Técnicas de fabricación de fibras ópticasTema 1

• Motivación

• Método del doble crisol

• Método en dos etápas:

- Fabricación de la preforma

- Estirado de la preforma

• Cables de fibra óptica:

- Diseño del cable

- Tipos, parámetros de diseño y requerimientos especiales

- Ejemplos: Cable submarino y cable autosoportado.

Técnicas de fabricación de fibras ópticasTema 1

• Elevada transparencia

• Flexibilidad

• Diámetro constante

• Control preciso del índice de refracción

Cubiertas protectoras

EnvolturaNúcleo

Técnicas de obtención

• Método del doble crisol

• Fabricación en dos fases

La fabricación de f.o. necesita de técnicas precisas de depósito de materiales en

substratos de cuarzo.

• Motivación

Técnicas de fabricación de fibras ópticasTema 1

Atenuación: pérdidas de potencia óptica a medida que la luz se transmite por la f.o.

Se suele expresar en dB/Km.

Etapa de fabricación Atenuación de la fibra

Fluctuaciones en la densidady composición del material

Pérdidas por esparcimiento(Scattering Rayleigh)

Microcurvaturas o imperfeccionesen la interfase núcleo-envoltura

Pérdidas por imperfeccionesgeométricas

Incorporación de impurezas:OH y metales de transición

Defectos extrínsecos(Bandas de absorción)

Colas de absorción: UV e IR Absorción intrínseca

• Método del doble crisol

Crisoles de platino

Núcleofundido

Cubiertafundida

Fibra

Fibras con salto de índice

Fibras con índice gradual(Permitiendo procesos

de difusión entre el núcleoy la cubierta)

Método sencillo

Cubiertas protectoras ??

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

1. Fabricación de la preforma: Fibra óptica a escala ampliada. Consiste en un cilindro macizo con las mismas proporciones geométricas (razón entre los diámetros del núcleo y envoltura) y la misma distribución de índices de refracción que la fibra que se quiere conseguir.

• Métodos basados en depósito químico desde fase vapor: la síntesis de los constituyentes del vidrio tiene lugar a altas temperaturas (estado gaseoso).MCVD: Modified Chemical Vapor DepositionPMCVD: Plasma Modified Chemical Vapor DepositionOVD: Outside Vapor DepositionAVD: Vapor-phase Axial Deposition

• Productos de partida: SiCl4, GeCl4, POCl3 en disolución y BCl3 gas (evaporación en flujo de O2)

• Método en dos etapas

23223

25223

2224

2224

62346234

2

2

ClOBOBClClOPOPOCl

ClGeOOGeCl

ClSiOOSiCl

+→++→+

+→+

+→+Constituyente

Dopantes

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

0 2 4 6 8 10 12 14 161.44

1.45

1.46

1.47

1.48

F

GeO2

P2O5

B2O3

Índi

ce d

e re

frac

ción

Concentración de dopante (molar %)

• Influencia del dopante en el índice de refracción.

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

• MCVD: Modified Chemical Vapor Deposition (Bell Laboratories)

En el interior del tubo se producen reacciones químicas → formación de partículas vítreasEl proceso finaliza cuando todas las capas de la cubierta y del núcleo están formadas.

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Reactivos

Capa vítrea depositadaTubo de SiO2

QuemadorTranslación

Formación delhollín

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• PMCVD: Plasma Modified Chemical Vapor Deposition

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Reactivos

RFTubo de SiO2

QuemadorTranslación

Capa vítrea depositada

Plasma

Modificación del método MCVDRF →Plasma interno de alta temperatura

• PCVD: Plasma Modified Chemical Vapor Deposition

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Sistemade

producciónde

gases

Sistemade

extracciónde

gases

Plasma

Generador de microondasHorno

Se sustituye el generador RF por uno de microondas →

Generación directa de la capa vítrea

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

El calentamiento se produce mediante microondas → Gas Ionizado (Plasma)

e- muy energéticos (equivalente a T ∼ 60.000 ºC)

Recombinaciones e- + Ion → Compuesto + Calor (→ fusión del hollín)

Las partículas se depositan en forma vítrea

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Cuando todas las capas se han depositado, se incrementa la temperatura del quemador

y se procede al colapso de la preforma.

2. Estirado de la preforma:

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Iniciar animación

- Velocidades de tiro en el rango 1 – 10 m/s.

- Preforma (diámetros entre 1 – 6 cm y longitud 1 – 2 m) →

Fibra (diámetros del orden de 125 µm y longitud 15 – 100 km)

El estirado de la preforma determina el diámetro final de la fibra

- Se añaden una o más cubiertas protectoras

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

• Cables de fibra óptica

Se diseñan en función de la aplicación específica.

Protegen a las f.o. de factores externos que pueden afectar a sus

características de transmisión e incluso producir su fallo físico.

Fibra: elegida en función de sus características ópticas.

Cable: elegido en función de las características de instalación y

funcionamiento (debe garantizar la inmunidad de la f.o.).

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Diseño del cable:

- La fabricación no debe producir tensiones (microcurvaturas).- Los cables han de tener propiedades similares a los convencionales: manejo, durabilidad, etc.- Existen diseños especiales: gran capacidad 128 – 256 f.o.

Elemento de resistencia

Elemento de tensión

Cinta de plástico

Cable de fibrasRefuerzo resistente a tracción

Elemento de resistencia

Material de relleno

Cinta envolvente Grupo de f.o.(4 – 12 por tubo,colores por tubo)

Capa de relleno

Cubierta secundariaFibra concubierta

(colores por fibra)

Núcleo

Envoltura

Cubierta primariaFibra

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Valores típicos: Cable con núcleo de acero y 6 f.o.

Tensión necesaria para producir la ruptura: 5000 N

Diámetro externo: 16.5 mm

Densidad de masa por u. de longitud: 185 kg/km

Posibilidad de incluir un conductor de cobre (en el espaciado entre fibras):

- Transmisión de potencia a lugares remotos.

- Transmisión de señales a bajas velocidades.

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Tipos de cables de fibra óptica ylugares de empleo:

Exteriores: tierra o conducto

Interiores: edificios

Aéreos: alta tensión, ferrocarriles

Submarinos

Requerimientos especiales:

Autosoportado (longitud de vano máxima, para una determinada

sección del refuerzo resistente a tracción).

Ignífugo (cubiertas de material termoplástico ignífugo).

Armaduras de acero galvanizadas (alta presión hidrostática y fuerza

de tracción durante el tendido, caso de cables submarinos).

Parámetros de diseño:

Diámetro máximo del cable

Número f.o. por cable (o por tubo).

Resistencia a la tracción.

Radio de curvatura.

Requerimientos especiales.

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

Elementos de resistencia

- Metálicos- No metálicos

- Macizos- Trenzados

AceroCobre

PlásticosFibra de vidrioHilo de nylon

• Cable de f.o. submarino

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

• Cable de f.o. aéreo autosoportado

Técnicas de fabricación de fibras ópticas

• Pruebas a las que se somete el cable de f.o.

• Medidas dimensionales• Parámetros de la fibra• Ciclos térmicos• Estanqueidad• Resistencia al fuego• Emisión de gases tóxicos• Envejecimiento• Ensayos mecánicos

- Resistencia a la tracción- Aplastamiento- Doblado continuo- Impacto- Torsión- Estrangulamiento por curvatura