PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR UNA PREFORMA DE FIBRA ÓPTICA.

Un procedimiento para producir una preforma de fibra óptica, que comprende:

formar partículas de hollín de vidrio al lanzar un chorro a presión y quemar un material de formación de vidrio y un gas combustible procedente de un quemador en presencia de oxígeno; - depositar las partículas de hollín de vidrio sobre una barra de deposición que tiene un eje longitudinal; - rotar la barra de deposición en torno a dicho eje con una velocidad de rotación; y - proporcionar un movimiento alternativo al quemador con respecto a la barra de deposición en paralelo a dicho eje con una velocidad de traslación; - variar al menos una de dicha velocidad de rotación y dicha velocidad de traslación, caracterizado porque la etapa de variación comprende la etapa de reducir al menos una de dicha velocidad de rotación y dicha velocidad de traslación durante la deposición de hollín mientras que aumenta el diámetro de la preforma, teniendo lugar la etapa de variación después de la terminación de una capa genérica de deposición, siendo depositadas cada una a una velocidad de rotación y a una velocidad de traslación constantes

La presente invención versa acerca de un procedimiento para producir una preforma de fibra óptica.

Las fibras ópticas, muy utilizadas en las telecomunicaciones ópticas, están fabricadas al fundir y estirar una preforma de fibra óptica de vidrio. Se conocen distintas técnicas para producir una preforma de vidrio óptico, siendo las principales la deposición de vapor exterior (OVD), la deposición modificada de vapor químico (MCVD), la deposición de vapor axial (VAD), y la deposición de vapor químico mejorada con plasma (PECVD).

Cada una de las anteriores técnicas implica convencionalmente: i) el suministro de un flujo de vapor que contiene precursores de formación de vidrio hasta una ubicación de oxidación tal como, por ejemplo, la llama de un quemador de gas/oxígeno o una zona de plasma sobrecalentado adyacente a un sustrato de deposición o dentro de un tubo de deposición; ii) la oxidación del flujo de vapor para formar un material particulado o un producto de oxidación de hollín; y, iii) la recogida del material particulado o del producto de oxidación de hollín sobre el sustrato o el tubo para formar una preforma (en el procedimiento de PECVD, el vidrio se deposita directamente desde la fase de vapor sobre el tubo sin la etapa intermedia de formación de hollín). Aunque en los procedimientos de MCVD y PECVD la preforma de hollín resultante es generalmente transparente después de la etapa de deposición y puede ser estirada formando fibra sin una etapa de sinterización, en los procedimientos de OVD y VAD la preforma de hollín resultante es procesada adicionalmente, mediante sinterización, para formar vidrio transparente, a partir del cual se estira una fibra óptica de guía de ondas. Se pueden incluir impurificaciones en el flujo de vapor para modificar diversas características del vidrio resultante, tal como el índice de refracción o el coeficiente de expansión térmica.

Durante mucho tiempo, las fibras ópticas basadas en sílice (SiO2) han sido preferentes comercialmente para las telecomunicaciones ópticas. Al proporcionar una preforma con un perfil variable radialmente de índice de refracción, se puede estirar una fibra óptica con las características requeridas de guía de ondas. Para proporcionar las características apropiadas de guía de ondas, se ha impurificado la SiO2 con diversos compuestos para alterar su índice de refracción. Estos compuestos incluyen, por ejemplo, GeO2, TiO2, Al2O3 y P2O5. Los vapores que contienen estos compuestos son proporcionados convencionalmente utilizando haluros metálicos tales como GeCl4, TiCl4, y POCl3. También es conocido que se pueden incorporar ciertos compuestos, tales como elementos de tierras raras, en la estructura vítrea para proporcionar otras funciones ópticas, incluyendo la acción láser y la amplificación de señales.

En un procedimiento convencional de OVD, se deposita hollín de sílice sobre capas sucesivas sobre una barra central, denominado normalmente “núcleo” o “alma metálica”. Para fines del presente documento, se define una capa como aquella porción de hollín de vidrio que está depositada por una pasada del quemador a lo largo del alma metálica. La sílice se genera en la oxidación mencionada anteriormente del flujo de vapor. Normalmente, la deposición se lleva a cabo al poner en movimiento alternativo el quemador en paralelo al alma metálica, mientras que el alma metálica gira en torno a su eje. Normalmente, este procedimiento de deposición se lleva a cabo dos veces: la primera vez para producir una preforma intermedia (material que dará lugar al núcleo y a una parte interna del recubrimiento de la fibra) sobre un alma metálica extraíble, y la segunda vez (en la denominada “etapa de sobrerrecubrimiento”) para depositar un hollín de recubrimiento (que dará lugar a una parte externa del recubrimiento de la fibra) sobre un alma metálica obtenida al alargar y cortar la preforma intermedia. La etapa de sobrerrecubrimiento proporciona la mayoría del material que constituirá la fibra óptica y luego requiere mucho más tiempo que la primera etapa de deposición. Al final de las dos etapas de deposición, se obtiene una preforma final, que se consolida sucesivamente y es estirada formando una fibra óptica.

La densidad del hollín durante el procedimiento de deposición es un parámetro importante para conseguir una preforma final de vidrio de buena calidad. La densidad de la deposición está relacionada con la temperatura del sustrato sobre el que se deposita el hollín, cuanto mayor sea la temperatura mayor es la densidad.

Varios documentos abordan la densidad de una preforma de hollín en un procedimiento de deposición química.

Aunque el documento US 6.050.108, en nombre de Sumitomo Electric Industries, aborda un procedimiento de VAD y, en particular, las etapas de desgasificación y de consolidación de la preforma, expone que la preforma de vidrio poroso debería tener, preferentemente, una densidad por unidad de volumen no inferior que 0,6 g/cm3, más preferentemente desde aproximadamente 0,6 g/cm3 hasta aproximadamente 0,8 g/cm3. Si la densidad por unidad de volumen cae por debajo de este intervalo, la preforma de vidrio poroso tiende a romperse porque es demasiado blanda. Por otra parte, si la densidad por unidad de volumen supera el anterior intervalo, la preforma de vidrio tiene una dureza demasiado elevada y, por lo tanto, apenas se eliminan las burbujas de aire ya incorporadas en la misma y tienden a permanecer.

El documento US 4.810.276, en nombre de Corning Glass Works, describe un procedimiento de OVD para fabricar una preforma de fibra óptica, en el que se deposita la primera capa de hollín de recubrimiento sobre una barra de cebado con núcleo de vidrio con una densidad de al menos 0,5 g/cm3 (preferentemente en el intervalo de aproximadamente 0,6 g/cm3 a 0,7 g/cm3), mientras que se depositan los restos de las capas con la misma densidad o con una densidad decreciente progresivamente desde la densidad de la primera pasada según aumenta el radio. Según el documento US 4.810.276, la deposición del hollín sobre la barra de cebado con una densidad inferior a aproximadamente 0,5 g/cm3 determina una unión de las partículas de hollín con la superficie del núcleo que no es lo suficientemente resistente para forzar la conformidad del núcleo al revestimiento de hollín, dado que el revestimiento encoge longitudinalmente durante la consolidación. Para obtener la referida densidad del hollín en la primera capa, se precalienta la barra por medio de un quemador y un quemador auxiliar inmediatamente antes de la deposición de hollín.

El solicitante ha observado que la solución de precalentar la barra de cebado propuesta en el documento US

4.810.276 solo permite controlar la densidad en la primera capa, mientras que no hay sugerencia de cómo controlar la densidad del hollín en las siguientes capas. Además, se requiere un quemador auxiliar para precalentar la barra de cebado.

El documento US 4.627.867, en nombre de Sumitomo Electric Industries, afronta los problemas del agrietamiento de la barra de hollín o de reducción de la producción de deposición cuando la temperatura de la barra de hollín durante la deposición es respectivamente demasiado baja o demasiado alta, y propone depositar partículas finas de vidrio por medio de un primer quemador a tal temperatura que se forme una barra de hollín con una baja densidad por unidad de volumen, y calentar subsiguientemente la barra de hollín por medio de un segundo quemador, de forma que se aumente la densidad por unidad de volumen del hollín. Entonces, se sinteriza la barra de hollín para obtener una preforma de vidrio transparente para una fibra óptica. En una realización preferente, se forma en primer lugar la barra de hollín que tiene la baja densidad por unidad de volumen específica desde 0,02 hasta 0,1 g/cm3 y luego se aumenta la densidad por unidad de volumen desde 0,15 hasta 0,5 g/cm3.

Como antes, se requiere un segundo quemador, lo que añade complejidad y coste al sistema. Además, esta técnica da lugar a un aumento del consumo de gas.

El documento US 4.731.103, en nombre de Sumitomo Electric Industries, describe un procedimiento para producir una preforma de vidrio para una fibra óptica por medio del procedimiento de OVD, mediante el cual se produce una preforma de vidrio que tiene una distribución deseada de densidad por unidad de volumen y que no adolece de un agrietamiento o la fluctuación de la concentración de aditivos en su dirección radial. Este procedimiento comprende medir la temperatura de una parte... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir una preforma de fibra óptica, que comprende:

formar partículas de hollín de vidrio al lanzar un chorro a presión y quemar un material de formación de vidrio y un gas combustible procedente de un quemador en presencia de oxígeno;

- depositar las partículas de hollín de vidrio sobre una barra de deposición que tiene un eje longitudinal;

- rotar la barra de deposición en torno a dicho eje con una velocidad de rotación; y

- proporcionar un movimiento alternativo al quemador con respecto a la barra de deposición en paralelo a dicho eje con una velocidad de traslación;

- variar al menos una de dicha velocidad de rotación y dicha velocidad de traslación, caracterizado porque la etapa de variación comprende la etapa de reducir al menos una de dicha velocidad de rotación y dicha velocidad de traslación durante la deposición de hollín mientras que aumenta el diámetro de la preforma, teniendo lugar la etapa de variación después de la terminación de una capa genérica de deposición, siendo depositadas cada una a una velocidad de rotación y a una velocidad de traslación constantes.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la densidad del hollín depositado comprende entre aproximadamente 0,4 g/cm3 y aproximadamente 0,8 g/cm3.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de variación comprende variar tanto dicha velocidad de traslación como dicha velocidad de rotación, de forma que se obtenga una distribución radial predeterminada de densidad en la preforma.

4. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de variación comprende aumentar al menos una de dicha velocidad de rotación y dicha velocidad de traslación hasta un valor máximo respectivo, reduciendo al menos una de dicha velocidad de rotación y dicha velocidad de traslación, hasta que se completa la preforma.

5. Un procedimiento según la reivindicación 1, que comprende, además, precalentar la barra de deposición antes de depositar las partículas de hollín de vidrio.

6. Un procedimiento según la reivindicación 5, en el que dicha etapa de variación comprende reducir de manera unívoca al menos una de dicha velocidad de rotación y dicha velocidad de traslación.

7. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el quemador está orientado en una dirección perpendicular a dicho eje.

8. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el material de formación de vidrio es eyectado como un gas.

9. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el material de formación de vidrio es eyectado como un líquido vaporizado.

10. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el material de formación de vidrio comprende OMCTS.

11. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el gas combustible comprende metano.