Производство оптических волокон. Основные этапы технологического процесса
Производство оптического волокна начинается со стеклянной трубки. Ее примерные габариты можно оценить по рис. 1. Эта трубка промывается в кислоте и дистиллированной воде, для устранения различных загрязнителей и жиров с ее поверхности. Далее она устанавливается в зажимы тепло-механического станка.
Рисунок 1 – Стеклянная трубка и ее установка в тепло-механический станок
Трубка вращается со скоростью 60 оборотов/мин. Под ней плавно, со скоростью 20 см/мин двигается горелка, которая равномерно разогревает трубку до температуры 1600 0 С. Одновременно с этим, в трубку подается смесь газов: SiCl4, GeCl4, BCl3 и кислород О2, которые при температуре 16000С вступают в химическую реакцию. В результате реакции на внутреннюю стенку трубки выпадает осадок в виде белого порошка, который в последствии плавится и кристаллизируется. Таким образом постепенно заполняется внутренняя часть трубки и формируется сердцевина оптического волокна.
Рисунок 2 – Процесс формирования сердцевины оптического волокна
Предформа извлекается из тепло-механического станка и устанавливается в зажимы установки вытягивания волокна (вытяжной башни). Процесс вытягивания волокна включает несколько этапов, каждый из которых рассмотрим отдельно.
Рисунок 3 – Установка вытягивания волокна
Торец предформы нагревается до температуры 20000С, вследствие чего предформа начинает растягиваться и уменьшаться в диаметре.
Лазерный детектор работает в паре с детектором натяжения, тем самым поддерживая диаметр оптического волокна равный 125 мкм. При увеличении диаметра волокна, лазерный детектор подает сигнал на детектор натяжения. Последний увеличивает усилие натяжения, что приводит к уменьшению диаметра волокна. И наоборот: в случае, если зафиксировано уменьшение диаметра волокна, уменьшается усилие натяжения и диаметр увеличивается. Таким образом, диаметр волокна не одинаковый по всей его длине, а постоянно колеблется около 125 мкм. В результате, при выполнении сварных соединений, встречаются ситуации, когда одно из сращиваемых волокон имеет диаметр больше (к примеру 127 мкм), другое – меньше (к примеру 123 мкм).
Это приводит к различным значениям потерь на соединении при измерении со стороны А в сторону В, и наоборот.
Следствием описанного выше, является требование выполнения двустороннего измерения интегральных вносимых потерь (при помощи оптических тестеров или тестовых наборов ) с последующим определением среднего значения по формуле:
Рисунок 4 – Несоответствие диаметров волокна
Именно по этой причине при строительстве магистральных ВОЛС требуют использовать кабельные барабаны в порядке их заводской нумерации.
Оптическое волокно без повреждений имеет такое же усилие на разрыв как и стальная нить аналогичного диаметра. Это и не удивительно, ведь обычное оконное стекло тоже нелегко разорвать. Но стоит лишь нанести царапину стеклорезом (а в случае с оптическим волокном – просто прикоснуться к любой металлической поверхности) и задача существенно упрощается. Именно для защиты оптического волокна от механических повреждений а также для защиты от попадания воды и загрязнителей, на поверхность волокна наносится первичное буферное покрытие. Оно представляет собой акриловый лак, который мы снимаем стриппером в ходе подготовки волокна к сварке. Далее нанесенный лак сушится в сушильной печи при помощи ультрафиолетового излучения. Полученное оптическое волокно сматывается на катушки (примерно 20 км на каждую) и поставляется на заводы по производству кабеля или потребителю.
Рисунок 5 – Катушка оптического волокна
Рекомендуем просмотреть вебинар на тему:
Видео 1 – вебинар “Монтаж и диагностика ВОЛС на сети доступа. Введение, особенности архитектуры PON”.
Чтобы задать вопрос докладчику вебинара отправьте письмо на адрес: info@fibertop.ru
Видео 2 – Опыт Джона Тиндаля
Историческая справка: В 1870 г английский физик Джон Тиндаль продемонстрировал возможность управления светом на основе внутренних отражений. Продемонстрированный опыт показал, что свет может распространяться не только по прямой линии, как учит нас школьная программа, но и по любой изогнутой траектории. Для этого необходимо соблюсти лишь одно условие: обеспечить чтобы свет распространялся в более плотной среде (в опыте – вода), которая окружена менее плотной средой (в опыте – воздух). По этому принципу и построено оптическое волокно: свет распространяется по более плотной сердцевине, которая в свою очередь окружена менее плотной – оболочкой.
Источник
Рынок оптического кабеля (По материалам конференции в Пушкинских Горах)
Оптические сети связи относятся к тем технологиям, о которых можно говорить как о величайшем достижении конца ХХ века. Оптическое волокно (ОВ) в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния.
Все ведущие страны располагают собственным производством ключевого компонента волоконно-оптических систем передачи информации (ВОСП) — оптического волокна.
Мировой рынок волоконно-оптических кабелей восстановился после краха 2001 года. Спрос на ОВ в 2007 году превысил пиковый уровень 2001 года. Высокие темпы роста сохраняются и сегодня. По данным, приводимым CRU International в майском выпуске Optical Fibre & Fibre Optic Cable Monitor, производство ОВ в 1 квартале 2008 года на 21% выше, чем за тот же период (рекордного по объемам производства ОВ) 2007 года (рис. 1).
Основными производителями и поставщиками оптического волокна на мировом рынке являются компании Corning (США), OFS (США), Fujikura (Япония), OptoMagic (Южная Корея), Prysmian (Италия), Draka (Нидерланды), ряд компаний в Китае и Индии.
Данные по потреблению оптического волокна по регионам и странам мира в 2006 — 2007 гг. (млн. км волокна), приведенные на рис. 2, превышают данные, приведенные на рис. 1. Это говорит о том, что для производства 115 млн. км (в одноволоконном исчислении) ОК было поставлено 127 млн. км ОВ, в это число входят как потери ОВ в процессе производства кабеля, так и некоторое количество ОВ используемого не в виде кабеля.
Доля производства одномодового ОВ (рис. 3) практически неизменна (небольшой рост в % отношении с 88% в 2001 г. до 92% в 2007 г.).
Специальные типы ОВ в % отношении также стабильны, хотя в абсолютных значениях рост производства значителен.
Производство ОВ с ненулевой смещенной дисперсией в % отношении падает с 9% в 2001 г. до 4% в 2007 г. Это указывает на смещение центра тяжести основного производства оптических систем связи в область локальных проектов.
Многомодовое ОВ — увеличение производства в абсолютном значении не компенсирует низкое процентное соотношение к общему объему производства. Это указывает, что операторы локальных сетей до настоящего времени окончательно не выбрали основной элемент линии связи: коаксиал, пару, одномодовое или многомодовое ОВ.
Анализ применения различных технологий для производства ОВ (рис. 4) показывает, что метод OVD сохраняет свои позиции, обеспечивая стабильность фирм, использующих его для производства заготовок.
VAD — предпринял широкое наступление, завоевывая рынок за счет вытеснения метода MCVD.
За счет MCVD расширился и объем использования других технологических методов изготовления заготовок (FCVD, rod-in-tube, rod-in-cilindr и пр.).
Аналитики в значительной мере связывают новый рост спроса на ОВ с модификациями местных линий связи, главным образом, для обеспечения доступа к быстрому Интернету и новым услугам, например, к телевидению по Интернет-протоколу.
Эксперты CRU делают вывод о том, что наблюдаемый в настоящее время подъем рынка имеет более прочную основу, чем фондовый пузырь в телекоммуникационном секторе, который лопнул в 2001 году.
Аналитическая группа CRU International, в состав которой входит недавно приобретенная компания KMI Research, в своих отчетах свидетельствует о том, что основной спрос на волоконно-оптические кабели в течение последующих пяти лет будет основан, главным образом, на увеличении количества линий типа FTTx. В Северной Америке, где компании AT&T и Verizon осуществляют в настоящее время крупномасштабные проекты, линии типа FTTx 1 уже отвечают за более чем половину спроса на одномодовое волокно. В других регионах линии этого типа составляют меньший процент спроса, но их рост происходит быстрыми темпами. Развитие этого рынка в значительной мере вызвало появление нового класса — нечувствительное к изгибу волокно (ITU-T Recommendation G.657).
Правда, наиболее массово используемые технологии все-таки отличаются в разных странах. В Китае, к примеру, наиболее популярна технология FTTB, наиболее выгодная в районах с плотной застройкой и высокой концентрацией потенциальных пользователей. В Японии операторы отдают предпочтения решениям на базе FTTH. Эти две страны обеспечивали половину мирового рынка FTTx-сетей в 2005 году. Южная Корея и Австралия представляли еще 20% мирового рынка. Несмотря на быстрый рост FTTx-сетей в Европе, Азиатско-Тихоокеанский регион в ближайшие годы все равно будет удерживать лидерство по развертыванию оптоволоконного доступа в мире.
Основные объемы потребления ОВ (
95%) приходятся на одномодовое волокно всех «рекомендаций». Правда CRU International отмечает 25% рост требования в 2007 году на волокно NZDS по сравнению с 2006 годом. Они связывают этот рост с увеличением больших подводных проектов главным образом в Средиземноморье, Персидском заливе, Индийском и Тихом океанах.
Стоимость оптического волокна на мировом и российском рынках
Значительно выросший спрос на ОВ на сегодняшний день не привел к росту цен на него.
На рис. 5 приведены цены на ОВ в Западной Европе, развивающихся странах и России по состоянию на январь 2008 г. Видно, что цены в России отличаются от цен в других странах, возможно за счет 5% таможенной пошлины и 18% НДС.
Краткий анализ Российского рынка оптического волокна
Оптическое волокно для России отнюдь не Terra Incognita. В России (СССР) благодаря усилиям ряда институтов Академии Наук и отраслевых организаций оптические волокна с малыми потерями, пригодные для производства волоконно-оптических кабелей были получены в конце 70-х годов. До начала 90-х годов в России (СССР) успешно проводились работы в области волоконной оптики, хотя и с некоторым отставанием (в условиях ограничений КОКОМ) от ведущих западных стран. И, несмотря на то, что, начиная с 1992-93 г.г. в России нет промышленного производства ОВ, все прошедшие годы российские ученые, инженеры, технологи, несмотря на абсолютно недостаточное финансирование, продолжали вести работу в области волоконной оптики, отслеживая все тенденции ее развития, создавая в лабораторных условиях новые конструкции и технологии оптических волокон.
В настоящее время разработки и производство специальных типов оптического волокна в России сосредоточены на предприятиях:
• НТО «ИРЭ-Полюс» (г. Фрязино Московской области) — производство активных (с рамановским усилением) ОВ;
• ООО «ТЕНЗОР» (г. Санкт-Петербург) — разработка и производство специальных типов оптического волокна;
• ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» — производство плоскополяризованных световодов для оптических гироскопов;
• ООО «Оптолинк» (г. Арзамас) — разработка и производство плоскополяризованных и радиационностойких типов оптического волокна;
• Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. A.M. Прохорова РАН (г. Москва) — общие фундаментальные исследования в области оптического волокна, исследования в области активных световодов, специальных видов оптического волокна для солитонной связи;
• Государственный оптический институт имени Вавилова (ГОИ) (г. Санкт-Петербург) — разработка плоско-поляризованных, радиационно стойких видов оптического волокна, специальных световодов типа «кварц-кварц», «кварц-полимер», световодов для УФ излучения и др.;
• Институт химии высокочистых веществ РАН (г. Нижний Новгород) — разработка, совместно с НЦВО ИОФ РАН, технологии и опытного производства заготовок для специальных типов оптического волокна;
• Миасский машиностроительный завод (г. Миасс, Челябинской области) — работы по производству особо чистого кварцевого стекла КС-4В и заготовок из него, делаются попытки организации собственного производства оптического волокна;
• ЗАО НТЦ «Оптическое волокно» (г. Санкт-Петербург) — разработка и производство специальных видов ОВ.
Если проанализировать объемы потребления оптического волокна в России по сравнению с мировыми за последние годы, то мы увидим, что они колеблются в районе
3%. При этом по типам потребляемых волокон прослеживается аналогия с мировыми тенденциями (рис. 6).
Фактическое потребление ОВ в России и СНГ с учетом потерь при производстве ОК в 2007 году превысило 4 млн. км.
Перспективы освоения производства ОВ в России
Не сегодня возник вопрос и о создании производства отечественного оптического волокна.
В период с 2001 по 2003 годы велись работы по созданию производства с объемом свыше 1 млн. км ОВ на ОАО «Лисма» (г. Саранск).
К сожалению, проект реализовать не удалось.
В 2002 году в разгар мирового телекоммуникационного кризиса фирма Alcatel заявила о договоренности с ОАО «Связьинвест» о создании СП по вытяжке в России ОВ из поставляемых фирмой заготовок. Однако, и этот проект не был реализован.
Тем не менее, отсутствие промышленного производства отечественного ОВ заставило вернуться к этому вопросу.
В 2005 — 2006 годах обсуждался вопрос организации производства ОВ с корейской фирмой LS.
Имеются сведения о попытках крупных производителей ОВ организовать вытяжку ОВ на территории России при участии некоторых кабельных заводов и фирм-потребителей услуг связи.
В конце 2007 года возобновились работы по строительству в Мордовии предприятия по производству оптического волокна.
Предполагается производить ОВ по «рекомендациям» Международного Союза Электросвязи — Сектора стандартизации для телекоммуникаций (МСЭ-Т) G.651, G.652D, G.655 и G.657, а также ряд специальных волокон.
Все процессы получения заготовок путем осаждения из газовой фазы являются сегодня двухэтапными.
На первом этапе производятся сердечник и часть оболочки, нужная для обеспечения оптических свойств изготавливаемого волокна. Второй этап — на полученную заготовку сердечника наращивается оболочка. Затем производится вытяжка ОВ.
Прогноз потребления ОВ в России
В 2007 году впервые российский рынок широкополосного доступа обогнал по темпам роста сотовых операторов.
Как краткосрочные, так и долгосрочные прогнозы аналитиков утверждают, что будущее за цифровыми широкополосными линиями на основе оптического кабеля. Поэтому в ближайшее время для телекоммуникационной инфраструктуры России понадобятся миллионы километров оптического кабеля для прокладки в грунт, канализацию и для подвеса на опоры. Эти прогнозы подтверждаются действительностью — производство и потребление оптического кабеля в последние годы постоянно растет (рис.10).
Резкое увеличение спроса на ОК привело к тому, что действующие заводы полностью загружены на несколько месяцев вперед. В конце 2007 г. и начале 2008 г., впервые за всю историю производства ОК в России, наблюдается ситуация, когда заказчики вынуждены ждать более 3 месяцев изготовления оптического кабеля, оплатив его.
В 2008 году темпы производства ОК продолжают оставаться высокими. В первом квартале 2008 года в России производство ОК в одноволоконном исчислении составило
730 тыс. км, что превышает объем производства за тот же период 2007 года на 68%.
На сегодняшний день российские производители ОК могут в основном удовлетворить практически любые запросы отечественного потребителя. Об этом говорит и анализ объемов импорта по группе «Кабели волоконно-оптические» (табл. 1).
Модернизация и расширение производства ОК продолжается
В 2006 году в г. Саранске был сдан в эксплуатацию и с 2007 года начал серийное производство цех по производству оптического кабеля, встроенного в грозозащитный трос (ОКГТ) самой современной конструкции. 12 октября 2007 г. приступил к работе завод по производству оптических кабелей связи «Эликс-кабель — ПНППК». Продолжают расширяться и укрепляться лидеры производства ЗАО «ОКС 01» и ООО «Еврокабель 1».
Прогноз развития производства ОК в России представлен на рис.11.
Можно также с достаточной долей уверенности сказать, что ОВ типа G.652D вытесняет с рынка волокна G.652А,В. Доля многомодовых волокон скорее всего останется в пределах 2÷3%, а доля волокон типа G.655; G.656 — 4÷5%. В связи с развитием в России строительства сетей широкополосного доступа на рынке, скорее всего, будет востребовано волокно типа G.657. Указать долю, которую займет на рынке ОВ этого типа, сегодня не представляется возможным.
Сегментирование рынка
В соответствии с реально существующей на российском рынке оптического волокна ситуацией можно выделить его следующие сегменты:
1. Реальные потребители ОВ — кабельные заводы, производящие ОК (табл. 2).
2. Конечные потребители ОК
• фирмы, активно работающие на телекоммуникационном рынке;
• ведомства и корпорации, строящие в рамках Взаимоувязанной сети связи России свои ведомственные и корпоративные волоконно-оптические линии связи.
3. Организации, не имеющие непосредственного отношения к потреблению ОВ и ОК, но могущие оказать значительное влияние при продвижении на рынок отечественного волокна.
Полная характеристика предприятий по первому сегменту приведена в справочнике «Оптические кабели», авторы: Ларин Ю.Т., Ильин А.А., Нестерко В.А.
Ко второму сегменту относятся — ведомства и корпорации, строящие в рамках Взаимоувязанной сети связи (ВСС) России. Это, прежде всего межрегиональные компании и ОАО «Ростелеком», входящие в состав холдинга ОАО «Связь-инвест». А также ОАО «РЖД», ОАО «ФСК ЕЭС», ЗАО «Газтелеком», ЗАО «Связьтранснефть» и др., планирующие, для обеспечения коммерческой окупаемости собственных проектов, часть трафика использовать для коммерческих целей.
Многие федеральные структуры (Минобороны РФ, ФАПСИ, МВД и др.) и крупные корпорации, имеющие свои терминалы в различных точках территории России, строят свои собственные ведомственные и корпоративные сети связи.
Важной особенностью этих двух групп является то, что, являясь конечными потребителями, они зачастую определяют заводам-изготовителям не только, какой конструкции нужен им кабель, но и что в данной ситуации является определяющим — из оптического волокна какой фирмы он должен быть изготовлен.
Третий сегмент — средства массовой информации как общие, так и специализированные, которые как никто могут повлиять на формирование общего имиджа и являются прекрасным средством для размещения рекламы.
Заключение
Перспектива развития производства ОК в России и странах СНГ самая благоприятная. Общая ситуация стимулирует не только расширение, но и укрупнение производства за счет образования некоторых структур различной направленности и различной формы. Назрела необходимость консолидации усилий производителей ОК в активных протекционистских действиях для защиты внутреннего рынка и активного освоения внешнего.
1 FTTx — это своеобразное подмножество двух видов доступа: Fiber To The Home (FTTH) — оптоволоконный кабель в дом (подразумевается индивидуальный/частный дом) и Fiber To The Building (FTTB) — оптоволоконный кабель в здание (подразумевается многоквартирный дом или офис).
Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter
Источник
