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TEMA 4TEMA 4
DISEDISEÑÑO Y O Y FABRICACIFABRICACIÓÓN DE N DE
FIBRASFIBRAS
T4: ObjetivosT4: Objetivos
ObjetivosObjetivos
•• ¿¿De dDe dóónde venimos?nde venimos? IntroducciIntroduccióón y conceptos n y conceptos generalesgenerales
•• ¿¿QuQuéé queremos hacer?queremos hacer? DiseDiseññar fibras ar fibras óópticaspticas
•• ¿¿CCóómo lo hacemos?mo lo hacemos? MMéétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• MMéétodos de preparacitodos de preparacióón de preformasn de preformas•• Estirado de preformasEstirado de preformas•• RecubrimientosRecubrimientos
•• ¿¿Y el mundo real?Y el mundo real? Cables de fibra Cables de fibra óópticaptica
•• ¿¿DDóónde compramos?nde compramos? Fabricantes mundialesFabricantes mundiales
T4: ObjetivosT4: Objetivos
Fuentes de informaciFuentes de informacióónn REFERENCIA SIGNATURA BUC
Capítulo 4. John M. Senior, "Optical Fiber Communications: Principles and
Practice", 2nd Edition, Prentice Hall International Series in Optoelectronics,
Prentice Hall, New Jersey, 1992. (ISBN: 0-13-635426-2)
IND B E62F 1a, 1b, 1c
Capítulo 2. Govind P. Agrawal, "Fiber-Optic Communication Systems",
Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, Wiley-Interscience,
2002. (ISBN: 0-471-21571-6)
IND B E62F 11c
IND M E62F 2a
CIE B E62 5
CIE M E62B 17
Capítulo 2. Gerd Keiser, "Optical Fiber Communications", 3rd Edition,
McGraw-Hill International Editions, Electrical Engineering Series, USA,
2000. (ISBN: 0-07-236076-3)
IND B E62F 44, 44a, 44b
Capítulo 2. José Capmany, F. Javier Fraile-Peláez, Javier Martí,
“Dispositivos de Comunicaciones Ópticas” , Editorial Síntesis, 1999. (ISBN:
84-7738-634-X)
IND B E62F 22, 22a, 22b, 22c
T4: IntroducciT4: Introduccióónn
GuiGuióónn
•• IntroducciIntroduccióón y conceptos generalesn y conceptos generales
•• DiseDiseñño de fibras o de fibras óópticaspticas
•• MMéétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• Cables de fibra Cables de fibra óópticaptica
•• Fabricantes mundialesFabricantes mundiales
T4: IntroducciT4: Introduccióónn
IntroducciIntroduccióónn
•• Fibra Fibra óópticaptica: gu: guíía de onda formada por 2 tubos de sa de onda formada por 2 tubos de síílice/pllice/pláástico stico con diferentes con diferentes ííndices de refraccindices de refraccióónn
núcleocubierta nn < n
z
125 μm
PELO 80 μm
SM 9/125 μm
MM 50/125 μm
MM 62.5/125 μm
MM 100/140 μm
PLÁSTICO 980/1000 μm
1310/1550 nm 850 nm 850/1310 nm 660/1310 nm
- Tasas binarias altas - Larga distancia
- Militar - Poco uso en aplicaciones comerciales
- Comerciales - Enlaces video - Enlaces datos velocidad baja-moderada
- Antigua - Aviones
- Datos - Corta distancia (cm-100 mts.) -Sensado
- Comerciales - Enlaces video - Enlaces datos velocidad baja-moderada
850/1310 nm
T4: DiseT4: Diseñño de fibraso de fibras
GuiGuióónn
•• IntroducciIntroduccióón y conceptos generalesn y conceptos generales
•• DiseDiseñño de fibras o de fibras óópticaspticas
•• MMéétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• Cables de fibra Cables de fibra óópticaptica
•• Fabricantes mundialesFabricantes mundiales
T4: DiseT4: Diseñño de fibraso de fibras
DiseDiseñño de fibraso de fibras
•• ObjetivoObjetivo: Buscar las prestaciones deseadas (: Buscar las prestaciones deseadas (PerfilesPerfiles))
•• VariaciVariacióón del n del ííndice de refraccindice de refraccióón, n, nn•• SSíílice, lice, SiOSiO22: 1.458 @ 850 : 1.458 @ 850 nmnm•• IncrementarIncrementar: : GeOGeO22, P, P22OO55, , AlAl22OO33, , TiOTiO22•• DisminuirDisminuir: B: B22OO33, F, F
•• ParParáámetros metros ::
•• Perfil del Perfil del ííndice ndice Tipo de Tipo de dopantesdopantes•• Cantidad de Cantidad de dopantesdopantes•• Dimensiones nDimensiones núúcleocleo/cubierta/cubierta
Ref: John M. Senior, “Optical Fiber Communications”
Fibras estándar Fibras de dispersión desplazada
T4: MT4: Méétodos de Fabricacitodos de Fabricacióónn
GuiGuióónn
•• IntroducciIntroduccióón y conceptos generalesn y conceptos generales
•• DiseDiseñño de fibras o de fibras óópticaspticas
•• MMéétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• Cables de fibra Cables de fibra óópticaptica
•• Fabricantes mundialesFabricantes mundiales
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
Fases de fabricaciFases de fabricacióónn
1.1. Elegir Elegir materialesmateriales de partidade partida
2.2. CreaciCreacióónn de la preforma:de la preforma:
•• Proceso en LotesProceso en Lotes •• Fase LFase Lííquidaquida•• Proceso continuoProceso continuo •• Fase VaporFase Vapor
3.3. ColapsadoColapsado de la preformade la preforma
4.4. EstiradoEstirado de la preformade la preforma
5.5. RevestimientoRevestimiento primarioprimario
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
Materiales de partidaMateriales de partida
SiCl4, SiF4, GeCl4, POCl3, BCl3, O2, etc.
Materiales de partida
•• SSíílice, lice, SiOSiO22
SiClSiCl44+2H+2H22O O SiOSiO22+4HCl+4HCl
•• Haluros metHaluros metáálicos en estado vaporlicos en estado vapor
GeClGeCl44 + O+ O22 GeOGeO22 + 2Cl+ 2Cl22
TiClTiCl44+O+O22 TiOTiO22+2Cl+2Cl22
4POCl4POCl33+3O+3O22 2P2P22OO55+6Cl+6Cl22
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• Fase LFase Lííquidaquida, alternativa a fase vapor, alternativa a fase vapor
•• FabricaciFabricacióón continuan continua•• Contaminantes en horno/crisolesContaminantes en horno/crisoles•• SSóólo fibras de salto de lo fibras de salto de ííndicendice
MMéétodo del Doble Crisoltodo del Doble Crisol
Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas”
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
Deposición química de vapor
Hidrólisis de llama
MMéétodos de fabricacitodos de fabricacióón (fase vapor)n (fase vapor)
MCVD (Deposición interna en fase de vapor)
PCVD (Deposición química en fase vapor activada por plasma)
VAD (Deposición axial en fase de vapor)
OVPO (Deposición externa en fase de vapor)
SiCl4, SiF4, GeCl4, POCl3, BCl3, O2, etc.
Materiales de partida
Estirado de fibra
Fibra óptica
Colapsado de preforma
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
MCVDMCVD
Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas”
•• DeposiciDeposicióón interna en fase vaporn interna en fase vapor ((ModifiedModified ChemicalChemical Vapor Vapor PhasePhaseDepositionDeposition))
•• Laboratorios Laboratorios BellBell, USA + , USA + SouthamptonSouthampton Univ., UKUniv., UK
•• F.OF.O. Salto de . Salto de ííndice / ndice / ÍÍndicendice gradualgradual•• Menores pMenores péérdidas rdidas 0.2 0.2 dBdB//kmkm @ 1.5 @ 1.5 μμmm•• Fibras mantenedoras de polarizaciFibras mantenedoras de polarizacióónn
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• DeposiciDeposicióón qun quíímica en fase vapor activada por plasmamica en fase vapor activada por plasma ((PlasmaPlasmaActivatedActivated ChemicalChemical Vapor Vapor DepositionDeposition))
•• PhillipsPhillips ResearchResearch ((KuppersKuppers andand KoeningsKoenings))
•• Alta eficiencia de deposiciAlta eficiencia de deposicióón, la rotacin, la rotacióón del tubo no es necesarian del tubo no es necesaria•• RRáápido movimiento de plasma pido movimiento de plasma 2000 capas finas 2000 capas finas ííndice ndice
parabparabóólicolico•• Baja dispersiBaja dispersióón n 0.8 0.8 nsns//pm.kmpm.km, p, péérdidas de 3rdidas de 3--4 4 dBdB//KmKm @ 0.85 @ 0.85 μμmm
PCVDPCVD
Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas”
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• DeposiciDeposicióón Externa en Fase de Vaporn Externa en Fase de Vapor ((OutsideOutside Vapor Vapor PhasePhaseOxidationOxidation))
•• CorningCorning GlassGlass Works (Works (HydeHyde), el m), el máás antiguos antiguo
•• Mandril de material cerMandril de material ceráámico o grafito, deposicimico o grafito, deposicióón por hidrn por hidróólisislisis•• Preforma obtenida de la estructura porosa tras sinterizaciPreforma obtenida de la estructura porosa tras sinterizacióónn•• DepresiDepresióón del n del ííndice en el centro del nndice en el centro del núúcleo por efecto del mandrilcleo por efecto del mandril
OVPOOVPO
Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas”
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• DeposiciDeposicióón Axial en Fase de Vaporn Axial en Fase de Vapor ((VaporVapor Axial Axial DepositionDeposition))•• SumitomoSumitomo, Jap, Japóón (n (IzawaIzawa et al.)et al.)
•• FabricaciFabricacióón ininterrumpida de preforman ininterrumpida de preforma•• Preforma sinterizada internamentePreforma sinterizada internamente
por calentador de grafitopor calentador de grafito•• DeposiciDeposicióón nn núúcleocleo--cubierta de formacubierta de forma
simultsimultáánea nea calentamiento radialcalentamiento radial•• Impurezas OH Impurezas OH hidrhidróólisis delisis de
llamallama•• Atenuaciones de 0.7Atenuaciones de 0.7--2 2 dBdB//kmkm
@ 1.181 @ 1.181 μμmm•• F.OF.O. . Salto Salto ííndice / gradual, ndice / gradual, MultimodoMultimodo//monomodomonomodo
VADVAD
Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas”
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• Mantenedoras de la polarizaciMantenedoras de la polarizacióón n Generalmente MVCDGeneralmente MVCD
•• ZBLANZBLAN•• PlPláásticostico•• Activas Activas MCVD, VADMCVD, VAD
Fibras especialesFibras especiales
Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas”
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• Preforma hueca Preforma hueca Preforma sPreforma sóólidalida
•• Tubo de vidrio: 60Tubo de vidrio: 60--120 120 cmcm de largo y 10de largo y 10--25 25 mmmm didiáámetrometro•• 100100--250 250 kmkm de fibrade fibra•• RRééplica macroscplica macroscóópica de la estructura final de la fibrapica de la estructura final de la fibra•• Colapsado realizado a 1700Colapsado realizado a 1700--1900 1900 ººCC
Colapsado de la preformaColapsado de la preforma
Preformas “British Telecom” (GIF-UC)
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
Estirado de la preformaEstirado de la preforma
Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas”
T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra
GuiGuióónn
•• IntroducciIntroduccióón y conceptos generalesn y conceptos generales
•• DiseDiseñño de fibras o de fibras óópticaspticas
•• MMéétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• Cables de fibra Cables de fibra óópticaptica
•• Fabricantes mundialesFabricantes mundiales
T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra
•• FuncionesFunciones–– ProtecciProteccióón de FO frente a dan de FO frente a dañño/fractura en instalacio/fractura en instalacióón/vida n/vida úútiltil–– Estabilidad de la atenuaciEstabilidad de la atenuacióón durante la transmisin durante la transmisióónn–– Consistencia mecConsistencia mecáánica: traccinica: traccióón, compresin, compresióón, torsin, torsióón, n,
medioambientalmedioambiental–– Facilitar identificaciFacilitar identificacióón/unin/unióón de n de FOsFOs
•• ElementosElementos–– Fibras Fibras óópticaspticas–– Refuerzo a la tracciRefuerzo a la traccióónn–– Conductores metConductores metáálicoslicos–– Separadores de plSeparadores de pláásticossticos–– Rellenos para dar uniformidad cilRellenos para dar uniformidad cilííndricandrica–– Refuerzo de amortiguamiento radialRefuerzo de amortiguamiento radial–– Pantalla y cubierta exteriorPantalla y cubierta exterior
CablesCables
T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra
•• Recubrimiento secundarioRecubrimiento secundario–– Ajustado/ceAjustado/ceññido (ido (tighttight))–– Suelto (Suelto (looseloose))
Elementos del cable (I)Elementos del cable (I)
ESTRUCTURA DEL CABLE PARÁMETRO DEL CABLE
HOLGADA AJUSTADA Radio de curvatura Diámetro Tensión de tracción (instalación) Resistencia a golpes Resistencia a presiones Comportamiento en temperatura ☺
Recubrimiento
SECUNDARIO
Recubrimiento
PRIMARIO
Recubrimiento
PRIMARIO
Fibra Óptica
ESTRUCTURA DEL CABLE HOLGADA AJUSTADA
Múltiples fibras por cable Una fibra por cable Relleno de gel, prevenir humedad No gel, aramida para protección
Limpieza de gel necesaria Fácil de terminar, manejar, instalar Necesita elemento de robustez No necesita elemento de robustez
Coste de cable inferior Coste de instalación inferior Difícil de terminar Fácil de terminar
T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra
•• NNúúcleo del cable:cleo del cable:–– Elementos estructuralesElementos estructurales
•• MetMetáálicoslicos: hilos de acero: hilos de acero•• No metNo metáálicoslicos ((cables dielcables dielééctricosctricos): Filamentos de pl): Filamentos de pláástico, fibras (polistico, fibras (poliééster ster
aromaromáático, tico, KevlarKevlar®® de de DuDu PontPont), vidrio), vidrio
–– Elemento de refuerzo/tracciElemento de refuerzo/traccióón: n: f (instalacif (instalacióón: conducto/an: conducto/aééreo)reo)•• Acero, E=170Acero, E=170--190 GN/m190 GN/m22
•• KevlarKevlar, E=110, E=110--130 GN/m130 GN/m22
•• Fibra de vidrio, E=60Fibra de vidrio, E=60--80 GN/m80 GN/m22
–– RellenosRellenos
•• Cubierta exteriorCubierta exterior
Elementos del cable (II)Elementos del cable (II)
T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra
A.A. MonofibraMonofibraB.B. GruposGruposC.C. CintasCintasD.D. AAééreoreoE.E. RanuradoRanurado
Tipos de cables (I)Tipos de cables (I)
T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra
F.F. SubmarinoSubmarinoG.G. Con canalesCon canalesH.H. De energDe energííaaI.I. OPGW (Hilo de Guardia)OPGW (Hilo de Guardia)J.J. EdificiosEdificios
Tipos de cables (II)Tipos de cables (II)
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
FabricaciFabricacióón del cablen del cable
T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
FabricaciFabricacióón del cablen del cable
T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra
Pruebas realizadas a los cablesPruebas realizadas a los cables
•• PruebasPruebas
–– Resistencia a tracciResistencia a traccióón de las fibras n de las fibras óópticas y del cable compuestopticas y del cable compuesto–– Ciclo de temperatura sobre ambosCiclo de temperatura sobre ambos–– Pruebas de aplastamiento e impacto sobre el cablePruebas de aplastamiento e impacto sobre el cable–– Pruebas de penetraciPruebas de penetracióón de agua o humedad en el cablen de agua o humedad en el cable–– Pruebas mecPruebas mecáánicas de torsinicas de torsióón, curvatura y flexin, curvatura y flexióónn–– Pruebas elPruebas elééctricas de rigidez dielctricas de rigidez dielééctrica de aislamientoctrica de aislamiento–– Pruebas de adaptaciPruebas de adaptacióón ambiental y contaminacin ambiental y contaminacióónn–– Pruebas de resistencia al fuego (Norma IEC 331)Pruebas de resistencia al fuego (Norma IEC 331)–– Pruebas de propagaciPruebas de propagacióón y retardo de la llama (Norma IEC 332)n y retardo de la llama (Norma IEC 332)
T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra
•• ConductosConductos–– SubconductosSubconductos–– LubricantesLubricantes
•• AAéérearea–– Cables dielCables dielééctricos ADSS (ctricos ADSS (AutosoportedAutosoported DielectricDielectric))–– Cables en hilo de guarda, OPGW (Cables en hilo de guarda, OPGW (OpticalOptical PowerPower GroundGround WireWire))
•• EnterradosEnterrados–– AradoArado–– Zanjas o trincherasZanjas o trincheras–– ArtesasArtesas
•• SubmarinosSubmarinos
Instalaciones de fibra Instalaciones de fibra óópticaptica
EjemploEjemplo
T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra
Instalaciones de fibra Instalaciones de fibra óópticaptica
T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra
•• G.650 G.650 (07/1997):(07/1997): DefiniciDefinicióón y mn y méétodos de prueba de los partodos de prueba de los paráámetros metros pertinentes (lineales, estadpertinentes (lineales, estadíísticos, no lineales) de las fibras sticos, no lineales) de las fibras monomodomonomodo..
•• G.651G.651 (02/1998):(02/1998): CaracterCaracteríísticas de un cable de fibra sticas de un cable de fibra óóptica ptica multimodomultimodo de de ííndice gradual de 50/125 mm.ndice gradual de 50/125 mm.
•• G.652 G.652 (03/2003):(03/2003): CaracterCaracteríísticas de las fibras y cables sticas de las fibras y cables óópticos pticos monomodomonomodo..
•• G.653 G.653 (10/2000):(10/2000): CaracterCaracteríísticas de los cables de fibra sticas de los cables de fibra óóptica ptica monomodomonomodo con dispersicon dispersióón desplazadan desplazada..
•• G.654 G.654 (06/2002):(06/2002): CaracterCaracteríísticas de los cables de fibra sticas de los cables de fibra óóptica ptica monomodomonomodo con corte desplazadocon corte desplazado..
•• G.655 G.655 (03/2003):(03/2003): CaracterCaracteríísticas de fibras y cables sticas de fibras y cables óópticos pticos monomodomonomodo con dispersicon dispersióón desplazada no nulan desplazada no nula..
NormativaNormativa
T4: FabricantesT4: Fabricantes
GuiGuióónn
•• IntroducciIntroduccióón y conceptos generalesn y conceptos generales
•• DiseDiseñño de fibras o de fibras óópticaspticas
•• MMéétodos de fabricacitodos de fabricacióónn
•• Cables de fibra Cables de fibra óópticaptica
•• Fabricantes mundialesFabricantes mundiales
T4: FabricantesT4: Fabricantes
•• CorningCorning, , www.corning.comwww.corning.com
•• AlcatelAlcatel, , www.alcatel.eswww.alcatel.es
•• PirelliPirelli, , www.pirelli.comwww.pirelli.com
•• FurukawaFurukawa, , httphttp://://www.ofsoptics.comwww.ofsoptics.com
•• SumitomoSumitomo, , www.sei.co.jpwww.sei.co.jp
•• MitsubishiMitsubishi, , www.mitsubishi.comwww.mitsubishi.comMitsubishiMitsubishi RayonRayon Co.LtdCo.Ltd. . www.mrc.co.jpwww.mrc.co.jp
FabricantesFabricantes
OPGWOPGW
CATVCATV
LooseLoose
SMFSMF
SMFSMF
TEMA 4TEMA 4
FINALFINAL
T4: Tipos de preformasT4: Tipos de preformas
Fibra de perfil de Fibra de perfil de ííndice gradualndice gradual
Preformas “British Telecom” (GIF-UC)Preformas “British Telecom” (GIF-UC)
T4: Tipos de preformasT4: Tipos de preformas
Fibra dopada con ErbioFibra dopada con Erbio
Preformas “British Telecom” (GIF-UC)