TRABAJO SOBRE FIBRA OPTICA

Estudiante: José David Canqui CopaTu nombre

Materia: Fibra ÓpticaDocente: Ing. Félix PintoSemestre: OctavoFecha de Entrega: 11/10/16

LA PAZ – BOLIVIALa fabricación de una fibra óptica consiste básicamente en calentar arena, sílice y otros

compuestos químicos hasta que se fundan, para después remover hasta que se mezclen.

A continuación se forma una barra con esta mezcla y se comienza a estirar para formar

una varilla de fibra. El mencionado estiramiento se realiza con una máquina que

proporciona calor, de forma que la fibra de vidrio se conviertan en plástico y pueda

alcanzar pequeños diámetros. El calor necesario para que el vidrio utilizado en fibras

ópticas se reblandezca se sitúa entre los 800 y 1200 grados centímetros. Los elementos

químicos que son incorporados son el GeO2 y el P2O5, estos dos ayudan a incrementar

el índice de refracción del sílice que esta situado en el núcleo. En cambio el B2O3 y F son

utilizados para disminuir el índice de refracción del sílice del revestimiento de las fibra.

La fabricación de fibras ópticas se realiza en tres pasos:

Creación de la preforma, o tubo cilíndrico de entre unos 60 120 cm. de largo y un diámetro

de entre 10 y 25mm. Creación de la fibra óptica propiamente dicha mediante un

procedimiento de estirado con la posterior aplicación de un revestimiento primario.

Pruebas y medidas.

1) Creación de la preforma

Para la generación de la preforma se utilizan distintos métodos que los podemos englobar

en los grupos siguientes:

Métodos en fase líquida

Los métodos en fase líquida sólo permiten la fabricación de fibras de salto de índice.

Método de la varilla en tubo (rod in tube)

Método de los crisoles

Métodos de deposición de vapor

Los métodos en fase de vapor son los más empleados en la actualidad y los que permiten

una mayor versatilidad de fabricación, ya que con ellos pueden obtenerse fibras de salto

de índice y de índice gradual.

Deposición química modificada en fase de vapor (MCVD)

Deposición química en fase de vapor activada por plasma (PCVD)

Deposición externa en fase de vapor (OVCD)

Deposición axial en fase de vapor (VAD)

METODOS EN FASE LIQUIDA

a) Método de la varilla en tubo (rod in tube)

Este fue uno de los primeros métodos usados, en este proceso y es uno de los mas

simple, se introduce una varilla de vidrio de alto índice como núcleo en un tubo que hace

de recubrimiento y esta formado por vidrio de con un bajo índice de refracción. Las

dimensiones de la varilla y del tubo son tales que prácticamente no queda espacio entre

una y otro.

Una varilla de vidrio como núcleo se coloca dentro del tubo de vidrio del cladding. En el extremo de este ensamblado se aumenta la temperatura; y ambos vidrios son ablandados obteniendose una fibra por arrastre. .La varilla y el tubo son normalmente de 1 m. de longitud. La varilla del nucleo tiene típicamente 30 mm de diámetro. El vidrio del nucleo y el vidrio del cladding deben tener temperaturas de ablandamiento similares. Este método es relativamente fácil: apenas se necesita comprar la varilla y el tubo. Sin embargo, uno debe tener mucho cuidado para no introducir impurezas entre el núcleo y el cladding .

La desventaja de este método simple consiste en que después del estirado de la fibra

quedan pequeñísimos deterioros e impurezas en la superficie de separación entre ambos

vidrios, lo que ocasiona elevadas atenuaciones del orden de los 500 a 1000 dB/Km. , por

este método solo se fabrican fibra ópticas multimodos de perfil escalonado.

Estas fibras no son usadas en la transmisión de imagen e iluminación pero no son

utilizadas en telecomunicaciones.

b) Metodo de los dos crisoles (double crucible o compound melting)

Este método se usa para evitar el inconveniente del metodo de la Varilla en tubo , los

vidrios correspondiente al núcleo y al recubrimiento son unidos en estado de fusión y

luego se estira la fibra de este material directamente al salir del estado de fusión y no se

utiliza una preforma sólida.

Fig. Crisol dobleEl vidrio fundido del núcleo se coloca en el crisol interno. El vidrio fundido del cladding se coloca en el crisol exterior. Los dos vidrios se unen en la base exterior y la fibra se obtiene por arrastre. Pueden producirse Fibras de gran longitud Pueden obtenerse fibras de índice escalón y fibras de índice gradual con este método

Se le denomina método de los dos crisoles ya que los vidrios usados para el núcleo y el

cladding se funden en crisoles separados. Este método permite obtener fibras de perfil

gradual por difusión o intercambio de iones entre los vidrios del núcleo y del

recubrimiento, a esto se le denomina Método Selfoc.

Ya que resulta difícil mantener una total limpieza de los crisoles las impurezas que llegan

por este método se agregan al de los métales de transición ya existente e incrementan la

atenuación que va de los 5 a los 20 dB/Km. A 850 nm. Este método es utilizado para la

fabricación de fibras de gran diámetro ( mas de 200 um).

METODO DE DEPOSICION DE VAPOR

La primera empresa que utilizo este método fue la empresa Corning en 1970, logrando

disminuir dramáticamente la atenuación.

La deposición se puede efectuar por diferente formas: Sobre la superficie externa de una

varilla de substrato en rotación (Método OVD, outside vapor deposition), sobre la

superficie frontal de una varilla de cuarzo (Método VAD, vapor axial deposition) o sobre la

superficie interior de un tubo de vidrio de cuarzo en rotación (Método IVD, inside vapor

deposition), este último método puede utilizar la energía para la deposicion del vidrio ya

sea desde afuera por medio de un quemador detonate de gas (Método MCVD, modified

chemical vapor deposition) o desde adentro con una llama de plasma (Método PCVD,

plasma activated chemical vapor deposition).

En todos estos métodos la deposición se produce por la descomposición de compuestos

volátiles de alta pureza en un llama de gas detonante. Los Químicos usados son el

Oxígeno (O2) y el tetracloruro de Silicio (SiCl4) que reaccionan para obtener sílice (SiO2).

El sílice puro se dopa con otros químicos tal como el óxido del boro (B2O3), el dióxido de

germanio (GeO2) y el pentoxido de fósforo (P2O5) con el objeto de modificar el índice

refractivo del vidrio.

a) Método de Deposición de Vapor externo(OVD)

La fabricación de la preforma se efectua en dos etapas, en primer lugar se hace rotar con

un dispositivo adecuado una varilla de substrato de vidrio de cuarzo AL2O3 o grafito en

torno de su eje longitudinal, al tiempo que se calienta en una estrecha zona desde afuera

con la llama de un quemador de gas detonante o gas propano.

Junto con las sustancias dopantes requeridas por el perfil de índices de refracción como

los metales halogenados (SiCl4, GeCl4, BCl3, PCl3) se le suministra oxígeno (O2) al

quemador, en el cual estos compuestos se convierten en los correspondientes óxidos.

Estos a su vez se depositan sobre la varilla rotante en forma de finas partículas..

Al imprimirle un movimiento de vaivén en sentido longitudinal, se obtiene por capas una

preforma porosa de vidrio. A cada una de estas capas se le puede dopar en forma

diferente, agregando en determinada proporción distinta sustancias dopantes a la

sustancia básica del SiO2, lográndose reducir los perfiles graduales, continuamente de la

primera capa, el dopado con GeO2 con el cual se forma el núcleo hasta llegar al

recubrimiento con una deposición de SiO2 puro. Para un perfil escalonado, se mantiene

constante el dopado de cada capa.

Una vez obtenida la deposición de suficientes capas para el núcleo y el recubrimiento de

la fibra; se retira la preforma cilíndrica de la varilla de substrato.

En la etapa final la preforma se calienta hasta su punto de fusión, con temperaturas entre

1400 y 1600 oC, la preforma se contraerá convirtiéndose en una varilla de vidrio firme y

libre de burbujas, transparente cuyo hueco interior se ha cerrado. Durante el sintetizado

de la preforma se lava esta con cloro gaseoso para quitar del vidrio todo vestigio de agua

cuya presencia provocaría una elevada atenuación.

Fig.- Los vapores químicos se oxidan en una llama en un proceso llamado hidrolisis.La deposición se hace por fuera de una vara de sílice conforme la antorcha se mueve lateralmente.Cuando la deposición está completa, la varilla es alejada y el tubo resultante se colapsa térmicamente.

 

b) Método VAD ó Deposición de Vapor axial (AVD)

La deposición de las partículas provenientes de un quemador de gas oxídrico tiene

lugar sobre una cara frontal de una varilla rotante de vidrio de cuarzo.

La preforma porosa resultante se estira en sentido ascendente de tal forma que se

mantiene constante la distancia entre el quemador y la preforma que va creciendo en

sentido axial. Para fabricar el perfil de índices de refracción del núcleo y del

recubrimiento se pueden utilizar varios quemadores simultánemente.

Es posible producir diferentes perfiles de índices de refracción, segun la construcción

de los quemadores, su reparación y la temperatura durante la deposición. La

contracción de la preforma se produce con la ayuda de un calefactor anular, a

continuación de la deposición quedando la preforma transparente. Para secar la

preforma, es decir eliminar la humedad residual, se hace circular cloro gaseoso en

torno a la misma.

Fig. La deposición ocurre en el extremo de un sílice en rotación conforme los vapores químicos reaccionan para formar la sílica. El nucleo preformado y pueden hacerse fibras muy largas con esta técnica. Pueden fabricarse fibras del índice escalón y fibras del índice gradual de esta manera.

c) Deposición de Vapor Químico modificado (MCVD)

Este método se realiza en dos etapas.

Primero : se hace rotar un tubo de vidrio puro alrededor de su eje longitudinal en un torno

u otro dispositivo adecuado al tiempo que se calienta una estrecha zona del mismo desde

afuera por medio de un quemador de gas detonante que se desplaza a lo largo del tubo.

Fig. En el método MCVD,ocurren un aserie de reacciones químicas que transforman una mezcla de gases en una varilla solida de vidrio llamdo Preforma.

A través del interior del tubo se hace pasar el oxígeno y los compúestos de halogenuros

gaseosos (SiCl4, GeCl4, PCl3) requeridos para el respectivo dopado. Por este motivo los

compuestos halogenos se descomponen en el interior del tubo y no en la llama del

quemador, como ocurre en los métodos OVD y VAD.

Por esta causa se produce en la cara interior del tubo la deposición de numerosas y

delgadas capas en un proceso llamado vitrificación, que se pueden dopar según el perfil

de los índices de refracción requerido. El propio tubo constituye la sección externa del

vidrio del recubrimiento y las capas que se depositan en su interior conforman la sección

interna de la fibra es decir el núcleo.

Cada capa de vidrio se forma con la siguiente secuencia: a 16000 oC y dentro de la zona

de calentamiento se forman partículas finas que se depositan sobre la cara interior del

tubo. Al ser desplazado el quemador en la dirección del flujo, las partículas se funden para

formar una delgada y transparente capa del vidrio.

Una vez completada la deposición de las capas necesarias se pasa a la segunda etapa

del método MCVD que consiste en calentar el tubo por secciones longitudinales hasta

aproximadamente 2000 oC. De esta manera se produce el colapso del tubo para formar la

varilla.

Ya que los gases que

reaccionan en el interior del

tubo se mantienen libres

de hidrogeno, este

método no requiere procesos

especiales de secado, ya que

el gas utilizado para el

calentamiento que

en general contiene una

proporción de hidrógeno, solo

actúa sobre el exterior del

tubo, no teniendo

influencia sobre el proceso

ningún otro factor ambiental.

Fig.- Los químicos son mezclados dentro de un tubo de vidrio que está rodando en un torno. Ellos reaccionan y las partículas sumamente finas de germanio o vidrio de silicio o de fosforo son depositados en la parte interna del tubo. Un quemador móvil que sigue al tubo: Causa una reacción que toma lugar y entonces enfoca el material depositado. La preforma es depositado capa por capa que empezando primero con la capa del cladding y es seguido por la capa del núcleo. Variando la mezcla de los químicos se cambia el índice refractivo del vidrio. Cuando la deposición está completa, el tubo se colapsa a 2000 C dentro de una preforma de sílice de alta pureza con un núcleo de composición diferente. La Preforma es entonces colocado en un horno para el estirado.

d) Deposición de Vapor Químico Modificado reforzado con plasma (PMCVD)

En este método las preformas se produce con el mismo procedimiento que en el caso del

método MCVD. La diferencia radica en la técnica empleada para la reacción. Por medio

de la excitación de un gas con ayuda de microondas, se obtiene un plasma. El gas que se

ioniza, es decir se descompone en sus cargas eléctricas. Al reunificarse éstas, se libera

calor que se utiliza par fundir materiales de elevado punto de fusión. Así en el proceso del

plasma, se disocian los halogenos con ayuda de un plasma de baja presión y luego,con

oxigeno, se forman SiO2. Las partículas formadas en este proceso se precipitan

directamente a temperaturas del orden de los 1000 C, formando una capa de vidrio. Dado

que a la llama de plasma se le imprime un rápido movimiento de vaiven a lo largo del

tubo, se pueden producir más de 1000 capas delgadas, lo cual permite incrementar la

exactitud del perfil de índices de refracción

FIG. La Deposición de Vapor Química Modificada con reforzamiento de plasma es similar en principio de MCVD. La diferencia queda en el uso de un plasma en lugar de una antorcha. El plasma es una región de gases ionizados eléctricamente calentados. Proporciona calor suficiente para aumentar la reacción química que está dentro del tubo y la velocidad de deposición. Esta técnica puede usarse para fabricar fibras muy largas (50 km). Se usa para los dos tipos de fibra de índice escalón e índice gradual.

ESTIRADO DE LA FIBRA

La punta de la preforma se calienta a aproximadamente 2000°C en un horno. Cuando el vidrio se ablanda, una cuerda delgada de vidrio ablandada cae ayudada por la gravedad y se enfria al caer. Cuando la fibra es arrastrado su diámetro es constantemente supervisado Una cubierta de plástico se aplica entonces a la fibra, antes de que toque cualquier componente. La capa protege la fibra del polvo y humedad. La fibra se envuelve al final del proceso alrededor de una bobina.

Durante el proceso del estirado, el diámetro de la fibra es controlado a 125 micras dentro de una tolerancia de 1 micra. El valor real del diámetro es comparado con los 125-micrometros, y las desviaciones se corrigen con cambios en la velocidad de arrastre. Si el diámetro de la fibra aumenta, la velocidad del estirándose aumenta; si el diámetro de fibra empieza a disminuir, la velocidad se disminuye.

Una a dos-capa de protección se aplica entonces a la fibra--una capa interna suave y una capa exterior dura. Estas capas son tratadas por lámparas ultravioletas. El proceso de estirado es automatizado y no requiere virtualmente de ningún operador

PRUEBAS Y MEDICIONES

Luego del estirado la fibra pasa a la etapa de prueba y medidas en la cual se verifican

todos los parámetros ópticos y geométricos. Existen tres tipos de pruebas : mecánico,

óptico, y geométrico.

Primero: Se prueba la fuerza de tensión de la fibra. Cada bobina de fibra es arrastrado y

se enrolla a través de una serie de cabrestantes y sujeta a cargas para asegurar que la

fibra muestre una fuerza de tensión mínima de 100,000 lb. La fibra se devana en carrete y

se corta a longitudes específicas.

Segundo: La fibra óptica también se prueba para evitar defectos puntuales con un

reflectometro óptico, el cual indicara cualquier anomalía a lo largo de la longitud de la

fibra.

Una serie de parámetros ópticos dependen de la longitud de onda. Estos parámetros

incluyen: la atenuación, y el ancho de banda, La apertura numérica, la dispersión

cromática.

Tercero: las fibra multimodos y monomodos son probados en sus parámetros

geométricos, incluye pruebas del diámetro del cladding, la no circularidad del cladding,

cubierta del diámetro exterior, la no circularidad del diámetro exterior, error de

concentricidad del cladding y del núcleo, y diámetro del núcleo.

La comprobación medioambiental y mecánica también se realiza periódicamente para

asegurar que la fibra mantenga su integridad óptica y mecánica. Estas pruebas incluyen la

fuerza de tensión y operación en rangos de temperatura, dependencia de la atenuación

con la temperatura, dependencia de la temperatura y humedad, y su influencia en el

envejeciendo.

Características de la fabricación de fibra Multimodo

Características de la fabricación de fibra Monomodo

BIBLIOGRAFIA

http://grupos.unican.es/gif/co5/CO5_0809_T4_Fabricacion_1tpp.pdf http://www.iuma.ulpgc.es/~jrsendra/Docencia/Com_Opt_I/download/

Com_Opt_I/Temario/fabricacion.pdf http://lafibraopticaperu.com/fabricacion-y-materiales-de-la-fibra-optica/