Post on 17-Feb-2016
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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
Iniciar animación
• 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