למרות שזה אולי נראה כמו קסם או מדע בדיוני, טכנולוגיית סיבים אופטיים היא מאוד מדעית וקיימת כבר יותר מחצי מאה. אבל איך זה עובד? איך זכוכית הופכת לסיבים אופטיים? איך אור יכול לעבור דרך כבל ולהגיע ליעדו? (רמז: זה לא אבק פיקסי ואלפים.)
בשנת 1970, המהנדסים במעבדת המחקר של Corning Incorporation בקורנינג, ניו יורק, נתקלו בנוסחה לייצור גדילי זכוכית שיכולים להעביר פולסים של אור המכילים נתונים שאותם ניתן היה לקרוא על ידי מחשבים. עד אז, נתונים יכלו לעבור רק על חוטי נחושת. בהתבסס על גילוי זה, הם בדקו העברת נתונים בסיבים למרחקים ארוכים יותר, והכל עם אובדן אות מינימלי. סיב חדש זה "בהפסד נמוך", כפי שנודע, התחיל את מהפכת טכנולוגיית הנתונים והטלקומוניקציה שנמשכת למעלה מחצי מאה לאחר מכן. אבל איך מייצרים את סיבי הזכוכית האלה?
3 Cs של סיבים
כדי להבין מדוע סיבים עשויים כפי שהם עשויים, חשוב להבין תחילה כיצד אור נע. גלי אור נעים בקו ישר עד שהם פוגעים באובייקט שמחזיר אותם, נשבר או סופג אותם. סיבים אופטיים נועדו למזערהִשׁתַקְפוּתתוך מיקסוםשבירהוביטולקְלִיטָה. האתגר עם סיבים אופטיים היה לשמור את אות האור בתוך הסיב לאורך כל הדרך מההתחלה ועד הסוף. הצורך הזה לשמור על האות בתוך הסיב הכתיב את החומרים והתהליך שבאמצעותו זכוכית נוזלית הופכת לכבל סיב אופטי שמיש.
ישנם שלושה מרכיבים עיקריים בכל גדיל של סיבים אופטיים:ליבה, חיפוי,ושִׁכבָה.
גדילי סיבים אופטיים מורכבים משכבות אלה, כל אחת משרתת תפקיד שונה בהעברת נתונים באמצעות אור.
בניגוד לאמונה הרווחת, הליבה, היכן שהאור נע, אינו חלול. במקום זאת, מדובר בזכוכית סיליקה מוצקה וטהורה במיוחד - כך שרמות המזהמים שלה נמדדות בחלקים למיליארד. רמת טוהר זו חיונית לאות האור לעבור במורד גדיל הסיבים מבלי לפגוע באיכות האור, דבר שידרדר את הנתונים. בכל פעם שאור פוגע בחפץ, הוא מאבד מעט מכוחו. המפתח להצלחה בהעברת אותות סיבים אופטיים הוא למזער את האובדן הזה באמצעות זכוכית שקופה במיוחד. ככל שהזכוכית צלולה יותר, כך אות האור טוב יותר מקצה לקצה.
שכבת זכוכית שנייה, פחות טהורה, הנקראתחיפוימקיף את כל אורך ליבת הסיבים. שכבה זו פועלת כרפלקטור כדי לשמור את האור בתוך הליבה בזמן שהוא נוסע ליעדה. ללא החיפוי, האור היה בורח מהליבה ואבד. עם החיפוי, לעומת זאת, האור נוסע ליעדו עם אובדן אות מינימלי, ושומר על שלמות הנתונים מתחילתו ועד סופו.
החיפוי מונע מהאור לברוח מהליבה.
המרכיב השלישי והאחרון הוא הגומי הדקשִׁכבָהשמגן על הסיבים מפני שריטות ומקל על מתקינים וטכנאים לארגן את הסיבים. בדרך כלל, הציפוי מקודד בצבע כדי להקל על החיבור וההתקנה.
בואו נסתכל על התהליך שלב אחר שלב שמתחיל בכימיקלים גולמיים והופך אותם לסיבים המוגמרים.
הנחת ואיחוד
ייצור סיבים מתחיל בתליית מוט פיתיון קרמי שנועד למשוך סיליקון דו חמצני, צורה טהורה מאוד של סיליקה, בתוך מיכל נקי במיוחד, מבוקר אקלים. הסיליקון דו חמצני נצמד למוט הקרמי ויוצר גליל עבה של זכוכית הנקרא צורה קדם. תהליך הגיבוש מסיר כל לחות מהצורה המוקדמת החדשה שנוצרה בכבשן בטמפרטורה גבוהה והופך את דו תחמוצת הסיליקון המחוספס לזכוכית חלקה ולא נקבובית לפני סינון/המסה של הקצוות כדי לעצב אותה ולהכין אותה השלב הבא. תהליך זה מביא לריק של הסיב האופטי שיהפוך לגדיל בשלב השלישי.
ה-Draw הוא המקום שבו הזכוכית החמה נעשית דקה מספיק כדי להפוך אותה לליבה סיבים אופטיים ולחיפוי.
לִמְשׁוֹך
השלב האחרון ביצירת חלק הזכוכית של כבל הסיבים האופטיים הוא המשיכה, שמתחילה עם הריק שנוצר החדש תלוי אנכית בתוך תנור חם במיוחד, מחמם את הזכוכית לנקודת ההיתוך. קצה הריק מתחמם, מתרכך ומתחיל לרדת לאט, ויוצר קווצת זכוכית דקה מאוד בדרכה למטה, עד כדי כך שהיא נמדדת במיקרונים. גדיל זה הופך לליבה ולחיפוי. בהתאם לגודל, כל ריק יכול לייצר עד 5 קילומטרים של סיבים.
שִׁכבָה
לאחר שסיבי הזכוכית התקררו, הוא מסולסל על סלילים גדולים ונשלח למפעל גימור שם הוא מתפרק ונשלח דרך מכונה המורחת שכבה דקה של גומי על החלק החיצוני של הגדיל. ציפוי הגדיל אינו מוסיף באופן משמעותי לחוזק הכללי. הזכוכית מספיק חזקה בפני עצמה. במקום זאת, הציפוי מונע מהסיב להישרט ומקל על המתקינים לטפל ולמצוא היכן סיבים מתחברים, בדומה לאופן שבו חוטי נחושת מקודדים בצבע לארגון קל.
כבלים
עד כמה שגדילי סיבים אופטיים קשים, אנחנו עדיין מגנים עליהם בשריון כשכבה נוספת של הגנה מפני מזג אוויר ותנאים אחרים.
למרות שגדילי סיבים אופטיים בודדים יכולים לשאת כמות גדולה של נתונים בעצמם, בדרך כלל סיבים אופטיים מאגדים בכבלים כדי להקל על ההתקנה וכדי להגן עליהם מפני פגעי מזג האוויר. לעתים קרובות הסיבים הבודדים מחוברים לסרטים צבעוניים 12-, 24-, 48-, 72- ו-96-סרטים צבעוניים שמאוחסנים בתוך גומי או מתכת מגן צינור לפריסה בשכונה.
ברגע שהם מגיעים לבית או לעסק, הסיבים מופרדים שוב לגדילים בודדים כדי לשרת את הלקוחות. זה מאפשר ללקוחות רבים לקבל שירות מחבילת כבלים בודדת באדמה מבלי שאף אחד מהם יחלק רוחב פס עם שכניו, כי כל משק בית מקבל סיב ייעודי משלו.
ללא נזק ממקור חיצוני, כבל סיבים אופטיים אמור להחזיק מעמד לדורות של משתמשי אינטרנט, עם רוחב פס ומהירות כמעט בלתי מוגבלים.