Optic Fiber Fabrication/es

Datos de ubicación

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Ubicación	Kingston , Canadá
Coordenadas	44° 13' 50.47" N, 76° 28' 52.76" O

Las fibras ópticas ^W son fibras largas compuestas de vidrio o plástico. Se utilizan para transmitir señales luminosas a largas distancias a altas velocidades de transferencia.

Las fibras ópticas han sustituido el uso convencional del cableado metálico para transmitir información en áreas donde las ventajas de la fibra óptica superan con creces las de los medios convencionales.

Algunas ventajas de utilizar cables ópticos para transmitir información son que utilizan ondas de luz en lugar de pulsos electrónicos y, por lo tanto, son inmunes a los campos electromagnéticos ^{[ 1 ] [ 2 ].}

• Los cables de fibra óptica se utilizan hoy en día como medio de telecomunicaciones y redes. Ofrecen una forma de conectar físicamente puertos de información mediante líneas de transmisión flexibles, de alta velocidad y fiables. La baja atenuación de la fibra óptica proporciona una baja tasa de error de transferencia. En 2001, se registraron velocidades de transferencia de hasta 40 Gb/s por fibra óptica. ^{[ 3 ]}
• Instalaciones como las centrales eléctricas generan campos electromagnéticos intensos que interfieren con la información transmitida por cables metálicos. Por lo tanto, la fibra óptica, al ser inmune a estos campos, puede utilizarse de forma fiable en estas situaciones.
• Los sensores de medición pueden utilizar fibra óptica para medir la deformación ^W , la temperatura y la presión modulando la intensidad de la luz, los cambios de fase ^W , la polarización ^W , la longitud de onda ^W y el tiempo de transmisión de la luz.
• La fibra óptica se utiliza para transmitir luz visible ^de una fuente a otra.
  • Esto se utiliza en procedimientos médicos, ya que muchas operaciones se realizan en áreas muy pequeñas que requieren luces muy directas y focalizadas, sin las limitaciones de la línea de visión que exigen las fuentes de luz convencionales.
  • La luz también puede redirigirse desde un colector situado en el exterior de un edificio y dirigirse al interior, a lugares que normalmente no reciben luz solar natural.
  • La luz puede transmitirse con fines estéticos en letreros o para decoraciones festivas en productos comerciales.

Las fibras ópticas son guías de onda dieléctricas ^W que aprovechan la reflexión interna total ^W para transmitir luz. Un núcleo central hecho de sílice ^W (SiO2) y germanio ^W , que varía en diámetro de 8 µm a 63 µm. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Este está rodeado por una funda de sílice llamada revestimiento.

El núcleo y el revestimiento tienen índices de refracción diferentes.

La reflexión interna total permite que la fibra se refleje en el límite del revestimiento y contenga la luz dentro del núcleo. De esta manera, la fibra óptica actúa como una guía de ondas.

La reflexión interna total se produce debido a las diferencias en los índices de refracción entre el núcleo y el revestimiento de la fibra. El núcleo siempre tiene un índice de refracción mayor que el revestimiento, ya que esto provoca que los haces de luz se reflejen hacia adentro y continúen viajando de un extremo a otro de la fibra. El índice de refracción ^W se mantiene bajo, ya que los índices más altos reducen la velocidad de la luz, lo que ralentiza la transferencia de información.

Las reacciones que tienen lugar en la fabricación de fibras ópticas se encuentran en la formación de la preforma, tal como se describe en la siguiente sección.

Las reacciones que se producen son las siguientes:

SiCl4 + O2 -> SiO2 + 2Cl2

GeCl4 + O2 -> GeO2 + 2Cl2

Una preforma es una pieza cilíndrica de material que suele medir 1 metro de largo y 10 centímetros de diámetro.

Depósitos químicos en fase vapor modificados (MCVD)

MCVD es un proceso que utiliza un tubo hueco de sílice (SiO2) como base y rellena el interior con una mezcla sólida de sílice y germanio (GeO2).

El tubo hueco gira constantemente a 100 RPM sobre su eje central. Se bombean gases de tetraóxido de silicio, tetraóxido de germanio y oxígeno (O₂) al interior de la preforma. Una fuente de calor externa, que varía según la tecnología disponible, se aplica al tubo y lo atraviesa de un extremo al otro. El sistema alcanza temperaturas de 1200 °C y genera una reacción en los gases. El SiO₂ y el GeO₂ se forman como partículas y se fusionan con el diámetro exterior del tubo, mientras que los gases residuales pasan por el extremo opuesto. Con la fuente de calor transversal, todo el tubo se llena de partículas sólidas hasta que solo queda un estrecho conducto en el centro de la preforma. El calor aumenta al reducir la velocidad de la fuente de calor que recorre el tubo, y la preforma se colapsa, eliminando el conducto.

El producto final es la preforma que se utiliza en el siguiente paso del proceso. ^{[ 6 ]}

Revestimiento exterior

El revestimiento exterior se realiza por una de dos razones.

1. El revestimiento aumentará el diámetro de la preforma para que cumpla con las especificaciones requeridas para el estirado de fibra en el siguiente paso.
2. El recubrimiento permite crear múltiples capas de revestimiento con diferentes índices de refracción. Esto se puede utilizar para obtener un perfil de índice de refracción más favorable y reducir la atenuación en la fibra óptica.

Este proceso requiere al menos dos tubos huecos hechos de materiales de revestimiento. Un tubo de revestimiento debe ser más grande que el núcleo de la preforma preexistente, y el segundo, más grande que el primero. El primer tubo de revestimiento se coloca alrededor de la varilla del núcleo de la preforma y el segundo, alrededor del primero. Se genera un gradiente de presión donde la presión fuera del segundo tubo de revestimiento es mayor que la presión dentro del mismo. Esto provoca la fusión de los materiales hacia adentro. Una fuente de calor calienta los tres componentes, causando que el primer tubo de revestimiento colapse sobre la varilla del núcleo de la preforma y el segundo sobre el primero. Este proceso produce una preforma con múltiples revestimientos. ^{[ 7 ]}

Horno

El horno utilizado en el proceso de estirado tiene una cavidad longitudinal en la que se puede insertar la preforma verticalmente. El horno está construido con cerámica de alta temperatura para permitir alcanzar altas temperaturas sin que se produzcan cambios en los materiales del horno. Una bobina de alta frecuencia rodea la cavidad vertical y genera un campo electromagnético para calentar la parte inferior de la preforma y provocar la fusión del material. ^{[ 8 ]}

Calentamiento de preformas

La preforma se calienta en el horno hasta que comienza a fluir. Una porción de la preforma se extrae del fondo del horno y se introduce en los mecanismos de rodillos. El rodillo extrae la preforma del horno a velocidades reguladas para producir fibras del diámetro adecuado. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

Durante el proceso de estirado, dispositivos de medición dinámicos observan el diámetro de la fibra en diferentes puntos del proceso. Estos diámetros se introducen en un sistema de respuesta que ajusta la velocidad de los rodillos que tiran de la fibra que se forma a partir del material de preforma calentado.

Los sistemas de medición láser se utilizan comúnmente debido a su alta precisión y rápido tiempo de respuesta. ^{[ 12 ]}

El contenido de germanio en una preforma determina su índice de refracción. Gracias a esto, los procesadores pueden modificar las propiedades refractivas del material del núcleo y del material de revestimiento.

El perfil del índice de refracción en las fibras ópticas determina su calidad. Las fibras ópticas multimodo se ven más afectadas por la creación de índices de refracción graduales, mientras que las fibras ópticas monomodo ^W suelen tener un índice de refracción escalonado debido a su diámetro minúsculo. Un índice de refracción gradual provoca que la luz se propague a través de la fibra como una onda sinusoidal y nunca alcance un ángulo crítico de reflexión con el revestimiento. Esto aumenta la resistencia de la fibra a la atenuación con la longitud de la misma.

Este proceso se creó para producir fibra óptica de índice gradual sin las complicaciones que supone la formación de un índice de refracción parabólico durante la etapa de preformado.

• Dos extrusoras Randcastle ^W con diámetros de 12,7 mm
• Tornillo único
• bloque de matriz de coextrusión
• sección de difusión
• Material dopado colocado en el alimentador 1 para la fabricación del núcleo.
• Material puro colocado en el alimentador 2 para la fabricación del revestimiento ^{[ 13 ].}

Los materiales se calientan hasta sus puntos de fusión subjetivos y se introducen en el bloque de la matriz de coextrusión. Durante la extrusión, los dos materiales forman una estructura de núcleo-revestimiento. El material llega al final de las secciones de difusión y se estira de la misma manera que en los métodos convencionales de estirado de fibras. ^{[ 14 ]}

Parámetro de viscosidad

El perfil del índice de refracción en el proceso de coextrusión está controlado por la viscosidad de los materiales bajo plastificación a alta temperatura. ^{[ 15 ]}

Difusión

En la cámara de difusión del proceso, se forma un material en el que el material dopado ocupa el diámetro interior y la capa radial exterior está compuesta por material puro sin dopar. Bajo condiciones de calentamiento, se produce la difusión de las partículas dopadas entre las dos concentraciones de materiales. El dopante se difunde hacia la superficie del material. Según las leyes de difusión, esta acción genera un perfil de índice de refracción parabólico en la dirección radial del material. ^{[ 16 ]}