Como são feitas as fibras ópticas?

Autor: 
Craig Freudenrich, Ph.D.

Agora que sabemos como funcionam os sistemas de fibra óptica e por que eles são úteis, é hora de perguntar: como eles são feitos? As fibras ópticas são feitas de vidro óptico extremamente puro. Costumamos achar que uma janela de vidro é transparente. Entretanto, quanto mais espesso for o vidro, menos transparente ele será em razão das impurezas nele contidas. O vidro de uma fibra óptica, porém, possui menos impurezas do que o vidro usado em janelas. Segue a descrição da qualidade do vidro feito por uma companhia: se você estivesse sobre um oceano feito de quilômetros de núcleo sólido de fibra de vidro, poderia ver claramente o fundo.

Fazer fibras ópticas requer as seguintes etapas:

  1. elaborar um cilindro de vidro pré-formado;
  2. estirar as fibras a partir da pré-forma
  3. testar as fibras.

Fazendo o bastão de pré-forma
O vidro para a pré-forma é feito por um processo chamado deposição de vapor químico modificado (em inglês, MCVD).


Imagem cortesia de Fibercore Ltd.
Processo MCVD para a fabricação do bastão de pré-forma

No processo MCVD, o oxigênio borbulha através de soluções de cloreto de silício (SiCl4), cloreto de germânio (GeCl4) e/ou outros produtos químicos. A mistura exata governa as diversas propriedades físicas e ópticas (índice de refração, coeficiente de expansão, ponto de fusão, etc). Os vapores gasosos são então conduzidos para o interior de uma sílica sintética ou tubo de quartzo (interface) em um torno especial. À medida que o torno gira, um maçarico é movido para cima e para baixo no lado externo do tubo. O calor extremo proveniente do maçarico faz que duas coisas aconteçam:


Foto cedida pela Fibercore Ltd.
Torno usado na preparação
do bastão de pré-forma

  • o silício e o germânio reagem com o oxigênio, formando dióxido de silício (SiO2) e dióxido de germânio (GeO2);
  • o dióxido de silício e o dióxido de germânio se depositam no interior do tubo e se fundem para formar o vidro.

O torno gira continuamente para fazer um bastão consistente e de revestimento uniforme. A pureza do vidro é mantida pelo uso de plástico resistente à corrosão no sistema de fornecimento de gás (blocos de válvulas, tubos, vedações) e pelo controle preciso do fluxo e composição da mistura. O processo de fazer o bastão de pré-forma é altamente automatizado e leva várias horas. Depois que o bastão de pré-forma se resfria, é testado para controle de qualidade (índice de refração).

Estirando as fibras a partir do bastão de pré-forma
Assim que o bastão de pré-forma é testado, é carregado em uma torre de estiramento de fibra.

Diagrama de uma torre de estiramento de fibra usada para estirar as fibras de vidro óptico a partir de um bastão de pré-forma

O bastão é rebaixado a um forno de grafite (1.900 a 2.200°C) e a ponta se funde até que um glóbulo derretido caia pela ação da gravidade. À medida que ele cai, se resfria e forma um filamento.


O operador passa o filamento através de uma série de copos de revestimento (capas protetoras) e estufas de secagem com luz ultravioleta para um carretel de tração controlada. O mecanismo de tração puxa lentamente a fibra a partir do bastão de pré-forma aquecido e é controlado precisamente por meio de um micrômetro a laser, que mede o diâmetro da fibra e alimenta a informação de volta para o mecanismo de tração. As fibras são tracionadas a partir do bastão a uma taxa de 10 a 20 m/s e o produto acabado é enrolado no carretel. Os carretéis comportam freqüentemente mais de 2,2 km de fibra óptica.

Testando a fibra óptica acabada


Foto cedida pela Corning
Carretel de fibra óptica acabada

A fibra óptica acabada é testada quanto a:

  • resistência à tração - deve suportar 7.033 kgf/cm2 ou mais;
  • perfil do índice de refração - determina a abertura numérica, assim como a tela para os defeitos ópticos;
  • geometria da fibra - o diâmetro do núcleo, as dimensões da interface e o diâmetro da capa devem ser uniformes;
  • atenuação - determina o quanto os sinais luminosos de diversos comprimentos de onda se degradam com a distância;
  • capacidade de transmissão de informação (largura de banda) - número de sinais que podem ser transmitidos de cada vez (fibras multimodo);
  • dispersão cromática - dispersão de diversos comprimentos de onda da luz através do núcleo (importante para a largura de banda);
  • faixa operacional de temperatura/umidade;
  • dependência de temperatura da atenuação;
  • capacidade de condução de luz sob a água - importante para cabos submarinos;

Assim que as fibras passam pelo controle de qualidade, são vendidas para companhias telefônicas, de TV a cabo e provedores de redes. Atualmente, diversas companhias estão substituindo seus antigos sistemas baseados em fio de cobre por novos sistemas com base em fibra óptica para melhorar a velocidade, capacidade e clareza das informações transmitidas.