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2022-02-19 18:02

从内部看光纤玻璃是如何制造的

Colorful spools of fiber optic glass.

光纤把这篇文章带到你正在阅读的任何设备上。从连接海量数据中心到将《曼达洛人》(The Mandalorian)传输到你的电视上,微小的超透明玻璃链在互联网上发生的几乎所有事情中扮演着关键角色。在疫情期间,一些地区的宽带使用量增加了40%以上,这些快速通道比以往任何时候都更加重要。

今年,让所有这些快速数据共享成为可能的发现迎来了50岁。1970年,在玻璃制造商康宁公司工作的一组科学家提出了一种制造纯硅玻璃的方法,使信号——电子邮件、网站、《堡垒之夜》对话——以前所未有的效率以激光脉冲的形式穿过125微米厚的光束。与传统固定电话和电缆连接的基础铜线相比,这种信息的长距离传输速度更快,成本更低。

几十年来,北卡罗来纳州威尔明顿的同一家工厂大量生产这种纤维。他们生产的电线捆绑在一起,构成了从跨大西洋海底电缆到进入你家的网线的一切东西。

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放下粒子

简单地融化沙子(主要是二氧化硅)就可以制成玻璃,但砂砾状的东西无法获得向全球发出光所需的光学纯度。康宁公司生产自己的纯硅。为了形成所谓的“空白”——也就是最终会延伸成纤维束的棒——火焰喷射会从储层中喷射出纤维的核心元素。由此产生的颗粒,即所谓的烟灰,落在旋转的陶瓷棒上,像雪球一样累积起来。第二层的化学组成略有不同,它可以形成一个反射屏障,防止光子在管道中反弹时逃逸,起到波导的作用。康宁公司称这部分制造过程为“laydown”。

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烘焙空白

空棒(悬挂在左边)看起来更像一根巨大的粉笔棒,而不是一大块原始的玻璃。烟灰层层粘在一起,但整体结构非常多孔,分子之间还没有完全结合。在这里,一个机器人机构将把每个圆柱体放入一个灼热的熔炉中几个小时来烹饪和澄清。

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巩固的粒子

康宁将烹饪过程称为固结。当左边进入熔炉的坯料看起来浑浊时,右边出现的坯料是固体的,清晰的质量。热将硅分子紧密地结合在一起,使玻璃密度高,没有杂质,这些杂质可能阻碍玻璃的透光能力。康宁将原本用来收集烟灰的陶瓷棒移走,当材料融化时,它留下的洞会闭合。最终的结果具有与细纤维相同的光学特性,但规模要大得多。

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拉伸的玻璃

为了将厚玻璃管拉伸成超薄的线,右边的机器将圆柱体加热到大约2000摄氏度。(作为对比,典型的窗户玻璃在区区600摄氏度就会融化。)当这种物质熔化时,会形成一个厚厚的采空区,重力通过管道将基质向下拉几层,同时传感器监测其温度。在底部,一架机器——有时是一个人——剪下棉纤维,准备将其纺成卷轴。

"Spools

假脱机纤维

在机器将成品卷成卷之前,成品被包裹在彩色聚合物中。因为一根光缆含有几十甚至几千根不同性质的线,因此也有不同的弯曲度,比如弯曲成90度的角度,这些颜色给了技术人员和光缆制造商一种简单、直观的方法来识别每种类型。例如,你家的一根电线可能有72股,而横跨大西洋传送数据的那根电线可能有5000多股。