Fabricacion de Fibra Optica Final

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    28-Nov-2015

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Mtodos de Fabricacin de laFibra pticaCARRERA:

Ing. en Telecomunicaciones

MATERIA:

Fibra pticaALUMNOS:

Mayde Ibaez

Omar Medrano

Johevn Asbn

DOCENTE:

Ing. Flix PintoFecha: 4/11/10

FABRICACION DE FIBRA OPTICAMATERIALES USADOS POR LA FIBRA OPTICAEl material utilizado principalmente para la fabricacin de las fibras pticas es el Dixido de Silicio, Cuarzo o Slice.

Durante el proceso de fabricacin se incorporan al dixido de silicio los aditivos de dopado utilizados para modificar el valor de los ndices de refraccin del ncleo y del revestimiento de la fibra ptica.El Dixido de Silicio en el ncleo de la fibra ptica esta dopado con aditivos de boro y flor para aumentar el valor del ndice de refraccin.En el revestimiento de la fibra ptica el dixido de silicio esta dopado con aditivos de germanio y fosforo para disminuir el valor del ndice de refraccin. Para la fabricacin de las fibras pticas se requieren materiales de muy alta transparencia ptica por lo que el Dixido de Silicio utilizado se ha de obtener en un estado pursimo.

La utilizacin del dixido de silicio se fundamenta en la propiedad de su obtencin mediante un proceso qumico de deposicin, que garantiza su alto grado de pureza.En este proceso se obtiene el dixido de silicio, tras pasar por una fase gaseosa en el que se aaden los aditivos de dopado, lo que garantiza una mezcla homognea del dixido de silicio y de los aditivos de dopado.

El cuarzo o la arena de slice obtenibles por medios naturales no son validos como dixido de silicio para ser utilizado en la fabricacin de fibras pticas. El proceso consiste en obtener inicialmente el tetracloruro de silicio a partir del cuarzo, mediante su reduccin con carbn y posterior transformacin con cloro.

A continuacin y tras de una destilacin fraccionada, se obtiene en forma ultra pura el tetracloruro de silicio, mientras que los cloruros metlicos quedan ene l proceso de destilacin. El paso siguiente es un proceso qumico de deposicin del tetracloruro de silicio para obtener el dixido de silicio puro que es la materia prima necesaria para la fabricacin de las fibras pticas.

Existen varios materiales que pueden ser utilizados en la fabricacin de la fibra, pero solo algunos de ellos tienen las siguientes caractersticas especiales requeridas por la fibra.

1. El material debe permitirnos fabricar fibras, delgadas, flexibles y largas.

2. El material debe ser transparente a una longitud de onda particular para poder guiar la luz de manera eficiente.

3. Compatibilidad fsica de los materiales que tengan pequeas diferencias de ndice refractivo para el ncleo y el cladding.

4. Finalmente, debe de ser un material que sea abundante y barato

Dos de los materiales que cumplen con estos requisitos son el plstico y el vidrio.TIPOS DE FIBRAS

1. Fibra de VidrioLa mayora de los vidrios transparentes pticos con el cual estn fabricadas las fibras estn compuestos por los xidos de vidrio. El ms popular es la slica (SiO2). Un vidrio compuesto de silica pura conocido como vidrio de slice, slice vtrea. El vidrio es fabricado por la fusin o mixtura de xidos de metal, sulfuros o seleniuros.

Algunas de sus propiedades buscadas son su resistencia a la deformacin por altas temperaturas, buena durabilidad qumica, y alta transparencia tanto en la regin visible como infrarroja que son de inters en los sistemas pticos. Para producir dos materiales diferentes y con pequeas diferencias de ndices de refraccin entre el ncleo y la corteza, el flor u otros xidos son comnmente agregados al silicio. Estos dopantes lo podemos clasificar en dos grupos bsicos:

Dopantes que incrementan el IOR, y dopantes, que disminuyen el IOR.Por ejemplo, el B2O3 y los dopantes de flor que hacen decrecer el IOR, mientras que el GeO2, P2O5 incrementarn el IOR de un material tal como mostramos en la figura.

La siguiente lista nos muestra algunos dopantes que se usan para fabricar el ncleo y el cladding de varias fibras.

Core Cladding

SiO 2 B 2 O 3 -SiO 2

GeO 2 -SiO 2 SiO 2

P 2 O 5 -SiO 2 SiO 2

2. Fibras de vidrios HalideEl segundo tipo de vidrio usado es del tipo halide. Se ha encontrado que el vidrio de fluoruro tiene perdidas de transmisin extremadamente baja para longitudes de onda que van en el rango de 0.2 a 0.8 m. Los vidrios de fluoruros pertenecen a la familia general de los vidrios halide que forman el grupo VII de la tabla peridica, y que empiezan con el Fluoruro, cloro, bromo y Yodo. El material en el que los investigadores se han concentrado es el vidrio de metal pesado de fluoruro, que usa ZrF4 (Fluoruro de Zirconio) como su mayor componente. Algunos otros constituyentes necesitan ser adicionados para lograr que el vidrio tenga una moderada resistencia a la cristalizacin. La mezcla de zirconio, bario, lantano, sodio y aluminio, este tipo de vidrio (tambin conocido como 'ZBLAN') es cientos de veces ms transparente que el vidrio de slice, fue descubierto accidentalmente por POULAIN y LUCAS en la Universidad de Rennes en Francia. ZBLAN es el material que forma el ncleo de la fibra de vidrio para lograr en el vidrio un ndice refractivo bajo, remplazando parcialmente el ZrF4 por el HaF4 se obtiene el cladding de ZHBLAN. Tericamente, la mnima atenuacin de este material est estimada en 0.001 dB/Km.Desafortunadamente, las fibras de vidrio de fluoruro son muy difciles de producir en la Tierra. Los fundidos tienden a cristalizar antes de que se forme el vidrio. La razn es que la gravedad produce la conveccin o mezcla en el fundido. En efecto, la gravedad la 'remueve', y, en un proceso conocido como dilucin de corte, el fundido se vuelve ms fluido. En los fundidos que son ms fluidos, como esos removidos por la gravedad, los tomos se mueven ms rpidamente, por lo que pueden disponerse en arreglos ms geomtricos ms rpidamente. En fundidos ms espesos y viscosos, los tomos se mueven ms lentamente. Es ms difcil que se formen patrones regulares. Es ms probable que el fundido forme un vidrio. De aqu que tericamente en una microgravedad, los fundidos deberan de ser ms viscosos de lo que lo son en la Tierra.

3. Fibra de Vidrios Chalcogenide (Calcogenuros) Adems de permitir la creacin de amplificadores pticos, las propiedades no lineales de las fibras de vidrios pueden ser explotadas para otras aplicaciones, tales como la fabricacin de switches pticos y el lser de fibra. Los vidrios del tipo Chalcogenides pueden ser usados satisfactoriamente en estas aplicaciones debido a que su alta no linealidad. Las fibras de vidrios Chalcogenides, contienen Arsenio, Germanio, Fsforo, Sulfuro, Selenio o Telurio. Los vidrios chalcogenides estn basados en los elementos calcogenuros con base S, Se y Te y la adicin de otros elementos tales como el Ge, St y Sb que conducen a la formacin de vidrios estables. Asimismo se pueden agregar componentes Halides conduciendo a la formacin de vidrios Chalcohalides.4. Fibra ptica de PlsticoComo mencionamos antes, el plstico es algunas veces usado en lugar de la fibra ptica de vidrio. Las fibras de plsticos han sido usados tradicionalmente en espacios de distancias cortas (hasta 100 metros) y donde no se requiere resistencias fsicas: Por ejemplo, pueden ser utilizados en aplicaciones mdicas y para la fabricacin de algunos sensores donde solo se requieren longitudes cortas de fibra. En adicin, la flexibilidad mecnica del plstico permite a estas fibras tener ncleos amplios. Este factor permite su uso por lo barato, y hace atractivos estos tipos de sistemas. Los siguientes son algunos ejemplos de los componentes usados en las fibras de plstico: Ncleo polysterene / cladding methyl methacrylate.

Ncleo polymethyl methacrylate /cladding copolymer.

Comparando las fibras de plsticos a su contraparte el vidrio, el espectro de transmisin es similar. Las POF son ms livianas y bajas en costo. Sin embargo las POF son menos usadas debido a su alta atenuacin en comparacin a las de vidrio. Otra limitacin es que el plstico est limitado a un determinado rango de temperatura.

La fibra ptica de Plstico cuya abreviatura es POF, tpicamente usa ncleo de Polimetilmetacrilato PMM de gran pureza con un recubrimiento de polmeros uorados como cubierta. Son de gran dimetro, 96% de su seccin est conformada por el ncleo que permite la transmisin de la luz.

PROCESO DE FABRICACION DE LA FIBRA OPTICA.

A continuacin se describirn los tres procesos ms empleados en la fabricacin de la preforma de la Fibra ptica. La preforma es el cilindro macizo de dixido de silicio dopado que sirve como materia prima para la elaboracin de la Fibra ptica. El paso siguiente para la elaboracin de las fibras pticas, tal como las conocemos una vez fabricadas, es la extrusin de la preforma.

FABRICACION DE LA PREFORMA

Los cuatro procesos ms utilizados para fabricar la preforma son los siguientes:

M.C.V.D.Modified Cheminal Vapor Deposition:Este mtodo fue desarrollado inicialmente por Corning Glass y modificado posteriormente por los Laboratorios de Bell Telephone para su uso industrial. Para la fabricacin de la preforma se parte de un tubo de cuarzo puro, en cuyo interior se deposita una serie de capas concntricas, constituidas por la mezcla ya descrita anteriormente de dixido de silicio y aditivos de dopado. Estas capas concntricas, depositadas internamente, constituirn el ncleo de la fibra ptica. El procedimiento industrial consiste en instalar el tubo de cuarzo, mediante un quemador de oxigeno e hidrogeno, hasta que alcanza una temperatura comprendida entre 1.400 C y 1.600 C.

Seguidamente, el torno comienza a girar y el quemador se desplaza longitudinalmente a lo largo del eje del tubo. Por un extremo del mismo se introducen los aditivos de dopado que se van a necesitar mezclados con la cantidad exacta de oxigeno. Este es el paso fundamental del proceso pues de la proporcin de los aditivos de dopado introducidos depender el perfil final del ndice de refraccin del ncleo de la fibra ptica.

Durante la oxidacin, se produce la mezcla homognea del dixido de silicio con los aditivos de dopado depositndose en la cara interior del tubo de cuarzo en forma de capas concntricas sucesivas pasadas en ambos sentidos del quemador, a la vez que el torno continuo girando, garantizan la deposicin de las sucesivas capas concntricas. De esta forma se conforma el perfil deseado con los valores de los ndices de refraccin prefijados para el ncleo de la fibra ptica. Este paso del proceso recibe el nombre de Sintetizacin del ncleo de la Fibra ptica.Todo el proceso se realiza en fbrica de forma totalmente automtica, bajo la supervisin de un ordenador, con lo que en la prctica se limita a la introduccin en el ordenador de los parmetros de diseo deseados. El ltimo paso del proceso consiste, una vez realizada la operacin de deposicin, en la operacin de colapsado.En esta ltima, el tubo de cuarzo con el dixido de silicio en su interior convenientemente dopado, se convierte en el cilindro macizo que constituye la preforma. Esta operacin se realiza mediante varias pasadas consecutivas del quemador a una temperatura comprendida entre 1.700 C y 1.800 C.

Esta temperatura garantiza el reblandecimiento del Cuarzo con lo que tubo se colapsa y se convierte en el cilindro macizo que constituye la preforma. Las dimensiones geomtricas de la preforma son una longitud til de aproximadamente un metro con un dimetro exterior de un centmetro.

En la siguiente figura se esquematiza el mtodo y se indican los materiales de aportacin y aditivos de dopado que intervienen en el proceso.

O.V.P.O. Proceso de oxidacin externa en fase vapor:Consiste en pasar los compuestos en fase vapor a travs de una llama generada por una reaccin 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 pelcula por capas, el espesor de estas capas se puede regular mediante la velocidad de deposicin y la velocidad de giro. Como ya hemos dicho cambiando el tipo de gases va cambiando la pelcula pudiendo formarse el perfil deseado (figura 4.5 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 sirvi como base de deposicin y posteriormente hay que cristalizar el cilindro hueco para eliminar la porosidad y por tanto el aire que pueda contener (figura 4.5 b). Finalmente se pasa a travs 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 4.5 c).

Figura 4.5: Esquema del proceso de oxidacin externo en fase vapor (OVPO)

(a) Deposicin del material(b) Eliminacin de la porosidad;(c) Estirado de la fibra.

Los problemas que plantea esta tcnica son varios, el primero es que la eliminacin del agua no es total y quedan trazas que contribuyen a la atenuacin, sta 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 depresin en el ndice de refraccin en el centro de la fibra al eliminar el agujero central, tambin la eliminacin del tubo interno genera microfracturas que posteriormente actuaran en favor de la dispersin

V.A.D. Vapor Axial Deposition.

Este mtodo est basado en un tcnica desarrollada por N.T.T. Nippon Telephone and Telegraph y es la empleada por las compaas japonesas fabricantes de fibra ptica. Las materias primas empleadas son las mismas que en la tcnica M.C.V.D. y la diferencia entre ambas tcnicas radica en que, mientras en la tcnica M.C.V.D. tan solo se depositaba el ncleo de la fibra ptica, en la tcnica V.A.D. se deposita tanto el ncleo de la fibra como su revestimiento.

Para la fabricacin de la preforma se parte de un cilindro de vidrio auxiliar que servir de soporte para iniciar la operacin.

Los materiales se van depositando ordenadamente a partir del extremo del cilindro auxiliar con lo que la preforma porosa va creciendo axialmente sobre dicho cilindro auxiliar. Dado que en esta tcnica se deposita tanto el ncleo de la fibra ptica como su revestimiento u operacin de sntesis del ncleo y del revestimiento, debe de cuidarse que en la zona de deposicin axial o ncleo se deposite comparativamente ms dixido de germanio que en la periferia, lo que se realiza como en los otros mtodos mediante la introduccin en el ordenador de los parmetros de diseo pertinentes.

La preforma porosa, conforme su tasa de crecimiento, va siendo desprendida del cilindro auxiliar de vidrio. Con este mtodo se puede obtener preformas en forma de varillas comparativamente ms largas que con el proceso anteriormente descrito.El ltimo paso consiste en la operacin de colapsado, en la cual la preforma porosa es sometida a un temperatura comprendida entre 1.500 C y 1.700 C que garantiza el reblandecimiento del Cuarzo. La preforma porosa, hueca en su interior, se colapsa convirtindose en el cilindro macizo y t...