4.1. Núcleo

El núcleo, que transporta la luz, es la parte más pequeña de la fibra óptica. El núcleo de fibra óptica generalmente está hecho de vidrio, aunque algunos están hechos de plástico. El vidrio utilizado en el núcleo es dióxido de silicio extremadamente puro (SiO2), un material tan transparente que se puede ver a través de 5 millas como si estuvieras mirando a través de una ventana de una casa.

En el proceso de fabricación, se utilizan dopantes como germanio, pentóxido de fósforo o aluminio para elevar el índice de refracción en condiciones controladas.

Los núcleos de fibra óptica se fabrican en diferentes diámetros para diferentes aplicaciones. Los núcleos de vidrio típicos van desde tan pequeños como 3.7um hasta 200um. Los tamaños de núcleo comúnmente utilizados en telecomunicaciones son 9um, 50um y 62.5um. Los núcleos de fibra óptica de plástico pueden ser mucho más grandes que el vidrio. Un tamaño de núcleo de plástico popular es 980um.

4.2. Revestimiento

El revestimiento rodea el núcleo y proporciona el índice de refracción más bajo para hacer que la fibra óptica funcione. Cuando se utiliza el revestimiento de vidrio, el revestimiento y el núcleo se fabrican juntos a partir del mismo material a base de dióxido de silicio en un estado de fusión permanente. El proceso de fabricación agrega diferentes cantidades de dopantes al núcleo y al revestimiento para mantener una diferencia en los índices de refracción entre ellos de aproximadamente el 1%.

Un núcleo típico puede tener un índice de refracción de 1,49 a 1300 nm, mientras que el revestimiento puede tener un índice de refracción de 1,47. Estos números, sin embargo, son dependientes de la longitud de onda. El núcleo de la misma fibra tendrá un índice de refracción diferente en una longitud de onda diferente.

Al igual que el núcleo, el revestimiento se fabrica en diámetros estándar. Los dos diámetros más utilizados son 125um y 140um. El revestimiento de 125um generalmente admite tamaños de núcleo de 9um, 50um, 62.5um y 85um. El revestimiento de 140um tiene típicamente un núcleo de 100um.

4.3. Recubrimiento

El recubrimiento es la capa protectora de la fibra óptica. El revestimiento absorbe los golpes, muescas, raspaduras e incluso la humedad que podría dañar el revestimiento. Sin el recubrimiento, la fibra óptica es muy frágil. Un solo corte microscópico en el revestimiento podría causar que la fibra óptica se rompa cuando se dobla. El recubrimiento es esencial para todas las fibras de vidrio, y no se venden sin él.

El recubrimiento es únicamente protector. No contribuye de ninguna manera a la capacidad de transporte de luz de la fibra óptica. El diámetro exterior del recubrimiento suele ser de 250um o 500um. Generalmente el recubrimiento es incoloro. Sin embargo, en algunas aplicaciones, el recubrimiento es de color, de modo que se pueden identificar las fibras ópticas individuales en un grupo de fibras ópticas.

El revestimiento encontrado en una fibra óptica se selecciona para un tipo específico de rendimiento o entorno. Una de las formas más comunes de recubrimiento es el acrilato. Este recubrimiento se aplica típicamente en dos capas. El recubrimiento primario se aplica directamente sobre el revestimiento. Este recubrimiento es suave y proporciona una protección para la fibra óptica cuando se dobla. El recubrimiento secundario es más duro que el recubrimiento primario y proporciona una superficie exterior dura. El acrilato, sin embargo, está limitado en el rendimiento de la temperatura. Un típico acrilato puede actuar a temperaturas de hasta 125º C.

La silicona, el carbono y la poliimida son recubrimientos que se pueden encontrar en las fibras ópticas que se utilizan en entornos hostiles, como los asociados con la aviónica, la industria aeroespacial y el espacio. También se pueden usar en fibras ópticas diseñadas para minería o para perforación de petróleo y gas.

5.1. Fabricación del cilindro de vidrio preformado

El vidrio para la preforma se fabrica mediante un proceso llamado depósito de vapor químico modificado (MCVD).

En el proceso MCVD, el oxígeno se burbujea a través de soluciones de cloruro de silicio (SiCl4), cloruro de germanio (GeCl4) y/o otros productos químicos. La mezcla precisa gobierna las diversas propiedades físicas y ópticas (índice de refracción, coeficiente de expansión, punto de fusión, etc.). Los vapores de gas se conducen al interior de un tubo de sílice sintético o de cuarzo (revestimiento) en un torno especial. A medida que el torno gira, una antorcha se mueve hacia arriba y hacia abajo por el exterior del tubo. El calor extremo de la antorcha provoca dos cosas:

Que el silicio y el germanio reaccionan con el oxígeno, formando dióxido de silicio (SiO2) y dióxido de germanio (GeO2).

Que el dióxido de silicio y el dióxido de germanio se depositan en el interior del tubo y se fusionan para formar vidrio.

El torno gira continuamente para formar una capa uniforme y un blanco uniforme. La pureza del vidrio se mantiene mediante el uso de plástico resistente a la corrosión en el sistema de suministro de gas (bloques de válvulas, tuberías, sellos) y mediante el control preciso del flujo y la composición de la mezcla. El proceso de hacer la preforma es altamente automatizado y toma varias horas. Después que la preforma se enfría, se prueba para controlar su calidad (índice de refracción).

5.2. Estiramiento de la preforma de fibra

Una vez que se ha probado la preforma, se carga en una torre de extracción de fibra. La preforma se baja en un horno de grafito (de 1,900 a 2,200 grados Celsius) y la punta se derrite hasta que una masa fundida cae por la gravedad. A medida que cae, se 5enfría y forma un hilo.

El operador enrosca la hebra a través de una serie de copas de recubrimiento (revestimiento buffer) y hornos de curado con luz ultravioleta en una bobina controlada por el tractor. El mecanismo tractor extrae lentamente la fibra de la preforma calentada y se controla con precisión mediante el uso de un micrómetro láser para medir el diámetro de la fibra y devolver la información al mecanismo tractor. Las fibras se extraen de la preforma a una velocidad de 10 a 20 m/s, y el producto terminado se enrolla en un carrete. No es raro que los carretes contengan más de 2.2 km de fibra óptica.

5.3. Prueba de la Fibra Óptica terminada

A la fibra óptica terminada se le realizan las siguientes pruebas:

• Resistencia a la tracción: debe resistir 100,000 lb / in2 o más
• Perfil de índice de refracción: determine la apertura numérica y la pantalla para detectar defectos ópticos
• Geometría de fibra: el diámetro del núcleo, las dimensiones del revestimiento y el diámetro del revestimiento deben ser uniformes
• Atenuación: Determinar la medida en que las señales de luz de varias longitudes de onda se degradan a lo largo de la distancia
• Capacidad de transporte de información (ancho de banda): número de señales que pueden transportarse de una vez (fibras multimodo)
• Dispersión cromática: propagación de varias longitudes de onda de luz a través del núcleo (importante para el ancho de banda)
• Rango de temperatura / humedad de funcionamiento
• Dependencia de la temperatura de la atenuación
• Capacidad de conducir luz bajo el agua – Importante para cables submarinos

5.4. Control de calidad en la producción de fibra óptica

Varios factores influyen en la calidad y pureza de la fibra óptica producida. Éstas incluyen:

• Composición química: Lograr relaciones óptimas de los diversos productos químicos utilizados para crear la preforma es importante para lograr la pureza del vidrio. Esta mezcla de productos químicos también determina las propiedades ópticas de la fibra que se producirá a partir de la preforma, incluidos el coeficiente de expansión, el índice de refracción, y así sucesivamente.
• Monitoreo de Gases: Es crucial que la composición del gas y la tasa de flujo sean monitoreados durante todo el proceso de creación de la preforma. También es importante que las válvulas, tubos y tuberías que entran en contacto con el gas estén hechos de materiales resistentes a la corrosión.
• Calor y rotación: el cilindro hueco que se utiliza para crear la preforma se debe calentar a la temperatura adecuada y girar continuamente para permitir que los productos químicos se depositen de manera uniforme.

En el siguiente video se muestra como se fabrica la fibra óptica, documental realizado por Discovery Channel:

6. Normas Aplicadas a la Fibra Óptica

Si bien son posibles muchas combinaciones de tamaños de núcleo y revestimiento, las normas son necesarias para garantizar que los conectores y el equipo puedan combinarse correctamente. Esto es especialmente importante cuando se trata de componentes tan pequeños como los utilizados en fibra óptica, donde incluso las desalineaciones leves pueden inutilizar todo el sistema.

Dos organizaciones publican estándares que definen el rendimiento de las fibras ópticas utilizadas en la industria de las telecomunicaciones; son la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) y la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). Si bien TIA y ITU publican muchos estándares sobre fibra óptica, los estándares clave con los que debe estar familiarizado con ANSI / TIA-568-C.3, ITU-TG.653, ITU-TG.655 y ITU-T G.657.

La norma ANSI / TIA-568-C.3 es aplicable a los componentes de cableado de fibra óptica de las instalaciones. Las normas ITU se aplican al cable de fibra óptica monomodo. Las siguientes son sus descripciones:

> UIT-TG.652: Características de un cable y fibra óptica monomodo

> UIT-T G.655: Características de una fibra óptica y un cable monomodo con dispersión desplazada

> UIT-T G.657: Características de un cable y fibra óptica monomodo con dispersión no desplazada a cero

Estos estándares contienen información importante que define el rendimiento de la fibra óptica, el cable de red de fibra óptica y componentes como el Conne óptico.

Referencias:

• https://searchtelecom.techtarget.com/definition/optical-fiber
• http://www.fiberopticshare.com/what-are-the-components-of-optical-fiber.html
• https://computer.howstuffworks.com/fiber-optic5.htm

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