DE2735079A1

DE2735079A1 - Glasfaser-wellenleiter

Info

Publication number: DE2735079A1
Application number: DE19772735079
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Knauer; Douglas A Pinnow
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1976-08-30
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1978-03-02
Also published as: IT1079900B; FR2363121A1; BE858179A; SE7709575L; IL52404A0; ES461173A1; JPS5329742A; NO772986L; NL7709169A

Description

- V-

Stuttgart, den 1. August 1977

Hughes Aircraft Company _p

Centinela Avenue and ^r

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Vertreter:

Kohler - Schwindling - Späth
Patentanwälte
Hohentwielstraße 41
7000 Stuttgart 1

Glasfaser-Wellenleiter

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Glasfaser-Wellenleiter zur übertragung optischer elektromagnetischer Strahlung, mit einem aus Glas bestehenden Kern und einem den Kern konzentrisch umgebenden, ebenfalls aus Glas bestehenden Hantel, der wenigstens eine Schicht aufweist, deren Brechungsindex für die zu übertragende Strahlung um mindestens 0,1% kleiner ist als der kleinste Brechungsindex des Kernes für diese Strahlung.

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Die Entwicklung verluatarmer optischer Glasfaser-Wellenleiter ist beispielsweise in den Lehrbüchern von N. ü. Kapany: "Fiber Optics Principles and Applications", Academic Press, New York, 1967, und von M. K. Barnoski: "Fundamentals of Optical Fiber Communication «Systems", Academic Press, New York, 1976, beschrieben· Ks sei bemerkt, daß die grundlegenden Arbeiten von Kapany und Hopkins am Imperial College in London und von Van Heel in Holland in den frühen 50er Jahren die Basis für die Übertragung von Bildern mittels ausgerichteter Bündel flexibler Glasfasern gelegt haben. Hieran schloß sich die Entwicklung flexibler Faserakope und Endoskope zur Beobachtung entfernter Orte an. Zu Beginn der 60er Jahre wurden optische Fasern in einer Vielzahl verschiedener Bereiche eingesetzt und es war die Fähigkeit lichtleitender Glasfasern als Kommunikations-Medium erkannt worden· Das Problem bei den Verfügbaren Glasfasern bestand in einer übermäßigen optischen Dämpfung, die in der Größenordnung von 1000 db und mehr pro Kilometer lag.

Ende 197° berichteten die Cornung Glass works als erste über eine Glasfaser mit einer Dämpfung von nur 20 db/km. Diese verlustarmen Fasern hatten einen Mantel aus reinem Siliciumoxid und einen Kern, der aua mit einem höheren Brechungsindex aufweisenden Materialien, beispielsweise Titan oder Germanium, dotierten Siliciumoxid bestand. Die Dotierung hatte den Zweck, den Kern der Faser mit einem etwas höheren Brechungsindex zu versehen, damit das Licht in Längsrichtung der Fuser durch die innere

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Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel geleitet wird. Seitdem wurden weitere verlustarme Glasfasern entwickelt, deren Verluate bia auf 5 db/km geaenkt werden konnten, jedoch haben ulle diese Glaafaaern eine AußenflUche aus reinem oder faat reinem Siliciumoxid. Der gegenwärtige Erfolg solcher Fasern kann zu einem erheblichen Teil den weit entwickelten Methoden zur Herstellung synthetischen Siliciumoxid-Glases höchster Keinheit zugeschrieben werden.

Der gegenwärtige Stand der Technik optischer Glasfaser-Wellenleiter aus dotiertem Siliciumoxid ist so weit vorgeschritten, daß die Herstellung verlustarmer Wellenleiter bereits Houtine geworden ist. Die wesentlichen Schwierigkeiten, von denen Erfolg oder Mißerfolg dieser aufkommenden neuen Technik abhängen kann, liegen in der Herstellung einer Kabelstruktur, in der das Siliciumoxid gegen schädliche Einflüsse geschützt wird, die ein Brechen der Faser verursachen könnten. Die Zerbrechlichkeit von Glasfasern ist bekannt und bildet den Hauptgrund dafür, daß bei einigen frühen Versuchsanlagen Glasfaserbündel anstatt einzelner Glasfasern in den optischen Übertragungastrecken benutzt wurden. Bei Verwendung solcher Bündel konnte ein gewisser Anteil der Glasfasern des Bündels unter den Beanspruchungen der Installation und des fortlaufenden Betriebes brechen, ohne einen Ausfall der Ubertragungsstrecke zu bewirken. Obwohl diese Faserbündel sehr gut dazu geeignet sind, die Betriebsfähigkeit solcher Systeme zu demonstrieren,

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sind sie in keiner Weise für einen endgültigen Betrieb geeignet. Von den Cornung Glass Works bei der Verkabelung erzielte Fortschritte haben ein neues ütandardbündel ergeben, das aus sechs Fasersträngen besteht· Obwohl die Glasfasern sehr achwach bleiben, ist das Kabel durch den Einbau von Kelvar-iiträngen in die Kunststoffhiille, welche das Kabel umgibt, verfestigt. Kelvar ist die zeichenrechtlich geschützte Bezeichnung für ein kürzlich von der Dupont Company entwickelte Polymer hoher Festigkeit.

Für viele Anwendungen ist jedoch eine Verfestigung der einzelnen Fasern erforderlich. Wenn Fasern großer Länge, nämlich in Längen von 1 km und mehr, und hoher Zugfestigkeit, nämlich von 1400 N/mm und mehr, zur Verfügung stünden, könnten übertragungsstrecken mit üinzelfasern geringen Gewichts anstatt mit schwer armierten Kabeln oder Bündeln hergestellt werden.

Optische Wellenleiter der beschriebenen Art sind im einzelnen auch in den US-PSen 3 4-34- 774, 3 778 132, 3 788 827 und 3 936 162 beschrieben. Es wurden erhebliche Anstrengungen gemacht, solche optischen Glasfnser-Wellenleiter mit organischen ütoffen zu beschichten, wie beispielsweise mit Thermoplasten und mit durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren Polymeren. Diese Schichten sind nur für eine kurze Zeit befriedigend und ergeben keinen hermetischen Abschluß. Letztlich lassen sie schädliche Ütoffe wie Feuchtigkeit hindurch, welche die Glasoberfläche angreifen und die Faser schwächen·

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Aus der US-PS 3 778 132 ist die Anwendung einer äußeren Schicht bekannt, die auch eine abschirmende Funktion haben soll, um ein tJbersprechen zwischen benachbarten leitungen zu verhindern. Diese Schicht besteht aus einem die übertragene Welle in hohem Maße absorbierenden Material, und zwar ebenfalls entweder aus einem Kunststoff oder nber auch aus einer aufgedampften Chromschicht. Für die Anwendung einer Kunststoffschicht gilt das vorstehend Gesagte. Die statt dessen verwendete Chromschicht iat, da sie durch Aufdampfen hergestellt wurde, notwendig sehr dünn, so daß aie weder eine Verstärkung ⁽*^er Faser noch einen die Glasfaser gegen äußere iiinflüsoe schützenden, hermetischen Abschluß bewirkt. Ferner iet das Aufbringen einer Schicht durch Aufdampfen ein 3ehr langsamer Vorgang, so daß das bekannte Anbringen einer Chromschicht durch Aufdampfen auf Glasfasern für die Praxis keine nennenswerte Bedeutung haben kann. Auch die US-I¹S 3 788 beschreibt das Aufdampfen einer Schicht aus Kunststoff oder einem hydrophoben Metall auf den optischen Wellenleiter nach einem Verfahren, der es erfordert, die ungeschützte Faser durch eine vakuumfeste Dichtung hindurchzuführen. Der Kontakt zwischen der Faser und der Dichtung würde die überfläche des Wellenleiters beschädigen und dadurch den Wellenleiter schwächen, bevor die Beschichtung aufgebracht werden könnte.

Domgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verlustarmen Glasfaser-Wellenleiter zu schaffen, der in großen Längen herstellbar ist, eine hohe Zugfestigkeit aufweist und gegen äußere EinflüHse sicher

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geschützt ist, so daß er in Form einzelner Pasern verlegt und zur Nachrichten-Übertragung benutzt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelost, daß der Mantel von einer dessen Oberfläche hermetisch abdichtenden Schicht aus einem geschmeidigen Metall umgeben ist, wobei der Mantel zwischen dem Kern und der metallischen Schicht eine Dicke zwischen 10 und 100 /*m und die metallische Schicht eine Dicke zwischen 5 uns 100 jum aufweist, der Außendurchmesser des gesamten Wellenleiters Jedoch nicht mehr uls 300 /im beträgt.

Eine Schicht aus einem geschmeidigen oder duktilen Metall mit der angegebenen Dicke bewirkt den gewünschten hermetischen Anschluß der Oberflache der Glasfaser, so daß diese Oberfläche gegen schädliche Einwirkungen sicher geschützt ist. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Schicht auch nicht die Ausbreitung optischer Strahlung durch den Wellenleiter nennenswert behindert. Dagegen kann die metallische Schicht einen ausreichend geringen Widerstand aufweisen, um selbst zur Übertragung zusätzlicher, elektrischer Signale geeignet zu sein·

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Glasfaser-Wellenleiters. Das Verfahren besteht darin, daß die metallische Schicht während des Ziehens der Glasfaser auf den Mantel aufgebracht wird. Zu diesem Zweck kann die Glasfaser durch ein Bad des geschmolzenen Metalles

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gezogen werden. Dabei wird vorteilhaft die Glasfaser beim Eintritt in das Bad dea geschmolzenen Metalla auf einer unter dem Schmelzpunkt dea Metalls liegenden Temperatur gehalten. Auf diese Weise ist es möglich, die Glasfaser unmittelbar bei ihrer Herstellung mit einer ausreichend dicken Beschichtung aus einem schmiegsamen Metall zu versehen, welche den gewünschten hermetischen Abschluß und die gewünschte Verstärkung der Glasfaser bewirkt»

Verfahren zum Aufbringen von Metallschichten auf Glasfasern sind aus den Uü-PSen 2 928 716, 3 083 550 und 3 268 312 sowie aus den GB-Püen 982 051 und 1 038 534-bekannto Diese Druckschriften behandeln jedoch die Beschichtung von aus einem homogenen, festen Material bestehenden Glasfasern, bei denen ea sich nicht um optische Wellenleiter handelt, sondern die zur Verwendung als Bestandteil von Geweben und anderen Werkstoffen bestimmt sind. Auch die Technik der Beschichtung von Glasfasern mit Metallen im geschmolzenen Zustand, während das Glas gezogen wird und aich ebenfalls im geschmolzenen Zustand befinden, ist aus diesen Druckschriften bekannt. Diese Technik wurde jedoch bi3her nicht zur Herstellung optischer Wellenleiter verwundet, weil die Auffassung bestand, daß die resultierende Beschichtung, welche beträchtlich dicker ist als die normalerweise durch Aufdampfen oder Zerstäubung erzielbaren üchichten, so dick sein würde, daß sie die optische Transparenz des Wellenleiters beeinträchtigen und eine hohe Dämpfung zur Folge haben würden. Die Erfindung hat gezeigt, daß dies nicht der Pall iet.

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Die Erfindung macht al3O von einer Beschichtungsitechnik Gebrauch, bei der sich Metall an der Oberfläche der Paser abscheidet, während aie durch da« Bad des geschmolzenen Metalles gezogen wird, \im eine öehicht aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, auf einen optischen Glasfaser-Wellenleiter aufzubringen, der einen Glasmantel mit einem hohen Anteil an Siliciumoxid oder aus reinem Siliciumoxid aufweist. Der gläserne Wellenleiter wird derart durch das Bad geschmolzenen Metalles gezogen, daß das Metall die Glasoberfläche noch während ihrer Bildung hermetisch abschließt, bevor es irgendeine Möglichkeit gibt, die Oberfläche durch Abrieb, Kratzer oder auf andere Weise so zu beschädigen, daß eine Schwächung der Glasfaser eintritt· Um eine übermäßige Dämpfung optischer Signale bei der Übertragung durch den resultierenden Wellenleiter auszuschließen, ist es wichtig, daß die Mantelschicht zwischen dem Kern des Wellenleiters und der Wotallschicht eine Dicke im Bereich von 10 bis 100 jnm aufweist. Damit die Metallschicht die gewünschte Funktion erfüllen kann, sollte sie eine Dicke im Bereich von 5 bis 100 ^m aufweisen. Wenn diese Dicken eingehalten werden, zeigt sich, daß eine unerwartete Erhöhung der Festigkeit der Faser ohne Verlust der Flexibilität und ohne die erwartete Erhöhung der Dämpfung des Wellenleiters erzielt wird·

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu

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entnehmenden Merkmale können bei anderen Auiiführunt-,aforrnen der Erfindung einzeln für ο ich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden· ^n zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Abschnittes eines metallisch beschichteten Glnsfaser-Wellenleiters nach der Erfindung in stark vergrößertem Maßstab,

Fig. ;> ein Diagramm dor durch die Metallschicht bewirkten zusätzlichen optischen Dumpf ung als Funktion der Dicke den Hantele und

Fig. 3 das Blockachaltbild eines Systems zur üi^ übertraRunR unter Verwendung eines Glasfaser-Wellenleiters nach der DrfinduriR.

Der in Fig. 1 dargestellte ülasfaser-Wellenleiter 10 besteht aus einem zentralen Kern 11, einem den Kern 11 konzentrisch umgebenden Mantel Λ?. aus Glas und einer metallischen Schicht oder Hülle 13, die den Hantel 12 konzentrisch umgibt. Der Kern 11 benteht vorzugsweise aus SiOp hoher Keinheit oder aus dotiertem Üiliciumoxid mit einem ersten Brechungsindex n„.. Der eine Führungsschicht bildende Hantel 1;? kann aus üi0_o oder jedem anderen geeigneten Ulanmaterial bestehen, das einen etwas geringeren Brechungsindex n_o aufweist. Der Kern kann einen gleichförmigen Brechungsindex aufweisen oder auch iu» zwei oder mein* oohichten bestehen, von denen ,jede folgende .;<:iit:>it einen etwas k]exrierei; Brechungsindex hat ί] μ ··''■<· r*i.^:r· ;*. ■Ακ'^νΆ^ ;.- vv^-t. :;o .a^!: rtv-

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BAD ORIGINAL

paraboliachei· Gradient angenähert wird, dor für mit mehreren Wellentypen arbeitenden Strukturen besondere günstig iat. Der Mantel Λ2 besteht gewöhnlich aua einem gleichförmigen Werkstoff, kann jedoch ebenfalla aua einem Material mit gestuftem oder vorlaufendem lirechungaindex bestehen.

Die metallische Schicht 13 besteht au:i einem geschmeidigen und nicht aus einem harten Metall, um die negativen Wirkungen einer Dämpfung durch Mikrobiegungen zu vermeiden, Geeignetegeschmoidige Metalle sind Aluminium, Antimon, Wismut, Cadmium, üilber, Gold, Zink, Blei, Indium, Zinn sowie Legierungen dieser Metalle, wie Indium-üilberr Legierungen, Aluminium-lIickel-Legierungen und üilber-Gold-Legierungen. Die gewählten Metalle sollen in der Umgebung, in der sie eingesetzt werden aollen, eine nur geringe Korroaionarate haben und nicht ho hart aein wie beispielsweise Chrom.

Die metallische Schicht Λ} iat auf die iüliciumoxid-Oberfläche des Mantels i;> de» Wellenleiters 10 in solcher Weise aufgebracht, dalJ sie einen dichten und dauerhaften hermetischen Abschluß um die Glasfaser bildet. Diese Schicht wird auf die Glaafaser während des Ziehvorgangea unmittelbar nach dem Austritt der Faser aus dem Ofen aufgebracht. Ks ist wichtig, daß das Aufbringen der metallischen Schicht erfolgt, bevor eine Möglichkeit besteht, daß dio Faser von einer Üpule oder Trommel an der Oberfläche beschädigt werden kann, auf welche die beschichtete Glasfuser aufgewickelt wird,

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und bovor die Faser ao weit abkühlt, daß sich an iurer Oberflüche Feuchtigkeit aus der Umgebung abscheiden kann.

Die Beschichtung mit dem Metall kann boispielnweiae dadurch erfolgen, daß der Glaafaaer-Wellenleiter durch eine Beschichtungawanne geleitet wird, weiche das auf der Glasfaser abzuscheidende geschmolzene Metall bei einer Temperatur enthält, die etwa« über dem üchmelzpunkt liegt. Die Wanne kann in ihrem Boden ein kleines Loch aufweisen, das groß genug ist, um die Glasfaser hindurchzuleiten, das andererseits jedoch so klein ist, daß die Überflächenspannung des geschmolzenen Metalls ein Ausfließen verhindert. Während die Glasfaser die Wanne durchläuft, friert auf der Oberfläche dos Glases eine dünne Metallschicht aus.

Die bedingungen für die Bildung einer kräftigen, anhaftenden Metallschicht auf der Faseroberfläche erfordern, daß die Temperatur deo Metallbados, durch welches die Glimfaaer geleitet wird, etwas höher liegt als der üchmelzpunkt, während die Temperatur der Glasfaser etwas unterhalb dieses Schmelzpunktes liegen muß. Die Dicke der Metallschicht A (Fig. 1) wird durch !anstellen der Ziehgeachwindigkeit der Faser und der Temporaturdifferenz zwischen der Faser und dem Metallbad bestimmt. Die Dicke A der metallischen Schicht 13 liegt typischerwoise im Bereich zwischen 5 und 100 ,Um und vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 um. Die maximale Dicke ist durch die Forderung bestimut, die Flexibilität des Glasfaser-Wellenleitern nicht zu beeinträchtigen, wogegen die

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Mindeatdicke sich aua der Forderung ergibt, einen ausreichenden Schutz gegen Abrieb zu gewährleisten.

Um diese Wirkungen zu erzielen ohne gleichzeitig die optische Uurchlüaaigkeit den HohlleiteiT, infolge einer zusätzlichen optischen Dämpfung durch die metallische Schicht zu beeinträchtigen, hat es oich als erforderlich erwiesen, die Dicke B des aus Glau bestehenden Mantels in einem Bereich zwischen 10 und 100 /*m und vorzugsweise im Bereich zwischen 15 und 30 /{m zu halten. Der liadiua C des Kernes 11 sollte im Bereich von 1 /<m für 1-Moden-Fasern bis 100 um für Mehrmoden-Fasern liegen. Für die gewöhnlich verwundeten Mehrmoden-Fasern liegt der lindius G des Kernes vorzugsweise im Bereich von 15 bia 50 /λία. Dieser bevorzugte Bereich iat das Ergebnis eines Kompromisses zwischen der Forderung nach einem leichten Spleißen der Fasern, wofür dicke Kerne günstig sind, und den Kosten für Kernmaterial höchster !{einheit, die durch dünnere Kerne vermindert werden. Der (JesamtdurchmesHer den Glasfaser-Wellenleiters sollte Jedoch kleiner aln 300 und vorzugsweise kleiner ale ;?50 /üb aein· Dies bedeutet, daß die Summe auo dem Hadius ü des Kernes 11, der Dicke B des Mantels 12 und der Dicke A der metallischen Schicht 13 weniger als 125 ^m betragen sollte, damit der Glasfaser-Wellenleiter noch ausreichend flexibel ist.

Der resultierende Glasfaser-Wellenleiter 10 hat eine Zugfestigkeit von 1400 N/mra'" oder mehr. Die hoho ehemalige Reißfestigkeit (ultimate strength) des Glasfasermaterials beträgt bekanntlich etwa 14 000 H/mm" und int daher mehr als ausreichend, um den gewünschten lSndwert von mehr als

1400 H/mm zu ergeben. Der Grund dafür, daß lange Fasern

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bisher nicht mit Festigkeiten hergestellt worden sind, welche dieaer Zugfestigkeit nahe kommen, besteht darin, daß durch überflachenfehler von weniger als 1 /hn Größe, die entweder durch einen leichten mechanischen Abrieb während und nach dem üblichen Faserziehvorgang oder durch chemischen Angriff durch atmosphärische Verunreinigungen, wie Feuchtigkeit, bedingt waren, die Fnser geschwächt haben. Die katastrophale Wirkung von Oberflächenschäden auf die Festigkeit von Glas ist gut bekannt. Tatsächlich kann jeder, der jeinala eine Glasscheibe geritzt hat, um die Bruchstelle zu definieren, den bedeutenden Einfluß solcher Oberflächenfehler auf die Festigkeit spröden Materials wie Glas ermessen.

Durch die sorgfältige Arbeit von Proctor u.a., über welche in "Proceedings of the Royal üociety", Band 297A, üeite (1967) berichtet wurde, wurde festgestellt, daß die ursprüngliche oder naazierende Festigkeit von Si0_o-Fasern stets sehr hoch und von den speziellen Ziehbedingungen unabhängig ist. Das Problem, eine hohe Festigkeit zu erzielen, reduziert sich daher auf das Erhalten dieser ursprünglichen Festigkeit, Die einzigen, die Faserfestigköit reduzierenden Faktoren, die ermittelt werden.konnten, sind eine mechanische Beschädigung und ein chemischer Angriff der Faseroberfläche durch Verunreinigungen. Auch eine statische Ermüdnung wurde vollständig Oberflächen-Verunreinigungen zugeschrieben. Die metallische Schicht 13 bietet einen guten mechanischen bchutz und eine hermetische Abdichtung gegen Verunreinigungen. I^in zusätzlicher mechanischer Üchutz und eine elektrische Isolierung kann bei Bedarf durch Aufbringen einer extrudierten !Schutzschicht 14 aus Kunststoff auf die metallische üchicht 13 erzielt werden.

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Eine Analyse der Wirkung einer metallischen Grenzschicht auf dem aus dotiertem Siliciumoxid bestehenden Wellenleiter, der den Kern 11 und den Glasmantel 12 umfaßt, zeigt, wie aus Fig. 2 ersichtlich, daß entgegen einer im Stand der Technik herrschenden Meinung der Einfluß auf die optische Dämpfung vernachläsaigbar ist, wenn die Dicke des Mantels größer ist als etwa 20 /*m. In Fig. 2 ist die Dicke B des Mantels als normierte Manteldicke aufgetragen, nünlich als Quotient aus der körperlichen Dicke und der Wellenlänge der Energie, die von dem Wellenleiter übertragen wird. Da der £J pe ktralbe reich einer verlustarmen Übertragung bei Glasfaser-Wellenleitern im Bereich des nahen Infrarot liegt, also etwa 0,7 bis 1,3^m umfaßt, ist es zweckmäßig, als mittlere Betriebswellenlänge einen Wert von 1 ,M-m anzunehmen. In diesem Fall kann die Abszisse der Fig. 2, also die normalisierte Manteldicke B, unmittelbar in ^m-Werten gelesen werden. 1^3 ist ersichtlich, daß die zusätzliche optische Dämpfung, welche auf die metallische Beschichtung zurückzuführen ist, bei den verschiedenen analysierten Metallen unter 2 db/km absinkt, wenn die Dicke des gläsernen Mantels etwa 20 fm. überschreitet. Für die meisten Anwendungen ist eine solche geringe Zunahme der Dämpfung zulässig. Wenn in speziellen Fällen eine noch geringere Zunahme der optischen Dämpfung erforderlich ist, muß die Dicke des Glasmantels gemäß den aus Fig. 2 ersichtlichen Werten erhöht werden.

Da bei den gegenwärtigen verlustarmen Glasfaser-Wellenleitern die Dicke des Mantels im Bereich von 25 ,um liegt, ergeben sich durch daa Aufbringen der metallischen Schicht keine neuen Beschränkungen bezüglich der Dimensionen des Wellenleiters.

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Bei der Analyse, deren Hesultute in Fig. 2 veranschaulicht sind, wurde eine typische Differenz zwischen den Brechungsindizes des Kernes und des Mantels von Λ°/ο angenommen. Qualitativ ist die zusätzliche optische Dämpfung auf das Eindringen abklingender Felder der geführten V/ellentypen durch das Glas des Mantels in die Metallschicht bedingt, welche einen komplexen Brechungsindex aufweist. Die Größe des abklingenden Feldes, welche die Metallschicht erreicht, nimmt bei zunehmender Dicke des Mantels exponentiell ab, wie es das Diagramm zeigt.

Während die Forderung nach einem Kleinhalten der zusätzlichen Dämpfung die Mindestdicke für den Mantol 12 bestimmt, bestimmt die Forderung nach einer wirksamen Vorfeatigung der Faser die Mindestdicke A der metallischen Schicht 13· Die Dicke dieser metallischen Schicht soll im Bereich von 5 bis 100 fKm und vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 /¹O liegen. Eine metallische Schicht dieser Dicke bewirkt den notwendigen hermetischen Abschluß und eine deutliche .Erhöhung der Festigkeit. Wenn das Metall eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise Aluminium, bildet es gleichzeitig einen guten elektrischen Leiter, da sein Widerstand dann in der Größenordnung von 3,3 Ohm/m liegt. Obwohl die Hauptfunktion der metallischen Schicht darin besteht, die Festigkeit der Faser zu erhöhen, gibt es viele Anwendungen, für die es wesentlich oder wünschenswert ist, daß zusätzlich zum optischen Wellenleiter ein elektrischer Kommunikations-Kanal besteht. Ein solches System ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.

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Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist der Glasfaser-Wellenleiter 10 zwischen eine erate optische Einrichtung 20 und eine zweite optische Einrichtung 21 geschaltet. Bei diesen Einrichtungen kann es aich um eine Strahlungsquelle und/oder einen Strahlungsdetektor handeln. Die Verbindung zum optischen Wellenleiter ist durch geeignete optische Kopplungseinrichtungen 22 bzw. 23 hergestellt. Kopplungamethoden und Methoden für einen Multiplexbetrieb oder für eine Signalübertragung mittels mehrerer Wellentypen in optischen Wellenleitern gehören zum Stand der Technik. Diese Methoden können nach Belieben eingesetzt werden.

Außer der Übertragung optischer Signale ermöglicht der Wellenleiter 10 auch die übertragung eines oder mehrerer elektrischer Signale über die metallische Schicht 13. Wie in Fig. 3 angedeutet, ist eine erste «lektrieche Einrichtung 24 an einem Ende des Wellenleiters und eine zweite elektrische Einrichtung 25 am anderen Ende des Wellenleiters mit der metallischen Schicht 13 verbunden. Bei den elektrischen Einrichtungen kann es aich um Sende- und/oder Empfangseinrichtungen handeln. Beispielsweise kann das elektrische Signal ein einfacher Erregerstrom für eine Glocke oder einen sonstigen Alarmgeber sein, wenn der optische Wellenleiter dazu benutzt wird, breitbandige Videosignale zu übertragen, beispielsweise bei Bild-Telefon-Anlagen oder anderen in sich abgeschlossenen Fernseh-Einrichtungen. Bei einer anderen typischen Anwendung kann der Wellenleiter 10 von einer Rakete oder einem anderen fliegenden Körper aufgestoßen werden, um eine Verbindung zu einer Steuereinrichtung am Startplatz

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aufrechtzuerhalten, Solche Raketen oder Flugkörper können mit einer in ihrem Kopf angeordneten Fernsehkamera veraehen sein, damit sie sehen können, wohin sie gehen. Die Videosignale einer solchen Fernsehkamera können einfach über den optischen Wellenleiter zum Startplatz übertragen werden, während gleichzeitig vom Startplatz der Rakete elektrische Lenksignale zugeführt werden, um den Weg der Rakete auf ein gewünschtes Ziel zu bestimmen, da3 gleichzeitig infolge der Uberti'agung des Videosignales auf dem Bildschirm eines Sichtgerätes betrachtet werden kann.

in solchen und ähnlichen Anwendungen i^t sowohl die elektrische Leitfähigkeit der metallischen Schicht als auch die durch Anwenden dieser Schicht erreichte und bewahrte hohe Festigkeit des Wellenleiters von großer Bedeutung.

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Claims

Patentansprüche

( 1.AFXexibler Glasfaser-Wellenleiter zur Übertragung V 7
^"^ optischer elektromagnetischer strahlung, mit einem aus Glas bestehenden Kern und einem den Kern konzentrisch umgebenden, ebenfalls aus Glas bestehenden Mantel, der wenigstens eine Schicht aufweist, deren Brechungsindex für die zu übertragende Strahlung um mindestens 0,1% kleiner ist als der kleinste Brechungsindex des Kernes für diese Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12) von einer dessen Oberfläche hermetisch abdichtenden üchicht (13) aus einem geschmeidigen Metall umgeben ist, wobei der Hantel (12) zwischen dem Kern (11) und der metallischen Schicht (13) eine Dicke zwischen 10 und 100 /«m und die metallische üchicht (13) eine Dicke zwischen 5 uns 100 ^m aufweist, der Außendurchmesser des gesamten Wellenleiters Jedoch nicht mehr als 300^m beträgt.
2. Glasfaser-Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12) eine Dicke zwischen 15 und 30 ^Am aufweist.
3· Glasfaser-Wellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische üchicht (13) eine Dicke zwischen 10 und 50 um aufweist.
4. Glasfaser-Wellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische üchicht (13) aus Antimon, Wismut, Cadmium, üilber, Gold, Zink, Blei, Zinn, Aluminium oder einer Legierung von zwei oder mehr dieser Metalle besteht.

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ORIGINAL INSPECTED
5· Glaafaaer-Wellenleiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht (13) aus Aluminium besteht.
6. Glasfaser-Wellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seine Zugfestigkeit bei einer Länge von 1 km oder mehr mindestens 1400 N/mm beträgt.
7. Glasfaser-Wellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand der metallischen Schicht (13) einen Wert von 3»3 Ohm/m nicht überschreitet.
8. Glasfaser-Wellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht (13) von einer aus Kunststoff bestehenden Schutzschicht (14) umgeben ist.
9. Glasfaser-Wellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er an wenigstens einer Stelle mit einer Einrichtung (20) zum Zuführen eines optischen Signals zu seinem Kern (11) und an wenigstens einer davon entfernten anderen Stelle mit einer Einrichtung (21) zum Empfang des vom Kern (11) übertragenen optischen Signals und außerdem an wenigstens einer Stelle mit einer Einrichtung (24) zum Zuführen eines elektrischen Signals zu seiner metallischen Schicht (13) und an wenigstens einer davon entfernten anderen Stelle mit einer Einrichtung (25) zum Empfang des von der metallischen Schicht (I3) übertragenen elektrischen Signals versehen ist·

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10. Verfahren zur Herstellung eines Glasfaser-V/ellenleitera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht (13) während des Ziehens der Glasfaser auf den Hantel (12) aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaser zum Aufbringen der metallischen Schicht (13) durch ein Bad des geschmolzenen Metalls gezogen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaser beim Eintritt in das Bad des geschmolzenen Metalls auf einer unter dem Schmelzpunkt des Metalls liegenden Temperatur gehalten wird.

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