Processi di Fabbricazione

Processi di Fabbricazione

Nelle applicazioni per le quali l'attenuazione e la dispersione non sono parametri rilevanti come, ad esempio, piccole tratte per trasmissione dati o reti locali in fibra ottica, le fibre vengono realizzate in plastica monocristallina multimodo a nucleo largo. Ciò consente di garantire una apertura numerica elevata, migliorando l'efficienza di accoppiamento e di facilitare le giunzioni ed i cablaggi, mentre la brevità delle tratte consente di tollerare la forte dispersione. Tutti gli altri tipi di fibra sono realizzate con materiale vetroso con l'aggiunta di droganti per variare l'indice di rifrazione del nucleo e del mantello.

1.4.1 - Preforma e Tecniche di Realizzazione

La prima fase della fabbricazione di una fibra è la costituzione di una preforma, ovvero un cilindro della lunghezza di un metro e del diametro di pochi centimetri, costituita da due starti di materiale vetroso purificato. Lo strato più interno è destinato a diventare il nucleo e, quello più esterno, il mantello, durante la filatura della preforma stessa, che descriveremo più avanti. La preforma è, quindi, di diametro maggiore della fibra che da essa si ottiene; viene ricavata con varie tecniche di lavorazione dai materiali grezzi e deve contenere al suo interno sia il nucleo che il mantello.
La prima tecnica usata per la fabbricazione della preforma è stata la deposizione di vapore esterna (OVD, Outside Vapor Deposition), nella quale si ha un processo di idrolisi a fiamma, in cui il vetro viene depositato lateralmente su di un'anima rotante, in forma di fuliggine generata bruciando vapori di SiCl₄ con una fiamma alimentata ad ossigeno puro. La fiamma vine fatta traslare lateralmente (avanti e indietro) per depositare strati successivi di vetro, fino ad ottenere lo spessore desiderato dello strato relativo al nucleo e, successivamente, quelli relativi al mantello.

. 1.4 - Rappresentazione della fabbricazione della preforma.

La variazione dell'indice di rifrazione è ottenuta aggiungendo al materiale grezzo dei droganti che vengono vaporizzati e depositati nella concentrazione desiderata.
Una variante di questa tecnica è la deposizione di vapore assiale (VAD, Vapor Axial Deposition), in cui si ottiene una lavorazione continua, e non a lotti mediante la preforma. La lavorazione continua si ottiene lavorando la preforma in senso verticale con deposizione assiale dei materiali grezzi sull'estremo inferiore, mentre essa viene continuamente tratta verso l'alto.
Successivamente è stata messa a punto una tecnica migliore, detta deposizione chimica di vapore modificata (MCVD, Modified Chemical Vapor Deposition), nella quale non c'è diretto contatto tra la fiamma e la preforma. In questo tipo di tecnica la deposizione del materiale vetroso avviene all'interno di un tubo di vetro e, quindi, si richiede prima la deposizione del mantello e poi del nucleo. Anche in questo caso il tubo viene fatto ruotare e la fiamma si sposta lungo l'asse del tubo, per garantire l'uniformità della deposizione, inoltre per variare spessore e indice di rifrazione si variano le concentrazioni dei droganti. Il vantaggio della tecnica MCVD, rispetto alle precedenti, consiste nel fatto che il deposito degli starti avviene in ambiente chiuso in cui è possibile controllare la pulizia dell'ambiente da impurità, con particolare attenzione ai gruppi ossidrile OH. Una variazine di questa tecnica è la PCVD (Plasma-activated Chemical Vapor Deposition) nella quale la deposizione degli strati viene indotta con reagenti in fase di plasma. Questo consente di ottenere strati più fini lavorando a temperature più basse e permette di controllare con maggior precisione l'indice di rifrazione.

1.4.2 - Filatura della Preforma

A partire dalla preforma, ottenuta con uno dei metodi visti, si ottiene la fibra vera e propria mediante un apparato di filatura. La preforma viene riscaldata in una fornace ad induzione, acquistando un certo grado di viscosità, mentre i trattori al di sotto della zona calda fanno si che la parte cava della preforma collassi formando il nucleo e il mantello. La fibra assume il diametro finale in questa fase della lavorazione, in cui la forza di trazione viene variata in funzione delle indicazioni di diametro fornite da un sensore sensibile alle ure di interferenza della luce, generata da un laser, che attraversa la fibra.

. 1.5 - Rappresentazione della filatura della preforma.

Sempre durante la filatura, la fibra viene rivestita con materiali polimerici per proteggerla da agenti esterni e irrobustirla meccanicamente. Per garantire un grado di robustezza adatto all'impiego a cui è destinata la fibra, la si ricopre con un rivestimento secondario che evita anche il fenomeno delle micropiegature che può portare ad un aumento del coefficiente di attenuazione della fibra. Esistono molti tipi di rivestiemti secondari in funzione delle applicazioni a cui è destinata la fibra e per una descrizione approfondita di tali rivestimenti si rimanda alla letteratura specializzata.