Optischer Transceiver mit Kollimatorlinsen für Singlemode-Glasfaser:  Künftig aus PEI-Thermoplast statt Glas.
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Optischer Transceiver mit Kollimatorlinsen für Singlemode-Glasfaser:  Künftig aus PEI-Thermoplast statt Glas.

Hochleistungskunststoffe

Singlemode-Optik: PEI-Thermoplast kann Glas ersetzten

Sabic erweitert sein Portfolio um ein PEI-Thermoplast mit sehr niedriger thermischer Ausdehnung. Damit könnte es Glas in optischen Singlemode-Linsen ersetzen.

Sabic erweitert sein Portfolio an Polyetherimid (PEI) um ein neues Compound mit niedriger thermischer Ausdehnung, sodass PEI als Thermoplast das Glas in optischen Linsen auch bei Singlemode-Glasfasern ersetzten könnte. Bislang werden Kollimator-Linsen von optischen Transceivern in Singlemode-Fasersystemen aus Glas gefertigt, weil sich die Linsen bei thermischer Belastung kaum ausdehnen dürfen.

Der Grad der Ausdehnung mit der Temperatur ist der thermische Ausdehnungskoeffizient, Coefficient of Thermal Expansion (CTE). Ein niedriger CTE-Wert ist in optischen Systemen, die die Singlemode-Technik verwenden, besonders wichtig, da hier die Dimensionsstabilität der Kollimatorlinsen und ihre Ausrichtung zu den optischen Fasern gewährleistet sein muss.

Wärmeausdehnung kritisch

Rechenzentren verarbeiten immer größere Datenmengen, die mehr Wärme erzeugen. Temperaturschwankungen führen je nach Material zu mehr oder weniger Ausdehnung und Schrumpfung der Bauteile. Für die Kollimatorlinsen werden besonders formstabile Materialien benötigt, um eine Fehlausrichtung mit der Glasfaser zu vermeiden, die zu Signalverlusten oder Verzerrungen führen kann.

Diese Herausforderung ist bei Singlemode-Fasern noch kritischer als bei Multimode-Fasern, da der Kerndurchmesser der Faser unterschiedlich ist (8-9 μm Singlemode bzw. 50-62,5 μm Multimode). Die Kollimation in den kleineren Lichtbündeln von Singlemode-Fasern ist sehr empfindlich gegenüber Ausrichtungsfehlern und hat eine geringere Toleranz gegenüber wärmebedingten Dimensionsänderungen.

PEI mit niedrigem CTE-Wert

Das neue Ultem 3310TD- Polyetherimid hat einen CTE von 38 ppm/C, eine Reduzierung um 30 % im Vergleich zum CTE von Ultem 1010, das häufig in optischen Multimode-Transceiver-Linsen verwendet wird. Der CTE des neuen Materials ist zwar nicht so niedrig wie der von Glas, erweitert aber die Einsatzmöglichkeiten von Thermoplasten in Singlemode-Faseroptik. Darüber hinaus bietet die neue Sorte eine Nahinfrarot-Übertragung (IR) ohne Beeinträchtigung der Signalqualität.

Thermoplast ermöglicht komplexe Bauteildesigns

Ultem 3310TD bietet mehrere Vorteile gegenüber Glas, unter anderem die Fähigkeit, in eine Vielzahl von Formen mikrogeformt zu werden, ohne das zeitaufwändige Nachschleifen und Polieren, das bei asphärischen Glaslinsen erforderlich ist. Als thermoplastischer Kunststoff ermöglicht das neue PEI-Compound komplexe Bauteildesigns wie Freiformoptiken und mehrkanalige Linsenanordnungen, die mit Glas nur schwer zu realisieren sind. Außerdem erleichtert es die Integration mechanischer und optischer Komponenten wie z. B. Ausrichtvorrichtungen.

„Unser neues PEI-Compound mit niedrigerem CTE-Wert ist ein Kandidat für optische Singlemode-Transceiver-Linsen. Es bietet im Vergleich zu asphärischen Glaslinsen bessere Designmöglichkeiten und Kosteneinsparungen“, sagte Scott Fisher, Business Director, Ultem Resins and Additives, Sabic.

"Bislang war die Industrie gezwungen, Glas für optische Singlemode-Linsen zu verwenden, weil der CTE-Wert herkömmlicher Thermoplaste zu hoch war", sagte David Wang, Senior Product Manager bei Sabic. „Wir haben Ultem 3310TD mit einem so niedrigen CTE formuliert, dass die Anforderungen an die Dimensionsstabilität von Singlemode-Linsen erfüllt und gleichzeitig eine IR-Transmission von über 85 Prozent gewährleistet werden.“

Komplettlösung für Single- und Multimode-Optik

Kunden, die Ultem 1010-Polyetherimid für Multimode-Faseroptiklinsen verwenden, können sich für Ultem 3310TD anstelle von Glas für Singlemode-Optiken entscheiden, was die Kontinuität in der Verarbeitung gewährleistet und die Lieferkette vereinfacht. Die beiden Sorten ergänzen sich gegenseitig und bieten eine Komplettlösung für Singlemode- und Multimode-Anwendungen.

Neben optischen Transceiver-Linsen kann Ultem 3310TD auch in optischen Modems und optischen Kabeln eingesetzt werden. Darüber hinaus kann es für Komponenten in anderen Branchen in Betracht gezogen werden, die einen niedrigen CTE-Wert und eine gute IR-Durchlässigkeit erfordern, wie LiDAR-Sensoren (Automobil), Drohnen (Elektronik) und Roboter (Industrie).

Ultem 3310TD-Polyetherimid ist weltweit erhältlich. Dieses neue Produkt ist auch in der Zemax OpticStudio-Datenbank aufgeführt. mg