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Última actualización: 5 de marzo de 2021

Como todos sabemos, las materias primas de alta pureza son fundamentales para lograr los objetivos de diseño. Las impurezas metálicas bajas evitan las pérdidas reflectantes, y las materias primas secas evitan las absorciones. Además, hay muchas tácticas de diseño para cumplir con la longitud de onda de corte, el diámetro del campo de modo (MFD) y la apertura numérica (NA). Los objetivos adicionales de fabricación del diseño de guías de ondas incluyen alta pureza, bajo contenido de OH, uniformidad y reproducibilidad.

En mis años de operación y mantenimiento de un sistema de fabricación de MCVD en 3M, trabajé estrechamente con los diseñadores y estuve íntimamente involucrado en el proceso de diseño para asegurar que los diseños fueran fabricables con respecto a los coeficientes de expansión, etc. De hecho, el equipo de diseñador / operador de la fabricación de preformas es similar a cómo trabajan juntos arquitectos y constructores de viviendas. El "anteproyecto" puede verse bien en el papel, sin embargo, los dos profesionales necesitan trabajar en estrecha colaboración para descubrir detalles del mundo real.

Además de resolver los problemas de diseño con el diseñador, el operador de MCVD debe controlar estrechamente múltiples equipos y variables de proceso durante todo el proceso de fabricación. Los siguientes párrafos ofrecen una revisión de alto nivel de los objetivos de diseño críticos para las preformas de fibra óptica, junto con consejos para que los operadores de MCVD fabriquen las guías de onda de vidrio especificadas y logren diseños reproducibles.

El perfilador de preformas es fundamental para cumplir los objetivos de diseño

Como operador de MCVD, confía en el perfilador para medir el índice de refracción y las dimensiones de la preforma completa, como el grosor de las capas de vidrio. Esta es información crítica para analizar la preforma completa y predecir la capacidad de cumplir con los objetivos de diseño. Por lo general, el generador de perfiles tiene un software para predecir la longitud de onda de corte de la fibra dibujada, MFD y NA. Como operador, esto le brinda información vital para planificar cambios en el proceso de MCVD que cumplan con los objetivos de diseño especificados.

 

 

Consideraciones adicionales de diseño

  • Las capas de barrera ralentizan la migración de OH, proporcionan un sustrato de vidrio de alta pureza para capas de deposición críticas y crean vidrio puro para campos de modo de expansión - Como usted sabe, las capas de barrera de vidrio suelen tener un índice de coincidencia con el tubo de inicio, pero tienen una pureza mucho mayor. Por lo general, deposita varias capas de vidrio de alta pureza dentro del tubo de sustrato para formar una superficie prístina para sus capas críticas de deposición, que guiarán la luz. El vidrio puro es importante porque, dependiendo del diseño de la guía de onda, el campo de modo que viaja a través del núcleo de la fibra se expandirá dependiendo de la longitud de onda. Se puede guiar algo de luz en la capa de barrera dependiendo del diseño óptico. Si la capa de barrera no es lo suficientemente gruesa, el campo de modo puede encontrarse con el vidrio del tubo de deposición, con potenciales absorciones o reflejos que conducen a una mayor pérdida de fibra.
  • Se pueden usar capas de barrera de pozo deprimido (índice <sílice) (para minimizar el GeO2 del núcleo) para minimizar las pérdidas de vidrio del núcleo - Los operadores de MCVD saben que el germanio en núcleos aumenta el índice de refracción. Sin embargo, cuanto más agregue, mayores serán las pérdidas de fibra. Una táctica es reducir el índice de refracción de las capas de barrera de alta pureza alrededor del núcleo. Las capas bien deprimidas se pueden formar con dopantes como el flúor. Este diseño aumenta la diferencia del índice de refracción entre la barrera y las capas del núcleo sin aumentar el germanio del núcleo y aumenta el NA. El espesor del pozo deprimido debe diseñarse cuidadosamente para evitar el corte del modo principal.

Consideraciones importantes sobre el equipo para lograr los objetivos de diseño

Como operador, ¿qué puede hacer para asegurarse de cumplir con sus objetivos de diseño? Como se discutió, debe controlar estrictamente las capas de barrera y las capas de pozo deprimidas. Controlar con precisión los flujos de gas es crítico.

  • Calibración de control de flujo másico - Como sabe, necesita buenos equipos y procedimientos de calibración, porque debe conocer el flujo másico exacto.
  • Controles de vaporización química - Hablé un poco sobre burbujeadores en mis artículos anteriores (vea los enlaces al final de este artículo). Además, planeo discutir esta característica crítica con más detalle en un artículo futuro.
  • Prueba de fugas para garantizar proporciones constantes de flujo y vapor - Claramente, necesita un buen procedimiento / sistema de prueba de fugas y la garantía de que el equipo funciona correctamente para lograr un flujo constante y buenas relaciones de vapor. Esto contribuye a diseños reproducibles.

 

 

Consideraciones importantes del proceso para lograr los objetivos de diseño

Para los fabricantes de preformas, ciertos controles de proceso pueden ayudar a garantizar que las especificaciones de diseño se cumplan de manera consistente. Aquí hay 4 puntos clave en el proceso que lo ayudan a cumplir sus objetivos de diseño.

  1. Controle cuidadosamente el diámetro del tubo con un espesor de capa constante para cada pasada - Cuando deposita capas de barrera y núcleo, su objetivo es un grosor constante cada vez. Sin embargo, como bien sabe, la presión de la llama del quemador provoca la contracción del tubo de deposición. Sin control de diámetro, esta contracción reduce el área de la superficie interior. Con flujos de vapor constantes, el espesor de la capa depositada disminuirá. Si el diámetro del tubo de deposición varía de una carrera a otra, o dentro de una carrera, el espesor de la capa no se reproducirá. Es absolutamente crítico controlar cuidadosamente el diámetro del tubo. Cuando se trata de deposiciones, la consistencia es clave. Aquí hay otra forma de pensar en esto: la contracción del tubo aumenta el área de la sección transversal del tubo (CSA), lo que reduce la temperatura de reacción interna (deposiciones de impacto) y da como resultado una superficie reducida para el óxido. declaración. En un mundo perfecto, si crea 10 preformas con CSA de tubo de deposición idénticos que se encogen exactamente a la misma velocidad, puede vivir con la contracción del tubo. Todas estas preformas serán idénticas, asumiendo que otras variables son constantes. Pero eso rara vez sucede, porque los tubos de inicio suelen tener diferentes CSA y cada proceso implica cierta variabilidad.

Un consejo para mejorar la reproducibilidad: La temperatura interna del tubo de deposición es lo que importa, ya que la reacción ocurre en el interior. Sin embargo, el pirómetro de proceso lee la temperatura externa. SG Controls ofrece un sistema de control de diámetro, que controla y proporciona una medición óptica del diámetro del tubo. Este sistema es de circuito cerrado, con el sistema de presurización que controla la contrapresión del tubo con retroalimentación de la medición del diámetro y el punto de ajuste. Tener un sistema automatizado para controlar el diámetro del tubo es muy importante. Si bien he tenido cierto éxito controlando el diámetro manualmente, ese enfoque no es tan reproducible como un sistema automatizado.

  1. La baja temperatura de deposición reduce la difusión de OH al núcleo desde el tubo y el quemador y evita la contracción del tubo. - Como hemos comentado, la falta de control del diámetro provoca un engrosamiento de la pared del tubo. Con una pared de tubo más gruesa, se debe aplicar más calor del quemador para mantener una temperatura de deposición constante. El tubo de deposición y el quemador son fuentes de agua, que pueden difundirse a través de capas de vidrio hacia el núcleo. Mantener la temperatura de deposición lo más baja posible evita que el tubo se contraiga Y evita que el agua se mueva hacia el núcleo, lo que provocará absorciones en las mediciones finales de fibra.

Un consejo para mantener baja la temperatura: Como probablemente sepa, la adición de dopantes como fósforo y flúor reduce la temperatura de deposición.

  1. La temperatura del tubo de deposición es fundamental en este proceso, lo que significa que la calibración es esencial para lograr objetivos de diseño reproducibles. - Es absolutamente esencial que su pirómetro de proceso esté calibrado. De hecho, para garantizar la precisión, utilicé un estándar de calibración portátil que era independiente del pirómetro de proceso. Miré a través del visor del pirómetro, moviéndome por la zona caliente hasta que se detectó la temperatura máxima. Esta temperatura máxima es la temperatura real. Compararía esta lectura con el pirómetro de proceso y comprobaría los cambios de calibración. La calibración es fundamental: un proceso reproducible depende de temperaturas precisas.

Un consejo sobre los pirómetros de mano: No es necesario comprar una costosa unidad de cuerpo negro. En su lugar, compre un estándar portátil que esté calibrado con un estándar de cuerpo negro. Además, podría montar temporalmente el pirómetro de mano en el carro de bomberos para verificar la calibración del pirómetro de proceso.

  1. Durante el colapso del tubo, controle la relación de H2 / O2 del quemador para lograr una relación de núcleo a revestimiento reproducible y minimizar el quemado del vidrio. - Pasando por este proceso cronológicamente, ha completado sus deposiciones y ahora tiene que colapsar el tubo hueco en una preforma sólida. Para lograr esto, debe aumentar los flujos de H2 / O2 del quemador para crear una presión y temperatura de llama altas. La presión de la llama aplica fuerza y ​​calor al tubo, lo que lo obliga a colapsar. Con una presión interna adecuada del tubo, el tubo permanece redondo. La relación H2 / O2 del quemador es fundamental, ya que afecta directamente la cantidad de vidrio que quema. A temperaturas de colapso, está vaporizando vidrio y notará la condensación de óxido blanco delante del quemador. Es muy importante controlar la relación de gas del quemador y la combustión del vidrio durante el colapso. La preforma se reduce exactamente durante el proceso de estirado de fibras. La vaporización a alta temperatura del vidrio (pulido a la llama) se puede utilizar para ajustar la relación núcleo / revestimiento de las preformas terminadas, si el diseño lo requiere.

Un consejo para mantener la preforma recta durante el colapso: Empresas como SG Controls ofrecen quemadores de acero inoxidable refrigerados por agua con cortinas de nitrógeno para reducir el ancho de la zona caliente, lo que evita que la preforma se combe durante el colapso. Los chorros de nitrógeno de flujo ajustable en los bordes exteriores del quemador soplan contra el tubo para reducir uniformemente el ancho de la zona caliente. Esto permite al operador ajustar el ancho de la zona caliente durante el colapso. Este equipo puede mejorar la uniformidad y el rendimiento de la fibra.

Resumen

Claramente, esta es una revisión de alto nivel de los objetivos de diseño críticos para las preformas de fibra óptica. Con suerte, ha aprendido un par de consejos para poder mejorar continuamente su proceso y su reproducibilidad. Si desea discutir más sobre alguno de estos puntos o desea información sobre algunos de los equipos mencionados en este artículo, le animo a que me llame.

Si tiene alguna pregunta, le recomendamos que nos llame, estamos aquí para ayudarlo.

Autor

larry donalds comenzó su carrera en Fiber Optic Center (FOC) en 2017 como experto en fibra óptica especializada, desarrollo de procesos y consultor de fabricación. Larry aporta más de 35 años de experiencia de 3M Company en St. Paul, MN, después de jubilarse recientemente. Durante su tiempo con 3M Company, pasó 24 años en el desarrollo y la fabricación de fibra óptica especial utilizando la "voz del cliente", ayudando a 3M a diseñar y producir fibras ópticas para cumplir con las aplicaciones específicas del cliente y los criterios de rendimiento. Los proyectos incluyeron el desarrollo y la producción de fibra PM, PZ, EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio), fibra endurecida por radiación para giroscopios, solución de dopaje de preformas, desarrollo de patentes para fibra de oxifluoruro de erbio, deposición de tierras raras organometálicas y una fibra monomodo de tierras raras. sensor de flexión y posición. En su cargo de fibra en 3M, Larry mantuvo y operó equipos MCVD de SG Controls Ltd de Cambridge, Inglaterra, a quien FOC ha representado en América del Norte durante más de 25 años. Larry ha obtenido varios premios durante su carrera, incluidos el premio 3M Golden Step, el premio Photonics Circle of Excellence, el premio R&D 100, los premios 3M Circle of Technical Excellence Awards en 1983, 2001 y 2008 y el premio 3M Ideation Challenge en 2017. Larry y su esposa residen en arizona Fuera de FOC, los pasatiempos de Larry incluyen pesca, paseos en bote, motos de nieve, paisajismo al aire libre y diseño y construcción de terrazas.

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