É assim que o vidro, a parte de transferência de luz de um cabo de fibra óptica, é usado para fazer um núcleo de fibra. Como ele é feito, explicado em termos simples, caso você não saiba sobre núcleos de fibra.
Para a maioria das pessoas, o núcleo de fibra é um tipo diferente de cabo elétrico feito para redes de dados de longa distância.
Mas você já parou para pensar: qual é o processo de fabricação do núcleo de fibra? Por que ele é usado em telecomunicações em vez de cabos feitos de fios? O que o faz enviar dados por longas distâncias?
A menos que seu uso de cabo seja limitado a fios comuns, os núcleos de fibra são cabos de alto desempenho que você deve experimentar.
Mas como exatamente o núcleo de fibra é feito?
O núcleo da fibra é feito de plástico ou vidro. Há casos em que outros componentes são usados. Mas isso depende do alcance de transmissão necessário.
O vidro é uma parte crucial da fibra para transferir luz.
Quer saber mais sobre o processo de fabricação do núcleo de fibra? Relaxe e continue lendo. Será claro o suficiente para facilitar a compreensão.
O que é núcleo de fibra
Uma fibra óptica é composta por três componentes concêntricos fundamentais. São eles:
- O núcleo
- O revestimento
- O revestimento ou jaqueta
O núcleo da fibra óptica é a parte menor da fibra óptica que transmite luz. No entanto, ser a menor parte não a torna menos importante. É a parte mais significativa de uma fibra óptica.
De acordo com uma palestra-demonstração de Harvard:
A luz transmitida por um feixe de fibras ópticas é possível devido à presença de núcleos de fibra.
O principal elemento de um núcleo de fibra é o vidro. Embora alguns processos de produção envolvam o uso de plástico, o vidro é predominante. Há casos em que a produção envolve o uso de outros elementos.
Mas isso depende do alcance de transmissão que a luz da fibra óptica precisa, já que a função principal do núcleo é transportar a luz para a fibra óptica.
Como componente crucial, embora sua fabricação seja comparável à do revestimento, o índice de refração é menor (com uma diferença de 1%).
Essa diferença de índice é perceptível ao longo do comprimento da fibra, pois induz a reflexão interna a aparecer no limite do índice.
Com a transmissão e o aparecimento da luz na fibra, o núcleo impede que ela escape ou passe pelas paredes laterais.
O vidro que compõe o núcleo facilita a transmissão de luz.
É composto apenas por dióxido de silício autêntico (SiO2).
Óculos que contêm esse componente geralmente são muito transparentes. Se você olhar de um ângulo de 8 a 9,6 km, parecerá que está olhando pela janela de casa.
Além disso, germânia e pentóxido de fósforo (ou alumina) são os principais dopantes utilizados no processo de produção. Eles ajudam a conter o aumento descontrolado do índice de refração durante a produção.
A fabricação de núcleos de fibra atende a diferentes aplicações. Para determinar isso, é necessário utilizar diâmetros diferentes para obter o resultado desejado. Os núcleos de fibra de vidro variam de 3,7 µm a 200 µm.
As fibras ópticas usadas em telecomunicações compreendem três tipos de núcleo de fibra:
9um, 50um e 62,5um
Os tipos de fibra óptica dependem do tamanho do núcleo. Os dois tipos, fibras monomodo e multimodo, contêm núcleos diferentes.
A fibra monomodo é composta por núcleos de 8 a 10 mícrons. Isso permite a transmissão de luz em um único comprimento de onda. A luz é transmitida para a área central do núcleo.
A fibra multimodo às vezes consiste em um núcleo de plástico. A faixa de micrômetros no núcleo é geralmente de 50 a 62,5. É muito maior que um vidro.
A faixa típica de núcleo de plástico é de 980um.
Análise de Antecedentes
Ao mencionar cabos de fibra óptica ou núcleo de fibra, pensamos em telecomunicações. Isso não está longe da verdade. No entanto, há mais por trás de sua invenção.
O núcleo de fibra óptica não estava presente no desenvolvimento do primeiro telefone. O primeiro inventor americano do telefone, Alexander Graham Bell, não o utilizou. Embora sua primeira tentativa de comunicação em 1880 tenha sido com luz, o núcleo de fibra óptica não estava em uso, então havia um limite para a comunicação telefônica.
Durante a década de 1880, enquanto os telefones eram desenvolvidos, o uso da luz já estava presente. Mas a distância era muito menor do que em meados do século XX.
Em meados do século XX, surgiu a comunicação por ondas luminosas. Ela auxiliou o fornecimento de fontes de comunicação com o auxílio de tecnologia avançada. Tudo isso foi possível graças ao fornecimento de:
- O laser
- Um meio avançado
- A fibra óptica
O Laser
Desenvolvido em 1960, quando a comunicação limitada por ondas de luz ainda era utilizada, passou a ser utilizado devido ao advento de uma tecnologia avançada que teve início em meados do século XX.
O Meio Avançado e a Fibra Óptica
O meio avançado foi descoberto 6 anos depois da invenção do laser. Durante esse período, pesquisadores ingleses descobriram que ondas de luz podem ser transmitidas. A transmissão se dava através de fibras de vidro de sílica, sem perda de sinal.
Quatro anos depois (em 1970), ocorreu a formulação de um novo tipo de laser. Foi nessa época que teve início a produção comercial de fibras ópticas.
Consequentemente, a produção de fibra óptica tornou-se peça-chave no sistema de comunicação. Trata-se de um filamento fino como um fio de cabelo extraído de vidro de sílica fundido. Esse vidro é o núcleo da fibra, geralmente único.
A Substituição de Fios Metálicos
As fibras ópticas tornaram-se gradualmente o principal elemento na indústria de telecomunicações. Os fios metálicos estão obsoletos porque as fibras ópticas têm alta capacidade e velocidade.
Além disso, não conseguem atender à demanda por comunicação rápida, pois envolve a transformação de informações em luz através do núcleo da fibra óptica.
Atualmente, cabos de fibra óptica são utilizados em todo o mundo para serviços de telecomunicações. As companhias telefônicas americanas são um exemplo dessa tecnologia, pois a natureza da transmissão é perfeita para linhas de energia e acesso a redes de computadores.
No sistema de transmissão de fibra óptica, os núcleos de fibra conectam links de dados que incluem lasers e sensores de luz.
Para transmitir comunicação, um link de dados transforma sinais eletrônicos analógicos. Isso pode ser feito por meio da produção de uma câmera de vídeo ou de uma discussão televisiva. Ele os transforma em luz laser ou ritmos digitais.
À medida que todos eles viajam, a fibra óptica os auxilia a se mover para outros links de dados, onde um sensor de luz os transforma em um sinal eletrônico.
Matérias-primas/Componentes
O dióxido de silício é o principal componente das fibras ópticas, embora geralmente sejam adicionadas proporções insignificantes de produtos químicos.
Aqui estão outros componentes e como eles são usados:
- Na atual técnica obsoleta de produção de cadinho, foi utilizada sílica altamente purificada em forma de pó.
- A principal fonte de silício para o processo de deposição de vapor atualmente em uso universal é o tetracloreto de silício líquido (SiCI 4), que está em uma onda gasosa de oxigênio puro (02).
- Os compostos químicos utilizados na fabricação dos núcleos das fibras são o tetracloreto de germânio (GeCl4) e o oxicloreto de fósforo (POC13). Além de sua função específica em produtos ópticos, eles também são utilizados na fabricação de revestimentos externos ou de revestimentos da fibra.
A característica mais importante de um núcleo de fibra é a composição química e a pureza do vidro utilizado em sua fabricação. Isso também afeta o grau de desbotamento.
É por isso que a pesquisa está mais concentrada na montagem de vidros com o mais alto nível de pureza.
Para obter um núcleo transparente que abranja quase toda a faixa de frequências de luz perceptíveis, é preciso prestar muita atenção aos vidros, pois eles ajudam a melhorar o desempenho da fibra óptica. Os vidros ideais para isso são aqueles com alto teor de flúor.
Em geral, bons vidros são muito benéficos para fibras ópticas multimodo. Eles ajudam a transmitir muitos sinais discretos de ondas de luz juntos.
Um revestimento de diferentes vidros ou plásticos é o principal recurso de um núcleo de fibra.
Outros materiais que podem estar presentes são fluorozirconato, vidros calcogenetos e fluoroaluminato.
Além disso, elementos cristalinos como a safira também são utilizados, contribuindo para aplicações técnicas de comprimentos de onda mais longos, como o infravermelho.
O Design
Embora o núcleo e o revestimento do cabo de fibra óptica possam parecer semelhantes, os designs diferem. Em um núcleo de fibra, muitas fibras ópticas individuais são fixadas em conjunto ao redor de um suporte primário de plástico de alta resistência. Em muitos casos, cabos de aço são usados para suporte.
Os materiais usados nas camadas de proteção do núcleo são kevlar, alumínio e polietileno.
Para projetar uma fibra óptica, a primeira aplicação é de revestimentos de dióxido de silício. Uma haste de substrato oca é usada e o dióxido de silício é então aplicado na superfície interna.
O processo é realizado por meio de uma deposição química de vapor modificada. Isso envolve a incorporação de diferentes vapores químicos misturados a uma onda gasosa de oxigênio puro, que é então aplicada à haste.
À medida que a onda gasosa atinge a superfície aquecida da haste, o interior começa a formar um resíduo vítreo. Essa fuligem vítrea geralmente possui várias camadas de espessura dentro da haste.
À medida que os resíduos de vidro se acumulam até atingir a espessura necessária, a haste do substrato é empurrada por outras etapas de aquecimento. Isso ajuda a expelir quaisquer bolhas, vapores ou umidade presentes nas camadas de fuligem aquecidas.
Observe que, à medida que a haste do substrato aquece, a camada interna de fuligem engrossa, formando a bola. Também conhecida como pré-forma de dióxido de silício de alta pureza.
Como o núcleo de fibra é feito
O principal componente do núcleo da fibra é um vidro de sílica altamente purificado. Os núcleos de fibra são produzidos de dois tipos:
- Técnica do cadinho: consiste na fusão de sílica em pó, o que gera fibras multimodo, mais grossas e adequadas para comunicação de curta distância de vários sinais de ondas luminosas.
- Técnica de Deposição de Vapor: principalmente para transmissão de longa distância. Durante esse processo, um cilindro sólido de núcleo, incluindo um material de revestimento, é criado. Este é então aquecido e trefilado em uma fibra monomodo, muito fina.
A técnica de deposição de vapor é o método de produção de núcleo de fibra comumente utilizado. Existem três tipos:
1 Deposição da fase de vapor externa
2. Deposição axial em fase de vapor
3 Deposição química de vapor modificada
A deposição química de vapor modificada (MCVD) é a mais adequada para as necessidades de comunicação contemporâneas. Ela produz uma fibra de baixa perda e altamente eficiente para cabos de longa distância.
O Processo de Deposição Química de Vapor Modificado
Primeiramente, camadas de dióxido de silício especialmente formulado são depositadas na superfície interna de uma haste de substrato oca, formando uma pré-forma cilíndrica.
Essas camadas são depositadas pela adição de diversos vapores químicos, como tetracloreto de germânio (GeC4), tetracloreto de silício (SiCI4), incluindo oxicloreto de fósforo (POC13). Eles são adicionados à onda gasosa de oxigênio puro.
Há uma chama sob a haste que mantém a parede extremamente aquecida. Durante esse processo, forma-se dióxido de silício altamente puro. Isso resulta em uma fuligem vítrea muito espessa que se deposita na área interna da haste. A fuligem vítrea depositada eventualmente se torna o núcleo.
Vamos continuar para descobrir como.
Para proteger o revestimento formado, diversas camadas protetoras são adicionadas. A severidade do ambiente onde o cabo será instalado determina o nível de proteção.
Essa proteção é feita por meio de aquecimento para solidificar e formar a pré-forma. Esta boule ou executar medidas:
10 – 25 milímetros (0,39 a 98 polegadas) de diâmetro.
O comprimento geralmente é de 600 a 1000 milímetros, o que equivale a 23,6 a 39,37 polegadas.
O próximo passo é o processo de desenho das fibras
A pré-forma sólida obtida no processo acima é transportada automaticamente para uma operação de trefilação vertical de fibras.
O sistema ou operação de trefilação vertical consiste em máquinas que produzem fibras contínuas. Geralmente, têm dois andares de altura e podem produzir até 300 quilômetros de fibras contínuas.
O sistema de trefilação vertical compreende um forno para auxiliar na dissolução da borda da pré-forma. Ele também possui sensores para controlar a produção de fibras, especialmente o diâmetro que é arrastado da pré-forma. Além disso, possui dispositivos de revestimento que atuam como revestimentos protetores sobre o revestimento externo.
Assim como uma torneira pingando cai na água, a gota na extremidade da pré-forma cai. Ao cair, a pré-forma já contém fibra óptica, que é então retirada. À medida que a fibra óptica é retirada da pré-forma aquecida, o elemento na haste do substrato inicial fixa o revestimento.
Agora, o dióxido de silício depositado anteriormente (como fuligem) é o que forma o núcleo de uma fibra óptica.
Mas isso não é tudo, pois, à medida que a fibra é puxada, é necessário medir sua circularidade. Para maior precisão, são utilizados dispositivos de medição para monitorar o diâmetro, enquanto outros equipamentos aplicam uma camada protetora.
Por fim, antes de ser enrolado no carretel, um dispositivo de medição monitora o diâmetro. Isso acontece enquanto o fio passa por um forno corretivo.
Garantia da Qualidade
Observação: Todos esses processos são para fins informativos. Se você estiver interessado em um negócio de produção de cabos ópticos, você pode entre em contato com nossos especialistas para uma consulta e orçamentos gratuitos.
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O controle de qualidade é crucial na produção de fibras ópticas. É necessária atenção aos detalhes, desde o fornecedor de compostos químicos até os fornecedores especializados.
A matéria-prima utilizada na fabricação do núcleo da fibra, como barras de substrato, revestimentos protetores da fibra e reagentes químicos, precisa ser verificada. Análises computadorizadas em tempo real podem ser empregadas. Elas podem ser conectadas aos vasos de processo para verificar os compostos constituintes.
Este processo envolve a expertise de engenheiros e técnicos treinados e certificados. À medida que as fibras são extraídas e a produção da pré-forma se inicia, é necessária uma supervisão profissional rigorosa para supervisionar os recipientes selados.
Além disso, há o gerenciamento automático de altas temperaturas e pressões durante o processo de fabricação. Computadores são configurados por especialistas para operar e gerenciar com eficácia esquemas de processos complexos.
O diâmetro da fibra é monitorado continuamente por um mecanismo de medição detalhado. Este dispositivo também fornece uma resposta que auxilia no controle do processo de tração da fibra.
Funções do núcleo na fibra óptica
O núcleo é mais como um meio no cabo de fibra óptica. A luz produzida pela fibra óptica atravessa o núcleo após uma reflexão interna cumulativa.
O núcleo também preserva a energia luminosa. À medida que a luz passa pelo meio da fibra, passando por milhões de reflexões, as paredes do núcleo a protegem durante esse processo.
Próximo desenvolvimento
Ainda há pesquisas contínuas sobre o futuro das fibras ópticas. No entanto, elas se baseiam na melhoria das propriedades ópticas.
Atualmente, a forma mais promissora de fibra óptica é aquela com núcleos feitos de vidros de sílica. Ela será altamente eficiente e conterá um teor elevado de flúor.
Além disso, há também uma redução nas perdas durante a produção. Em comparação com o período anterior, a perda média atual ao extrair fibra de vidro é de 0,005 a 0,008 decibéis por quilômetro. Ao contrário das fibras anteriores, com perdas variando de 0,2 decibéis por quilômetro.
Há também um aumento no uso de processos altamente sofisticados durante a produção. Atualmente, lasers de alta potência são usados para dissolver a pré-forma antes da extração das fibras.
Com o aumento da demanda por tecnologia e o rápido crescimento do setor de telecomunicações, o processo de produção de fibra óptica está pronto para um sucesso rápido.
Últimas palavras
Esclarecemos os detalhes técnicos da produção de núcleos de fibra em termos mais claros. Agora você sabe o que é um núcleo de fibra, os componentes importantes e os materiais insignificantes. Se você pretende fabricar cabos de fibra óptica, especialistas em Hongkai são a sua melhor aposta para orientação e melhor compra de linha de produção. Ligue ou envie um e-mail para uma consulta gratuita.
