Wie nennt man die farbige Plastikhülle auf der Außenseite des Glases? Kann es ohne Entfernung geschweißt werden?
Diese bunte “Plastikhaut” wird in der optischen Technik als Lichtwellenleiter-Beschichtung (Coating) bezeichnet.
1. Was ist eine Lichtwellenleiter-Beschichtung?
Standard-Kommunikationslichtwellenleiter bestehen normalerweise aus drei koaxialen Schichten:
- Kern (Core): Befindet sich im Zentrum des Lichtwellenleiters und ist der Kanal für die Übertragung von Lichtsignalen.
- Mantel (Cladding): Umgibt den Kern und hält das Licht durch Totalreflexion im Kern gefangen. Bei Standard-Singlemode-Lichtwellenleitern beträgt der Außendurchmesser des Mantels normalerweise 125\ \mu\text{m}. Das Material ist hochreines Siliziumdioxid (Quarzglas, d.h. \text{SiO}_2).
- Beschichtung (Coating): Umgibt den Mantel und dient zum mechanischen Schutz, zur Stoßdämpfung, zum Feuchtigkeitsschutz und zum Schutz vor Kratzern. Bei gewöhnlichen Singlemode-Lichtwellenleitern besteht das Material normalerweise aus Polyacrylat, und der Außendurchmesser der Beschichtung beträgt etwa 255\ \mu\text{m}. Das bunte Aussehen wird durch die Anwendung von farbigen Tinten auf der Oberfläche der Beschichtung erzielt, um eine schnelle Identifizierung verschiedener Lichtwellenleiter in Multicore-Kabeln zu ermöglichen.
2. Kann man eine Beschichtung schweißen, ohne sie zu entfernen?
Absolut nicht. Vor dem Spleißen von Lichtwellenleitern muss die Beschichtung im Spleißbereich mit einer Abisolierzange vollständig entfernt werden, um den darunter liegenden Glasmantel freizulegen.
Wenn die Beschichtung nicht entfernt wird, bevor mit dem Spleißen begonnen wird, hat dies schwerwiegende Folgen:
- Großer Unterschied im Schmelzpunkt der Materialien: Quarzglas (Siliziumdioxid) hat einen Schmelzpunkt von etwa 1700^\circ\text{C}, während die Temperaturbeständigkeit von Polymerbeschichtungen normalerweise nur wenige hundert Grad beträgt.
- Sofortiges Verbrennen und schwere Verschmutzung: Lichtwellenleiter-Spleißgeräte schmelzen das Glas durch elektrische Lichtbögen, die durch Entladungskathoden erzeugt werden. Wenn die Beschichtung nicht entfernt wird, verbrennt und verkohlt das Polymer bei der hohen Temperatur des Lichtbogens sofort und vergasst. Dies erzeugt nicht nur schädlichen schwarzen Rauch, sondern verschmutzt auch stark die Elektroden, das kollimierte Mikroskop und die hochpräzisen V-Nuten, was zu einer Beschädigung des Spleißgeräts oder zu einem dauerhaften Verlust der Genauigkeit führt.
- Spleißfehler und Blockierung des Lichtsignals: Die verkohlten Rückstände und Verunreinigungen nach der Verbrennung werden direkt in das geschmolzene Glas eingemischt. Dies verhindert die Ausrichtung der Kerne, verursacht eine extrem hohe Einfügedämpfung oder sogar eine vollständige Blockierung des Lichtsignals aufgrund von Verunreinigungen, und die mechanische Zugfestigkeit des Spleißpunktes ist fast Null, sodass er bei leichter Berührung bricht.
Der grundlegende Standardprozess für das Spleißen muss lauten: Beschichtung entfernen \rightarrow Freilegung mit hochreinem Alkohol abwischen \rightarrow Endflächen präzise schneiden \rightarrow In das Spleißgerät legen und spleißen \rightarrow Schutzrohr durch Wärmeschrumpfen neu konstruieren.
3. Verschiedene Beschichtungstechnologien und technische Anwendungen
In der speziellen optischen Technik bietet Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) spezielle Lichtwellenleiter mit verschiedenen Beschichtungsmaterialien an, um unterschiedlichen Temperaturen und Umgebungen gerecht zu werden:
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Standard-Polyacrylat-Beschichtung
Die gebräuchlichste Allzweckbeschichtung mit exzellenten Biegeeigenschaften.- OFSCN® G.652D Optical Fiber: Standard-Singlemode-Lichtwellenleiter, Beschichtungsmaterial ist Polyacrylat, Außendurchmesser ist 255\ \mu\text{m}.
- OFSCN® G.657 Optical Fiber: Standard-biegeunempfindlicher Singlemode-Lichtwellenleiter, Beschichtungsmaterial ist ebenfalls Polyacrylat, Außendurchmesser ist 255\ \mu\text{m}.
- OFSCN® G.652D Optical Fiber: Standard-Singlemode-Lichtwellenleiter, Beschichtungsmaterial ist Polyacrylat, Außendurchmesser ist 255\ \mu\text{m}.
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Hochtemperaturfeste Polyimid-Beschichtung
In Umgebungen mit hohen Temperaturen versagt und zersetzt sich normales Polyacrylat. In diesem Fall ist eine Polyimid-Beschichtung mit extrem hoher mechanischer Festigkeit und hervorragender Temperaturbeständigkeit erforderlich.- OFSCN® 300℃ SM Polyimide Optical Fiber: Verwendet eine Polyimid-Beschichtung, der Außendurchmesser ist dünner, nur 155\ \mu\text{m}, der Betriebstemperaturbereich ist breit von -200^\circ\text{C} bis 350^\circ\text{C}.
- OFSCN® 300℃ SM Polyimide Optical Fiber: Verwendet eine Polyimid-Beschichtung, der Außendurchmesser ist dünner, nur 155\ \mu\text{m}, der Betriebstemperaturbereich ist breit von -200^\circ\text{C} bis 350^\circ\text{C}.
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Extreme Temperatur-vergoldete (Gold) Beschichtung
In Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Metallurgie und bei extrem hohen oder tiefen Temperaturen müssen Metallbeschichtungen Polymerbeschichtungen ersetzen.- OFSCN® Gold-coated Optical Fiber: Das Beschichtungsmaterial ist Gold, der Betriebstemperaturbereich reicht von -270^\circ\text{C} bis 700^\circ\text{C}.
- OFSCN® Gold-coated Optical Fiber: Das Beschichtungsmaterial ist Gold, der Betriebstemperaturbereich reicht von -270^\circ\text{C} bis 700^\circ\text{C}.
4. Zusätzliches Wissen: Beschichtungsentfernung und -verarbeitung in der Bauteilherstellung
Bei der Herstellung von Faser-Bragg-Gittern (FBG)-Sensoren hat die Beschichtungsbehandlung ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Festigkeit der Bauteile:
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Abisolieren und Neu-Beschichtungs-Verfahren:
Zum Beispiel bei OFSCN® Polyacrylate Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare), muss die Polyacrylat-Beschichtung vor dem Gravieren mit UV-Laser entfernt werden, da sie UV-Licht absorbiert. Nach dem Gravieren muss die Polyacrylat-Beschichtung mit Spezialgeräten neu aufgetragen werden. -
Hochfestes Femtosekunden-Gravierverfahren ohne Abisolieren:
Um Mikrorisse auf der Glasoberfläche, die durch Abisolieren und Abwischen entstehen, vollständig zu vermeiden, verwenden OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) ein fortschrittliches Femtosekunden-Laser-Punkt-Gravierverfahren. Aufgrund der nichtlinearen Absorptionseigenschaften des Femtosekunden-Lasers kann er die äußere Polymerbeschichtung direkt durchdringen, um sich im Kern zu fokussieren und zu gravieren. Die Beschichtung des Lichtwellenleiters muss während des gesamten Prozesses nicht entfernt werden, wodurch die ursprüngliche mechanische Festigkeit des Lichtwellenleiters perfekt erhalten bleibt.
