diseño y fabricación de fibras
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TEMA 4 DISEÑO Y FABRICACIÓN DE FIBRAS Objetivos • ¿De dónde venimos? Introducción y conceptos generales • ¿Qué queremos hacer? Diseñar fibras ópticas • ¿Cómo lo hacemos? Métodos de fabricación • Métodos de preparación de preformas • Estirado de preformas • Recubrimientos • ¿Y el mundo real? Cables de fibra óptica • ¿Dónde compramos? Fabricantes mundiales T4: Objetivos Fuentes de información REFERENCIA Capítulo 4. John M. Senior, "Optical Fiber Communications: Principles and SIGNATURA BUC IND B E62F 1a, 1b, 1c Practice", 2nd Edition, Prentice Hall International Series in Optoelectronics, Prentice Hall, New Jersey, 1992. (ISBN: 0-13-635426-2) Capítulo 2. Govind P. Agrawal, "Fiber-Optic Communication Systems", IND B E62F 11c Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, Wiley-Interscience, IND M E62F 2a 2002. (ISBN: 0-471-21571-6) CIE B E62 5 CIE M E62B 17 Capítulo 2. Gerd Keiser, "Optical Fiber Communications", 3rd Edition, IND B E62F 44, 44a, 44b McGraw-Hill International Editions, Electrical Engineering Series, USA, 2000. (ISBN: 0-07-236076-3) Capítulo 2. José Capmany, F. Javier Fraile-Peláez, Javier Martí, “ Dispositivos de Comunicaciones Ópticas” , Editorial Síntesis, 1999. (ISBN: 84-7738-634-X) T4: Objetivos IND B E62F 22, 22a, 22b, 22c Guión • Introducción y conceptos generales • Diseño de fibras ópticas • Métodos de fabricación • Cables de fibra óptica • Fabricantes mundiales T4: Introducción Introducción • Fibra óptica: guía de onda formada por 2 tubos de sílice/plástico con diferentes índices de refracción ncubierta < nnúcleo n 125 μm z PELO 80 μm SM 9/125 μm MM 50/125 μm MM 62.5/125 μm 1310/1550 nm 850 nmnm 850/1310 850/1310 nm - Tasas binarias altas - Larga distancia - Militar Comerciales - Poco Enlaces usovideo en - Enlaces datos aplicaciones comerciales velocidad bajamoderada - Comerciales - Enlaces video - Enlaces datos velocidad bajamoderada T4: Introducción MM 100/140 μm PLÁSTICO 980/1000 μm 660/1310 nm - Antigua - Aviones - Datos - Corta distancia (cm-100 mts.) -Sensado Guión • Introducción y conceptos generales • Diseño de fibras ópticas • Métodos de fabricación • Cables de fibra óptica • Fabricantes mundiales T4: Diseño de fibras Diseño de fibras • Objetivo: Buscar las prestaciones deseadas (Perfiles) Fibras estándar • Variación del índice de refracción, n • • • • Fibras de dispersión desplazada Sílice, SiO2: 1.458 @ 850 nm Incrementar: GeO2, P2O5, Al2O3, TiO2 Disminuir: B2O3, F Parámetros : • Perfil del índice Tipo de dopantes • Cantidad de dopantes • Dimensiones núcleo/cubierta T4: Diseño de fibras Ref: John M. Senior, “Optical Fiber Communications” Guión • Introducción y conceptos generales • Diseño de fibras ópticas • Métodos de fabricación • Cables de fibra óptica • Fabricantes mundiales T4: Métodos de Fabricación Fases de fabricación 1. Elegir materiales de partida 2. Creación de la preforma: • • Proceso en Lotes Proceso continuo 3. Colapsado de la preforma 4. Estirado de la preforma 5. Revestimiento primario T4: Métodos de fabricación • Fase Líquida • Fase Vapor Materiales de partida • Sílice, SiO2 SiCl4+2H2O SiO2+4HCl • Haluros metálicos en estado vapor GeCl4 + O2 GeO2 + 2Cl2 TiCl4+O2 TiO2+2Cl2 4POCl3+3O2 2P2O5+6Cl2 T4: Métodos de fabricación Materiales de partida SiCl4, SiF4, GeCl4, POCl3, BCl3, O2, etc. Método del Doble Crisol • Fase Líquida, alternativa a fase vapor Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas” • Fabricación continua • Contaminantes en horno/crisoles • Sólo fibras de salto de índice T4: Métodos de fabricación Métodos de fabricación (fase vapor) Materiales de partida SiCl4, SiF4, GeCl4, POCl3, BCl3, O2, etc. Hidrólisis de llama VAD (Deposición axial OVPO (Deposición externa en fase de vapor) en fase de vapor) Deposición química de vapor MCVD (Deposición interna PCVD (Deposición química en en fase de vapor) fase vapor activada por plasma) Colapsado de preforma Estirado de fibra Fibra óptica T4: Métodos de fabricación MCVD • Deposición 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 0.2 dB/km @ 1.5 μm • Fibras mantenedoras de polarización T4: Métodos de fabricación PCVD • Deposición 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 del tubo no es necesaria • Rápido movimiento de plasma 2000 capas finas índice parabólico • Baja dispersión 0.8 ns/pm.km, pérdidas de 3-4 dB/Km @ 0.85 μm T4: Métodos de fabricación OVPO • Deposición Externa en Fase de Vapor (Outside Vapor Phase Oxidation) • Corning Glass Works (Hyde), el más antiguo Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas” • Mandril de material cerámico o grafito, deposición por hidrólisis • Preforma obtenida de la estructura porosa tras sinterización • Depresión del índice en el centro del núcleo por efecto del mandril T4: Métodos de fabricación VAD • Deposición Axial en Fase de Vapor (Vapor Axial Deposition) • Sumitomo, Japón (Izawa et al.) • Fabricación ininterrumpida de preforma • Preforma sinterizada internamente por calentador de grafito • Deposición núcleo-cubierta de forma simultánea calentamiento radial • Impurezas OH hidrólisis de llama Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas” • Atenuaciones de 0.7-2 dB/km @ 1.181 μm • F.O. Salto índice / gradual, Multimodo/monomodo T4: Métodos de fabricación Fibras especiales • Mantenedoras de la polarización Generalmente MVCD Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas” • ZBLAN • Plástico • Activas MCVD, VAD T4: Métodos de fabricación Colapsado de la preforma • Preforma hueca Preforma sólida Preformas “British Telecom” (GIF-UC) • • • • Tubo de vidrio: 60-120 cm de largo y 10-25 mm diámetro 100-250 km de fibra Réplica macroscópica de la estructura final de la fibra Colapsado realizado a 1700-1900 ºC T4: Métodos de fabricación Estirado de la preforma Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas” T4: Métodos de fabricación Guión • Introducción y conceptos generales • Diseño de fibras ópticas • Métodos de fabricación • Cables de fibra óptica • Fabricantes mundiales T4: Cables de fibra Cables • Funciones – Protección de FO frente a daño/fractura en instalación/vida útil – Estabilidad de la atenuación durante la transmisión – Consistencia mecánica: tracción, compresión, torsión, medioambiental – Facilitar identificación/unión 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 Elementos del cable (I) Recubrimiento • Recubrimiento secundario – Ajustado/ceñido (tight) – Suelto (loose) SECUNDARIO Recubrimiento Recubrimiento PRIMARIO 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 PARÁMETRO DEL CABLE ESTRUCTURA DEL CABLE HOLGADA AJUSTADA Radio de curvatura Diámetro Tensión de tracción (instalación) Resistencia a golpes Resistencia a presiones Comportamiento en temperatura T4: Cables de fibra ☺ Elementos del cable (II) • Núcleo del cable: – Elementos estructurales • Metálicos: hilos de acero • No metálicos (cables dieléctricos): Filamentos de plástico, fibras (poliéster aromático, Kevlar® de Du Pont), vidrio – Elemento de refuerzo/tracción: f (instalación: conducto/aéreo) • • • Acero, E=170-190 GN/m2 Kevlar, E=110-130 GN/m2 Fibra de vidrio, E=60-80 GN/m2 – Rellenos • Cubierta exterior T4: Cables de fibra Tipos de cables (I) A. B. C. D. E. Monofibra Grupos Cintas Aéreo Ranurado T4: Cables de fibra Tipos de cables (II) F. G. H. I. J. Submarino Con canales De energía OPGW (Hilo de Guardia) Edificios T4: Cables de fibra Fabricación del cable T4: Métodos de fabricación Fabricación del cable T4: Métodos de fabricación Pruebas realizadas a los cables • Pruebas – – – – – – – – – Resistencia a tracción de las fibras ópticas y del cable compuesto Ciclo de temperatura sobre ambos Pruebas de aplastamiento e impacto sobre el cable Pruebas de penetración de agua o humedad en el cable Pruebas mecánicas de torsión, curvatura y flexión Pruebas eléctricas de rigidez dieléctrica de aislamiento Pruebas de adaptación ambiental y contaminación Pruebas de resistencia al fuego (Norma IEC 331) Pruebas de propagación y retardo de la llama (Norma IEC 332) T4: Cables de fibra 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 Instalaciones de fibra óptica T4: Cables de fibra Normativa • G.650 (07/1997): Definición y métodos de prueba de los parámetros pertinentes (lineales, estadísticos, 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 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 desplazada no nula. T4: Cables de fibra Guión • Introducción y conceptos generales • Diseño de fibras ópticas • Métodos de fabricación • Cables de fibra óptica • Fabricantes mundiales T4: Fabricantes Fabricantes • Corning, www.corning.com CATV • Alcatel, www.alcatel.es SMF • Pirelli, www.pirelli.com OPGW • Furukawa, http://www.ofsoptics.com SMF • Sumitomo, www.sei.co.jp • Mitsubishi, www.mitsubishi.com Mitsubishi Rayon Co.Ltd. www.mrc.co.jp T4: Fabricantes Loose TEMA 4 FINAL Fibra de perfil de índice gradual Preformas “British Telecom” (GIF-UC) Preformas “British Telecom” (GIF-UC) T4: Tipos de preformas Fibra dopada con Erbio Preformas “British Telecom” (GIF-UC) T4: Tipos de preformas
