Optisk fiber er i sagens natur mere skrøbelig end kobber. Det er en særlig type glas (smeltet silica), med en typisk trækstyrke, der er mindre end halvdelen af kobbers. Men selvom smeltet silica ser ud og kan føles skrøbeligt og skørt, har det vist sig at være uhyre holdbart, hvis det behandles, testes og bruges korrekt.
For at vurdere holdbarheden af ethvert materiale er det nyttigt at overveje visse egenskaber:
Indledende styrke
Nedbrydningshastighed
Eventuelle fejl, der kan svække det
Reagenser, der kan svække det
Dens optiske levetid - da silicaen stadig skal kunne fungere tilfredsstillende
Med dette i tankerne er der i det væsentlige fire faktorer, der vil påvirke levetiden af dit fibernetværk:
1. Overfladefejl
Uberørt silicaglas, der er fri for defekter, er enormt modstandsdygtigt over for nedbrydning. Alle kommercielt fremstillede optiske fibre har dog overfladefejl (små mikrorevner), der reducerer materialets levetid under visse forhold. Den kritiske faktor her er spændingsintensitetsfaktoren "K", relateret til den påførte spænding og kvadratroden af revnedybden. Det betyder, at "rigtige" fibre - dem med små fejl - først lider af en langsom vækst i disse fejl efterfulgt af hurtig vækst til fiasko.
For at overvinde dette udfører velrenommerede fiberleverandører "proof testing", som strækker fiberen til et forudindstillet niveau (normalt 1 procent) i en specificeret varighed for bevidst at bryde de større fejl.
2. Reduktion af nedbrydning
Brugeren står derefter tilbage med en fiber, der indeholder færre, mindre fejl, som skal beskyttes mod unødvendig nedbrydning. Dette betyder primært at stoppe skabelsen af nye fejl ved at belægge fiberen med et beskyttende og holdbart materiale til dens primære belægning.
3. Installationsstammer
Vi ved, at stress er en stor fjende af fibers levetid, så beskyttelsesopgaven overdrages til kabellæggeren, som vil sikre, at brugen af passende styrkeelementer begrænser den belastning, der påføres kablet, til meget mindre end testniveauet på 1 procent. Installationsprogrammet skal derefter sikre, at installationsprocessen ikke overbelastes kablet.
Af de tre almindeligt anvendte teknikker - træk, skub og blæser - er det kun træk, der skaber uønsket strækning (trækspænding). I modsætning til metal bliver glas ikke træt ved at blive komprimeret, og derfor forårsager den milde komprimering, der forårsages under skubningen, ingen skade på fiberen.
4. Miljøfaktorer
Når det først er indsat, har det lokale miljø stor indflydelse på fiberlivet. Forhøjede temperaturer kan fremskynde sprækkevækst, men det er tilstedeværelsen af vand, der historisk set har været den største bekymring. Væksten af revner under stress lettes af vand, der fører til "spændingskorrosion".
Du kan kontrollere, hvad en fibers tendens til at lide under spændingskorrosion er ved at gennemgå dens "spændingskorrosionsfølsomhedsparameter", meget mere bekvemt omtalt som "n". En høj n-værdi (omkring 20) tyder på en holdbar fiber og belægning.
Beregning af, hvor længe dit netværk vil vare
Med de fire ovenstående faktorer i mente, hvordan kan du så beregne levetiden for dit fibernet? For at gøre dette skal en netværksplanlægger tage højde for to input:
Hvordan fejl fordeles mellem optiske fibre ved hjælp af Weibull-fordelingen
Resultaterne af fiberstyrketestning, som normalt udføres af fabrikanter
Kombinationen af den (forudsagte) fejlfordeling med revnevækstteori har genereret adskillige optiske fiberlevetidsmodeller, som kan ses her.
Generelt giver disse modeller en sandsynlighed for fejl for en given fiberkm over en valgt levetid på et sted mellem 20 og 40 år. For korrekt installeret tier 1 fiber er fejlsandsynligheden over en sådan tidsramme af størrelsesordenen 1 ud af 100,000.
Til sammenligning er chancerne for, at en fiber bliver beskadiget ved manuel indgriben, såsom gravning, inden for samme tidsramme omkring 1 ud af 1,000. Kvalitetsfiber, installeret ved hjælp af godartede teknikker og af omhyggelige installatører under acceptable forhold, bør derfor være ekstremt pålidelige - forudsat at de ikke bliver forstyrret.
Det er også værd at pointere, at kabellængder i sig selv sjældent har svigtet "iboende", men der har været fejl ved samlinger, hvor kabel og samlingstype ikke passer godt sammen, så fibrene kan bevæge sig - for eksempel på grund af temperaturændringer. Dette fører til overbelastning af fiberen og eventuelt brud.
Beviset fra marken
I betragtning af at de første fibersystemer i stor skala blev implementeret i begyndelsen af 1980'erne, hvordan har de så klaret sig? Den gode nyhed er, at der i løbet af de sidste 35 år ikke har været store udbrud af fiberfejl i korrekt installerede systemer, der bruger tier 1-komponenter. Der er set brud, men det er overvejende, hvor fibre er blevet fjernet fra kabler og bøjet under deres tilladte bøjningsradius.
Faktisk, hvis forudsat fibre opbevares og oprulles korrekt, er det meget muligt, at de viser sig at være stærkere, end vi først troede. Måske begynder de oprindelige fejl at hele med tiden og udsættelse for vand under lave stressniveauer.
Som vi har set i andre blogs, kan de største fjender til den omhyggeligt konstruerede pålidelighed af optisk fiber være fra mennesker, dyr eller moder natur, snarere end selve det smeltede silica. Ser man bort fra disse ikke-tekniske problemer, er det meget muligt, at fibernetværkene selv kan fortsætte med at fungere med opgraderet optoelektronik i mange år fremover - måske endda lige så længe som deres kobberforgængere!