podmorskim i nekim kabelima za izravno ukopavanje gdje je manja težina aluminija u odnosu na čelik prednost. Aluminij je također otporniji na koroziju u sredinama slane vode.
• Isprepleteni oklop: Pocinčane čelične žice spiralno namotane oko kabela daju fleksibilan oklop za unutarnje i vanjske usponske kabele koji zahtijevaju otpornost na glodavce i fleksibilnost instalacije oko zavoja.

Materijali vanjske ovojnice: polietilen, PVC, LSZH i PVDF

Vanjska jakna je prva linija obrane od fizičkih oštećenja, UV zračenja, vlage, kemikalija i ekstremnih temperatura. Odabir materijala plašta ima značajne implikacije na sigurnost od požara, usklađenost s okolišem, jednostavnost instalacije i dugotrajnost.

Tablica 2: Usporedba materijala vanjskog omotača koji se koriste u optičkim kabelima u odnosu na otpornost na UV zračenje, ocjenu plamena, temperaturni raspon, toksičnost dima i tipično okruženje za postavljanje.

Kako se izrađuje staklo od optičkih vlakana: postupak preforme i izvlačenja

Razumijevanje what optički kabels are made of je nepotpun bez razumijevanja kako se proizvodi ultra čisto silikatno staklo — proces koji je izvanredan kao i optička izvedba vlakna.

Izrada preformi

Optičko vlakno počinje kao stakleni preform — čvrsta šipka ultra-čistog silicijevog dioksida duga otprilike 1 metar i promjera 80-160 mm — koja sadrži strukturu indeksa loma koja oblaže jezgru u velikoj mjeri. Najčešće korišteni postupak izrade preformi je modificirano kemijsko taloženje parom (MCVD), u kojem se pare silicij tetraklorida (SiCl4) i germanij tetraklorida (GeCl4) oksidiraju unutar rotirajuće silikatne cijevi na 1500–1900°C, taložeći uzastopne slojeve dopirane i nedopirane staklene čađe. Vanjsko taloženje (OVD) i aksijalno taloženje (VAD) alternativni su procesi koje različiti proizvođači koriste za postizanje većih stopa taloženja i većih veličina predformi.

Crtanje vlakana

Pretforma se dovodi okomito u peć za izvlačenje gdje se njen vrh zagrijava na otprilike 2000°C — odmah ispod točke omekšavanja silicijevog dioksida — i tanko vlakno se povlači prema dolje brzinom od 10-25 metara u sekundi. Dok vlakno izlazi iz peći i hladi se, prolazi kroz komore za UV-stvrdnjavanje koje nanose i stvrdnjavaju dvoslojni akrilatni premaz, zatim na bubanj za namatanje. Cijeli proces od vrha predforme do obloženog vlakna odvija se u precizno kontroliranoj atmosferi kako bi se spriječila površinska kontaminacija koja bi smanjila čvrstoću vlakna. Vlačna čvrstoća izvučenog vlakna kontinuirano se ispituje on-line pri naprezanjima od 1% deformacije (približno 0,7 GPa) kako bi se zajamčila minimalna prekidna čvrstoća u gotovom kabelu.

Često postavljana pitanja o materijalima za optičke kabele

P1: Je li optički kabel izrađen od stakla ili plastike?

Većina telekomunikacijskih i podatkovnih mrežnih optičkih kabela izrađena je s jezgrom i oblogom od silikatnog stakla. Plastično optičko vlakno (POF) postoji i koristi jezgru od PMMA ili perfluoriranog polimera, ali čini mali dio instaliranih vlakana na globalnoj razini — prvenstveno u automobilskim, dekorativnim i senzorskim aplikacijama na kratkim udaljenostima. Kad ljudi govore o "svjetlovodnom kabelu" u kontekstu mreže ili internetske infrastrukture, gotovo uvijek misle na silikatno vlakno sa staklenom jezgrom.

P2: Zašto se silikatno staklo koristi za optičke kabele umjesto drugih materijala?

Silikatno staklo se koristi jer postiže najnižu optičku atenuaciju od svih materijala na valnim duljinama koje se koriste u telekomunikacijama (1310 nm i 1550 nm). Njegovo prigušenje od 0,18–0,20 dB/km omogućuje signalima da putuju 40 km ili više bez pojačanja. Nijedan drugi čvrsti prozirni materijal ne može se približiti ovim performansama na ovim valnim duljinama. Silicij također ima izvrsnu kemijsku stabilnost, nije higroskopan, može se izvući u iznimno ujednačena vlakna, a njegova optička svojstva dobro su poznata nakon desetljeća istraživanja i komercijalne proizvodnje.

P3: Što se nalazi unutar zaštitnog omotača optičkog kabela?

Unutar vanjskog omotača tipičnog vanjskog optičkog kabela s labavom cijevi pronaći ćete: središnju FRP ili čeličnu čvrstoću, višestruke PBT međuspremnike označene bojama (svaka sadrži 6-12 bojama označena optička vlakna u gelu za blokiranje vode ili okružena SAP trakom), pređu od aramidnih vlakana ili dodatne čvrste elemente od čelične žice omotane oko snopa cijevi, a u oklopljenim verzijama, valovita čelična traka između snopa cijevi i vanjskog plašta. Kabeli s nepropusnim međuspremnikom za unutarnju upotrebu imaju jednostavniju konstrukciju: svako vlakno ima 900 mikrometara PVDF ili najlonski nepropusni međuspremnik sloj izravno preko premaza od 250 mikrometara, s elementima čvrstoće od aramidne pređe ispod vanjskog omotača.

P4: Koliko je čisto staklo u optičkom kabelu?

Silikatno staklo u telekomunikacijskom optičkom kabelu jedan je od najčišćih materijala koji se komercijalno proizvode. Ukupni sadržaj metalnih nečistoća ispod je 1 dijela na milijardu (ppb) za prijelazne metale kao što su željezo, bakar i krom — elemente koji apsorbiraju svjetlost na telekomunikacijskim valnim duljinama i dramatično bi povećali prigušenje. Ova razina čistoće, koja prelazi 99,9999% SiO2, postiže se postupkom kemijskog taloženja iz pare, koji staklo izgrađuje od ultra čistih plinovitih prekursora (SiCl4 s čistoćom većom od 99,9999%), a ne od prirodnog kvarca koji sadrži neizbježne mineralne kontaminacije u tragovima.

P5: Mogu li optički kabeli izdržati vanjske vremenske uvjete?

Da, optički kabeli za vanjsku upotrebu posebno su projektirani da prežive 20-25 godina izloženosti UV zračenju, promjenama temperature, vlazi, opterećenju vjetrom, au nekim slučajevima i glodavcima ili gnječenju. Kabeli s crnim HDPE omotačem sadrže čađu (2–3% po težini) koja apsorbira UV zračenje i sprječava degradaciju polimernog lanca koja bi s vremenom uzrokovala lomljivost i pucanje. Konstrukcija labave cijevi ispunjena gelom ili suhom blokadom sprječava da vlaga dopre do staklenih vlakana, jer ulazak vode u kombinaciji s mehaničkim naprezanjem ubrzava zamor od korozije na siliciju. Kabeli postavljeni zračno također moraju izdržati opterećenje ledom i zamor od vibracija izazvan vjetrom — zahtjevi koji se rješavaju odgovarajućim dizajnom ugiba kabela i dimenzioniranjem čvrstoće.

P6: Koja je razlika između LSZH i PVC materijala za jaknu?

PVC (polivinil klorid) jakne su otporne na plamen i jeftine, ali ispuštaju plin klorovodik (HCl) i gusti crni dim kada izgaraju — otrovne i korozivne u zatvorenim prostorima kao što su podatkovni centri, tranzitni tuneli ili nastanjene zgrade. LSZH (Low Smoke Zero Halogen) jakne formulirane su od polimera bez halogena (obično poliolefinskih spojeva s usporivačima gorenja na bazi minerala kao što je aluminijev trihidrat) koji, kada su izloženi vatri, proizvode minimalan dim i nimalo halogenih kiselih plinova. Europski standardi za kabele (EN 50575) i mnogi nacionalni građevinski propisi sada zahtijevaju LSZH kabele u javnim zgradama, prometnoj infrastrukturi i okruženjima gusto naseljenih podatkovnih centara. LSZH kabeli obično koštaju 15–30% više od ekvivalentnih kabela s PVC omotačem.

P7: Utječe li materijal omotača optičkog kabela na performanse prijenosa signala?

Sam materijal omotača nema izravan učinak na prijenos svjetlosti kroz vlakno, jer svjetlost putuje samo unutar staklene jezgre i obloge. Međutim, materijal omotača neizravno utječe na optičku izvedbu na dva načina: prvo, tvrđi materijali omotača nameću veće bočne sile na snop vlakana, potencijalno uzrokujući povećanje prigušenja izazvano mikrosavijanjem ako dizajn međuspremne cijevi ili premaza vlakana nije optimiziran; drugo, materijali omotača s slabom dimenzionalnom stabilnošću pri ekstremnim temperaturama (osobito materijali koji se značajno skupljaju pri niskim temperaturama) mogu dovesti vlakno do tlačnog ili vlačnog naprezanja ako dizajn kabela ne osigurava odgovarajuće rasterećenje naprezanja. Dobro dizajnirani kabeli koji koriste standardne materijale za plašt zadržavaju svoju specificiranu izvedbu prigušenja u punom rasponu nazivne radne temperature.

Zaključak: Zašto odabir materijala određuje performanse optičkog kabela

Odgovor na od kojih su materijala napravljeni optički kabeli otkriva sofisticirani inženjerski sustav sloj-po-sloj u kojem je svaki materijal odabran s preciznošću: ultra-čisti silicij dopiran germanijem za jezgru koja usmjerava svjetlost uz minimalne gubitke, nedopirana ili fluorom dopirana silika obloga koja stvara potpunu unutarnju refleksiju, dvoslojni akrilatni premazi stvrdnuti UV-om koji štite staklo od mikrosavijanja i vlage te vanjska struktura kabela od aramida ili FRP čvrstoće članovi, PBT međuspremne cijevi, SAP materijali koji blokiraju vodu, izborni čelični oklop i smjesa omotača usklađena s protupožarnom sigurnošću, otpornošću na UV zračenje, temperaturnim rasponom i ekološkim zahtjevima postavljanja.

Svaki sloj materijala ima nezamjenjivu ulogu. Kvar bilo koje pojedinačne komponente - pukotina dijafragme u presvlaci, prodor vode kroz kompromitirani omotač ili UV degradacija nezaštićenog vanjskog plašta - može ugroziti izvedbu ili radni vijek cijele kabelske veze. Za mrežne dizajnere, instalatere i inženjere nabave, razumijevanje materijala koji čine optički kabels temelj je za donošenje ispravnih odluka o specifikacijama u cijelom rasponu telekomunikacijskih, podatkovnih centara, industrijskih i posebnih aplikacija.