Herstellung von Singlemode- (Monomode-) Fasern

Die Singlemode-Faser ist die nach Faserlänge häufigste Faserart.

Ein Hersteller von Singlemode-Fasern (SMFs) sieht sich mit vielen Herausforderungen konfrontiert. Dazu zählt die zuverlässige Herstellung eines ausgezeichneten Produktes zu wettbewerbsfähigen Preisen in großen Mengen.

Historische Preisentwicklung bei Singlemode-Fasern
Historischer Preis einer Singlemode-Faser

Die International Fernmeldeunion (ITU) der Vereinten Nationen hat allgemeine Mindestparameter für Singlemode-Fasern festgelegt. Diese sind beispielsweise in den Empfehlungen G.652 und G.657 aufgeführt. Jeder Hersteller verfolgt das Ziel, Fasern zu produzieren, die die vorgegebenen Werte nicht nur erfüllen, sondern übertreffen.

Gleichzeitig sind standardmäßige SMFs mittlerweile zu einem Massenprodukt mit dem damit verbundenen Preisdruck geworden. Hersteller von SMFs sind ständig bemüht, ihre Gesamtproduktionskosten zu senken.

Dafür stehen ihnen die folgenden Möglichkeiten zur Verfügung:

  • Erhöhte Chargengröße: Reduzierung der Ausfallzeiten von Anlagen, Senkung des Personalbedarfs, niedrigere Anfangs- und Endverluste
  • Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit
  • Homogener Außendurchmesser der Vorform: Verlängerung der Ofenlebensdauer, stabiler Ziehprozess

Das RIC-Verfahren von Heraeus ist seit langem die treibende Kraft in der Industrie, um höhere Chargengrößen zu erzielen und die Herstellungskosten von Singlemode-Fasern zu senken.
Weitere Informationen zum RIC®-Verfahren

Die über optische Netzwerke übertragene Menge an Daten nimmt stetig zu. Daher sind Betreiber gezwungen, die Kapazität ihrer Netzwerke immer weiter zu erhöhen. In der Regel beinhaltet dies das Hinzufügen neuer Kanäle (Hinzufügen einer neuen Wellenlänge) oder eine Verkürzung der Zeit zwischen Lichtimpulsen (schnellere Signalabfolge).

Wenn sich der Impuls mit zurückgelegter Strecke aufgrund von Dispersion verbreitert, beginnt er, sich mit dem benachbarten Impuls zu überlappen. Da der Empfänger aber immer noch in der Lage sein muss, einzelne Impulse zu identifizieren, sollte die Überlappung nicht zu stark sein.

Zusätzlich verliert der Impuls auf seinem Übertragungsweg aufgrund von Dämpfung an Intensität. Das Signal wird schwächer. Die Qualität der Faserverbindung wird durch ihr Signal-Rausch-Verhältnis bestimmt. Es ist von Vorteil, das Rauschen zu reduzieren oder die Signalleistung zu erhöhen. Je höher die Startleistung, desto länger die Strecke, die das Signal zurücklegen kann, bevor es so stark gedämpft wird, dass es nicht mehr erfasst werden kann. Der Startleistung sind jedoch Grenzen gesetzt. Wenn die Leistungsdichte zu groß wird, treten nichtlineare Effekte auf, die eine längere Reichweite verhindern.

Bei der Planung neuer Glasfasernetze können Fasern mit reduzierten Dämpfungseigenschaften oder mit einem größeren Kern (der eine höhere Startleistung bewältigen kann) oder mit beiden Eigenschaften gewählt werden.

Die Dämpfung wird durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Einer dieser Parameter ist die Reinheit des Glases. Zur Reduzierung der Dämpfung verringern Faserhersteller den Germaniumgehalt im Kern. Da eine Änderung des Brechungsindexes zwischen Kern und Mantel (Cladding) das wesentliche Kriterium einer optischen Faser ist, nutzen viele Fasern ein Cladding mit niedrigerem Brechungsindex (als der von reinem Quarzglas). Heraeus unterstützt die Herstellung dieser Fasern durch die Produktion von Rohren aus fluordotiertem Quarzglas.

Weitere Faktoren, die die Dämpfung beeinflussen, sind die Oberflächenqualität potentieller Grenzflächen in der Vorform (Mikrobiegeverlust) und Faserziehbedingungen (Spannung), um nur einige wenige zu nennen. Heraeus unterstützt Bemühungen, die Dämpfung zu reduzieren, durch ein umfangreiches Angebot an hochreinen Quarzglasrohren mit ausgezeichneter Oberflächenqualität für die Kernstabherstellung sowie durch präzise gefertigte Quarzglaszylinder für das RIC-Verfahren.

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Lichtleitfasern

Ein weiterer Schritt zur Senkung der Produktionskosten ist eine bessere Verteilung von Allgemeinkosten durch höhere Produktionsvolumina. Hochmoderne Ziehanlagen produzieren mehr als 10 Millionen Faserkilometer und verarbeiten mehr als 300 Tonnen Vorformen pro Jahr.

Einige Produzenten setzen auf handelsübliche Vorformen, während andere die Vorformen im eigenen Haus herstellen.

Die Investitionen für Anlagen mit einer Kapazität von 300 Tonnen sind erheblich und neue Hersteller von SMF-Vorformen entsprechend selten. Durch Outsourcing der Cladding-Produktion können jedoch mehr als 90 % des Volumens ausgelagert werden. In diesem Fall braucht der Faserhersteller nur noch den lichtleitenden Kernstab herzustellen. Der Überfang des Kernstabes kann dann entweder im Rahmen eines separaten Prozesses, den Heraeus als Dienstleistung anbietet, oder beim Faserziehen – im Online-RIC®-Verfahren durchgeführt werden.

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