MÉTODO MCVD.
La deposición se realiza sobre un tubo de cuarzo puro que actúa de sustrato. Por ejemplo el tubo fabricado por Heraeus tiene 1 m de longitud y un diámetro exterior de 20 ó 25 mm con tolerancia de 0,8 mm. La pared tiene un espesor de 2 ó 3 mm respectivamente con tolerancia de 0,3 mm. El peso es de 25 gr. Otro fabricante es la General Electric con dimensiones similares pero no idénticas; en este caso se indican contenidos de OH en el cuarzo de 3 ppm (partes por millón).
El tubo se coloca en un torno para el proceso de producción. La oxidación en el método MCVD se produce debido a la elevada temperatura interior del tubo lograda mediante la hidrólisis de una llama de H2+O2. La reacción de oxidación es:
SiCl4 + O2 forma SiO2 + 2.Cl2
GeCl4 + O2 forma GeO2 + 2.Cl2
4.POCl3 + 3.O2 forma 2.P2O3 + 6.Cl2
Siempre resulta como subproducto de la reacción el Cl que es un gas a temperatura ambiente y se extrae mediante una
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bomba de vacío, mientras que los óxidos son sólidos y se depositan en la cara interior del tubo formando una fina capa cristalina.
Para mantener una deposición homogénea se hace girar al tubo en el torno y se mueve la llama que cataliza la reacción en forma longitudinal a una velocidad de algunos mm/seg. La deposición resulta ser capa a capa. El perfil del índice de refracción deseado se logra variando la composición de los reaccionantes para cada capa. La zona de deposición se muestra en la misma Fig 01; también se tiene una ampliación, mediante isotermas y recorridos de partículas. Se observa que la deposición es posterior a la llama debido a que las partículas de la zona de reacción siguen las isotermas.
MÉTODO PCVD.
Se crea una zona no-isotérmica producida por un generador de RF (2 a 3 GHz y 100 a 500 w). El método PCVD es similar al MCVD cambiando la forma de calentamiento. El horno de RF tiene una menor inercia térmica, lo cual permite capas más delgadas y en mayor número, obteniéndose un perfil de índice más suave, con menos saltos. La deposición en PCVD puede realizarse a temperatura ambiente pero el vidrio resulta agrietado por lo que se prefiere sumergir al sistema en un calefactor de grafito.
La Bell Labs ha desarrollado una variante del MCVD denominado PMCVD (Plasma-enhanced MCVD) que usa un
calefactor de cobre colocado luego de la llama para crear un plasma de O en el interior del tubo. La termoforesis del plasma
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produce fuerzas físicas (isotermas) sobre las partículas de SiO2 que obligan a la deposición entre la llama y el plasma. Con este método se aumenta la eficiencia de deposición de SiO2. El PCVD permite lograr más de 1000 capas en FO multimodo y tiene una eficiencia de deposición muy elevada (del orden del 100% para el SiO2 y del 90% para el GeO2). La tasa de deposición es de 0,1 gr/min. Para los métodos MCVD y PCVD pueden aplicarse las técnicas "Rod in tube" que consiste en fabricar mediante una preforma solamente el núcleo y luego colocar un tubo exterior que da origen al revestimiento.
Como las capas centrales de la preforma no pueden construirse, se realiza un colapsado para compactar la preforma. El mismo se efectúa elevando la temperatura hasta cerca de 2000 °C o más. El Ge tiende a evaporarse durante el colapsado, con la consiguiente reducción del índice de refracción y produciendo un "dip" en la curva de índice; esto se previene colocando C2F6 y O2 en la última fase. Posterior al colapsado se colocará la camisa de sílice que forma el revestimiento (rod in tube) y por sintetizando se colapsa.
DEPOSICIÓN EXTERNA
MÉTODO OVD. El método de mayor producción en el mundo es el OVD que es usado por la Siecor (Corning-Siemens). La deposición es por hidrólisis y se genera una preforma porosa (no es un sólido macizo). La hidrólisis tiene la siguiente reacción química:
Con SiCl4 + 2.H2 + 2.O2 se forma SiO2 + (2.Cl2 + 2.H2O) (a 1700°C)
Con (2.Cl2 + 2.H2O) se forma 4.ClH + O2
Esta reacción permite reducir el contenido de agua en la preforma porosa mediante la segunda fase eliminando el gas clorhídrico HCl. Posteriormente se realiza el secado de la misma mediante la circulación por su interior de He+Cl2 de forma que el Cl reacciona con los OH residuales y forma O+He+2.HCl. Obsérvese que la deposición es en el exterior de un sustrato sólido que se extrae luego de la formación de la preforma porosa y por este agujero se inyecta el gas para el secado. El último paso es el compactado de la preforma porosa.
MÉTODO VAD.
El método OVD es más complejo que MCVD pero permite un mayor volumen de producción. También el método VAD es más complejo e interesante. El VAD es usado casi con exclusividad por las empresas japonesas y consiste en el crecimiento axial de una preforma porosa con reacciones idénticas al OVD. En la cámara se enfrentan los tubos que alimentan los reaccionantes y la preforma en formación. Los quemadores son tubos coaxiales cilíndricos de sílice donde el material reaccionante (SiCl4+O2) penetra por el tubo central y los gases para la combustión (O2+H2) por el exterior.
El perfil del índice de refracción se controla con la temperatura de la cámara, el flujo de material, la velocidad de rotación que mantiene la uniformidad geométrica y la posición relativa de los quemadores y la preforma. La cámara de calentamiento posterior produce el colapsado de la preforma porosa dando lugar a la preforma transparente. Como el crecimiento y el colapsado se producen en la misma atmósfera, es más eficiente el control de los contaminantes. Por otro lado, la longitud de la preforma puede ser del valor deseado aparentemente sin restricciones de longitud.
Las distintas patentes para los métodos de fabricación MCVD/OVD/VAD para FO del tipo multimodo y monomodo vencen en el período desde 1998 al 2002.
ESTIRADO DE LA PREFORMA
La preforma debe ser estirada para llevarse a las dimensiones normalizadas de las FO. Por ejemplo, de una preforma de 1 m de longitud se pueden estirar varios kilómetros de FO del tipo 9/125. El esquema del proceso de estirado se muestra en la Fig 02 y consiste en las siguientes etapas: horno de calentamiento, control de diámetro, colocación del recubrimiento primario, horno de secado, capstan y enrollado.
La preforma se coloca en la parte superior de la máquina de estirado que tiene cerca de 4 m de altura. El centrado de la preforma en el horno es manual. En este caso se eleva la temperatura del horno para reducir la viscosidad hasta un valor donde fluya por debajo debido a la gravedad un hilo de FO.
Fig 02. Forma de estirado de la preforma y ensamble de cables.
El horno puede ser de grafito o zirconio. El horno de grafito requiere estar inmerso en un flujo de gas inerte (N o He/Ar) para evitar la migración de contaminantes; es enfriado en un cuerpo de agua y controlada la temperatura mediante un pirómetro. El tiempo de vida medio es entre 1500 y 2000 hs y funciona a 30 KVA. Para lograr un mejor control se recurre al horno de inducción de zirconio (introducido en 1977 para evitar el uso de gas inerte) que trabaja entre 150 y 400 kHz. En todos los casos se realizará un flujo laminar ascendente a lo largo de la FO y la preforma en calentamiento dentro del horno para impedir turbulencias térmicas que se traducen en variaciones del diámetro de la FO. Sin embargo, no se requiere de un gas inerte pues el zirconio no reacciona con el oxígeno.
El medidor de diámetro controla el posicionador x-y de la preforma y la velocidad de estirado del capstan a partir de un sistema de control por ordenador. La resolución del instrumento debe ser superior a 1 µm y de rápida lectura por lo que se recurre a medidores láser. Posteriormente se coloca un recubrimiento primario (Coating) de acrilato. Esta capa de 250 µm de diámetro nominal y 10% de tolerancia, protege la superficie de la FO del ataque de los iones OH. Los radicales oxidrilos producen la oxidación de la superficie de la FO, rompiendo los enlaces Si-O-Si y formando grupos silanol Si-OH. Este proceso produce microfracturas en la superficie con lo que incrementa la posibilidad de fractura de la FO.
El material sintético (acrilato curado con UV o también hace algún tiempo silicona) se coloca por estrusión en un embudo que puede ser una punta flexible y que permite que la FO permanezca en el centro debido a la acción de las fuerzas hidrodinámicas. Una FO sin este recubrimiento de protección se convierte en frágil y quebradiza en algunas horas de exposición al ambiente natural. Posteriormente se tiene un medidor de diámetro del recubrimiento y de concentricidad de éste con la FO; el mismo se realiza con un láser y observando el diagrama de interferencia en una pantalla. El material es secado o curado mediante un horno (para silicona con temperatura de 100 a 450°C) o rayos UV (para acrilato con longitud λ de 240 a 400 nm).
Por último, la FO se recoge en una bobina mediante un capstan de estirado que trabaja a una velocidad entre 15 y 300 m/min. Muchas veces en este mismo lugar se realiza la prueba de "screen test" o "proof test" que consiste en ejercer una tracción sobre todo el largo de la FO de forma que se crean y propagan todas las microfracturas posibles en la superficie asegurando
que se soportará una fuerza de tracción igual a la de prueba sin inconvenientes. La FO en estas condiciones tiene una carga 2 de rotura superior a la del acero (5000 contra 3000 MN/mm ).
Un modelo de comportamiento creado por Mitsunaya permite calcular el tiempo de vida de la FO en base a los resultados de la prueba de proof test. Para fibras convencionales se encuentran que se tienen 7,5.10-5 roturas espontáneas en 30 años de vida de un cable por cada 2 km de longitud.
Ronellys Flores---CAF---Foro, materia fibra optica unet
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