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FICHA DE IDENTIFICACIÓN DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

Título Fabricación de la Fibra Óptica

AUTORES

Nombres y Apellidos Código de Estudiante

Rogelio Zenon Siñani Espejo

Rodrigo Terrazas Lopez

201502564

201302455

Fecha 23/04/2018

Carrera Ingeniería de Telecomunicaciones

Asignatura Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica

Grupo

Docente Ing. Felix Pinto

Periodo Académico

1/2018

Subsede La Paz

Copyright © 2017 por Rogelio Siñani, Rodrigo Terrazas Todos los derechos reservados.

Título: Fabricación de la Fibra ÓpticaAutores: Rogelio Siñani Espejo, Rodrigo terrazas Lopez

INDICE

I.- Objetivos…………………………………………………………………………………1

1.1.- Objetivos Específicos………………………………………………………………….1

II.- Introducción…………………………………………………………………………….1

III.- Marco Teórico…………………………………………………………………………1

3.1. BREVE HISTORIA DE LA FIBRA ÓPTICA:…………………………….……….1

3.2. QUE ES LA FIBRA ÓPTICA?.....................................................................................2

3.2.1. Concepto de fibra Óptica:………………………………………………………….33.2.2. Cómo funciona la Fibra Óptica?..............................................................................33.2.3. Características Técnicas:…………………………………………………………..43.2.4. Características Mecánicas:…………………………………………………..…….43.3. FABRICACIÓN DE LA FIBRA OPTICA………………………………..………53.3.1. Técnicas de fase liquida…………………………………………………………....63.3.1.1. Manufacturado de la fibra……………………………………………………..73.3.2. Técnicas de fase vapor………………………………………………………….…..93.3.2.1. Proceso de oxidación externa en fase vapor (OVPO)……………….………..93.3.2.2. Deposición de vapor axial (VAD)……………………………………………..103.3.2.3. Deposición química de vapor modificada (MCVD)………………………….113.3.2.4. Deposición química activada por plasma (PCVD)…………………….……..123.3.3. Fibras de fluoruros…………………………………………………………………133.4. Pruebas y Mediciones ……………………………………………………….……..13

3.5. CUIDADOS PARA LA FIBRA ÓPTICA:………………………………..…………14

3.6. ESTANDARES DE LA FIBRA ÓPTICA………………………………….………14

IV.- Conclusiones……………………………………………………………………….….15

V.- Bibliografía……………………………………………………………………….……15

Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra ÓpticaCarrera: Ingeniería de Telecomunicaciones i

Título: Fabricación de la Fibra ÓpticaAutores: Rogelio Siñani Espejo, Rodrigo terrazas Lopez

INDICE DE IMÁGENES.

Fig. 1. Diagrama de bloques de la fabricación de la fibra óptica……………………………..6

Fig. 2. Sistema de fase liquida para obtención de preformar para fibra óptica………………..7

Fig. 3. Formación de una fibra por estirado de preformas……………………………….……8

Fig. 4. Método del doble recipiente para procesado de fibra continua………………..………8

Fig. 5. Variación del índice de refracción de la sílice con distintos dopantes……………..….9

Fig. 6. Esquema del proceso de oxidación externo en fase vapor (OVPO) a) Deposición del material. b) Eliminación de la porosidad c) Estirado de la Fibra……………………..…….10

Fig. 7. Proceso de deposición de vapor axial……………………………………………..….11

Fig. 8. Esquema del método de deposición en fase vapor modificado: a) Deposición por capas b) Colapso del cilindro previo para obtener el cilindro preformado c) Estirado de la fibra………………………………………………………………………………………….12

Fig. 9. Sistema de deposición química de vapor activada por plasma (PCVD)……………..12

Fig. 10. Fibra óptica recomendada según aplicación ………………………….……….……15

Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra ÓpticaCarrera: Ingeniería de Telecomunicaciones ii

Título: Fabricación de la Fibra ÓpticaAutores: Rogelio Siñani Espejo

I.- Objetivos.

Estudiar la fibra óptica, mediante la compresión de sus métodos de fabricación.

1.1.- Objetivos Específicos.

Conocer los diferentes materiales a ser usados en la fabricación de la fibra óptica. Detallar el proceso de la fabricación de la fibra óptica.

II.- Introducción.

La fibra óptica es el material que constituye la base de las modernas redes de telecomunicaciones de alta capacidad. Una fibra óptica no es más que un larguísimo filamento de vidrio, tan fino que es perfectamente flexible, debidamente protegido por una camisa plástica. A traves de estos haces se transmiten, mediante un láser acoplado, señales luminosas que se detectan en el destino.

Pero evidentemente, para tener una gran capacidad de transmisión a larga distancia, la fibra debe tener unas características muy particulares. La fabricación de fibra óptica es un proceso de alta tecnología. Tengamos en cuenta que el grosor estándar de la fibra es 125 micras (aproximadamente el doble que un cabello humano) y el núcleo es de unas 8 micras (en fibras monomodo, que son las usadas para comunicaciones a larga distancia). Y evidentemente, es crítico mantener la pureza y la regularidad del núcleo.

Todo ello convierte la fabricación de fibra en un proceso complicado. Sin embargo, el fundamento es sencillo. Se trata de construir grandes tubos de vidrio que reproducen a escala macroscópica la estructura de la fibra. Estos tubos se llaman preformas. Posteriormente, la preforma se va fundiendo y estirando hasta que obtenemos un filamento alargado cuyo fino diámetro reproduce a escala microscópica la preforma original.

El proceso de fabricación de las preformas no es en absoluto sencillo ya que evidentemente no estamos hablando de simple vidrio, sino de unas características muy concretas y una extrema pureza

III.- Marco Teórico.

3.1. BREVE HISTORIA DE LA FIBRA ÓPTICA:

Los primeros cables submarinos que sirvieron para la comunicación entre continentes fueron los cables telegráficos, instalados en los tiempos de la guerra de Secesión. Les han sucedido los cables coaxiales, para realizar conversaciones telefónicas. El primer cable coaxial que unió los dos lados del Atlántico, tendido en 1955, correspondía a 48 líneas telefónicas. ¡Cuánto camino se ha recorrido desde entonces gracias a las fibras ópticas! Un solo par de estos largos y delgados cabellos de vidrio, que vehiculan la información en forma de impulsos de luz, transmite simultáneamente cerca de 500.000 comunicaciones telefónicas de un continente a otro, es decir a una distancia de 6.000 a 10.000 km.

La idea de fabricar fibras de vidrio de sílice suficientemente puro para transportar la luz a grandes distancias se ha ido abriendo camino desde finales de los años 60. El fundamento: la luz enviada por el interior de la fibra se refleja en sus paredes, lo que tiene como consecuencia guiar el haz luminoso a lo largo de la fibra, incluso cuando ésta está curvada; sin embargo, no fue hasta mediados de los años setenta que se publicaron los resultados del trabajo teórico. Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra ÓpticaCarrera: Ingeniería de Telecomunicaciones 1


Estos indicaban que era posible confiar un haz luminoso en una fibra transparente flexible y proveer así un análogo óptico de la señalización por alambres electrónicamente.

El problema técnico que se había de resolver para el avance de la fibra óptica, residía en las fibras mismas, que absorbían luz que dificultaba el proceso para la comunicación práctica, la fibra óptica debe transmitir señales luminosas detestables por muchos kilómetros. El vidrio ordinario tiene un haz luminoso de pocos metros. Se han desarrollado nuevos vidrios muy puros con transparencias mucho mayores que la del vidrio ordinario.

La regla general durante mucho tiempo para las comunicaciones a larga distancia fueron los enlaces de radio por satélite, que no cedieron el paso a los cables ópticos hasta el final de los años ochenta. Pero, en la actualidad, la mayor parte de las comunicaciones intercontinentales se realizan a través de cables ópticos submarinos que, depositados en el fondo de los océanos, tejen una verdadera red alrededor del planeta. De este modo, las fibras ópticas han sustituido completamente a los cables coaxiales. Y, para el usuario, un signo tangible de esta mutación a las fibras ópticas en las comunicaciones telefónicas intercontinentales fue la desaparición en 1988 del tiempo muerto de 0,4 segundos, debido al enlace vía satélite. La fibra óptica puede decirse que fue obtenida en 1951, con una atenuación de 1000 dB/Km. (al incrementar la distancia 3 metros la potencia de luz disminuía ½), estas perdidas restringía, las transmisiones ópticas a distancias cortas. En 1970, la compañía de CORNING GLASS de Estados Unidos fabricó un prototipo de fibra óptica de baja perdida, con 20 dB/Km. Luego se consiguieron fibras de 7 dB/Km. (1972), 2.5 dB/Km. (1973), 0.47 dB/Km. (1976), 0.2 dB/Km. (1979). Por tanto a finales de los años 70 y a principios de los 80, el avance tecnológico en la fabricación de cables ópticos y el desarrollo de fuentes de luz y detectores, abrieron la puerta al desarrollo de sistemas de comunicación de fibra óptica de alta calidad, alta capacidad y eficiencia. Este desarrollo se vio apoyado por diodos emisores de luz LEDs, Fotodiodos y LASER (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación).

3.2. QUE ES LA FIBRA ÓPTICA?

Antes de explicar directamente que es la fibra óptica, es conveniente resaltar ciertos aspectos básicos de óptica. La luz se mueve a la velocidad de la luz en el vacío, sin embargo, cuando se propaga por cualquier otro medio, la velocidad es menor. Así, cuando la luz pasa de propagarse por un cierto medio a propagarse por otro determinado medio, su velocidad cambia, sufriendo además efectos de reflexión (la luz rebota en el cambio de medio, como la luz reflejada en los cristales) y de refracción (la luz, además de cambiar el modulo de su velocidad, cambia de dirección de propagación, por eso vemos una cuchara como doblada cuando está en un vaso de agua, la dirección de donde nos viene la luz en la parte que está al aire no es la misma que la que está metida en el agua). Esto se ve de mejor forma en el dibujo que aparece a nuestra derecha.

Dependiendo de la velocidad con que se propague la luz en un medio o material, se le asigna un Índice de Refracción "n", un número deducido de dividir la velocidad de la luz en el vacío entre la velocidad de la luz en dicho medio. Los efectos de reflexión y refracción que se dan en la frontera entre dos medios dependen de sus Índices de Refracción. La ley más importante que voy a utilizar en este artículo es la siguiente para la refracción:

Esta fórmula nos dice que el índice de refracción del primer medio, por el seno del ángulo con el que incide la luz en el segundo medio, es igual al índice del segundo medio por el seno del ángulo con el que sale propagada la luz en el segundo medio. ¿Y esto para que sirve?, lo único que nos interesa aquí de esta ley es que dados dos medios con índices n y n', si el haz de

Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra ÓpticaCarrera: Ingeniería de Telecomunicaciones 2


luz incide con un ángulo mayor que un cierto ángulo límite (que se determina con la anterior ecuación) el haz siempre se reflejara en la superficie de separación entre ambos medios. De esta forma se puede guiar la luz de forma controlada tal y como se ve en el dibujo de abajo (que representa de forma esquemática como es la fibra óptica).

Como se ve en el dibujo, tenemos un material envolvente con índice n y un material interior con índice n'. De forma que se consigue guiar la luz por el cable. La fibra Óptica consiste por tanto, en un cable de este tipo en el que los materiales son mucho más económicos que los convencionales de cobre en telefonía, de hecho son materiales ópticos mucho más ligeros (fibra óptica, lo dice el nombre), y además los cables son mucho más finos, de modo que pueden ir muchos más cables en el espacio donde antes solo iba un cable de cobre.

3.6.1. Concepto de fibra Óptica:

Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y 300 micrones). Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción. Las fibras ópticas pueden ahora usarse como los alambres de cobre convencionales, tanto en pequeños ambientes autónomos (tales como sistemas de procesamiento de datos de aviones), como en grandes redes geográficas (como los sistemas de largas líneas urbanas mantenidos por compañías telefónicas). El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.

3.6.2. Cómo funciona la Fibra Óptica?

En un sistema de transmisión por fibra óptica existe un transmisor que se encarga de transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en luminosa, por ello se le considera el componente activo de este proceso. Una vez que es transmitida la señal luminosa por las minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un tercer componente al que se le denomina detector óptico o receptor, cuya misión consiste en transformar la señal luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original. El sistema básico de transmisión se compone en este orden, de señal de entrada, amplificador, fuente de luz, corrector óptico, línea de fibra óptica (primer tramo ), empalme, línea de fibra óptica (segundo tramo), corrector óptico, receptor, amplificador y señal de salida.

En resumen, se puede decir que este proceso de comunicación, la fibra óptica funciona como medio de transportación de la señal luminosa, generado por el transmisor de LED’S (diodos emisores de luz) y láser.

Los diodos emisores de luz y los diodos láser son fuentes adecuadas para la transmisión mediante fibra óptica, debido a que su salida se puede controlar rápidamente por medio de una corriente de polarización. Además su pequeño tamaño, su luminosidad, longitud de onda y el bajo voltaje necesario para manejarlos son características atractivas.



3.6.3. Características Técnicas:

La fibra es un medio de transmisión de información analógica o digital. Las ondas electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz.

Básicamente, la fibra óptica está compuesta por una región cilíndrica, por la cual se efectúa la propagación, denominada núcleo y de una zona externa al núcleo y coaxial con él, totalmente necesaria para que se produzca el mecanismo de propagación, y que se denomina envoltura o revestimiento.

La capacidad de transmisión de información que tiene una fibra óptica depende de tres características fundamentales:

1) Del diseño geométrico de la fibra.

2) De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración. (Diseño óptico)

3) De la anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Cuanto mayor sea esta anchura, menor será la capacidad de transmisión de información de esa fibra.

Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes. Un cable de 10 fibras tiene un diámetro aproximado de 8 o 10 mm. y proporciona la misma o más información que un coaxial de 10 tubos.

El peso del cable de fibras ópticas es muy inferior al de los cables metálicos, redundando en su facilidad de instalación.

El sílice tiene un amplio margen de funcionamiento en lo referente a temperatura, pues funde a 600C. La F.O. presenta un funcionamiento uniforme desde -550 C a +125C sin degradación de sus características.

3.6.4. Características Mecánicas:

La F.O. como elemento resistente dispuesto en el interior de un cable formado por agregación de varias de ellas, no tiene características adecuadas de tracción que permitan su utilización directa.

Por otra parte, en la mayoría de los casos las instalaciones se encuentran a la intemperie o en ambientes agresivos que pueden afectar al núcleo.

La investigación sobre componentes opto electrónicos y fibras ópticas han traído consigo un sensible aumento de la calidad de funcionamiento de los sistemas. Es necesario disponer de cubiertas y protecciones de calidad capaces de proteger a la fibra. Para alcanzar tal objetivo hay que tener en cuenta su sensibilidad a la curvatura y micro curvatura, la resistencia mecánica y las características de envejecimiento.

Las microcurvaturas y tensiones se determinan por medio de los ensayos de:

Tensión: cuando se estira o contrae el cable se pueden causar fuerzas que rebasen el porcentaje de elasticidad de la fibra óptica y se rompa o formen micro curvaturas.

Compresión: es el esfuerzo transversal.

Impacto: se debe principalmente a las protecciones del cable óptico.

Enrollamiento: existe siempre un límite para el ángulo de curvatura pero, la existencia del forro impide que se sobrepase.

Torsión: es el esfuerzo lateral y de tracción. Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra ÓpticaCarrera: Ingeniería de Telecomunicaciones 4


Limitaciones Térmicas: estas limitaciones difieren en alto grado según se trate de fibras realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales sintéticos.

Otro objetivo es minimizar las pérdidas adicionales por cableado y las variaciones de la atenuación con la temperatura. Tales diferencias se deben a diseños calculados a veces para mejorar otras propiedades, como la resistencia mecánica, la calidad de empalme, el coeficiente de relleno (número de fibras por mm2) o el costo de producción.

3.7. FABRICACIÓN DE LA FIBRA OPTICA

A partir de los análisis sobre el comportamiento de las fibras ópticas parece claro que una parte fundamental para el guiado de señales ópticas es el control de los índices de refracción en el interior de la fibra. Al menos son necesarios dos materiales distintos que sean transparentes a la luz en el intervalo de longitudes de onda de trabajo. Como en la práctica la transparencia absoluta no existe se pide que los materiales tengan una atenuación óptica muy baja y que también lo sea la absorción intrínseca así como la dispersión espacial. Hay números materiales que cumplen estas características.

También es fundamental evitar la dispersión espacial debida a motivos extrínsecos como puedan ser las burbujas, grietas, tensiones, gránulos, etc. Esto restringe el número de materiales útiles y los únicos que cumplen las especificaciones son algunos vidrios, plásticos y sustancias mono cristalinas.

Otro apartado importante es que ha de ser posible (para la fabricación de fibras con índice gradual) la ligera modificación del índice de refracción mediante la disolución de varias sustancias y por tanto estas deberán ser solubles en un amplio margen de composiciones (no es simple). Esta última característica no puede obtenerse en materiales mono cristalino y por tanto tan sólo nos quedan los vidrios para fibras de índice gradual aunque ambas pueden utilizarse en fibras de índice abrupto. La gran ventaja que ofrecen los vidrios los han hecho ser al final los únicos materiales con uso real. Por último los plásticos tienen características mucho peores aunque son mucho más baratos y pueden usarse para sistemas de transmisión de corto alcance y pequeños anchos de banda

Una vez establecido cuales son los materiales con los que se van a fabricarlas fibras ópticas vamos a describir brevemente los distintos métodos para la consecución de fibras de vidrio, estos son principalmente dos:

Técnicas convencionales en las cuales se mantiene el material vítreo en estado fundido produciéndose así una estructura de vidrio multicapa.

Métodos de deposición en fase vapor que permiten fabricar vidrios silicatados que no podrían procesarse en fase líquida debido a su alto punto de fusión.



Fig. 1. Diagrama de bloques de la fabricación de la fibra óptica.

3.7.1. Técnicas de fase liquida

Aquí el proceso se inicia a partir de obtener los materiales a mezclarse estando lo más puros posibles. De hecho ya comercialmente pueden encontrarse productos de alta pureza, gran parte del precio del proceso radica en esta fase. Los materiales típicos son óxidos (SiO2 ,GeO2 ,B2O2 y Al2O3 ) y carbonatos (Na2CO3 ,K2CO3 ,CaCO3 y BaCO3) que se descomponen como óxidos en el proceso de fabricación. Todos estos compuestos han sido secados adecuadamente para reducir en lo posible la aparición de iones OH.

Una vez que ya tenemos los materiales en estado puro se trata de obtener una mezcla uniforme y libre de burbujas, se puede conseguir el índice de refracción deseado mediante el intercambio iónico de los componentes durante el proceso de fundido y mezclado. Este proceso se produce a temperaturas entre los 900 y 1300ºC y se hace en el interior de un recipiente de sílice. Los problemas en esta fase vienen dados por:

La contaminación ambiental que puede incorporarse a la mezcla. En ambiente de alta pureza donde se elimine este problema hay incorporaciones de

material del recipiente a la mezcla.

Un ejemplo del método citado puede verse en la figura 2 . Este último problema puede solucionarse mediante el uso de recipientes de platino, o bien, cambiando el sistema de elevación de temperatura, en lugar de utilizar el calentado mediante hornos se utilizan los sistemas de radiofrecuencia que serán absorbidos (y por lo tanto calentarán) por materiales iónicos, que es el caso de la mezcla mientras que no calentarán el recipiente, de esta forma



queda una película de la mezcla sobre el recipiente que aísla la parte líquida del sílice. Una vez conseguida la mezcla esta se enfría y nos quedan grandes cilindros del material del núcleo de la fibra. Asimismo se hacen cilindros huecos del material que va a ser la envoltura.

Fig. 2. Sistema de fase liquida para obtención de preformar para fibra óptica.

3.7.1.1. Manufacturado de la fibra.

Por último nos queda el proceso de estirado. La primera fase consiste en introducir el material del núcleo (cilindro macizo) en el interior de la envoltura (cilindro hueco) teniendo en cuenta que los tamaños de los cilindros son de algunos cm de diámetro. Ahora los dos cilindros concéntricos pasan a través de un horno que va a colapsar la estructura y a partir de una semilla se empezará a tirar del extremo, la velocidad con la que se tire fijará el grosor del hilo que extraigamos, la conjunción del horno más el tirado forma la fibra. Aquí hay que cuidar que el proceso de tirado sea muy uniforme al igual que el proceso del desplazamiento de los cilindros iniciales sobre el horno. El principal peligro de este proceso es que aparezcan inhomogeneidades en la intercara entre nucleo y envoltura como, por ejemplo, elementos extraños o burbujas. El proceso puede verse gráficamente en la figura 3.

Hay nuevos métodos que evitan la fabricación de los cilindros iniciales y consisten en el método del doble recipiente (figura.4). En este método tendremos dos recipientes uno dentro del otro, en el interior estará la mezcla del núcleo y en el exterior el de la envoltura, ambos recipientes tienen una salida en la parte inferior y las dos son concéntricas, al salir la temperatura disminuye y se solidifica formándose la fibra y al igual que anteriormente ahora el diámetro de la fibra se regulará mediante la velocidad con que se tire para obtener la fibra. En este método puede (al contrario que con el anterior) fabricarse fibra de índice gradual



mediante la difusión entre ambos compuestos en la zona de solidificación de la mezcla, de todas formas no puede obtenerse el perfil deseado ya que este viene forzado por el método de fabricación.

Se han conseguido atenuaciones del orden de entre 1 y 3 dB/Km y dispersiones de alrededor de 1-6 ns/Km.

La gran ventaja es que el método de producción es continuo con lo que pueden obtenerse fibras de cualquier longitud.

Fig. 3. Formación de una fibra por estirado de preformas

Fig. 4. Método del doble recipiente para procesado de fibra continua.



3.7.2. Técnicas de fase vapor

Este tipo de proceso se utiliza para conseguir vidrios ricos en sílice, con alta transparencia y óptimas propiedades ópticas. Los materiales de partida son compuestos volátiles (gases o líquidos o sólidos con alta presión de vapor) que pueden ser purificados como en el caso anterior hasta niveles de impurezas por debajo de 109. La modificación del índice de refracción se consigue mediante la adición de materiales que no forman parte de la sílice como por ejemplo (TiO2 ,GeO2 ,P2O5 , Al2O3 ,B2O3 y F) y F cada uno de ellos causa distintos efectos en el índice de refracción.

En una cámara de reacción se mezclan de forma gaseosa los formantes de la sílice, los dopantes y oxígeno, se producen reacciones químicas formándose los compuestos sólidos deseados, la deposición de estos compuestos tiene lugar sobre un sustrato o en la paredes de un tubo hueco y se va formando capa tras capa el material deseado, como podemos controlar la deposición por capas, esto nos va a permitir, cambiando la composición de los gases, llegar a los perfiles de índice de refracción que se hayan calculado previamente. Un ejemplo de la v variación de los índices de refracción con la concentración de dopante puede verse en la figura 5.

Hay varias técnicas que aprovechan el proceso antes citado cada una con sus ventajas e inconvenientes, vamos a describirlas someramente.

Fig. 5. Variación del índice de refracción de la sílice con distintos dopantes.

3.7.2.1. Proceso de oxidación externa en fase vapor (OVPO)

Consiste en pasar los compuestos en fase vapor a través de una llama generada por una reacción O-H, de esa forma los vapores se hidrolizan en la llama y se van depositando sobre un tubo fino y frio, el tubo va girando constantemente y se va depositando la película por capas, el espesor de estas capas se puede regular mediante la velocidad de deposición y la velocidad de giro. Como ya hemos dicho cambiando el tipo de gases va cambiando la película pudiendo formarse el perfil deseado (figura 6 a).

Una vez depositado el material (se deposita un espesor de varios cm) este queda en forma de masa porosa, de ella tiene que extraerse el tubo interno que sirvió como base de deposición y Asignatura: Sistemas de Transmisión por Fibra ÓpticaCarrera: Ingeniería de Telecomunicaciones 9


posteriormente hay que cristalizar el cilindro hueco para eliminar la porosidad y por tanto el aire que pueda contener (figura 6 b). Finalmente se pasa a través de un segundo horno donde ya se estira para conseguir la fibra cerrando el hueco interno y dejando la fibra en su estado final (figura 6c).

Los problemas que plantea esta técnica son varios, el primero es que la eliminación del agua no es total y quedan trazas que contribuyen a la atenuación, ésta puede eliminarse si el proceso de compactado se realiza en presencia de Cl que elimina mejor el agua. El segundo de los problemas es que queda una depresión en el índice de refracción en el centro de la fibra al eliminar el agujero central, también la eliminación del tubo interno genera micro fracturas que posteriormente actuaran en favor de la dispersión Mie. Como problema final tenemos que es un proceso por lotes por lo que la dimensión final de la fibra queda limitado aunque se han conseguido fibras de 250Km

Fig. 6. Esquema del proceso de oxidación externo en fase vapor (OVPO) a) Deposición del material. b) Eliminación de la porosidad c) Estirado de la Fibra.

3.7.2.2. Deposición de vapor axial (VAD)

Este proceso fue desarrollado para conseguir un procesado continuo (en lugar de por lotes). Consiste en la deposición de los materiales de formación de la fibra en un extremo en lugar de sobre toda la superficie. La barra de material se va desplazando durante el transcurso de la deposición y sigue los mismos pasos que el proceso anterior eliminando los pasos determinados por la barra intermedia. Ahora la barra inicial crece en dirección axial y se desplaza a la velocidad de crecimiento, el perfil es controlado por la temperatura en los distintos tipos del sustrato que se fija según las condiciones de los flujos de gases (figura 7).

Este tipo de fibras también sufre de pérdidas debidas a la absorción de agua pero en ellas se evitan las microfacturas y la depresión debida al agujero central. Pueden conseguirse atenuaciones más bajas que en el proceso anterior, en el rango entre 0.7 y 2dB/Km.



Fig. 7. Proceso de deposición de vapor axial.

3.7.2.3. Deposición química de vapor modificada (MCVD)

La deposición química de vapor es utilizada en los proceso decrecimiento de una capa aislante de SiO2 en la industria de los circuitos integrados y se trasladó a los procesos de fabricación de fibra óptica.

Consiste en la utilización de un compuesto muy volátil del Si, típicamente SiH4que entra en contacto con oxígeno y forma el SiO2y agua que se evapora, pero hace falta una superficie inicial donde se produzca la reacción. En el caso de la producción de fibra, esta superficie es el interior de un tubo de sílice frio, las moléculas de gas que viajan en el interior del tubo forman partículas vítreas que se depositan en las paredes del tubo. El tubo puede ser la envoltura de la fibra o una simple estructura de soporte que no va a participar en el guiado óptico. El núcleo se va formando por capas moviendo axialmente el horno sobre el tubo contenedor, finalmente la estructura resultante que es hueca pasa por otro horno se colapsa y se forma la fibra resultante (figura 8).

Esta es la técnica que se usa predominantemente en la actualidad, tiene como ventajas la reducida contaminación con agua y que al realizarse el proceso en una zona limpia las impurezas debidas al ambiente se reducen radicalmente. Mediante este tipo de fibras es usual la obtención de atenuaciones de 0.35dB/Km y anchos de banda en fibra graduales multimodo que rozan los 5GHz_Km. Su problema es que es una técnica que utiliza el procesado por lotes limitando así la longitud máxima de las fibras.



Fig. 8. Esquema del método de deposición en fase vapor modificado: a) Deposición por capas b) Colapso del cilindro previo para obtener el cilindro preformado c) Estirado de la fibra.

3.7.2.4. Deposición química activada por plasma (PCVD)

Esta técnica es una variación de la anterior de forma que se varía el tipo de calentamiento de los vapores, mientras que en la anterior se usaba calor resistivo en este caso se calienta mediante plasma evitando la formación de partículas que queden libres antes de su deposición sobre la película. Se pueden conseguir perfiles a voluntad con mayor facilidad que con las demás estructuras y se llegan a depositar unas 2000 capas lo que nos da una idea del control que podemos tener sobre el perfil (figura 9). Salvando este punto el proceso replica al anterior con sus ventajas e inconvenientes.

Fig. 9. Sistema de deposición química de vapor activada por plasma (PCVD)



3.7.3. Fibras de fluoruros.

Como se puede deducir de los análisis de atenuación que se hicieron en capítulos anteriores, si se cambiaba el material base y en lugar de sílice se utilizaban fluoruros las atenuaciones mínimas teóricas podían llegar a 0.02dB/Km, para longitudes de onda entre las 2 y 5μm. Para su realización se utilizan sistemas vítreos basados en fluorozirconatos (ZrF4) y fluorohafnatos (HfF4). Las fibras de este tipo han sido realizadas mediante las mismas técnicas descritas con anterioridad para silicatos, el problema es que se han encontrado que la utilización de recipientes tanto de sílice como de platino.

La solución encontrada y que a primera vista es bastante artesanal ha sido la siguiente; sobre un recipiente frio se deposita el líquido que formará la envoltura de la fibra, antes de que este termine de solidificar y dado que lo hará primero en los bordes del recipiente se vacía el interior resultado un cilindro hueco, en este hueco se deposita el material formante del núcleo y se permite que solidifique, a partir de aquí se puede utilizar las técnicas de hilado vistas con anterioridad en el apartado 3.3.1.1. Medidas de campo han resultado en atenuaciones de 0.03dB/Km para una longitud de onda de 2.56μm.

3.8. Pruebas y Mediciones

Luego 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.

Primero: Se prueba la fuerza de tensión de la fibra. Cada bobina de fibra es arrastrada y se enrolla a través de una serie de cabrestantes y sujeta a cargas para asegurar que la fibra muestre una fuerza de tensión mínima de 100,000 lb. La fibra se devana en carrete y se corta a longitudes específicas.

Segundo: La fibra óptica también se prueba para evitar defectos puntuales con un reflectometro óptico, el cual indicara cualquier anomalía a lo largo de la longitud de la fibra. Una serie de parámetros ópticos dependen de la longitud de onda. Estos parámetros incluyen: la atenuación, y el ancho de banda, La apertura numérica, la dispersión cromática.

Tercero: las fibra multimodos y monomodos son probados en sus parámetros geométricos, incluye pruebas del diámetro del cladding, la no circularidad del cladding, cubierta del diámetro exterior, la no circularidad del diámetro exterior, error de concentricidad del cladding y del núcleo, y diámetro del núcleo.

La comprobación medioambiental y mecánica también se realiza periódicamente para asegurar que la fibra mantenga su integridad óptica y mecánica. Estas pruebas incluyen la fuerza de tensión y operación en rangos de temperatura, dependencia de la atenuación con la temperatura, dependencia de la temperatura y humedad, y su influencia en el envejeciendo.



Características de la fabricación de fibra Multimodo

Características de la fabricación de fibra Monomodo

3.5. CUIDADOS PARA LA FIBRA ÓPTICA:

Aunque la fibra óptica es relativamente robusta y resistente, pueden surgir durante su manipulación pequeñas fracturas que, además de perjudicar la transmisión, disminuyen su resistencia mecánica, lo cual puede producir, en un futuro inmediato, la rotura total de la fibra. Para proteger la fibra óptica durante la fabricaci8n se le aplica a la cubierta un revestimiento adecuado.

La manipulación de las fibras ópticas a preparar y conectar se realiza aislando eléctricamente a los Componentes Activos del entorno eléctrico (cargas estáticas, campo EM, etc), operando exclusivamente sobre las fibras.

3.6. ESTANDARES DE LA FIBRA ÓPTICA

ESTANDAR ANSI/TIA/EIA-568-B.3

Publicado en el 2000, el estándar ANSI/TIA/EIA-568-B.3 indica los requerimientos mínimos para componentes de fibra óptica utilizados en el cableado en ambientes de edificio, tales como cables, conectores, hardware de conexión, patch cords e instrumentos de prueba, y establece los tipos de fibra óptica reconocidos, los que pueden ser fibra óptica multimodo de 62.5/125 &µm y 50/125 &µm, y monomodo. Se especifica un ancho de banda de 160/500 MHz. Km para la fibra de 62.5/125 &µm y de 500/500 MHz. Km para la fibra de 50/125 &µm, y atenuación de 3.5/1.5 dB/Km para los largos de onda de 850/1300 nm en ambos casos respectivamente.



Fig. 10. Fibra óptica recomendada según aplicación

IV.- Conclusiones.

La fibra óptica se convirtió en la forma más efectiva para la transmisión de datos en la actualidad.

Debe tenerse un absoluto cuidado en el proceso de fabricación debido a que las fallas de fabricación podrían causar mucho daño en la transmisión.

Cada método de fabricación dará una calidad física diferente a la fibra óptica. Aunque la fibra óptica es muy eficaz hoy en día aún se van buscado mezcla de

componentes mucho mas eficaces.

V.- Bibliografía.

https://grupos.unican.es/gif/co5/CO5_0809_T4_Fabricacion_1tpp.pdf

https://blogingenieria.com/productos/fabricacion-fibra-optica/

http://lafibraopticaperu.com/fabricacion-y-materiales-de-la-fibra-optica/

https://www.xatakaciencia.com/tecnologia/como-se-fabrica-la-fibra-optica


https://www.xatakaciencia.com/tecnologia/como-se-fabrica-la-fibra-optica

http://lafibraopticaperu.com/fabricacion-y-materiales-de-la-fibra-optica/

https://blogingenieria.com/productos/fabricacion-fibra-optica/

https://grupos.unican.es/gif/co5/CO5_0809_T4_Fabricacion_1tpp.pdf


EVALUACIÓN DEL DOCENTE

CRITERIO DE EVALUACIÓN PUNTAJE

CALIFICACIÓN

1 Entrega adecuada en plazo y medio. 10

2 Cumplimiento de la estructura del trabajo.

10

3 Uso de bibliografía adecuada. 10

4 Coherencia del documento. 10

5 Profundidad del análisis. 15

6 Redacción y ortografía adecuados. 10

7 Uso de gráficos e ilustraciones. 10

8 Creatividad y originalidad del trabajo. 15

9 Aporte humano, social y comunitario. 10

Calificación Final: /100


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