نوع مواد ساخت فیبر نوری

در انتخاب مواد تارهای نوری، شماری از نیازها می بایست برآورده شود.

بعنوان مثال :

1- ساخت تارهای بلند، باریک و قابل انعطاف از مواد امکان پذیر باشد.

2- ماده تار در طول یک موج بخصوص بایستی به حدی شفاف باشد که تار، نور را به اندازه کافی و موثر هدایت کند.

3- مواد سازگار از نظر فیزیکی و با ضرایب شکستی اندکی متفاوت برای هسته و پوشش می بایست در دسترس باشند. شیشه ها و پلاستیکها موادی هستند که این نیازها را برآورده می کنند.

بیشتر تارها را از شیشه های متشکل از سیلیکا (SIO2) با سیلیکات می سازند.

تارهای شیشه ای مناسب، از تارهای شیشه ای با اتلاف زیاد و هسته های بزرگ برای استفاده در فواصل انتقال کوتاه تا تارهای بسیار شفاف (با اتلاف کم) برای استفاده در فواصل بلند تشکیل می شوند.

تارهای پلاستیکی، بدلیل اینکه اساساً دارای تضعیف بیشتری نسبت به تارهای شیشه ای هستند، دارای کاربرد کمتر هستند. تارهای پلاستیکی، بدلیل مزیت دوام مکانیکی بالاترشان نسبت به تارهای شیشه ای، اصولاً در فواصل کوتاه و محیطهای سخت یا تزئینات به کار می روند.

الف) تارهای شیشه ای

شیشه ها را از ترکیبات گداختی اکسیدها، سولفیدها، سلنیدهای فلزی می سازند. ماده حاصل، در مقایسه با ساختمان منظم ملکولی در مواد بلوری، دارای یک شبکه ملکولی به هم پیوسته و اتفاقی است. شیشه ها، بدلیل این ترکیب ملکولی اتفاقی، دارای نقاط ذوب تعریف شده ای نیستند. هنگامیکه شیشه را در حرارتهای بالاتر از درجه حرارت اتاق گرم کنیم، تا چند صد درجه سانتیگراد، به شکل جامد و سخت باقی می ماند. با افزایش بیشتر حرارت شیشه بتدریج در درجات بسیار بالا، شروع به نرم شدن کرده و به مایعی غلیظ تبدیل می شود. معمولاً در ساخت شیشه از عبارت «درجه حرارت ذوب» استفاده می کنند. این عبارت، به محدوده وسیعی از درجه حرارت اتلاق می شود که در آن شیشه به اندازه کافی به حالت سیال در می آید، و از خود حبابهای گازی نسبتاً سریعی آزاد می کند. شیشه های اکسیده، مهمترین موادی هستند در طبقه بندی شیشه های شفاف نورانی، برای ساخت تارهای نوری، بکار می روند. متداول ترین آنها، سییلکا (SIO2) است که دارای ضریب شکست nm 1/458 را در nm850 است. به منظور تهیه دو ماده مشابه و با ضریب شکست اندکی متفاوت برای هسته و پوشش فلوئورین یا اکسیدهای مختلف (موسوم به تغلیظ کننده ها) نظیر B2O3, GeO2 یا P2O5 را به سیلیکا اضافه می کنند. ازدیاد GeO2 یا P2O5 موجب افزایش ضریب شکست می شود، در حالیکه تغلیظ سیلیکا با فلوئورین یا B2O3، ضریب شکست آن را کاهش می دهد.

بدلیل اینکه ضریب شکست پوشش می بایست از ضریب شکست هسته کمتر باشد، لذا نمونه هایی از تارها، دارای ترکیبات زیرند:

1- هسته GeO2-SiO2  ، پوشش SiO2 

2- هسته    SiO2        ، پوشش      B2O3-SiO2

ماده خام سیلیکا شن و ماسه است. شیشه ساخته شده از سیلیکای خالص را شیشه سیلیکا، سیلیکای گداخته یا سیلیکای زجاجی می نامند. برخی از خصوصیات مورد توجه سیلیکا عبارت است از مقاومت زیاد آن از نظر تغییر شکل پذیری در درجات حرارت بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد، مقاومت بالای شکست در مقابل شوک حرارتی، بدلیل انبساط حرارتی پایین آن، دوام شیمیایی خوب و شفافیت زیاد آن در ناحیه مرئی و فروسرخ که در سیستمهای مخابراتی تار نوری مورد نظر است. درجه حرارت ذوب بالای سیلیکا، یکی از معایب تهیه شیشه از حالت مذاب است. البته، این اشکال را می توان با استفاده از تکنیکهای رسوب بخار تا اندازه ای برطرف کرد. نوع دیگری از شیشه های سیلیکا، سیلیکاتهای با درجه ذوب پایین است. سیلیکاتهای سودا-لایم، ژرمانوسیلیکاتها و بورو سیلیکاتها هستند که در تارهای نوری بکار می روند.

در سال 1978، نتایج تحقیقات انجام شده روی موادی که دارای تلف انتقال نوری بینهایت پایین در ناحیه طول موج 5-2 بودند، گزارش شد. مواد اصلی در این ناحیه فروسرخ عبارتند از: کریستالهای هالوژنه مختلف از جمله AgBr  و Kd و شیشه فلوئوریده ترکیب شده از مخلوط BaF2, GdF3, AlF3, ZrF4. یکی از محدودیت های کاربرد این مواد این بود که بدلیل عدم استفاده از تکنیکهای قراردادی کشیدن شیشه از مواد کریستالی، فقط امکان ساخت تارهای با طول کوتاه وجود داشت.

ب) تارهای شیشه ای با پوشش پلاستیکی

تارهای نوری ساخته شده با هسته ها و پوششهای شیشه ای، بدلیل دارا بودن تلفات بسیار کم در کاربرد با فواصل دور بسیار مناسبند. در کاربردهایی با فواصل کوتاه (بالاتر از چند صد متر) که تلفات بیشتری قابل تحمل است، می توان از تارهای سیلیکای با پوشش پلاستیکی با قیمت ارزانتر استفاده کرد. این تارها از هسته های سیلیکا و پوشش از ماده پلیمر (پلاستیک) با ضرایب شکست کمتر تشکیل می شوند. این تارها را اغلب، تارهای PCS (سیلیکای با پوشش پلاستیک) می نامند. ماده رایج برای پوشش پلاستیکی مانند (تلفن  FEP) است.

پوششهای پلاستیکی، فقط در تارهای ضریب شکست پله ای بکار می روند. و به این ترتیب سیستمهای نسبتاً ارزان ولی با کیفیت پایین تر دایرمی کنند که در بسیاری از کاربردها، کاملاً رضایت بخش هستند.

پ) تارهای پلاستیکی

تارهای پلاستیکی چند مدی با ضریب شکست پله ای برای کاربرد در فواصل نسبتاً کوتاه (بالاتر از حدود صد متر) اتصالهای ارزان قیمت مناسبند. گرچه این گونه تارها، تضعیفهای سیگنال نوری قابل ملاحظه ای نسبت به تارهای شیشه ای نشان می دهند، ولی بدلیل دوام و استحکام پلاستیک جابجایی آنها نیاز به مراقبت خاص ندارد. و با توجه به امکان استفاده از دیودهای ارزان نور گسیل با سطح تشعشعی بزرگ در تارهای پلاستیکی وجود دارد، بنابراین می توان سیستمی جذاب و اقتصادی بدلیل قیمت پایین تر بنا کرد. مثال : هسته پلی استیرن (1.6n=) و پوشش متاکریلیت (1.49n=) برای NA برابر 6/0.