1. .
.
Aladdin
[‫البصرية‬ ‫األلياف‬ ‫تصنيع‬ ]
OVD - CVD - MCVD

2. ‫تصنيع‬‫األلياف‬‫البصرية‬
‫ويشمل‬‫هذا‬‫المقال‬‫ثالثة‬‫أساليب‬‫مختلفة‬‫إلنتاج‬‫و‬‫تشكيل‬‫األ‬‫لياف‬‫البصرية‬:
1.OVD‫عملية‬(‫ترسيب‬‫البخار‬‫الخارجي‬)
2.‫طريقة‬VAD(‫ترسيب‬‫البخار‬‫المحوري‬)
3.MCVD(‫الترسيب‬‫الكيميائي‬ ‫بالبخار‬ ‫المعدل‬.)
‫كما‬‫يناقش‬‫إيجاد‬‫كابالت‬‫من‬‫األلياف‬.
1.‫اإلنتاج‬‫و‬‫التشكيل‬
‫وغالبا‬‫ما‬‫ت‬‫قوم‬‫األلياف‬‫البصرية‬‫منخفضة‬‫التوهين‬‫على‬‫السيليكا‬(SiO2)‫حيث‬‫يتم‬‫ضبط‬‫قرينة‬‫االنكسار‬‫ب‬‫اإلشابة‬‫المناسب‬‫ة‬(‫انظر‬
‫الشكل‬1.)
‫الشكل‬1:‫قرينة‬‫االنكسار‬‫زجاج‬ ‫في‬‫الكوارتز‬‫مشاب‬‫مع‬λ=0.6mµ
‫ويستعمل‬‫عامل‬‫اإل‬‫شابة‬‫األكثر‬‫شيوعا‬‫لزيادة‬‫قرينة‬‫االنكسار‬‫ثاني‬‫أكسيد‬‫الجرمانيوم‬(GeO2)‫و‬P2O5.
‫ويستعمل‬‫عامل‬‫اإل‬‫شابة‬‫األكثر‬‫شيوعا‬‫في‬‫خفض‬‫قرينة‬‫االنكسار‬‫الفلور‬(F.)
‫ا‬‫ألدلة‬‫الموجي‬‫ة‬‫البصرية‬‫المنخفضة‬‫ال‬‫خسارة‬‫ب‬‫حاجة‬‫لعملية‬‫تصنيع‬‫عالية‬،‫النقاء‬‫خاصة‬‫بالنسبة‬‫ل‬‫لب‬‫ا‬‫أللياف‬,‫لذلك‬‫يتم‬‫إنتاج‬‫األلياف‬
‫الزجاجية‬‫ب‬‫ال‬‫ترسب‬‫الكيميائي‬‫في‬‫مرحلة‬‫البخار‬(CVD-‫ترسيب‬‫األبخرة‬‫الكيميائية‬)‫و‬‫نقطة‬‫البداية‬‫هي‬‫الهالوجينات‬،‫في‬‫كلوريدات‬
‫معينة‬‫مثل‬SiCl4‫حيث‬‫يتم‬‫الحصول‬‫على‬‫السليكا‬‫المنصهرة‬(SiO2)‫من‬‫األكسدة‬.

3. SiCl4 + O2←SiO2 + 2Cl2
‫ال‬‫تفاعل‬‫يمكن‬‫المضي‬‫به‬‫قدما‬‫في‬‫كال‬،‫االتجاهين‬‫مع‬‫التحول‬‫الكامل‬‫الى‬SiO2‫لدرجات‬‫حرارة‬T>1800K
‫و‬‫يستعمل‬‫كعامل‬‫إشابة‬GeO2‫تفاعل‬‫مشابه‬:
GeCl4 + O2← GeO2 + 2Cl2
‫ال‬‫تحويل‬‫األقصى‬‫ل‬‫ـ‬GeO2‫عند‬ ‫بالمعالجة‬‫ا‬‫ل‬‫ـ‬T>1800K‫كفاءة‬‫تحويل‬‫منخفضة‬‫نسبيا‬‫و‬‫هي‬‫من‬‫رتب‬‫ة‬‫الـ‬25٪.
1.‫عملية‬‫الـ‬OVD(‫ترسيب‬‫البخار‬‫الخارجي؛‬‫الشكل‬2)
‫الشكل‬2:OVD-‫عملية‬‫تشكيل‬‫األلياف‬
‫الـ‬ ‫إن‬SiCl4‫و‬‫الـ‬GeCl4‫سوائل‬‫في‬‫درجة‬‫حرارة‬‫الغرفة‬‫و‬‫األكسجين‬‫باعتبارها‬‫تمر‬ ‫حوامل‬‫فقاعات‬‫ها‬‫من‬‫خالل‬‫السوائل‬
‫و‬‫إ‬ ‫تأخذ‬‫حتالالت‬‫أبخرة‬‫الغاز‬‫من‬‫هذه‬‫المركبات‬‫على‬‫طول‬‫مسيرها‬‫فيها‬‫وعادة‬‫ما‬‫يتم‬‫استخدام‬‫الـ‬H2O2-(‫غاز‬‫ممزوج‬‫هيدروجين‬
‫وأكسجين‬)‫كالموقد‬‫وي‬‫ودع‬‫الزجاج‬‫في‬‫طبقات‬‫و‬‫ا‬‫لتحكم‬‫بنسب‬‫الـ‬SiO2‫و‬‫الـ‬GeO2‫وبالتالي‬‫التحكم‬‫في‬‫قرينة‬‫االنكسار‬‫من‬‫قبل‬
‫ا‬‫لغاز‬‫الـ‬ ‫الناقل‬O2،‫والذي‬‫بتغيير‬ ‫يتم‬‫معدل‬‫تدفق‬‫ه‬‫من‬‫خالل‬‫حاويات‬‫الـ‬SiCl4‫و‬‫الـ‬GeCl4‫والنتيجة‬‫هي‬‫ترسب‬‫مسامي‬(‫سخام‬
‫الزجاج‬)‫ومع‬‫ذلك‬‫يمكن‬‫إجراء‬ ‫تنظيف‬‫الزجاج‬‫بغاز‬ ‫المسامي‬‫الكلور‬(‫نزع‬‫الهيدروجين‬)‫على‬‫سبيل‬،‫المثال‬‫يمكن‬‫تخفيض‬‫الـ‬ ‫نسبة‬
OH.
H2o + Cl2 → 2HCl +1/2O2

4. ‫ال‬ ‫يحدث‬‫تفاعل‬‫في‬‫درجات‬‫الحرارة‬‫فوق‬1200C⁰‫وفي‬‫الوقت‬‫نفسه‬‫ا‬‫يصبح‬ ‫المسامي‬ ‫إلجراء‬‫زجاج‬‫و‬‫اإلجراءات‬ ‫هذه‬ ‫حدثت‬‫مع‬
‫كتلة‬‫تصل‬‫إلى‬1800g(11cm‫ه‬‫و‬‫قطرها‬‫و‬80cm‫طول‬‫ها‬)،‫والذي‬‫يسمح‬‫ب‬‫طول‬‫ألياف‬‫ي‬‫صل‬‫إلى‬‫نحو‬50km.
2.‫الـ‬ ‫عملية‬VAD(‫ترسب‬‫البخار‬‫ال‬‫محوري‬)
‫الشكل‬3:‫عملية‬VAD‫إلنتاج‬‫األلياف‬.
‫وعلى‬‫النقيض‬‫من‬‫الـ‬OVD‫عملية‬‫ال‬‫ترس‬‫ي‬‫ب‬‫في‬‫الـ‬VAD‫محوريا‬ ‫بل‬ ‫قطريا‬ ‫التحدث‬.
‫كما‬‫هو‬‫الحال‬‫في‬‫عملية‬OVD‫ن‬‫ستخدم‬H2O2‫ك‬‫ل‬ ‫مصدر‬‫لهب‬‫يتم‬ ‫و‬‫ال‬‫تدو‬‫ي‬‫ر‬‫في‬‫حين‬‫أن‬‫اثنين‬‫من‬‫الشعالت‬‫ت‬‫مر‬‫ر‬‫ك‬‫و‬ ‫صغيرة‬ ‫ميات‬
‫مختلفة‬‫من‬SiCl4‫و‬GeCl4‫ب‬‫ترتيب‬‫مناسب‬‫ل‬‫لشعالت‬‫يمكن‬‫تغيير‬‫قرينة‬‫اإلنكسار‬‫و‬‫الهيدروجين‬ ‫نزع‬‫والتزجيج‬‫باستخدام‬‫الـ‬VAD
‫يحدث‬‫على‬‫غرار‬‫عملية‬‫الـ‬OVD.
‫وبما‬‫أ‬‫ع‬ ‫نها‬‫ملية‬،‫مغلقة‬‫ف‬‫نسبة‬‫منخفضة‬‫جدا‬‫الـ‬ ‫من‬OH‫تصل‬‫إلى‬‫أقل‬‫من‬1‫جزء‬‫جزء‬ ‫مليار‬ ‫لكل‬SiO2‫م‬ ‫تكون‬‫مكن‬‫ة‬,‫وهذا‬‫يتوافق‬
‫مع‬‫زيادة‬‫توهين‬‫عند‬λ=1.39µm،‫ويرجع‬‫ذلك‬‫إلى‬‫الـ‬ ‫شوائب‬OH‫إلى‬ ‫الزيادة‬ ‫هذه‬ ‫تصل‬ ‫و‬0.04dB/km.
3.‫العملية‬MCVD(‫الترسيب‬‫المعدل‬‫الكيميائي‬ ‫بالبخار‬)
‫البداية‬ ‫تكون‬‫عبارة‬‫عن‬‫أنبوب‬‫كوارتز‬(‫ي‬‫شكل‬‫في‬‫وقت‬‫الحق‬‫قشرة‬‫األلياف‬)‫تلقيم‬ ‫مكان‬ ‫وهو‬‫غازات‬‫الت‬‫فاعل‬(‫الشكل‬4)‫تشكل‬SiO2
‫والتزجيج‬‫يحدث‬‫في‬‫خطوة‬‫واحدة‬‫و‬‫تنمى‬‫حوالي‬30‫إلى‬100‫طبقة‬‫ال‬ ‫و‬‫تغيير‬‫في‬‫قرينة‬‫االنكسار‬‫ممكن‬‫عن‬‫طريق‬‫تغيير‬‫تدفق‬‫الغاز‬
‫من‬‫طبقة‬‫إلى‬‫أخرى‬‫أن‬ ‫بما‬ ‫و‬‫تفاعل‬‫يحدث‬‫فقط‬‫في‬‫أنبوب‬،‫الكوارتز‬‫ليس‬‫هناك‬‫سوى‬‫القليل‬‫من‬‫خطر‬‫التلوث‬.
‫عيوب‬‫طريقة‬‫الـ‬MCVD‫هو‬‫أنه‬‫ال‬‫يوجد‬‫نزع‬ ‫لعملية‬ ‫إمكانية‬،‫الهيدروجين‬‫ألنه‬‫ال‬‫يوجد‬‫مسامي‬ ‫إجراء‬‫حاصل‬‫يجب‬ ‫أوال‬ ‫و‬
‫ال‬‫حص‬‫و‬‫ل‬‫على‬‫أنبوب‬‫الكوارتز‬‫مع‬‫طبقات‬‫إشابة‬‫م‬‫ترسبة‬(‫انظر‬‫الشكل‬5A)‫التشكيل‬ ‫أنبوب‬ ‫بانطباق‬ ‫العملية‬ ‫تتم‬ ‫و‬‫عند‬‫درجة‬‫حرارة‬
2000C‫ليصبح‬‫قضيب‬‫بسبب‬ ‫ذلك‬ ‫و‬‫التوتر‬‫السطحي‬(‫انظر‬‫الشكل‬5b)‫و‬‫تركيز‬‫الـ‬OH‫في‬‫ألياف‬‫الـ‬MCVD‫هو‬‫عادة‬‫من‬ ‫أقل‬
‫الـ‬ ‫رتبة‬1ppm.

5. 2.‫صناعة‬‫األلياف‬
‫ت‬‫ب‬‫ين‬‫الصورة‬5‫رسم‬‫تخطيطي‬‫لفرن‬‫جزء‬ ‫هو‬ ‫و‬ ‫السحب‬‫من‬‫آلة‬‫سحب‬‫األلياف‬(‫الشكل‬6)‫سرعة‬‫الس‬‫حب‬‫عادة‬‫أكثر‬‫من‬10m/s
‫أثناء‬‫عملية‬‫ال‬‫سحب‬‫األلياف‬‫تط‬‫لى‬‫ب‬‫طالء‬‫من‬‫البالستيك‬‫لتوفير‬‫الحماية‬‫الميكانيكية‬‫لها‬‫سمك‬‫في‬‫حدود‬‫الـ‬50µm.
‫الشكل‬4:‫عملية‬MCVD‫إلنتاج‬‫األلياف‬.
‫وهناك‬‫أيضا‬‫إمكانية‬‫لتغطية‬‫األلياف‬‫الكوارتز‬‫ب‬‫البالستيك‬‫المنخفض‬‫ال‬،‫خسارة‬‫التي‬‫لديها‬‫أدنى‬‫قرينة‬‫انكسار‬
(‫مثل‬‫سيليكون‬‫الراتنج‬)‫وبالتالي‬‫فإن‬‫ألياف‬‫الكوارتز‬‫ت‬‫توافق‬‫مع‬‫لب‬‫األلياف‬‫وطالء‬‫من‬‫البالستيك‬‫هو‬‫األلياف‬ ‫قشرة‬‫ويطلق‬‫على‬‫هذه‬
‫األلياف‬‫الـ‬ ‫اسم‬PCS(Plastic Clad Silica),‫وسمة‬‫التوهين‬‫ل‬‫هذ‬‫ا‬‫الليف‬‫ف‬‫ي‬(‫الشكل‬7,)‫هذه‬‫األلياف‬‫هي‬‫ألياف‬‫خطو‬‫ي‬‫ة‬‫ل‬‫قرينة‬
‫اإلنكسار‬‫متعدد‬‫األ‬‫نماط‬،‫ويمكن‬‫استخدامها‬‫لنقل‬‫لمسافات‬ ‫البيانات‬‫قصيرة‬(‫على‬‫سبيل‬‫المثال‬‫في‬‫السيارات‬.)
3‫قوة‬‫األلياف‬
‫أشهر‬ ‫إن‬‫األلياف‬‫الضوئية‬‫المصنعة‬‫هي‬‫من‬‫السيليكا‬‫المصهورة‬‫وطالء‬‫من‬‫البالستيك‬‫ت‬‫ت‬ ‫م‬‫طبيقها‬‫خالل‬‫عملية‬‫السحب‬(‫انظر‬‫الشكل‬
6),‫و‬‫ا‬‫لقوة‬‫ال‬‫قابلة‬‫للتحقيق‬‫ناجمة‬‫فقط‬‫من‬‫قبل‬‫قوة‬‫من‬‫زجاج‬‫الكوارتز‬,‫في‬‫الواقع‬‫زجاج‬‫الكوارتز‬‫يمكن‬‫إجهاده‬‫بشكل‬‫كبير‬(‫االستطالة‬
‫أو‬‫إجهاد‬‫الشد‬‫حوالي‬5٪)،‫طالما‬‫أن‬‫السطح‬‫ال‬‫ي‬‫ع‬‫اني‬‫من‬‫خدوش‬‫أو‬‫أضرار‬‫جزئية‬‫مماثلة‬.
،‫وبالتالي‬‫تم‬‫تصميم‬‫غالف‬‫من‬‫البالستيك‬‫لحماية‬‫سطح‬‫ألياف‬‫الكوارتز‬‫من‬‫الخدوش‬‫أو‬‫أي‬‫أضرار‬‫أخرى‬,‫ونتيجة‬‫لذلك‬‫يمكن‬
‫الحصول‬‫على‬‫قوة‬‫تحمل‬‫عالية‬‫جدا‬,‫قوة‬‫األلياف‬‫يمكن‬‫تحديد‬‫ها‬‫كنسبة‬‫مئوية‬‫من‬‫األلياف‬‫الم‬‫كس‬‫و‬‫ر‬‫ة‬‫عند‬‫توتر‬‫معين‬σ,‫يتم‬‫رسم‬‫هذه‬
‫العالقة‬‫في‬‫ما‬‫يسمى‬‫مخطط‬‫يبل‬‫البياني‬.

6. ‫الشكل‬5( :a)‫أنبوب‬‫الكوارتز‬‫مع‬‫طبقات‬‫مترسبة‬،(b)‫أنبوب‬‫مطبق‬،(c)‫تصنيع‬‫األلياف‬‫بإجراءات‬‫السحب‬.
‫الشكل‬6:‫توضيح‬‫تخطيطي‬‫سحب‬ ‫طريقة‬ ‫عن‬‫األلياف‬‫على‬‫آلة‬‫ال‬‫سحب‬.

7. ‫الشكل‬7:‫سمة‬‫التوهين‬‫في‬‫ألياف‬‫لب‬ ‫ذات‬‫كوارتز‬‫و‬‫من‬ ‫قشرة‬‫السيليكون‬.
‫الشكل‬8:‫رسم‬‫يبل‬‫ال‬‫بياني‬:‫معدالت‬‫الفشل‬‫بوصفها‬‫كتابع‬‫إل‬‫جهاد‬‫الشد‬‫لمدة‬20‫م‬‫و‬1‫كم‬‫طول‬‫عينة‬.

8. 4.‫كابالت‬‫األلياف‬
‫إذا‬‫كان‬‫ذلك‬،‫ممكنا‬‫ينبغي‬‫أن‬‫تنفذ‬‫شكل‬ ‫على‬ ‫األلياف‬‫أسالك‬‫من‬‫أجل‬‫تجنب‬‫اإلجهاد‬‫الميكانيكي‬‫على‬‫األلياف‬‫و‬‫االنحناءات‬‫المتناهية‬
‫الصغر‬,‫وهناك‬‫طريقة‬‫شائعة‬‫االستخدام‬‫هي‬‫تكنولوجيا‬‫األ‬ ‫اللب‬‫جوف‬.‫وفيها‬‫حوالي‬20‫ليف‬‫توضع‬‫فضفاضة‬‫في‬‫نواة‬،‫جوفاء‬‫ثم‬‫يتم‬
‫ملء‬‫الجوف‬‫ب‬‫حشو‬‫ة‬‫تشبه‬‫الهالم‬.
‫الكابالت‬‫يمكن‬‫بناؤها‬‫من‬‫مضاعفات‬‫هذ‬‫ه‬‫األساسية‬‫ال‬‫جوفاء‬,‫الرسوم‬‫التوضيحية‬9،10‫و‬11‫ل‬‫عرض‬،‫األمثلة‬‫حيث‬‫يتم‬‫امتص‬‫اص‬
‫ميكانيكي‬ ‫بماص‬ ‫التسليك‬ ‫عن‬ ‫الناجمة‬ ‫قوى‬(‫يشيع‬‫استخدام‬‫الصلب‬‫أو‬‫البالستيك‬‫عالي‬‫الجودة‬).
‫الشكل‬9:‫مثال‬‫لكابل‬‫مع‬‫لب‬،‫أجوف‬‫في‬‫هذه‬‫الحالة‬‫يتم‬‫دعوته‬‫سلك‬.‫الفتائل‬ ‫متعدد‬

9. ‫الرقم‬10:‫مثال‬‫لكابل‬‫فيه‬70‫نواة‬.
‫الرقم‬11:‫مثال‬‫لكابل‬‫فيه‬2000.‫لب‬
‫إعداد‬‫السيد‬‫الحفار‬ ‫الدين‬ ‫عالء‬