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Os materiais básicos usados
na fabricação de fibras ópticas são sílica pura ou dopada, vidro
composto e plástico. As fibras ópticas fabricadas de sílica pura ou
dopada são as que apresentam as melhores características de transmissão
e são as usadas em sistemas de telecomunicações. Todos os processos de
fabricação são complexos e caros. As fibras ópticas fabricadas de
vidro composto e plástico não tem boas características de transmissão
(possuem alta atenuação e baixa largura de banda passante) e são
empregadas em sistemas de telecomunicações de baixa capacidade e
pequenas distâncias e sistemas de iluminação. Os processos de fabricação
dessas fibras são simples e baratos se comparados com as fibras de sílica
pura ou dopada.
FABRICAÇÃO DE FIBRAS DE SÍLICA PURA
Existem 4 tipos de processos de fabricação deste tipo de fibra e a
diferença entre eles está na etapa de fabricação da preforma
(bastão que contém todas as características da fibra óptica, mas
possui dimensões macroscópicas). A segunda etapa de fabricação da
fibra, o puxamento, é comum a todos os processos.
MCVD (MODIFICATED CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION)
Este processo consiste na deposição de camadas de materiais (vidros
especiais) no interior de um tubo de sílica pura (SiO2).
O tubo de sílica é o que fará o papel de casca da fibra óptica,
enquanto que os materiais que são depositados farão o papel do núcleo
da fibra. O tubo de sílica é colocado na posição horizontal numa máquina
chamada torno óptico que o mantém girando em torno de seu eixo. No
interior do tubo são injetados gases (cloretos do tipo SiCl4,
GeCl4, etc.) com concentrações
controladas. Um queimador percorre o tubo no sentido longitudinal elevando
a temperatura no interior do tubo para 1500oC
aproximadamente. Os gases, quando atingem a região de alta temperatura,
reagem com o oxigênio (gás de arraste) formando óxidos como SiO2,
GeO2, etc. liberando o Cl2.
Ocorre então a deposição de partículas submicroscópicas de vidro no
interior do tubo, as quais formarão o núcleo da fibra. A cada passagem
do maçarico na extensão do tubo, deposita-se uma camada de 5 a 10 mm
e esse processo repete-se até que o núcleo tenha dimensões apropriadas.
Os óxidos GeO2
e P2O5
tem a função de variar o índice de refração da sílica pura (SiO2)
de acordo com suas concentrações.
Após a deposição do número correto de camadas é
efetuado o colapsamento do tubo (estrangulamento) para torná-lo um bastão
sólido e maciço denominado preforma. Isso é feito elevando-se a
temperatura do queimador a 1800-2000oC,
e o tubo fecha-se por tensões superficiais.
Por esse processo, obtêm-se fibras de boa qualidade porque a reação que
ocorre no interior do tubo não tem contato com o meio externo, dessa
maneira evita-se a deposição de impurezas, especialmente a hidroxila (OH-).
Com esse processo, pode-se fabricar fibras do tipo multimodo degrau e
gradual e monomodo.
PVCD (PLASMA CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION)
A diferença básica deste método, ilustrado abaixo, em relação ao MCVD
é que ao invés de usar um maçarico de oxigênio e hidrogênio, usa-se
um plasma não isotérmico formado por uma cavidade ressonante de
microondas para a estimulação dos gases no interior do tubo de sílica.
Neste processo, não é necessária a rotação do tubo em torno de seu
eixo, pois a deposição uniforme é obtida devido à simetria circular da
cavidade ressoante. A temperatura para deposição é em torno de 1100oC.
As propriedades das fibras fabricadas por este método são idênticas ao
MCVD.
OVD (OUTSIDE VAPOUR DEPOSITION)
Este processo baseia-se no crescimento da preforma a partir de uma
semente, que é feita de cerâmica ou grafite, também chamada de mandril.
Este mandril é colocado num torno e permanece girando durante o processo
de deposiçào que ocorre sobre o mandril. Os reagentes são lançados
pelo próprio maçarico e os cristais de vidro são depositados no mandril
através de camadas sucessivas. Nesse processo ocorre a deposição do núcleo
e também da casa, e obtêm-se preformas de diâmetro relativamente
grande, o que proporcionam fibras de grande comprimento (40 km ou mais).
Após essas etapas teremos uma preforma porosa (opaca) e com o mandril em
seu centro. Para a retirada do mandril coloca-se a preforma num forno
aquecido a 1500oC que provoca
a dilatação dos materiais. Através da diferença de coeficiente de
dilatação térmica consegue-se soltar o mandril da preforma e a sua
retirada. O próprio forno faz também o colapsamento da preforma para
torná-la cristalina e maciça. Esse processo serve para a fabricação de
fibras do tipo multimodo e monomodo de boa qualidade de transmissão.
VAD (VAPOUR AXIAL DEPOSITION)
Neste processo, a casca e o núcleo são depositados mas no sentido do
eixo da fibra (sentido axial). Neste processo utilizam-se dois queimadores
que criam a distribuição de temperatura desejada e também injetam os
gases (reagentes). Obtém-se assim uma preforma porosa que é cristalizada
num forno elétrico à temperatura de 1500oC.
Este processo obtém preformas com grande diâmetro e grande comprimento,
tornando-o extremamente produtivo.
PUXAMENTO
Uma vez obtida a preforma, por qualquer um dos métodos descritos acima,
esta é levada a uma estrutura vertical chamada torre de puxamento e é
fixada num alimentador que a introduz num forno (normalmente de grafite,
que utiliza maçaricos especiais ou lasers de alta potência) com
temperatura de aproximadamente 2000oC
que efetuará o escoamento do material formando um capilar de vidro, a
fibra óptica.
O diâmetro da fibra depende da velocidade de alimentação da preforma no
forno e da velocidade de bobinamento da fibra, ambas controladas por
computador. O controle desse processo é feito através de um medidor óptico
de diâmetro (que funciona a laser).
FABRICAÇÃO DE FIBRAS DE VIDRO COMPOSTO
Os vidros mais utilizados são o SiO2-B2O3-Na2O
sendo o índice de refração controlado pela concentração de Na2O.
MÉTODO ROD-IN-TUBE
Este método consiste na inserção de vidros na forma de bastão e tubo
simultaneamente no forno de puxamento, o qual efetua o escoamento dos
materiais ao mesmo tempo. Assim, obtem-se fibras degrau do tipo sílica-sílica
(casca e núcleo de vidro) e variações como fibras de sílica-silicone
(esticando-se apenas o bastão, que forma o núcleo e aplicando-se o
silicone, que forma a casca) e fibras bundle (esticando-se apenas o bastão,
que forma o núcleo, com a casca formada pelo próprio ar), as quais são
utilizadas em iluminação.
DOUBLE CRUCIBLE (DUPLO CADINHO)
Este processo é semelhante ao anterior, mas os vidros vêm na forma de
bastão, os quais são introduzidos no forno do puxamento, que contém
dois cadinhos. Neste processo, a geometria dos vidros alimentadores não
é tão importante como no processo anterior. Neste processo consegue-se a
variação do índice de refração através da migração de íons
alcalinos que mesclam a concentração dos vidros interno e externo.
FABRICAÇÃO DE FIBRAS DE PLÁSTICO
A fabricação de fibras de plástico é feita por extrusão. As fibras ópticas
obtidas com este método têm características ópticas bem inferiores às
de sílica, mas possuem resistência mecânica (esforços mecânicos) bem
maiores que as fibras de sílica. Têm grandes aplicações em iluminação
e transmissão de informações a curtas distâncias e situações que
oferecem grandes esforços mecânicos às fibras.
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