CABLES CON FIBRAS OPTICAS

PRODUCCIÓN DE FIBRAS ÓPTICAS

Es trabajo se refiere a los aspectos relacionados con la tecnología de las fibras ópticas FO. Estos aspectos se relacionan con la producción de la FO y la formación del cable que las contiene. Entre los métodos de producción de FO se tienen dos tipos fundamentales: el método de doble crisol (del que se obtienen FO de calidad regular y que no se usan en telecomunicaciones) y el método de la preforma.

MÉTODO DEL DOBLE CRISOL

Las fibras ópticas FO se producen por varios métodos distintos dependiendo del tipo de material que la componen. Una clasificación inicial comprende a las FO de plástico, multicomponentes y sílice. Las FO útiles para telecomunicaciones son las de multicomponentes y de sílice (SiO₂), si bien estas últimas son las únicas usadas en la actualidad por su alta calidad. El método de doble crisol es más interesante por su carácter histórico que por su utilidad actual.

PRODUCCIÓN DE FO. En el caso de FO multicomponentes es una producción en dos etapas. La primer etapa de éstas

consiste en producir el vidrio a partir de polvos de alta pureza. La materia prima [SiCl ; BCl ; Na NO ; (NO ) ] se mezcla

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en proporciones apropiadas para obtener el índice de refracción deseado y se purifica mediante el intercambio iónico por destilación y extracción de disolventes en el horno. El horno se calienta mediante un generador de radiofrecuencia RF de 5 MHz.

A temperaturas superiores a 1300 °K los vidrios alcalinos tienen una conductividad iónica suficiente como para producir un acoplamiento entre el campo de RF y el material fundente. Se permite actuar al principio a un calefactor de grafito para el calentamiento inicial, dejando al campo RF el mantenimiento de la temperatura deseada. Sólo el material fundido recibe la energía del campo. El crisol se mantiene frío mediante una corriente gaseosa o de agua. Sobre las paredes del crisol se crea una capa de sílice sólida debido al salto de temperatura lo que ayuda a aislar el material fundido.

En la primer etapa del desarrollo de este método (mitad de la década del '60 en Inglaterra) se usaba un crisol de platino, pero la alta atenuación de las fibras llevó a pensar en una migración de iones ferrosos y cúpricos desde el crisol hacia el material fundente. Se cambió entonces por un crisol de sílice puro, cuya temperatura de fusión es mayor que la del vidrio multicomponente. Con el propósito de homogeneizar el material, para disminuir los esparcimientos de Rayleigh y Mie, se hace burbujear un gas inerte en el material fundido. Elevando la temperatura se disminuye la viscosidad permitiendo a las burbujas alcanzar la superficie.

ESTIRADO DE LA FO. 

El montaje consiste en dos crisoles concéntricos fabricados de platino o sílice. El orificio inferior del crisol interior se diseña en función de la FO deseada. El material se introduce en forma de varilla, de forma que la alimentación del crisol puede ser continua. La viscosidad del material se lleva a un valor adecuado para el estirado mediante un horno de RF. El perfil del índice de refracción se ajusta mediante la posición relativa de los crisoles.

Por ejemplo, una separación amplia produce mezcla en los vidrios de ambos crisoles lo cual corresponde a un perfil gradual. Tanto la velocidad de estirado como la temperatura del horno permiten también controlar la mezcla de materiales y por lo tanto el tipo de perfil de índice. El estirado de la FO se efectúa enrollando a la misma en un tambor giratorio colocado debajo del doble crisol. Los mejores valores conseguidos con este método son de 4 dB/km para 0,85 µm y una dispersión modal de 0,6 ns/km. Estas FO no se usan en telecomunicaciones, en cambio se prefieren las que se producen por el método de preforma, un método puesto a punto en la década de los años '70.

PRODUCCIÓN DE LA PREFORMA

La producción comercial actual de las FO de sílice para telecomunicaciones se realiza mediante el método de la preforma que consiste en dos pasos, la fabricación de la preforma (un bastón de sílice de 1 m de longitud y 2 cm de diámetro cuyo perfil de índice de refracción es idéntico a la FO deseada) y el estirado de la preforma.

Los métodos comerciales responden a procesos diseñados en distintos laboratorios pudiendo identificarse: -OVD (Outside Vapor Deposition) de la Corning Glass W (Siecor). -MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) de la Bell Labs. -PCVD (Plasma Activated Vapor Deposition) de la Philips. -VAD (Vapor Axial Deposition) de la NTT.

MATERIALES DE ORIGEN. Las FO están constituidas por sílice (SiO₂), el mismo en forma natural tiene una alta concentración de óxidos metálicos. Por ello, mediante reducción, clorinación y destilación con C y Cl se logra su purificación, de forma tal que partiendo de: (SiO Fe + C + Cl )  resulta  (CO + FeCl + SiCl ).

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Tanto el CO como el FeCl₃ son desechos de este proceso con lo que se elimina el Fe contenido en el SiO₂ y se obtiene SiCl₄ (Tetracloruro de Silicio) como material base para la producción de la preforma. Si bien el SiCl₄ es líquido a temperatura ambiente se trabaja en la fase de vapor para lograr un mejor control en la producción, de forma que mediante oxidación o hidrólisis se obtiene nuevamente el SiO₂.

Fig 01. Métodos de producción de la preforma.

En la Fig 01 se muestra el proceso de producción de MCVD y OVD. A partir de una corriente de oxígeno molecular O₂, la cual es filtrada y controlada en su densidad de flujo, se produce el "burbujeo" en saturadores. El O₂ es un gas a temperatura ambiente, mientras que el contenido de las botellas (SiCl₄, GeCl₄, POCl₃, etc.) son líquidos. Se tiene entonces una corriente de O₂ con moléculas de cloruros. El control de flujo permite dosificar la densidad de cada compuesto en la reacción. La proporción de ellos da lugar al índice de refracción deseado, así por ejemplo, mientras el Ge y P incrementan el índice de refracción, el B lo reduce.

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