TEMA 4 FABRICACIÓN N DE FIBRAS

Transcripción

1 TEMA 4 DISEÑO O Y FABRICACIÓN N DE FIBRAS

2 Objetivos De dónde d venimos? Introducción n y conceptos generales Qué queremos hacer? Diseñar fibras ópticas Cómo lo hacemos? Métodos de fabricación 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

3 Fuentes de información 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 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 CIE B E62 5 CIE M E62B 17 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 Capítulo 2. José Capmany, F. Javier Fraile-Peláez, Javier Martí, Dispositivos de Comunicaciones Ópticas, Editorial Síntesis, (ISBN: X) IND B E62F 22, 22a, 22b, 22c T4: Objetivos

4 Guión Introducción n y conceptos generales Diseño o de fibras ópticas Métodos de fabricación Cables de fibra óptica Fabricantes mundiales T4: Introducción

5 Introducción 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 PELO 80 μm SM 9/125 μm MM 50/125 μm MM 62.5/125 μm MM 100/140 μm PLÁSTICO 980/1000 μm 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 z T4: Introducción

6 Guión Introducción n y conceptos generales Diseño o de fibras ópticas Métodos de fabricación Cables de fibra óptica Fabricantes mundiales T4: Diseño o de fibras

7 Diseño o de fibras Objetivo: : Buscar las prestaciones deseadas (Perfiles( Perfiles) Fibras estándar Fibras de dispersión desplazada 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 T4: Diseño o de fibras

8 Guión Introducción n y conceptos generales Diseño o de fibras ópticas Métodos de fabricación Cables de fibra óptica Fabricantes mundiales T4: Métodos M de Fabricación

9 Fases de fabricación 1. Elegir materiales de partida 2. Creación de la preforma: Proceso en Lotes Fase LíquidaL Proceso continuo Fase Vapor 3. Colapsado de la preforma 4. Estirado de la preforma 5. Revestimiento primario T4: Métodos M de fabricación

10 Materiales de partida Sílice, SiO 2 SiCl 4 +2H 2 O SiO 2 +4HCl 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. T4: Métodos M de fabricación

11 Método del Doble Crisol Fase LíquidaL quida,, alternativa a fase vapor Fabricación n continua Contaminantes en horno/crisoles Sólo fibras de salto de índice Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas T4: Métodos M de fabricación

12 Métodos de fabricación 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) Colapsado de preforma Estirado de fibra Fibra óptica T4: Métodos M de fabricación

13 MCVD Deposición n interna en fase vapor (Modified Chemical Vapor Phase Deposition) Laboratorios Bell,, USA + Southampton Univ., UK Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas F.O.. Salto de índice / Índice gradual Menores pérdidas p μm Fibras mantenedoras de polarización T4: Métodos M de fabricación

14 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 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 T4: Métodos M de fabricación

15 OVPO Deposición n Externa en Fase de Vapor (Outside Vapor Phase Oxidation) Corning Glass Works (Hyde( Hyde), el más m s antiguo 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 T4: Métodos M de fabricación

16 VAD Deposición n Axial en Fase de Vapor (Vapor Axial Deposition) Sumitomo,, Japón n (Izawa( et al.) 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 T4: Métodos M de fabricación Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas

17 Fibras especiales Mantenedoras de la polarización Generalmente MVCD ZBLAN Plástico Activas MCVD, VAD Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas T4: Métodos M de fabricación

18 Colapsado de la preforma Preforma hueca Preforma sólidas Preformas British Telecom (GIF-UC) 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 T4: Métodos M de fabricación

19 Estirado de la preforma Ref: José Capmany et al., Dispositivos de Comunicaciones Ópticas T4: Métodos M de fabricación

20 Guión Introducción n y conceptos generales Diseño o de fibras ópticas Métodos de fabricación Cables de fibra óptica Fabricantes mundiales T4: Cables de fibra

21 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 T4: Cables de fibra Cables

22 Elementos del cable (I) Recubrimiento secundario Ajustado/ceñido (tight( tight) Suelto (loose( loose) Recubrimiento PRIMARIO Recubrimiento SECUNDARIO Recubrimiento PRIMARIO Fibra Óptica ESTRUCTURA DEL 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 T4: Cables de fibra PARÁM ETRO DEL CABLE ESTRUCTURA D EL CABLE HOLGADA AJUSTADA Radio de curvatura Diámetro Tensión de tracción (instalación) Resistencia a golpes Resistencia a presiones Comportamiento en temperatura

23 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 Rellenos Cubierta exterior Elementos del cable (II) T4: Cables de fibra

24 Tipos de cables (I) A. Monofibra B. Grupos C. Cintas D. Aéreo E. Ranurado T4: Cables de fibra

25 F. Submarino G. Con canales H. De energía I. OPGW (Hilo de Guardia) J. Edificios Tipos de cables (II) T4: Cables de fibra

26 T4: Métodos M de fabricación Fabricación n del cable

27 T4: Métodos M de fabricación Fabricación n del cable

28 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) T4: Cables de fibra

29 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 T4: Cables de fibra

30 Instalaciones de fibra óptica T4: Cables de fibra

31 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. T4: Cables de fibra Normativa

32 Guión Introducción n y conceptos generales Diseño o de fibras ópticas Métodos de fabricación Cables de fibra óptica Fabricantes mundiales T4: Fabricantes

33 Fabricantes Corning, CATV Alcatel, SMF Loose Pirelli, OPGW Furukawa, :// SMF Sumitomo, Mitsubishi, Mitsubishi Rayon Co.Ltd. T4: Fabricantes

34 TEMA 4 FINAL

35 Fibra de perfil de índice gradual Preformas (GIF-UC) Preformas British Telecom (GIF-UC) T4: Tipos de preformas

36 Fibra dopada con Erbio Preformas British Telecom (GIF-UC) T4: Tipos de preformas