Samedi, Avril 02 2011 20: 59

Fibres optiques

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Les fibres optiques sont des brins de verre très fins conçus pour transmettre les rayons lumineux le long de leur axe. Diodes électroluminescentes (LED) or diodes laser convertir les signaux électriques en signaux optiques qui sont transmis à travers une âme cylindrique interne du câble à fibres optiques. Les propriétés de réfraction inférieures de la gaine externe permettent aux signaux lumineux de se propager par réflexion interne le long du noyau cylindrique interne. Les fibres optiques sont conçues et fabriquées pour se propager soit sous la forme d'un seul faisceau lumineux, soit sous la forme de plusieurs faisceaux lumineux transmis simultanément le long du noyau. (Voir figure 1.)

Figure 1. Fibres optiques monomodes et multimodes

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La fibre monomode est principalement utilisée pour la téléphonie, les applications de télévision par câble et les dorsales de campus. La fibre multimode est couramment utilisée pour les communications de données et dans les réseaux locaux.

Fabrication de fibres optiques

Des matériaux et des processus spéciaux sont nécessaires pour fabriquer des fibres optiques qui répondent aux critères de conception de base : (1) un noyau avec un indice de réfraction élevé et une gaine avec un indice de réfraction faible, (2) une faible atténuation du signal ou une faible perte de puissance, et (3) une faible dispersion ou élargissement du faisceau lumineux.

Le verre de silice de haute pureté avec d'autres matériaux de verre (par exemple, les verres de fluorure de métaux lourds, les verres de chalcogénure) sont les principaux matériaux actuellement utilisés pour fabriquer des fibres optiques. Des matériaux polycristallins, des matériaux monocristallins, des guides d'ondes creux et des matériaux plastiques polymères sont également utilisés. Les matières premières doivent être relativement pures avec de très faibles concentrations de métaux de transition et de groupes formant des hydroxyles (inférieures au niveau des parties par milliard). Les méthodes de traitement doivent protéger le verre en formation des impuretés dans l'environnement de fabrication.

Les fibres optiques sont fabriquées en utilisant une préparation en phase vapeur non conventionnelle d'une préforme de verre qui est ensuite étirée en fibre. Les composés volatils de silice sont convertis en SiO2 par hydrolyse à la flamme, dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou oxydation à haute température. D'autres dopants sont ensuite ajoutés au verre pour modifier les propriétés du verre. Les variations du processus de dépôt en phase vapeur commencent avec le même matériau mais diffèrent dans la méthode utilisée pour convertir ce matériau en silice.

L'une des méthodes de dépôt en phase vapeur suivantes est utilisée pour fabriquer des fibres optiques à base de silice : (1) dépôt chimique en phase vapeur modifié (MCVD), (2) dépôt chimique en phase vapeur plasma (PCVD), (3) dépôt en phase vapeur extérieur (OVD), et (4) dépôt axial en phase vapeur (VAD) (voir figure 2). Tétrachlorure de silicium (SiCI4), tétrachlorure de germanium (GeCI4) ou d'autres halogénures liquides volatils se transforment en gaz lorsqu'ils sont légèrement chauffés en raison de leurs pressions de vapeur élevées. L'halogénure gazeux est envoyé dans une zone de réaction et converti en particules de verre (voir aussi le chapitre Microélectronique et semi-conducteurs.)

Figure 2. Organigramme de fabrication des fibres optiques

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MCVD et de PCVD les process. Un tube de silice fondue de haute qualité est fixé à un tour de travail du verre équipé d'une torche hydrogène/oxygène qui traverse sa longueur. Une alimentation en matériau halogénure est fixée à une extrémité du tube de verre et un épurateur à l'extrémité opposée pour éliminer l'excès de matériau halogénure. La surface du tube de verre est d'abord nettoyée par polissage au feu lorsque la torche traverse la longueur du tube. Divers réactifs sont ajoutés dans le système de vapeur en fonction du produit fabriqué. Une réaction chimique se produit lorsque les halogénures traversent la section du tube en cours de chauffage. Les halogénures se transforment en particules de « suie » de silice qui se déposent sur la paroi interne du tube de verre en aval de la torche. Les particules déposées sont frittées dans la couche de verre. Le processus PCVD est similaire au MCVD, sauf que les halogénures sont fournis par un système de barbotage et que des micro-ondes sont utilisées à la place d'une torche pour convertir le matériau halogénure en verre.

DVO et VAD les process. Dans la première étape du processus de fabrication des fibres, le core et de revêtement les verres sont déposés en phase vapeur autour d'une tige cible rotative pour former une préforme de « suie ». Le matériau d'âme est déposé en premier, suivi de la gaine. L'ensemble de la préforme doit être extrêmement pur, car le noyau et la gaine sont déposés en phase vapeur. La géométrie des fibres est déterminée pendant la phase de pose de la fabrication. Une fois la tige cible retirée, la préforme est placée dans un four, où elle est consolidée en un verre solide et transparent et le trou central est fermé. Le gaz est passé à travers la préforme pour éliminer l'humidité résiduelle qui affecte négativement l'atténuation de la fibre (perte de signal optique lorsque la lumière se transmet le long de l'axe de la fibre). Les préformes sont ensuite lavées avec de l'acide fluorhydrique pour garantir la pureté du verre et éliminer les contaminants.

La préforme de verre consolidée est placée dans une tour d'étirage pour former un brin continu de fibre de verre. La préforme est d'abord chargée dans le haut d'un four d'étirage. Ensuite, la pointe de la préforme est chauffée et un morceau de verre fondu commence à tomber. Au fur et à mesure que cette pièce est tirée (tirée), elle passe à travers un moniteur de diamètre en ligne pour s'assurer que la fibre respecte un diamètre spécifié exact (généralement mesuré en microns.) Le diamètre de la gaine de la fibre doit être conforme aux spécifications exactes afin de maintenir la perte de signal aux connexions faible . Le diamètre de la gaine extérieure est utilisé comme guide pour aligner les cœurs de fibre lors de l'utilisation finale. Les noyaux doivent s'aligner pour que le transfert de lumière se produise efficacement.

Un polymère d'acrylate ou d'autres revêtements sont appliqués et durcis avec des lampes ultraviolettes. Les revêtements sont destinés à protéger la fibre optique de l'environnement lors de son utilisation finale. Les fibres optiques sont testées pour assurer la conformité aux normes de fabrication en matière de résistance, d'atténuation et de géométrie. Des longueurs spécifiques de fibre sont enroulées sur des bobines selon les spécifications du client.

Un certain nombre de dangers potentiels sont rencontrés lors de la fabrication des fibres optiques. Ceux-ci comprennent : (1) l'exposition à l'acide fluorhydrique (lors du nettoyage des préformes en verre), (2) l'énergie rayonnante et le stress thermique associés aux environnements de travail à proximité des tours et des processus de dépôt en phase vapeur, (3) le contact direct avec des surfaces chaudes ou des matériaux en fusion (préformes en verre ), (4) exposition à des revêtements de polymère d'acrylate (sensibilisants cutanés), (5) perforations et lacérations cutanées lors de la manipulation des fibres et (6) divers risques physiques décrits précédemment.

 

Noir

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Table des matières

Références en verre, poterie et matériaux connexes

Institut national américain de normalisation (ANSI). 1988. Carreau de céramique. ANSI A 137.1-1988. New York : ANSI.

Carniglia et SC Barna. 1992. Manuel de technologie des réfractaires industriels : principes, types, propriétés et applications. Park Ridge, New Jersey : Noyes Publications.

Haber, RA et PA Smith. 1987. Vue d'ensemble de la céramique traditionnelle. Nouveau-Brunswick, NJ : Programme de coulée de céramique, Rutgers, Université d'État du New Jersey.

Persson, RH. 1983. Fabrication et propriétés de la technologie du verre. Séoul : Cheong Moon Gak Publishing Company.

Tooley, FV (éd.). 1974. Le manuel de fabrication du verre. Vol. I et II. New York : Livres pour l'industrie, Inc.