SAOBRAĆAJNI FAKULTET U BEOGRADU
PREDMET:
Optički komunikacioni sistemi
Hermetička optička vlakna: vlakna obložena
ugljenikom
Jelena Milutinović, 090088
B e o g r a d, 2 0 1 3.
Rezime: U radu se razmatraju hermetička optička vlakna koja su obložena
ugljenikom i koja spadaju u specijalne vrste vlakana. Kao takva vrsta vlakana, razlikuju
se od običnih i primenjuju se u posebnim uslovima, u ovom slučaju u sredinama kojima
je svojstvena velika vlažnost. U radu se opisuje istorijski razvoj, zatim proces nanošenja
slojeva ugljenika, kao i parametri, gubici, testiranje i karakteristike ovih vlakana. Pored
svega treba naglasiti da parametri i karakteristike koje su svojstvene običnim vlaknima,
svojstvena su i vlaknima obloženim ugljenikom ali pored toga postoje parametri koji
karakterišu samo ovu vrstu vlakana. Ova vlakna se primenjuju u nekim posebnim
uslovima kao i u oblastima koje nisu povezane sa telekomunikacijama.
Ključne reči: vlakno, kabal, jezgro, vodonik, voda
Abstract: This paper discusses the hermetic optical fibers that are coated with
carbon and which are special types of fiber. As such fibers are different from ordinary,
and are used in special circumstances, in this case, in the areas where the inherent high
humidity. This paper describes the historical development, then the process of applying
layers of carbon, as well as parameters, losses, and performance testing of these fibers.
In addition it should be noted that all the parameters and characteristics that are
common property of fibers are particular and fibers coated with carbon, but in addition
there are parameters that characterize only this type of fiber. These fibers are used in
some special conditions, as well as in areas that are not related to telecommunications.
Index terms: fiber, cable, core, hydrogen, water
2
1.
UVOD
Hermetički optički kablovi imaju tanak sloj nepropustljivih materijala koji se nanose
na površinu staklenih kablova. Hermetički premazi se koriste da obezbede pouzdanost
kablova zbog snažne degradacije koju izaziva vlaga na površini vlakana, kao i da spreče
širenje vodonika u jezgru vlakna. Tipični polimerni premazi koji se koriste u optičkim
kablovima su u stanju da spreče isticanje vode i njen kontakt sa staklenom površinom,
ali nisu u mogućnosti da spreče kretanje molekula vode ili čak i manji molekula
vodonika. Molekuli vode ubrzavaju proces širenja pukotine na površinu staklenih
vlakna. Molekuli vodonika mogu da se brzo razlože u jezgru hermetičkih optičkih
vlakana, što može značajno povećati optičke gubitke. Voda i molekuli vodonika su
svojstveni sredinama u kojima se izgrađuju telekomunikacioni sistemi, stoga su oni ti
koji izazivaju mehaničke potrese kada je vodonik viši od optimalnog. Vlakna koja se
koriste u zatevnim sredinama, neophodno je zaštititi hermetičkim slojem. Smatralo se
da je mnoge materijale moguće koristiti kao hermetičke prevlake na optičkim vlaknima,
međutim, najbolje rešenje su premazi koje čini ugljenik.
Slika 1. Poprečni presek optičkog vlakna
Mnogi materijali su upotrebljivi kao hermetička vlakna na optičkim kablovima.
Zbog efikasnosti hermetičkog premaza neophodno je blokiranje prodiranja molekula
vode i vodonika. Raniji pokušaji i rešenja za hermetičke premaze staklenih vlakana
bazirala su se na metalnim premazima. Deblji slojevi metala se koriste da se izbegnu
oštećenja, ali povećana debljina kabla obično izaziva njegovo oštećenje u vidu savijanja.
U procesu proizvodnje optičkih vlakana obloženih ugljenikom talože se tanki slojevi
ugljenika na njihovoj površini. Da bi se sprečilo prodiranje vodonika vode i vodonika,
dovoljna debljina sloja ugljenika je 20-50 nm,a da se isto tako ne izazovu oštećenja u
vidu savijanja. Zbog ovih prednosti, optička vlakna obožena ugljenikom su dobro
rešenje u inženjeringu zahtevnih aplikacija. Optička vlakna obložena ugljenikom su
dobro rešenje za sprečavanje gubitka vodonika u podvodnim kablovima, zatim da
spreče prelom i tamnjenje vlakana koja se koriste u senzorskim sistemima za bušenje
nafte, kao da štite vlakna koja se koriste u izgradnji automobila i aviona. Posebna vrsta
ugljenika C
60
, poznata kao fluoran koristila se kao premaz koji je sprečavao habanje
kabla, ali isto tako nije sprečavala gubitak vode ili difuziju ugljenika tako da nije mogao
da pruži adekvatnu zaštitu u većini zahteva. Brojni materijali koji su ocenjeni kao
konkurenti nekim postojećim materijalima koji su se koristili kao premazi su vremenom
potisnuti od strane istih. Primarni premaz za optička vlakna je od ugljenika, jer je to
najadekvatnije rešenje. Ovo poglavlje se zapravo i bavi tim i opisuje kako se izbegavaju
4
oštećenja i gubici ugljenika iz vlakana korišćenjem odgovarajućih premaza. Procesi u
kojima se vlakna premazuju ugljnikom su ispitani, jer su u mnogobrojnim studijama ovi
procesi već dovoljno opisani. Postoje brojne tehnike merenja koje se koriste za procenu
hermetičkih osobina vlakana, ali isto tako i njih treba uporediti, pa tako odrediti
najpogodniju od njih. Testiranje vodonika je detaljno, jer najveće zahteve imaju
premazi ugljenika. Tehnike za određivanje rukovanja, stepena oštećenja, kao i za
hermetičko spajanje su takođe opšte poznate. U radu će se pisati o izradi vlakana,
proceni njihove pouzdanosti, kao i metodama koje se koriste u ovim procesima. Ovaj
rad daje dobar pregled istorijskog i naučnog razvoja hermetičkih vlakana.
5
