Cómo se fabrica la fibra óptica: del silicio ultra puro al cable de 125 micras
La fabricación de fibra óptica es uno de los procesos industriales más sofisticados que existen, ya que requiere un control extremo de la pureza de los materiales y de las condiciones térmicas para producir un hilo de vidrio con diámetros de apenas 125 micrómetros (un noveno de la anchura de un cabello humano) y con unas pérdidas ópticas inferiores a 0,2 dB por kilómetro. Todo comienza con la selección de materias primas: dióxido de silicio (SiO₂) de pureza extrema (99,9999999 %, es decir, nueve nueves) y agentes dopantes como el dióxido de germanio (GeO₂) para el núcleo, que eleva ligeramente el índice de refracción, y el flúor (F) o el fósforo (P) para la capa externa (cladding), que lo reduce. Estas impurezas deben mantenerse por debajo de unas pocas partes por billón (ppb), por lo que las instalaciones de fabricación operan en salas limpias de grado 5 (ISO 5) con flujo laminar de aire.
El paso central del proceso es la fabricación de la preforma, un cilindro de vidrio de unos 2 cm de diámetro y 10-20 cm de longitud que posee exactamente la misma estructura en capas (núcleo-cladding) que tendrá la fibra final, pero en escala. El método más extendido a nivel mundial es el MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition), desarrollado en los años 70 por Corning. En él, precursores gaseosos como SiHCl₃ (triclorosilano), GeCl₄ (tetracloruro de germanio) y O₂ se inyectan en un horno de cuarzo a temperaturas de 1.400-1.800 °C mientras una llama de hidrógeno quema la mezcla, depositando capas finísimas de sílice dopada sobre las paredes internas del crisol. Se repite el ciclo de decenas a cientos de veces hasta alcanzar el espesor deseado de núcleo y cladding.
Otro método relevante es el VAD (Vapor Axial Deposition), usado por fabricantes como Sumitomo y Corning en algunas líneas, donde la deposición ocurre axialmente sobre una barra de sílice que rota dentro de un horno, permitiendo crecer la preforma de forma continua. Existen también el OVD (Outside Vapor Deposition) y el PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition), este último empleado por Corning para producir fibras con perfiles de índice más complejos, como las fibras monomodo de área efectiva grande (large-mode-area) utilizadas en enlaces de datos de alta capacidad.
Una vez obtenida la preforma, se introduce en una tola de fusión (furnace) a temperaturas de aproximadamente 2.000 °C, donde el extremo superior se funde y, por efecto de la gravedad y la tensión aplicada, se estira formando un hilo continuo de fibra. La velocidad de tracción (draw speed) oscila entre 10 y 50 m/s, lo que permite producir kilómetros de fibra en pocas horas. Durante la tracción, la relación de diámetros núcleo/cladding se mantiene idéntica a la de la preforma gracias a que el material fluye como un fluido viscoso de forma uniforme.
Inmediatamente tras salir de la tola, la fibra desnuda —extremadamente frágil y susceptible a microgrietas en su superficie— recibe un recubrimiento primario de acrilato de dos componentes (generalmente una capa blanda interior y una rígida exterior), aplicado mediante un sistema de inyección en T que cubre el hilo a velocidad constante. Este recubrimiento eleva el diámetro exterior a unos 250 μm y protege la fibra de tensiones mecánicas y abrasión durante el resto del proceso.
La fibra se enrolla entonces en bobinas de 2-4 km (para uso en datacenter) o de 10-25 km (para tendidos de red metalmetros). Antes de darla por buena, cada bobina pasa por un ensayo óptico en línea: se mide la atenuación a 1310 y 1550 nm con un OTDR o un medidor de potencia, y se verifica que no existan microdoblez o defectos. Las especificaciones típicas para fibra monomodo G.652.D exigen una atenuación ≤ 0,35 dB/km a 1383 nm y ≤ 0,20 dB/km a 1550 nm.
En la imagen inferior se observa una línea de tracción típica: a la izquierda la preforma sostenida en el horno, en el centro la zona de fusión con la llama de hidrógeno y a la derecha la fibra ya recubierta enrollándose en la bobina.
La pureza del SiO₂ debe superar los 9 nueves (99,9999999 %); una impureza de 1 ppb puede duplicar la atenuación.
Dato clave
