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MÉTODOS DE FABRICACIÓN DE LA FIBRA OPTICA

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Karen Garzon

on 10 September 2013

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MÉTODOS DE FABRICACIÓN DE LA FIBRA OPTICA
CLASIFICACIÓN DE LA FIBRA OPTICA
Existen cuatro clasificaciones para la fabricación de fibra óptica, uno es por medio de mezcla de componentes y los otros cuatro métodos son por deposición de vapor, es decir volver gases en solidos.

La fibra óptica se clasifica según su composición:
- Fibras de sílice.
- Fibras de vidrio poli componentes.
- Fibras con revestimiento de plástico.
- Fibras de plástico.

DEPOSICIÓN INTERNA MCDV
DEPOSICIÓN QUÍMICA DE VAPOR MODIFICADA

La deposición se realiza sobre un tubo de cuarzo puro que actúa de sustrato, el tubo se coloca sobre un torno para que realice el proceso de producción.
La oxidación en el método MCVD se da ya que la temperatura alta que esta dentro del interior del tubo se produce mientras la hidrólisis de una llama de H2+O2. La reacción de oxidación es:


Karen Andrea Garzón Torres
Ingenieria de Telecomunicaciones

Este método se divide en dos etapas:

1. Producir el vidrio a partir de polvos de alta pureza.

2. Estiramiento del vidrio que compone la fibra óptica.

METODO DEL DOBLE CRISOL
1. METODO DEL DOBLE CRISOL PRIMER PARTE
La primera parte de este método usa componentes o materias primas como Tetraclorosilano (SiCl4), Tricloruro de Boro (BCl3), Nitrato sódico (Na2NO3), Nitrato de calcio ,(NO3)2; estos componentes se mezclan en las proporciones adecuadas para obtener el indice de refracción que se quiere, y se purifica mediante la destilación y extracción de disolventes en el horno, el horno se calienta mediante un generador de radiofrecuencia de 5 MHz.

Cuando existen temperaturas mayores a los 1300° los vidrios alcalinos presentan una conductividad iónica, con esta conductividad es suficiente para que se produzca una acoplamiento entre el campo de radiofrecuencia (RF) y el material que funde.
Inicialmente se deja un calefactor de grafito para el primer calentamiento, de esta manera el campo RF se mantiene en la temperatura que se desea.

El material fundido recibe la energía del campo; el crisol se mantiene frio debido a una corriente gaseosa o de agua, sobre las paredes del crisol se genera una capa de sílice sólida, esto se presenta debido al salto de la temperatura que ayudar a aislar el material que se fundió.

El método de doble crisol es uno de los métodos mas antiguos de los que se tienen conocimiento, en sus comienzos se usaba un crisol de platino pero este tenia una gran atenuación en la fibra por lo cual se generaba la migración de iones ferrosos y cúpricos desde el crisol al material fundente; por lo cual se empezó a usar un crisol de sílice puro, donde la temperatura de fusión es mayor que la del vidrio multicomponente.


Buscando homogeneizar el material y de esta manera disminuir las perdidas por Rayleigh se hace burbujear un gas inerte dentro del material fundido, al elevar la temperatura se disminuye la viscosidad permitiendo de esta manera a las burbujas llegar a la superficie.

METODO DE LA PREFORMA
El método de la preforma se divide en dos etapas:

1. La fabricación o producción de la preforma.

2. Estiramiento de la preforma.

1. FABRICACIÓN DE LA PREFORMA
La fabricación la FO consiste en un cilindro robusto que tiene las mismas proporciones geométricas (diámetro del núcleo y revestimiento) y las mismas distribuciones de índices de refracción que se desea tener en la fibra.

MÉTODOS COMERCIALES (PREFORMA)
Estos métodos comerciales corresponden a procesos diseñados en los laboratorios, los cuales se basan en deposito químico desde fase vapor, es decir la síntesis de los componentes del vidrio que se encuentran a altas temperaturas.

OVD (Outside Vapor Deposition) de la Corning Glass
MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) de Bells Labs.
PCVD (Plasma Activated Vapor Deposition) de la Philips.
VAD (Vapor Axial Deposition) de la NTT.

MÉTODOS COMERCIALES (PREFORMA)
Como productos base se tienen:

-Tetracloruro de silicio (SiCl4)
-Tetracloruro de germanio (GeCl4)
-Tetracloruro de fosforilo (POCl3)
-Gas Tricloruro de boro (BCl3)
-Evaporación en flujo de Oxigeno (O2)

MÉTODOS COMERCIALES (PREFORMA)
Influencia del dopante en el índice de refracción
Siempre resulta como subproducto de la reacción el Cl2, el cual es un gas a temperatura ambiente y se extrae mediante una bomba de vacío, mientras que los óxidos son solidos y se depositan en la parte interior del tubo, lo cual forma una capa cristalina muy delgada. Para conseguir una deposición homogénea lo que se debe hacer, es hacer girar al tubo en el torno y se mueve la llama encargada de catalizar la reacción de manera longitudinal a una velocidad en el rango de los mm/s, la deposición se presenta capa a capa, por lo cual el perfil de Índice de refracción que se desea se consigue variando la composición de los reaccionantes que se usan para cada capa.


MCDV
En el interior del tubo se producen reacciones químicas, formando partículas vítreas. El proceso termina cuando las capas de la cubierta y el núcleo ya están formadas.

DEPOSICIÓN INTERNA PCVD
Se crea una zona no isotérmica la cual es producida por un generador de radiofrecuencia de 2 a 3 GHz y 100 a 500 W, es un método similar al MCVD solo que cambia la forma de calentamiento, el horno RF posee una menor inercia térmica, lo cual permite tener capas mas delgadas y en una mayor cantidad, teniendo de esta manera un perfil de Índice mas ligero y con menos saltos. Existe un método interno dentro del PVCD llamado PMCVD (Plasma-enhanced MCVD) el cual fue creado por los laboratorios Bell en donde se usa un calefactor de cobre que se coloca después de la llama para crear un plasma O2 dentro del tubo, en donde el movimiento de moléculas del plasma produce fuerzas físicas sobre las partículas de SiO2.
El PCVD permite conseguir mas de 1000 capas de FO multimodo y tiene una eficiencia de deposición bastante elevada.


PCVD
Se sustituye el generador de radiofrecuencias por uno de microondas, lo cual genera directamente la capa vítrea.

PMCVD
Cuando todas las capas ya se han realizado, se incrementa la temperatura del quemador y después de esto se procede a dar colapso a la preforma.

Para los métodos MCVD y PCDV se puede aplicar
la técnica de “Rod in Tube” el cual consiste en fabricar mediante el método de preforma solo el núcleo y después de tenerlo colocar un tubo exterior, lo cual da origen al revestimiento.

2. METODO DEL DOBLE CRISOL SEGUNDA PARTE
En la segunda parte se busca estirar la Fibra Óptica, maneja un montaje de dos crisoles concéntricos que se fabrican de platino o sílice, en la parte de abajo tiene un orificio interior el cual se diseña en función de la Fibra Optica que se quiere.

En material se introduce dentro de un dispositivo con forma de varilla de manera que la alimentación del crisol pueda ser continua, la viscosidad del material se lleva a un valor adecuado para que se estirado por medio de un horno de radiofrecuencia, el perfil de índice de refracción se ajusta mediante la posición en la que están ubicados los crisoles.
Una separación amplia produce una mezcla entre los vidrios de ambos crisoles lo cual corresponde a un índice gradual, tanto la velocidad con la que se estira como la temperatura del horno permiten controlar la mezcla de materiales y así mismo el perfil de índice, el estiramiento de la FO se hace enrollando a la FO en un tambor giratorio que se encuentra ubicado debajo del doble crisol.
Los mejores valores que se consiguen con la realización de este método están dados por:

- 4 dB/km para 0.85µm
Dispersión modal: 0.6 ns/km

- Este tipo de FO no se usan para telecomunicaciones.
VALORES DEL METODO DEL DOBLE CRISOL
DEPOSICIÓN EXTERNA OVD
Es el método de mayor producción
en el mundo, es usado por Siecor (Corning-Siemens), la deposición se presenta por hidrólisis y se genera una preforma porosa es decir que no es un solido, la hidrólisis se presenta teniendo en cuenta la reacción química:

OVD
DEPOSICIÓN EXTERNA VAD
El método VAD tiene un funcionamiento de manera que en la cámara se enfrentan los tubos que alimentan a los reaccionantes así como a la preforma en formación, los quemadores son tubos coaxiales cilíndricos de sílice donde el material reaccionante es (SiCl4+O2), el cual entra dentro del tubo central y los gases para la combustión dado por (O2+H2) entran por el exterior de los tubos.
El perfil de índice de refracción se controla por la cámara, así como por el flujo del material, también por la velocidad de rotación y la posición de los quemadores y la preforma.
La cámara de calentamiento siguiente genera un colapso de la preforma porosa y da lugar a una preforma transparente.
El crecimiento y el colapse se dan en la misma atmosfera por lo cual se genera una mayor eficiencia en el control de los contaminantes

El método VAD es mas complejo que el método OVD, es casi un método exclusivo en empresas japonesas y consiste en el crecimiento de una preforma porosa con reacciones equivalentes al método OVD.

Método de producción de la preforma.
2. ESTIRAMIENTO DE LA PREFORMA
Forma de estirado de la preforma
La preforma se pone en la parte de arriba de la maquina de estirado que aproximadamente tiene una altura de 4m, se debe poner manualmente el centro en el horno, se eleva la temperatura para reducir la viscosidad hasta un valor por donde se pueda fluir debido a la gravedad del hilo que forma la FO.
El horno puede ser de grafito o de zirconio, para evitar que hayan variaciones del diámetro de la fibra la preforma se calienta dentro de horno.

Se coloca un recubrimiento primario o coating de acrilato, el cual protege la superficie de la FO, este acrilato se coloca en un embudo de manera fija y transversal; la FO se recoge en una bobina mediante un capstan.

BIBLIOGRAFÍA
[1] Ares Roberto. "Características de la fibras ópticas", [En linea], http://www.robertoares.com.ar/wp-content/uploads/2010/06/Seccion-5.pdf

[2]. Universidad Autónoma de las Americas."Técnicas de fabricación de fibras ópticas", [En linea], http://www.uam.es/otros/masterfotonica/Documentacion/comunicaciones/tema-1.pdf

[3]Universidad Nacional de Córdoba."Elementos y Equipos Eléctricos",[En linea], http://www.efn.uncor.edu/departamentos/electro/cat/eye_archivos/apuntes/a_practico/Cap%205%20Pco.pdf

[4]Instituto Universitario de Microelectrónica aplicada. "Técnicas de fabricación de fibras", [En linea], http://www.iuma.ulpgc.es/~jrsendra/Docencia/Com_Opt_I/download/Com_Opt_I/Temario/fabricacion.pdf

[5] Grupo de estudiantes Universidad de Cantabria, Paraguay, "Diseño y fabricación de fibras",[En linea], http://grupos.unican.es/gif/co5/CO5_0809_T4_Fabricacion_1tpp.pdf
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