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科普知識(shí)
數(shù)據(jù)分類:
光纖頭

神奇!光纖是怎樣制造出來的?

發(fā)布日期:2022-04-17 點(diǎn)擊率:94


19世紀(jì)初,人類發(fā)現(xiàn)光可以利用全內(nèi)反射原理在水和玻璃等介質(zhì)內(nèi)傳播后,有人開始意識(shí)到,如果我們能拉出超細(xì)的玻璃絲,實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)長距離傳輸,必將應(yīng)用無限。

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但是科學(xué)家們嘗試了無數(shù)辦法,怎么也拉不出又長又細(xì)、均勻而堅(jiān)韌的玻璃纖維。

一位叫C.V.Boys的物理學(xué)家出現(xiàn)了。

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C.V.Boys首先將玻璃放入一個(gè)極小的容器里,加熱融化再氣吹。

失敗!

接下來,他造了一把槍。與一般的槍不同,這把槍火力更集中,希求通過瞬間的爆發(fā)力拉出玻璃纖維絲。

失?。?/p>

那就造一支火箭筒。他認(rèn)為火箭筒的速度更快,一定可以拉出均勻的玻璃絲。

失??!

C.V.Boys看著他的火箭筒,表情沮喪,怎么辦呢?

終于,他想出了一個(gè)高度科學(xué)的解決方案——弩。

C.V.Boys專門設(shè)計(jì)了一把用于拉光纖的弩…

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C.V.Boys設(shè)計(jì)的弩

1887年的某一天,C.V.Boys將一根加熱的玻璃棒放在弩上,當(dāng)玻璃棒熔化,扣動(dòng)扳機(jī),在實(shí)驗(yàn)室里拉出了一道長長的玻璃纖維。

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實(shí)驗(yàn)場景無法還原,漫畫代替

C.V.Boys終于拉出了世界上第一根光纖,足足有9英尺長。

100多年過去了,如今光纖已成為地球的血管,密密麻麻的分布于世界,為我們編織出豐富精彩的信息生活。今天的光纖是怎么制造出來的呢?同樣不簡單。

光纖由純度極高的光學(xué)玻璃制成。我們家里的玻璃窗是透明,通常玻璃越厚就越不透明,這是因?yàn)椴Aе杏须s質(zhì)。

光纖用的玻璃有多純呢?即使有幾公里厚,你也能透過這個(gè)玻璃看清物體。

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光纖結(jié)構(gòu):纖芯和包層是不可分離的,纖芯與包層合起來組成裸光纖

光纖的制作過程主要分為:預(yù)制棒制備、光纖拉絲和測試三個(gè)過程。

預(yù)制棒制備

預(yù)制棒生產(chǎn)主要有MCVD、OVD、VAD和PCVD等工藝,本文只介紹MCVD工藝。

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MCVD(modified chemical vapor deposition)工藝由貝爾實(shí)驗(yàn)室于1974年開發(fā)。它將由SiCl4(氯化硅)、GeCl4(氯化鍺)和其它化學(xué)物質(zhì)組成的氣態(tài)混合物導(dǎo)入到石英玻璃管(包層)中,并在石英管外旋轉(zhuǎn)加熱,硅和鍺氧化反應(yīng),形成SiO2(二氧化硅)和GeO2(二氧化鍺),并駐留在石英管內(nèi)構(gòu)成光纖的主要部分。

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針對光纖的折射率、膨脹系數(shù)和熔點(diǎn)等,可通過氣態(tài)混合物的成分濃度來控制。

當(dāng)預(yù)制棒冷卻后,要進(jìn)行質(zhì)量(折射率)測試。

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預(yù)制棒

光纖拉絲

將預(yù)制棒放入光纖拉絲塔,進(jìn)行拉絲。預(yù)制棒經(jīng)拉絲,被拉成125μm粗細(xì)的光纖,并涂上二層樹脂以保護(hù)光纖的強(qiáng)度。

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光纖拉絲塔組成

光纖拉絲塔內(nèi)有一個(gè)石墨爐,可產(chǎn)生17000-2000度的高溫,使預(yù)制棒軟化,再由拉絲輪卷繞而拉成細(xì)長的光纖。拉絲塔有一個(gè)信息反饋系統(tǒng),用來反饋爐溫和繞速等,以通過激光測微計(jì)來精確控制光纖直徑。

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為增強(qiáng)光纖強(qiáng)度,在拉絲過程中還要及時(shí)為光纖涂上一層很薄的樹脂,并及時(shí)烘干避免相互黏附。

拉絲完成后,還需要對成品光纖進(jìn)行測試,內(nèi)容主要包括:抗拉強(qiáng)度、折射率、光纖結(jié)構(gòu)、衰減、信息承載能力(帶寬)、色散、工作溫度和濕度范圍等。

光纖就是這樣制造出來的!

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正是這根小小的玻璃絲,今天徹底改變了人類的生活。毫不夸張的講,光纖通信是人類史上一次超越時(shí)間和空間的奇跡,從蒸汽機(jī)的發(fā)明,到輪船、火車,人類從來沒有如此拉近過時(shí)空距離。正是小小的光纖,成就了我們今天遠(yuǎn)在千里、近在咫尺的通信生活。

神奇的光纖!

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