深入了解光纤玻璃的制造过程

光纤有助于将这篇文章传送到您正在阅读的任何设备上。从连接大型数据中心到将《曼达洛人》传送到您的电视上，这些细小的超透明玻璃丝在网络上发生的几乎所有事情中都发挥着至关重要的作用。在疫情期间，某些地区的宽带使用率增长了 40% 以上，这些快速管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已经 50 年了。1970 年，玻璃制造商康宁公司的一组科学家发明了一种制造纯硅玻璃的方法，使信号（电子邮件、网站、堡垒之夜游戏）能够以前所未有的效率以激光脉冲的形式穿过 125 微米厚的玻璃线。与传统固定电话和有线连接所依赖的铜线相比，这些信息可以更快、更经济地长距离传输。

几十年来，北卡罗来纳州威尔明顿的同一家工厂一直在大量生产光纤。他们生产的线束捆扎在一起形成电线，用于制作从跨大西洋海底电缆到进入您家中的互联网线等各种设备。

只需熔化主要由二氧化硅组成的沙子即可制造玻璃，但这种沙砾无法达到将光传送到全球所需的光学纯度。因此康宁自行生产纯二氧化硅。为了形成所谓的“毛坯”——也就是最终将拉伸成光纤束的棒——火焰喷射器将光纤的核心元素从储存器中喷射出来。产生的颗粒（称为烟灰）落在旋转的陶瓷棒上，像雪球一样越积越多。第二层化学成分略有不同，可形成反射屏障，防止光子在沿管道反射时逸出，管道充当波导。康宁将制造过程的这一部分称为“铺放”。

空棒（悬挂在左侧）看起来更像是一根巨大的粉笔，而不是一块纯净的玻璃。烟灰已层层粘附，但整体结构非常多孔，分子尚未完全结合在一起。从这里开始，机器人装置将把每个圆柱体浸入极热的炉子中几个小时以进行烹饪和澄清。

康宁将这一烧制过程称为凝固。左侧进入熔炉的坯料看起来浑浊，而右侧出来的坯料则是固体、透明的物质。热量将二氧化硅分子紧密结合在一起，使玻璃致密且不含可能妨碍其透光能力的杂质。康宁移除了最初用于收集烟灰的陶瓷棒，它留下的孔洞随着材料熔化而闭合。最终成品具有与细光纤束相同的光学特性，但规模要大得多。

为了将粗玻璃管拉伸成极细的线材，右侧的机器将圆筒加热到大约 2,000 摄氏度。（相比之下，普通窗户玻璃的熔化温度仅为 600 摄氏度。）物质熔化后会形成厚厚的块状物，重力会通过管道将基材拉下几层楼，同时传感器会监测其温度。在底部，机器（有时是人工）会剪断块状物，以便将光纤纺成卷轴。

成品在机器卷成线圈之前，会用彩色聚合物包裹起来。由于光纤电缆包含数十甚至数千根性能略有差异的线材（因此弯曲成 90 度角时的容差也不同），因此技术人员和电缆制造商可以通过颜色的简单直观方法来识别每种类型。例如，您家中的一根电线可能包含 72 根线材，而用于跨大西洋传输数据的电线则可能包含 5,000 多根线材。