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






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UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA

FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA

CARRERA DE INGENIERIA EN

TELECOMUNICACIONES

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Grupo 1

FABRICACION DE LA FIBRA OPTICA
ESTUDIANTE

Julio Cesar Cardozo Villena

Leopoldo Condori Canamari

Erick Quisbert

SEMESTRE

Octavo

MATERIA

Fibra Óptica

La Paz – Bolivia

2013

1.- Proceso de Fabricación.

La 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 convierte 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 centígrados. Los elementos químicos que son incorporados son el GeO2 (dióxido de germanio) y el P2O5 (peróxido de fosfórico), 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 silicio del revestimiento de la fibra.

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La fabricación de fibras ópticas se realiza en tres pasos:

Creación de la preforma, o tubo cilíndrico de entre unos 60 a 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

Técnicas 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)

2) Procedimiento de estirado


Una vez que se dispone de la preforma, fabricada por medio de cualquiera de los métodos reseñados anteriormente, puede proceder al segundo paso, que consiste en la obtención de la fibra óptica propiamente dicha mediante un procedimiento de estirado de la preforma y posterior aplicación de un revestimiento primario.

3) Pruebas y mediciones


Después 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.

2.- Formas de Fabricación.

MÉTODOS PARA LA FABRICACIÓN

Uno de los métodos de fabricación de fibras es el denominado de doble crisol. El vidrio del núcleo se colocará en uno de los crisoles, que tendrá un orificio en el fondo, y el material de la cubierta se depositará en otro que contendrá al anterior.

La deposición de vapor químico (CVD) fue uno de los primeros métodos para producir fibras de bajas pérdidas. Un segundo método para producir fibras es aquel que implica la utilización de un doble crisol. El método CVD se utilizó por Corning Glass para demostrar bajas pérdidas de propagación en las fibras cuando, en 1970, se realizó la primera fibra con 20dB/Km. Una versión modificada del CVD (MCVD) se utiliza actualmente en la que la deposición de vapor químico se realiza en el interior de un tubo de silicio de alta capacidad.

Otro método es el CVD (Chemical Vapor Deposition), que consiste en introducir en un quemador halogenuros con oxígeno y un gas combustible, de forma que los halogenuros produzcan óxidos. Este flujo de partículas se pasa por un tubo de silicio en rotación y se deposita en el interior del mismo formando un material poroso. Posteriormente, mediante síntesis, se obtiene una capa de vidrio que se estira para conformar la fibra óptica.

También existe el método CVDMCVD, mediante el cual se forman óxidos entre 1300 y 1600 grados. Los materiales gaseosos son introducidos en un tubo giratorio de sílice a través del cual pasa una zona caliente en la que se producen reacciones químicas. Terminamos con el proceso PCVD, que se diferencia de los anteriores en la formación de óxidos estimulada por plasma no isotermo a baja presión. Estas tres últimas técnicas se utilizan para fabricar fibras de índice gradual y fibras mono modo.

1. Método por fusión de vidrio o Método directo

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.

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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 obteniéndose una fibra por arrastre. .La varilla y el tubo son normalmente de 1 m. de longitud. La varilla del núcleo tiene típicamente 30 mm de diámetro. El vidrio del núcleo 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 multi-modos de perfil escalonado.

b) Metodo de los dos crisoles (double crucible o compound melting)
Este método se usa para evitar el inconveniente del método 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.

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El 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 (más de 200 um).

2. Fabricación de la preforma por técnica de deposición 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 una llama de gas detonante. Los Químicos usados son el Oxígeno (O2) y el tetra cloruro 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.

  1. Método de Deposición de Vapor externo (OVD)

La fabricación de la preforma se efectúa 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.

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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.

  1. Método VAD ó Deposición de Vapor axial (AVD)

La deposición de las partículas provenientes de un quemador de gas oxhídrico 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 simultáneamente.
Es posible producir diferentes perfiles de índices de refracción, según 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.

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

  1. 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.

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

A través del interior del tubo se hace pasar el oxígeno y los compuestos 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 1600 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.

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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.

  1. 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.

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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

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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 enfría 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
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