FABRICACIÓN N DE FIBRAS

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1 Objetivos TEMA 4 DISEÑO O Y FABRICACIÓN N DE FIBRAS De dónde d venimos? Introducción n y conceptos generales Qué queremos hacer? Diseñar fibras ópticas Cómo lo hacemos? Métodos Métodos de preparación n de preformas Estirado de preformas Recubrimientos Y Y el mundo real? Cables de fibra óptica Dónde compramos? Fabricantes mundiales T4: Objetivos UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-1 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-2

2 Fuentes de información Guión REFERENCIA Capítulo 4. John M. Senior, "Optical Fiber Communications: Principles and Practice", 2 nd Edition, Prentice Hall International Series in Optoelectronics, Prentice Hall, New Jersey, (ISBN: ) SIGNATURA BUC IND B E62F 1a, 1b, 1c Introducción n y conceptos generales Capítulo 2. Govind P. Agrawal, "Fiber-Optic Communication Systems", Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, Wiley-Interscience, (ISBN: ) IND B E62F 11c IND M E62F 2a CI E B E62 5 CIE M E62B 17 Diseño o de fibras ópticas Métodos Capítulo 2. Gerd Keiser, "Optical Fiber Communications", 3 rd Edition, McGraw-Hill International Editions, Electrical Engineering Series, USA, (ISBN: ) IND B E62F 44, 44a, 44b Cables de fibra óptica Capítulo 2. José Capmany, F. Javi er Frai le-pel áez, Javi er M art í, Dispositivos de Comunicaciones Ópticas, Editorial Síntesis, (ISBN: X) IND B E62F 22, 22a, 22b, 22c Fabricantes mundiales T4: Objetivos T4: Introducción UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-3 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-4

3 Introducción Guión Fibra óptica: : guía a de onda formada por 2 tubos de sílice/pls lice/plástico con diferentes índices de refracción n cubierta < n núcleo 125 μm n Introducción n y conceptos generales Diseño o de fibras ópticas PELO 80 μm SM 9/125 μm MM 50/125 μm MM 62.5/125 μm MM 100/140 μm PLÁSTICO 980/1000 μm z Métodos 1310/1550 nm 850/1310 nm nm 850/1310 nm 660/1310 nm - Tasas binarias altas - Larga distancia - Militar Comerciales - Poco Enlaces uso video en aplicaciones - Enlaces datos comerciales velocidad bajamoderada - Comerciales - Enlaces video - Enlaces datos velocidad bajamoderada - Antigua - Aviones - Datos - Corta distancia (cm-100 mts.) -Sensado Cables de fibra óptica Fabricantes mundiales T4: Introducción T4: Diseño o de fibras UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-5 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-6

4 Diseño o de fibras Guión Objetivo: : Buscar las prestaciones deseadas (Perfiles( Perfiles) Fibras estándar Fibras de dispersión desplazada Introducción n y conceptos generales Diseño o de fibras ópticas Variación n del índice de refracción, n Sílice, SiO 2 : 850 nm Incrementar: GeO 2, P 2 O 5, Al 2 O 3, TiO 2 Disminuir: : B 2 O 3, F Parámetros : Perfil del índice Tipo de dopantes Cantidad de dopantes Dimensiones núcleon cleo/cubierta Ref: John M. Senior, Optical Fiber Communications Métodos Cables de fibra óptica Fabricantes mundiales T4: Diseño o de fibras de Fabricación UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-7 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-8

5 Fases Materiales de partida 1. Elegir materiales de partida Sílice, SiO 2 SiCl 4 +2H 2 O SiO 2 +4HCl 2. Creación de la preforma: Proceso en Lotes Fase LíquidaL Proceso continuo Fase Vapor 3. Colapsado de la preforma 4. Estirado de la preforma Haluros metálicos en estado vapor GeCl 4 + O 2 GeO 2 + 2Cl 2 TiCl 4 +O 2 TiO 2 +2Cl 2 4POCl 3 +3O 2 2P 2 O 5 +6Cl 2 Materiales de partida SiCl 4, SiF 4, GeCl 4, POCl 3, BCl 3, O 2, etc. 5. Revestimiento primario UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-9 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-10

6 Método del Doble Crisol Fase LíquidaL quida,, alternativa a fase vapor Métodos n (fase vapor) Materiales de partida SiCl 4, SiF 4, GeCl 4, POCl 3, BCl 3, O 2, etc. Hidrólisis de llama VAD (Deposición axial en fase de vapor) OVPO (Deposición externa en fase de vapor) Deposición química de vapor MCVD (Deposición interna en fase de vapor) PCVD (Deposición química en fase vapor activada por plasma) Fabricación n continua Contaminantes en horno/crisoles Sólo fibras de salto de índice Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas Fibra óptica Estirado de fibra Colapsado de preforma UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-11 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-12

7 MCVD Deposición n interna en fase vapor (Modified Chemical Vapor Phase Deposition) Laboratorios Bell,, USA + Southampton Univ., UK PCVD Deposición n química en fase vapor activada por plasma (Plasma Activated Chemical Vapor Deposition) Phillips Research (Kuppers and Koenings) Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas F.O.. Salto de índice / Índice gradual Menores pérdidas p μm Fibras mantenedoras de polarización Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas Alta eficiencia de deposición, la rotación n del tubo no es necesaria Rápido movimiento de plasma 2000 capas finas índice parabólico Baja dispersión 0.8 ns/pm.km pm.km,, pérdidas p rdidas de μm UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-13 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-14

8 OVPO Deposición n Externa en Fase de Vapor (Outside Vapor Phase Oxidation) Corning Glass Works (Hyde( Hyde), el más m s antiguo VAD Deposición n Axial en Fase de Vapor (Vapor Axial Deposition) Sumitomo,, Japón n (Izawa( et al.) Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas Mandril de material cerámico o grafito, deposición n por hidrólisis Preforma obtenida de la estructura porosa tras sinterización Depresión n del índice en el centro del núcleo n por efecto del mandril Fabricación n ininterrumpida de preforma Preforma sinterizada internamente por calentador de grafito Deposición n núcleon cleo-cubierta cubierta de forma simultánea calentamiento radial Impurezas OH hidrólisis de llama Atenuaciones de μm F.O. Salto índice / gradual, Multimodo/monomodo monomodo Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-15 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-16

9 Fibras especiales Colapsado de la preforma Mantenedoras de la polarización Generalmente MVCD Preforma hueca Preforma sólidas Preformas British Telecom (GIF-UC) ZBLAN Plástico Activas MCVD, VAD Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas Tubo de vidrio: cm de largo y mm diámetro km de fibra Réplica macroscópica de la estructura final de la fibra Colapsado realizado a ºC UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-17 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-18

10 Estirado de la preforma Guión Introducción n y conceptos generales Diseño o de fibras ópticas Métodos Cables de fibra óptica Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas Fabricantes mundiales UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-19 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-20

11 Funciones Protección n de FO frente a daño/fractura en instalación/vida n/vida útil Estabilidad de la atenuación n durante la transmisión Consistencia mecánica: tracción, compresión, torsión, medioambiental Facilitar identificación/uni n/unión n de FOs Elementos Fibras ópticas Refuerzo a la tracción Conductores metálicos Separadores de plásticos Rellenos para dar uniformidad cilíndrica Refuerzo de amortiguamiento radial Pantalla y cubierta exterior Cables Recubrimiento secundario Ajustado/ceñido (tight( tight) Suelto (loose( loose) Elementos del cable (I) PARÁMETRO DEL CABLE Recubrimiento PRIMARIO ESTRUCTURA DEL CABLE HOLGADA AJUSTADA Radio de curvatura Diámetro Tensión de tracción (instalación) Resistencia a golpes Resistencia a presiones Comportamiento en temperatura Recubrimiento SECUNDARIO Fibra Óptica ESTRUCTURA D EL CABLE HOLGADA AJUSTADA Múltiples fibras por cable Una fibra por cable Relleno de gel, prevenir humedad No gel, aramida para protección Limpieza de gel necesaria Fácil de terminar, manejar, instalar Necesita elemento de robustez No necesita elemento de robustez Coste de cable inferior Coste de instalación inferior Difícil de terminar Fácil de terminar Recubrimiento PRIMARIO UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-21 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-22

12 Elementos del cable (II) Núcleo del cable: Elementos estructurales Metálicos licos: : hilos de acero No metálicos (cables dieléctricos ctricos): Filamentos de plástico, fibras (poliéster aromático, Kevlar de Du Pont), vidrio Elemento de refuerzo/tracción: f (instalación: n: conducto/aéreo) Acero, E= GN/m 2 Kevlar,, E= GN/m 2 Fibra de vidrio, E=60-80 GN/m 2 A. Monofibra B. Grupos C. Cintas D. Aéreo E. Ranurado Tipos de cables (I) Rellenos Cubierta exterior UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-23 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-24

13 Tipos de cables (II) Fabricación n del cable F. Submarino G. Con canales H. De energía I. OPGW (Hilo de Guardia) J. Edificios UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-25 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-26

14 Fabricación n del cable Pruebas realizadas a los cables Pruebas Resistencia a tracción n de las fibras ópticas y del cable compuesto Ciclo de temperatura sobre ambos Pruebas de aplastamiento e impacto sobre el cable Pruebas de penetración n de agua o humedad en el cable Pruebas mecánicas de torsión, curvatura y flexión Pruebas eléctricas de rigidez dieléctrica de aislamiento Pruebas de adaptación n ambiental y contaminación Pruebas de resistencia al fuego (Norma IEC 331) Pruebas de propagación n y retardo de la llama (Norma IEC 332) UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-27 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-28

15 Instalaciones de fibra óptica Instalaciones de fibra óptica Conductos Subconductos Lubricantes Ejemplo Aérea Cables dieléctricos ADSS (Autosoported( Dielectric) Cables en hilo de guarda, OPGW (Optical( Power Ground Wire) Enterrados Arado Zanjas o trincheras Artesas Submarinos UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-29 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-30

16 G.650 (07/1997): Definición n y métodos m de prueba de los parámetros pertinentes (lineales, estadísticos, sticos, no lineales) de las fibras monomodo. G.651 (02/1998): Características de un cable de fibra óptica multimodo de índice gradual de 50/125 mm. G.652 (03/2003): Características de las fibras y cables ópticos monomodo. G.653 (10/2000): Características de los cables de fibra óptica monomodo con dispersión n desplazada. G.654 (06/2002): Características de los cables de fibra óptica monomodo con corte desplazado. G.655 (03/2003): Características de fibras y cables ópticos monomodo con dispersión n desplazada no nula. Normativa T4: Fabricantes Guión Introducción n y conceptos generales Diseño o de fibras ópticas Métodos Cables de fibra óptica Fabricantes mundiales UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-31 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-32

17 Fabricantes Corning, CATV TEMA 4 Alcatel, SMF Loose Pirelli, OPGW Furukawa, :// SMF FINAL Sumitomo, Mitsubishi, Mitsubishi Rayon Co.Ltd. T4: Fabricantes UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-33 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-34

18 Fibra de perfil de índice gradual Fibra dopada con Erbio Preformas (GIF-UC) Preformas British Telecom (GIF-UC) Preformas British Telecom (GIF-UC) T4: Tipos de preformas T4: Tipos de preformas UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-35 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T4-36