DISEÑO Y FABRICACIÓN DE FIBRAS - grupos.unican.esgrupos.unican.es/gif/co5/CO5_0809_T4_Fabricacion_1tpp.pdf · T4: Introducción Guión • Introducción y conceptos generales •

TEMA 4TEMA 4

DISEDISEÑÑO Y O Y FABRICACIFABRICACIÓÓN DE N DE

FIBRASFIBRAS

T4: ObjetivosT4: Objetivos

ObjetivosObjetivos

•• ¿¿De dDe dóónde venimos?nde venimos? IntroducciIntroduccióón y conceptos n y conceptos generalesgenerales

•• ¿¿QuQuéé queremos hacer?queremos hacer? DiseDiseññar fibras ar fibras óópticaspticas

•• ¿¿CCóómo lo hacemos?mo lo hacemos? MMéétodos de fabricacitodos de fabricacióónn

•• MMéétodos de preparacitodos de preparacióón de preformasn de preformas•• Estirado de preformasEstirado de preformas•• RecubrimientosRecubrimientos

•• ¿¿Y el mundo real?Y el mundo real? Cables de fibra Cables de fibra óópticaptica

•• ¿¿DDóónde compramos?nde compramos? Fabricantes mundialesFabricantes mundiales

T4: ObjetivosT4: Objetivos

Fuentes de informaciFuentes de informacióónn REFERENCIA SIGNATURA BUC

Capítulo 4. John M. Senior, "Optical Fiber Communications: Principles and

Practice", 2nd Edition, Prentice Hall International Series in Optoelectronics,

Prentice Hall, New Jersey, 1992. (ISBN: 0-13-635426-2)

IND B E62F 1a, 1b, 1c

Capítulo 2. Govind P. Agrawal, "Fiber-Optic Communication Systems",

Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, Wiley-Interscience,

2002. (ISBN: 0-471-21571-6)

IND B E62F 11c

IND M E62F 2a

CIE B E62 5

CIE M E62B 17

Capítulo 2. Gerd Keiser, "Optical Fiber Communications", 3rd Edition,

McGraw-Hill International Editions, Electrical Engineering Series, USA,

2000. (ISBN: 0-07-236076-3)

IND B E62F 44, 44a, 44b

Capítulo 2. José Capmany, F. Javier Fraile-Peláez, Javier Martí,

“Dispositivos de Comunicaciones Ópticas” , Editorial Síntesis, 1999. (ISBN:

84-7738-634-X)

IND B E62F 22, 22a, 22b, 22c

T4: IntroducciT4: Introduccióónn

GuiGuióónn

•• IntroducciIntroduccióón y conceptos generalesn y conceptos generales

•• DiseDiseñño de fibras o de fibras óópticaspticas

•• MMéétodos de fabricacitodos de fabricacióónn

•• Cables de fibra Cables de fibra óópticaptica

•• Fabricantes mundialesFabricantes mundiales

T4: IntroducciT4: Introduccióónn

IntroducciIntroduccióónn

•• Fibra Fibra óópticaptica: gu: guíía de onda formada por 2 tubos de sa de onda formada por 2 tubos de síílice/pllice/pláástico stico con diferentes con diferentes ííndices de refraccindices de refraccióónn

núcleocubierta nn < n

z

125 μm

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 nm 850/1310 nm 660/1310 nm

- Tasas binarias altas - Larga distancia

- Militar - Poco uso en aplicaciones comerciales

- Comerciales - Enlaces video - Enlaces datos velocidad baja-moderada

- Antigua - Aviones

- Datos - Corta distancia (cm-100 mts.) -Sensado

- Comerciales - Enlaces video - Enlaces datos velocidad baja-moderada

850/1310 nm

T4: DiseT4: Diseñño de fibraso de fibras

GuiGuióónn






T4: DiseT4: Diseñño de fibraso de fibras

DiseDiseñño de fibraso de fibras

•• ObjetivoObjetivo: Buscar las prestaciones deseadas (: Buscar las prestaciones deseadas (PerfilesPerfiles))

•• VariaciVariacióón del n del ííndice de refraccindice de refraccióón, n, nn•• SSíílice, lice, SiOSiO22: 1.458 @ 850 : 1.458 @ 850 nmnm•• IncrementarIncrementar: : GeOGeO22, P, P22OO55, , AlAl22OO33, , TiOTiO22•• DisminuirDisminuir: B: B22OO33, F, F

•• ParParáámetros metros ::

•• Perfil del Perfil del ííndice ndice Tipo de Tipo de dopantesdopantes•• Cantidad de Cantidad de dopantesdopantes•• Dimensiones nDimensiones núúcleocleo/cubierta/cubierta

Ref: John M. Senior, “Optical Fiber Communications”

Fibras estándar Fibras de dispersión desplazada

T4: MT4: Méétodos de Fabricacitodos de Fabricacióónn

GuiGuióónn






T4: MT4: Méétodos de fabricacitodos de fabricacióónn

Fases de fabricaciFases de fabricacióónn

1.1. Elegir Elegir materialesmateriales de partidade partida

2.2. CreaciCreacióónn de la preforma:de la preforma:

•• Proceso en LotesProceso en Lotes •• Fase LFase Lííquidaquida•• Proceso continuoProceso continuo •• Fase VaporFase Vapor

3.3. ColapsadoColapsado de la preformade la preforma

4.4. EstiradoEstirado de la preformade la preforma

5.5. RevestimientoRevestimiento primarioprimario


Materiales de partidaMateriales de partida

SiCl4, SiF4, GeCl4, POCl3, BCl3, O2, etc.

Materiales de partida

•• SSíílice, lice, SiOSiO22

SiClSiCl44+2H+2H22O O SiOSiO22+4HCl+4HCl

•• Haluros metHaluros metáálicos en estado vaporlicos en estado vapor

GeClGeCl44 + O+ O22 GeOGeO22 + 2Cl+ 2Cl22

TiClTiCl44+O+O22 TiOTiO22+2Cl+2Cl22

4POCl4POCl33+3O+3O22 2P2P22OO55+6Cl+6Cl22


•• Fase LFase Lííquidaquida, alternativa a fase vapor, alternativa a fase vapor

•• FabricaciFabricacióón continuan continua•• Contaminantes en horno/crisolesContaminantes en horno/crisoles•• SSóólo fibras de salto de lo fibras de salto de ííndicendice

MMéétodo del Doble Crisoltodo del Doble Crisol

Ref: José Capmany et al., “Dispositivos de Comunicaciones Ópticas”


Deposición química de vapor

Hidrólisis de llama

MMéétodos de fabricacitodos de fabricacióón (fase vapor)n (fase vapor)

MCVD (Deposición interna en fase de vapor)

PCVD (Deposición química en fase vapor activada por plasma)

VAD (Deposición axial en fase de vapor)

OVPO (Deposición externa en fase de vapor)

SiCl4, SiF4, GeCl4, POCl3, BCl3, O2, etc.

Materiales de partida

Estirado de fibra

Fibra óptica

Colapsado de preforma


MCVDMCVD


•• DeposiciDeposicióón interna en fase vaporn interna en fase vapor ((ModifiedModified ChemicalChemical Vapor Vapor PhasePhaseDepositionDeposition))

•• Laboratorios Laboratorios BellBell, USA + , USA + SouthamptonSouthampton Univ., UKUniv., UK

•• F.OF.O. Salto de . Salto de ííndice / ndice / ÍÍndicendice gradualgradual•• Menores pMenores péérdidas rdidas 0.2 0.2 dBdB//kmkm @ 1.5 @ 1.5 μμmm•• Fibras mantenedoras de polarizaciFibras mantenedoras de polarizacióónn


•• DeposiciDeposicióón qun quíímica en fase vapor activada por plasmamica en fase vapor activada por plasma ((PlasmaPlasmaActivatedActivated ChemicalChemical Vapor Vapor DepositionDeposition))

•• PhillipsPhillips ResearchResearch ((KuppersKuppers andand KoeningsKoenings))

•• Alta eficiencia de deposiciAlta eficiencia de deposicióón, la rotacin, la rotacióón del tubo no es necesarian del tubo no es necesaria•• RRáápido movimiento de plasma pido movimiento de plasma 2000 capas finas 2000 capas finas ííndice ndice

parabparabóólicolico•• Baja dispersiBaja dispersióón n 0.8 0.8 nsns//pm.kmpm.km, p, péérdidas de 3rdidas de 3--4 4 dBdB//KmKm @ 0.85 @ 0.85 μμmm

PCVDPCVD



•• DeposiciDeposicióón Externa en Fase de Vaporn Externa en Fase de Vapor ((OutsideOutside Vapor Vapor PhasePhaseOxidationOxidation))

•• CorningCorning GlassGlass Works (Works (HydeHyde), el m), el máás antiguos antiguo

•• Mandril de material cerMandril de material ceráámico o grafito, deposicimico o grafito, deposicióón por hidrn por hidróólisislisis•• Preforma obtenida de la estructura porosa tras sinterizaciPreforma obtenida de la estructura porosa tras sinterizacióónn•• DepresiDepresióón del n del ííndice en el centro del nndice en el centro del núúcleo por efecto del mandrilcleo por efecto del mandril

OVPOOVPO



•• DeposiciDeposicióón Axial en Fase de Vaporn Axial en Fase de Vapor ((VaporVapor Axial Axial DepositionDeposition))•• SumitomoSumitomo, Jap, Japóón (n (IzawaIzawa et al.)et al.)

•• FabricaciFabricacióón ininterrumpida de preforman ininterrumpida de preforma•• Preforma sinterizada internamentePreforma sinterizada internamente

por calentador de grafitopor calentador de grafito•• DeposiciDeposicióón nn núúcleocleo--cubierta de formacubierta de forma

simultsimultáánea nea calentamiento radialcalentamiento radial•• Impurezas OH Impurezas OH hidrhidróólisis delisis de

llamallama•• Atenuaciones de 0.7Atenuaciones de 0.7--2 2 dBdB//kmkm

@ 1.181 @ 1.181 μμmm•• F.OF.O. . Salto Salto ííndice / gradual, ndice / gradual, MultimodoMultimodo//monomodomonomodo

VADVAD



•• Mantenedoras de la polarizaciMantenedoras de la polarizacióón n Generalmente MVCDGeneralmente MVCD

•• ZBLANZBLAN•• PlPláásticostico•• Activas Activas MCVD, VADMCVD, VAD

Fibras especialesFibras especiales



•• Preforma hueca Preforma hueca Preforma sPreforma sóólidalida

•• Tubo de vidrio: 60Tubo de vidrio: 60--120 120 cmcm de largo y 10de largo y 10--25 25 mmmm didiáámetrometro•• 100100--250 250 kmkm de fibrade fibra•• RRééplica macroscplica macroscóópica de la estructura final de la fibrapica de la estructura final de la fibra•• Colapsado realizado a 1700Colapsado realizado a 1700--1900 1900 ººCC

Colapsado de la preformaColapsado de la preforma

Preformas “British Telecom” (GIF-UC)


Estirado de la preformaEstirado de la preforma


T4: Cables de fibraT4: Cables de fibra

GuiGuióónn







•• FuncionesFunciones–– ProtecciProteccióón de FO frente a dan de FO frente a dañño/fractura en instalacio/fractura en instalacióón/vida n/vida úútiltil–– Estabilidad de la atenuaciEstabilidad de la atenuacióón durante la transmisin durante la transmisióónn–– Consistencia mecConsistencia mecáánica: traccinica: traccióón, compresin, compresióón, torsin, torsióón, n,

medioambientalmedioambiental–– Facilitar identificaciFacilitar identificacióón/unin/unióón de n de FOsFOs

•• ElementosElementos–– Fibras Fibras óópticaspticas–– Refuerzo a la tracciRefuerzo a la traccióónn–– Conductores metConductores metáálicoslicos–– Separadores de plSeparadores de pláásticossticos–– Rellenos para dar uniformidad cilRellenos para dar uniformidad cilííndricandrica–– Refuerzo de amortiguamiento radialRefuerzo de amortiguamiento radial–– Pantalla y cubierta exteriorPantalla y cubierta exterior

CablesCables


•• Recubrimiento secundarioRecubrimiento secundario–– Ajustado/ceAjustado/ceññido (ido (tighttight))–– Suelto (Suelto (looseloose))

Elementos del cable (I)Elementos del cable (I)

ESTRUCTURA DEL CABLE PARÁMETRO DEL CABLE

HOLGADA AJUSTADA Radio de curvatura Diámetro Tensión de tracción (instalación) Resistencia a golpes Resistencia a presiones Comportamiento en temperatura ☺

Recubrimiento

SECUNDARIO

Recubrimiento

PRIMARIO

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


•• NNúúcleo del cable:cleo del cable:–– Elementos estructuralesElementos estructurales

•• MetMetáálicoslicos: hilos de acero: hilos de acero•• No metNo metáálicoslicos ((cables dielcables dielééctricosctricos): Filamentos de pl): Filamentos de pláástico, fibras (polistico, fibras (poliééster ster

aromaromáático, tico, KevlarKevlar®® de de DuDu PontPont), vidrio), vidrio

–– Elemento de refuerzo/tracciElemento de refuerzo/traccióón: n: f (instalacif (instalacióón: conducto/an: conducto/aééreo)reo)•• Acero, E=170Acero, E=170--190 GN/m190 GN/m22

•• KevlarKevlar, E=110, E=110--130 GN/m130 GN/m22

•• Fibra de vidrio, E=60Fibra de vidrio, E=60--80 GN/m80 GN/m22

–– RellenosRellenos

•• Cubierta exteriorCubierta exterior

Elementos del cable (II)Elementos del cable (II)


A.A. MonofibraMonofibraB.B. GruposGruposC.C. CintasCintasD.D. AAééreoreoE.E. RanuradoRanurado

Tipos de cables (I)Tipos de cables (I)


F.F. SubmarinoSubmarinoG.G. Con canalesCon canalesH.H. De energDe energííaaI.I. OPGW (Hilo de Guardia)OPGW (Hilo de Guardia)J.J. EdificiosEdificios

Tipos de cables (II)Tipos de cables (II)


FabricaciFabricacióón del cablen del cable


FabricaciFabricacióón del cablen del cable


Pruebas realizadas a los cablesPruebas realizadas a los cables

•• PruebasPruebas

–– Resistencia a tracciResistencia a traccióón de las fibras n de las fibras óópticas y del cable compuestopticas y del cable compuesto–– Ciclo de temperatura sobre ambosCiclo de temperatura sobre ambos–– Pruebas de aplastamiento e impacto sobre el cablePruebas de aplastamiento e impacto sobre el cable–– Pruebas de penetraciPruebas de penetracióón de agua o humedad en el cablen de agua o humedad en el cable–– Pruebas mecPruebas mecáánicas de torsinicas de torsióón, curvatura y flexin, curvatura y flexióónn–– Pruebas elPruebas elééctricas de rigidez dielctricas de rigidez dielééctrica de aislamientoctrica de aislamiento–– Pruebas de adaptaciPruebas de adaptacióón ambiental y contaminacin ambiental y contaminacióónn–– Pruebas de resistencia al fuego (Norma IEC 331)Pruebas de resistencia al fuego (Norma IEC 331)–– Pruebas de propagaciPruebas de propagacióón y retardo de la llama (Norma IEC 332)n y retardo de la llama (Norma IEC 332)


•• ConductosConductos–– SubconductosSubconductos–– LubricantesLubricantes

•• AAéérearea–– Cables dielCables dielééctricos ADSS (ctricos ADSS (AutosoportedAutosoported DielectricDielectric))–– Cables en hilo de guarda, OPGW (Cables en hilo de guarda, OPGW (OpticalOptical PowerPower GroundGround WireWire))

•• EnterradosEnterrados–– AradoArado–– Zanjas o trincherasZanjas o trincheras–– ArtesasArtesas

•• SubmarinosSubmarinos

Instalaciones de fibra Instalaciones de fibra óópticaptica

EjemploEjemplo


Instalaciones de fibra Instalaciones de fibra óópticaptica


•• G.650 G.650 (07/1997):(07/1997): DefiniciDefinicióón y mn y méétodos de prueba de los partodos de prueba de los paráámetros metros pertinentes (lineales, estadpertinentes (lineales, estadíísticos, no lineales) de las fibras sticos, no lineales) de las fibras monomodomonomodo..

•• G.651G.651 (02/1998):(02/1998): CaracterCaracteríísticas de un cable de fibra sticas de un cable de fibra óóptica ptica multimodomultimodo de de ííndice gradual de 50/125 mm.ndice gradual de 50/125 mm.

•• G.652 G.652 (03/2003):(03/2003): CaracterCaracteríísticas de las fibras y cables sticas de las fibras y cables óópticos pticos monomodomonomodo..

•• G.653 G.653 (10/2000):(10/2000): CaracterCaracteríísticas de los cables de fibra sticas de los cables de fibra óóptica ptica monomodomonomodo con dispersicon dispersióón desplazadan desplazada..

•• G.654 G.654 (06/2002):(06/2002): CaracterCaracteríísticas de los cables de fibra sticas de los cables de fibra óóptica ptica monomodomonomodo con corte desplazadocon corte desplazado..

•• G.655 G.655 (03/2003):(03/2003): CaracterCaracteríísticas de fibras y cables sticas de fibras y cables óópticos pticos monomodomonomodo con dispersicon dispersióón desplazada no nulan desplazada no nula..

NormativaNormativa

T4: FabricantesT4: Fabricantes

GuiGuióónn






T4: FabricantesT4: Fabricantes

•• CorningCorning, , www.corning.comwww.corning.com

•• AlcatelAlcatel, , www.alcatel.eswww.alcatel.es

•• PirelliPirelli, , www.pirelli.comwww.pirelli.com

•• FurukawaFurukawa, , httphttp://://www.ofsoptics.comwww.ofsoptics.com

•• SumitomoSumitomo, , www.sei.co.jpwww.sei.co.jp

•• MitsubishiMitsubishi, , www.mitsubishi.comwww.mitsubishi.comMitsubishiMitsubishi RayonRayon Co.LtdCo.Ltd. . www.mrc.co.jpwww.mrc.co.jp

FabricantesFabricantes

OPGWOPGW

CATVCATV

LooseLoose

SMFSMF

SMFSMF

TEMA 4TEMA 4

FINALFINAL

T4: Tipos de preformasT4: Tipos de preformas

Fibra de perfil de Fibra de perfil de ííndice gradualndice gradual

Preformas “British Telecom” (GIF-UC)Preformas “British Telecom” (GIF-UC)

T4: Tipos de preformasT4: Tipos de preformas

Fibra dopada con ErbioFibra dopada con Erbio

Preformas “British Telecom” (GIF-UC)

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