Der optische Faserherstellungsprozess

Ein Glasvorformling zur Herstellung von optischen Fasern

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Alles beginnt mit Quarzsand. Hochreine Materialien werden anschließend zu einem Glaszylinder, dem sogenannten Preform, verarbeitet: einem mehrschichtigen Reinglaszylinder mit einem Umfang von etwa 20 Zentimetern. Er besteht aus zwei perfekt konzentrischen Röhren mit jeweils unterschiedlichem Brechungsindex. Zur Herstellung des Preforms werden verschiedene horizontale Ziehverfahren (IVD, OVD, VAD) eingesetzt. Das Ziel ist stets dasselbe: der fertigen, gezogenen Faser bestmögliche Leistungseigenschaften zu verleihen. Der Preform wird dann auf einen Turm montiert und dessen Basis in einem Ofen (auf über 2000 °C) erhitzt. Dadurch entsteht ein feiner Tropfen, der durch die Schwerkraft fällt und anschließend zu einem schmalen, gleichmäßigen Durchmesser von etwa 100 Mikrometern gezogen wird. Hochreines, sauerstofffreies Argongas wird durch den Ofen geleitet, um die Graphitkomponenten bei diesen hohen Temperaturen zu schützen. Das Kern-Mantel-Verhältnis des Preforms bleibt während des Ziehprozesses erhalten. Die resultierende optische Faser weist dasselbe Kern-Mantel-Verhältnis auf. Tatsächlich ist der Preform eine große, massive Version einer Faser.

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Von der Vorform bis zur fertigen Glasfaser.

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Im Zuge des Prozesses wird die blanke Faser zunächst abgekühlt, um zwei Schichten eines Beschichtungsmaterials wie Acrylat oder Polyimid aufzutragen, das Schutz und Biegeeigenschaften bietet. Die Temperatur der Faser muss für ein optimales Beschichtungsergebnis gesenkt werden. Eine Zugmaschine am unteren Ende des Ziehturms zieht und wickelt die Glasfaser kontinuierlich auf. Die Ziehgeschwindigkeit hängt von der Vorform, dem Fasertyp und der verfügbaren Ausrüstung ab. Sie kann von wenigen Metern pro Minute bis zu 4.000 Metern pro Minute für die moderne Telekommunikationsfaserproduktion reichen. Die Ziehgeschwindigkeit wird sorgfältig überwacht, um den fertigen Faserdurchmesser zu kontrollieren. Alle beteiligten Anlagenteile müssen konzentrisch ausgerichtet sein, um einen perfekt runden Glasfaserfaden zu erzeugen. Die Abmessungen der optischen Faser hängen direkt von diesem Faktor ab.

Die beim Faserziehen auf die Faser ausgeübte Zugkraft muss präzise gesteuert werden, um die Lichtausbreitung in der Faser zu optimieren. Mehrere entlang des Ziehturms angebrachte Messgeräte liefern zahlreiche Daten zur Überwachung der Endabmessungen und der Gesamtqualität der Faser.

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Sortierung und Prüfung der finalen optischen Faser

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Die fertige Glasfaser wird auf Spulen mit einer Kapazität von mehreren Kilometern aufgewickelt, bis das Rohmaterial aufgebraucht ist. Um ein späteres Bruchrisiko auszuschließen, werden verschiedene mechanische Prüfungen durchgeführt. Anschließend werden die Glasfasern auf kleinere Spulen aufgewickelt und nach ihren jeweiligen Anwendungsbereichen sortiert und klassifiziert. Grundsätzlich lassen sich die Fasern in zwei Kategorien einteilen: Singlemode-Fasern (für große Entfernungen) und Multimode-Fasern (für kürzere Entfernungen). Der Enddurchmesser beträgt typischerweise für beide Fasertypen 250 µm. Nach dem Ziehen werden die Glasfasern geprüft, um sicherzustellen, dass alle Eigenschaften den Spezifikationen und Kundenanforderungen entsprechen.

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