JPH02186305A - Optical fiber cable - Google Patents
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は冷却機能を備えた光ファイバーケーブルに関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical fiber cable with a cooling function.
【従来の技術］
光ファイバーは情報伝送だけでなく、ＹＡＧレーザ−、
ｃｏレーザー、ＣＯ２レーザーなどのエネルギー伝送、
温度計測、ガスや液体の分析にも利用することができる
。この様な用途に用いる光ファイバーは波長１μｍ以上
の赤外線領域の光を・効率よく伝送しなければならない
。光ファイバーの素材としては、石英ガラス、フッ化物
ガラス、カルコゲナイドガラス、ハライド結晶等が提案
されており、核材料によって透過波長域がことなるため
、目的に応じて素材を選択する必要がある。例えば、波
長５．２μｍのＣＯレーザーのエネルギー伝送や室温付
近の温度計測の場合にはＡｓ−８，Ｇｅ−３ｅ、Ａｓ−
８ｅ等のカルコゲナイドガラスファイバーが有望である
。[Conventional technology] Optical fibers are used not only for information transmission, but also for YAG laser,
Energy transmission such as co laser, CO2 laser, etc.
It can also be used for temperature measurement and analysis of gases and liquids. Optical fibers used for such applications must efficiently transmit light in the infrared region with a wavelength of 1 μm or more. As materials for optical fibers, quartz glass, fluoride glass, chalcogenide glass, halide crystal, etc. have been proposed, and since the transmission wavelength range differs depending on the core material, it is necessary to select the material depending on the purpose. For example, in the case of CO laser energy transmission with a wavelength of 5.2 μm or temperature measurement near room temperature, As-8, Ge-3e, As-
Chalcogenide glass fibers such as 8e are promising.
［発明が解決しようとする課題］
上記のごときエネルギー伝送にしろ、温度計７１１１に
しろ、より高いエネルギー伝送ができること、あるいは
伝送路の低損失化が要求されているが、特にカルコゲナ
イドガラスにおいては、材料面では限界に来ており、他
の面からの検討が要求されていた。[Problems to be Solved by the Invention] Whether it is the energy transmission as described above or the thermometer 7111, it is required to be able to transmit higher energy or to reduce the loss of the transmission path. The material had reached its limit, and consideration from other aspects was required.
本発明の目的は、赤外エネルギーを効率的かつ低損失に
伝送することができる光フアイバケーブルを提供するこ
とにある。An object of the present invention is to provide an optical fiber cable that can transmit infrared energy efficiently and with low loss.
［問題を解決するための手段］
上記目的を達成するため本発明は光伝送路を冷却図遺体
で冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that it includes a cooling means for cooling the optical transmission line with a cooling chart.
ケーブルの構成は光ファイバーをチューブの中に挿入し
、チューブに冷却媒体を介在せしめたことを特徴とする
。冷却媒体としては、冷却された液体、液化ガス、冷却
された気体などが考えられる。又、冷却媒体の冷却方法
として、液化ガス、電子冷却方式の低温液槽等が使用可
能である。The structure of the cable is characterized in that an optical fiber is inserted into a tube and a cooling medium is interposed in the tube. The cooling medium may be a cooled liquid, a liquefied gas, a cooled gas, or the like. Furthermore, as a cooling method for the cooling medium, liquefied gas, an electronic cooling type low temperature liquid tank, etc. can be used.
通常の光ファイバーは屈折率の高いコアとコアよりも屈
折率の低いクラッドとの２重構造になっており、さらに
その外周を樹脂で被覆されているが、この様な構造の先
ファイバーを冷却媒体で直接冷却すると、原因はよくわ
からないのだが、透過損失が増加する傾向が見られる。Ordinary optical fibers have a double structure consisting of a core with a high refractive index and a cladding with a lower refractive index than the core, and the outer periphery is coated with resin. When directly cooled, the transmission loss tends to increase, although the cause is not well understood.
この傾向はファイバー側面の樹脂を取り除いても観測さ
れる。This tendency is observed even when the resin on the side of the fiber is removed.
また、アンクラッドファイバーを冷却媒体で直接冷却し
た場合にはファイバーの側面に付着した氷や冷却媒体自
体の吸収が生じるため、損失が増加する。この様な場合
には、光ファイバーをチューブの中に挿入し、チューブ
の外周を第１の媒体で、また該チューブと該光ファイバ
ーとの間隙を第２の媒体で置換することができるように
構成すれば良く、使用する第１の媒体の温度をＴ１、ま
た第２の媒体の液化温度をＴ２とした場合、第１の媒体
ｌと第２の媒体との組合せが常に
ＴＩ＞Ｔ２
の条件を満たしていることが必要である。すなわち光フ
ァイバーを第１の媒体で直接冷却するのではなく、光フ
ァイバーと第１の媒体との間に気層（第２の媒体）を設
けることによって、光ファイバーを直接冷却した場合に
見られた損失増加を抑制することができる。Furthermore, if the unclad fiber is directly cooled with a cooling medium, the ice adhering to the side surface of the fiber and the cooling medium itself will be absorbed, resulting in increased loss. In such a case, the optical fiber should be inserted into a tube, the outer circumference of the tube can be replaced with a first medium, and the gap between the tube and the optical fiber can be replaced with a second medium. If the temperature of the first medium used is T1 and the liquefaction temperature of the second medium is T2, then the combination of the first medium l and the second medium always satisfies the condition TI>T2. It is necessary that the In other words, the loss increased when the optical fiber was directly cooled by providing an air layer (second medium) between the optical fiber and the first medium instead of directly cooling the optical fiber with the first medium. can be suppressed.
また、第１、第２の媒体を一定流量で循環すればファイ
バー全体を均一にかつ効率よく冷却することができる。Further, by circulating the first and second media at a constant flow rate, the entire fiber can be cooled uniformly and efficiently.
用いることができる媒体としては、上記限定条件を満足
し、かつ先ファイバーに科学的な損傷を与えないもので
あれば特に問題はないが、一般に入手しやすくかつ安定
は媒体として、第１の媒体には
液体窒素、
液体酸素、
液体空気、
の内の少なくとも一種類を、また第２の媒体２には、
ヘリウムガス
を用いることが好ましい。There is no particular problem with the medium that can be used as long as it satisfies the above-mentioned limiting conditions and does not cause chemical damage to the tip fiber, but the first medium is generally easily available and stable. It is preferable to use at least one of liquid nitrogen, liquid oxygen, and liquid air for the second medium 2, and to use helium gas for the second medium 2.
［実施例］ 図面を参照して、本発明の詳細な説明する。[Example] The present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施例１
第１図は実施ｆ１１１の光ファイバーケーブルの概略図
である。光ファイバー１は反射率及び熱伝導率の高い無
酸素銅製のフェルール２に固定されている。その外側に
空隙４に冷却媒体（第２媒体）を流すフレキシブルステ
ンレス管３、その外側に冷却媒体を冷却する液化ガス（
第１の媒体）で満たされた空隙６を含むフレキシブルス
テンレス管５、さらにその外側は、空隙８が真空である
フレキシブルステンレス管７で覆れた多重管構成になっ
ている。なお、図中９、Ｔ０は第２の媒体の出入口、１
１は第１の媒体の流入口、１２は真空源に連なる減圧口
である。Example 1 FIG. 1 is a schematic diagram of an optical fiber cable of Example f111. The optical fiber 1 is fixed to a ferrule 2 made of oxygen-free copper with high reflectance and thermal conductivity. A flexible stainless steel tube 3 that allows a cooling medium (second medium) to flow into the gap 4 is placed on the outside of the flexible stainless steel tube 3, and a liquefied gas (second medium) that cools the cooling medium is placed on the outside of the tube.
The flexible stainless steel tube 5 includes a gap 6 filled with a first medium (first medium), and the outer side thereof is covered with a flexible stainless steel tube 7 in which the gap 8 is evacuated. In the figure, 9 and T0 are the entrance and exit port of the second medium, and 1
1 is an inlet for the first medium, and 12 is a decompression port connected to a vacuum source.
光ファイバー１のコアとクラッドは高純度のガラスでで
きており、その外周には樹脂がコーティングされている
。前記コア・クラッドの熱伝導率は３ ｘｔｏ 〜４
Ｘｌ０−’ｃａｌ ／ｃＩＩ−ｓｅｅ ・’Ｃであり
、〜４
また樹脂の熱伝導率は３ Ｘ １０−４〜５ Ｘ １０
−’ｃａｌ ／（Ｊｌ−ｓｅｃ ＊℃である。The core and cladding of the optical fiber 1 are made of high-purity glass, and the outer periphery is coated with resin. The thermal conductivity of the core/cladding is 3xto ~4
Xl0-'cal/cII-see ・'C, and the thermal conductivity of the resin is 3 X 10-4~5 X 10
-'cal/(Jl-sec *°C.
当該光ファイバーケーブル１を使用して、ｃ０２レーザ
ーのエネルギー伝送を行なった。まず、空隙４に冷却媒
体として室温のＨｅガスを２．Ｏｉｔ ７分流してエネ
ルギー伝送を行ったところ、冷却媒体を使用しない場合
に比べてエネルギー伝送効率は１０％高くなった。次に
、空隙８を１０’ｔｏｒｒの真空に保持し、空隙６を液
化ガスである液体窒素で満たし、空隙４にＨｅガスを０
．２ ｆｌ／分流してエネルギー伝送を行なったところ
、冷却媒体及び液化ガスを使用しない場合に比べてエネ
ルギー伝送効率は６０％向上した。この時、冷却媒体と
して不凍液を使用してもよい。また、冷却媒体は循環さ
せてもよい。The optical fiber cable 1 was used to transmit energy of a c02 laser. First, He gas at room temperature is introduced into the gap 4 as a cooling medium. When energy was transferred by flowing Oit7, the energy transfer efficiency was 10% higher than when no cooling medium was used. Next, the gap 8 is maintained at a vacuum of 10'torr, the gap 6 is filled with liquid nitrogen, which is a liquefied gas, and the gap 4 is filled with He gas at 0.
．． When energy was transferred at a flow rate of 2 fl/min, the energy transfer efficiency was improved by 60% compared to the case where no cooling medium or liquefied gas was used. At this time, antifreeze may be used as the cooling medium. Further, the cooling medium may be circulated.
実施例２
第２図は実施例２の光ファイバーケーブルの概略図であ
る。光ファイバー１は反射率及び熱伝導率の高い無酸素
銅製のフェルール２に固定されている。その外側は空隙
４に冷却媒体を流す樹脂チューブ３で覆われている。Embodiment 2 FIG. 2 is a schematic diagram of an optical fiber cable according to Embodiment 2. The optical fiber 1 is fixed to a ferrule 2 made of oxygen-free copper with high reflectance and thermal conductivity. The outside thereof is covered with a resin tube 3 through which a cooling medium flows into the gap 4.
当該光ファイバーケーブルを使用して、Ｃ０２レーザー
のエネルギー伝送を行なった。光ファイバーは実施例１
と同じものを使用し、樹脂チューブ３としてテフロンチ
ューブを使用した。電子冷却方式の低温液槽で０℃に冷
却された冷却媒体の水を空隙４に０．５１７分流してエ
ネルギー伝送を行なったところ、冷却媒体を使用しない
場合に比べてエネルギー伝送効率は３０％高くなった。The optical fiber cable was used to transmit energy of a C02 laser. Optical fiber is Example 1
A Teflon tube was used as the resin tube 3. Energy transmission was performed by flowing 0.517 parts of the cooling medium water cooled to 0℃ in an electronically cooled low-temperature liquid tank into the gap 4, and the energy transmission efficiency was 30% compared to when no cooling medium was used. It got expensive.
この時、冷却媒体として、不凍液を使用してもよい。At this time, antifreeze may be used as the cooling medium.
また、冷却媒体として既に冷却されている気体を使して
もよい。さらに、樹脂チューブ３は、フレキシブルステ
ンレスチューブでもよい。Alternatively, an already cooled gas may be used as the cooling medium. Furthermore, the resin tube 3 may be a flexible stainless steel tube.
実施例３
第３図は実施例３の冷却機能を備えた光ファイバーケー
ブルの断面図を示すものである。第１図に於て、光ファ
イバー１を内層チューブ３の中に挿入し、その外周を同
じ材質の外層チューブ５で覆っである。チューブ３．５
の両端には第１の媒体の出入口１４、■５及び第２の媒
体の出入口９、ＩＯを設けである。Embodiment 3 FIG. 3 shows a cross-sectional view of an optical fiber cable with a cooling function according to Embodiment 3. In FIG. 1, an optical fiber 1 is inserted into an inner tube 3, and its outer periphery is covered with an outer tube 5 made of the same material. tube 3.5
A first medium inlet/outlet 14, 5 and a second medium inlet/outlet 9, IO are provided at both ends of the media.
試験例−１
第３図に示した光ファイバーケーブルの内層チューブ３
にコア・クラッド構造を有し、かつクラッドの外周に樹
脂を被覆したＧｅ５ｅＴｅガラスフアイバーを挿入し、
両端をシールした後に、内層チューブと外層チューブと
の間隙に第１の媒体として液体窒素を、また内層チュー
ブとファイバーとの間隙に第２の媒体としてヘリウムガ
スを、両者共に２０ｃｃ／分の割合で流しながらファイ
バーの透過損失を測定したところ第４図に示すように６
．０μｍに於てＯ，ｌｄＢ／ｍが達成された。また、こ
の光ファイバーケーブルを１００℃の空気中に１時間保
持したが、損失は全く変化しなかった。またこのファイ
バーに波長１０．６μｍのＣＯ２レーザ−パワーを１２
Ｗ入射したところ、長さ１．５ｍのファイバーに於て５
ｗの出射パワーが得られた。Test example-1 Inner tube 3 of the optical fiber cable shown in Figure 3
A Ge5eTe glass fiber having a core-clad structure and coated with resin on the outer periphery of the cladding is inserted,
After sealing both ends, liquid nitrogen was applied as the first medium to the gap between the inner layer tube and the outer layer tube, and helium gas was added as the second medium to the gap between the inner layer tube and the fiber, both at a rate of 20 cc/min. When the transmission loss of the fiber was measured while flowing, it was 6 as shown in Figure 4.
．． O, ldB/m was achieved at 0 μm. Further, this optical fiber cable was kept in air at 100° C. for 1 hour, but the loss did not change at all. In addition, a CO2 laser with a wavelength of 10.6 μm and a power of 12
When W was incident on a fiber with a length of 1.5 m, 5
An output power of w was obtained.
試験例−２
ＧｅＳｅガラスのアンクラッドファイバーを実施例１と
同じように光ファイバーケーブルの内層チューブ３に挿
入し、両端をシールした後に、内層チューブと外層チュ
ーブとの間隙に第１の媒体として液体窒素を、また内層
チューブとファイバーとの間隙に第２の媒体としてヘリ
ウムガスを、両者共に２０ｃｃ／分の割合で流しながら
ファイバーの透過損失を測定したところ第５図に示すよ
うに２．８μｍに於て０．０２ｄＢ／ｍが達成された。Test Example-2 A GeSe glass unclad fiber was inserted into the inner tube 3 of the optical fiber cable in the same manner as in Example 1, and after sealing both ends, liquid nitrogen was introduced as the first medium into the gap between the inner tube and the outer tube. The transmission loss of the fiber was measured while flowing helium gas as a second medium into the gap between the inner tube and the fiber at a rate of 20 cc/min, as shown in Figure 5. 0.02dB/m was achieved.
試験例−３
樹脂コートされたＧｅＳ ｅＴｅガラスのコアクラッド
シフアイバーを実施例１と同じように光ファイバーケー
ブルの内層チューブ３に挿入し、両端をシールした後に
、内層チューブと外装チューブとの間隙に第１の媒体と
して空気を、また内層チューブとファイバーとの間隙に
第２の媒体として液体窒素を、両者共に２０ｃｃ／分の
割合で流しながらファイバーの透過損失を測定したとこ
ろ第６図に示すように６．０μｍに於てり、ＯｄＢ／ｍ
であり、損失のレベルは、試験例−１の場合よりも全体
的に高かった。Test Example-3 A resin-coated GeS eTe glass core clad shifter was inserted into the inner tube 3 of the optical fiber cable in the same manner as in Example 1, and after sealing both ends, a second tube was inserted into the gap between the inner tube and the outer tube. The transmission loss of the fiber was measured by flowing air as the first medium and liquid nitrogen as the second medium into the gap between the inner tube and the fiber at a rate of 20 cc/min, as shown in Figure 6. At 6.0 μm, OdB/m
The level of loss was higher overall than in Test Example-1.
試験例−４
ＧｅＳｅＴｅガラスのアンクラッドファイバーを実施例
１と同じように光ファイバーケーブルの内層チューブ３
に挿入し、両端をシールした後に、内層チューブと外層
チューブとの間隙に第１の媒体として空気を、また内層
チューブとファイバーとの間隙に第２の媒体として液体
窒素を、両者共に２０ｃｃ／分の割合で流しながらファ
イバーの透過損失を測定したところ第７図に示すように
２．６μｍに於て０．３ｄＢ／ｍであり、損失のレベル
は、試験例−２の場合よりも全体的に高かった。Test Example-4 An unclad fiber made of GeSeTe glass was inserted into the inner tube 3 of an optical fiber cable in the same manner as in Example 1.
After sealing both ends, air was introduced as the first medium into the gap between the inner layer tube and the outer layer tube, and liquid nitrogen was introduced as the second medium into the gap between the inner layer tube and the fiber, both at 20 cc/min. When the transmission loss of the fiber was measured while flowing at a rate of it was high.
［発明の効果］
本発明は、光伝送路を冷却媒体で冷却するため、赤外エ
ネルギーを効率的かつ低損失に伝送することができる。[Effects of the Invention] The present invention cools the optical transmission line with a cooling medium, so that infrared energy can be transmitted efficiently and with low loss.
又冷却媒体を冷却された気体を使用した場合には、光フ
ァイバーの伝送損失を著しく低下させることが出来る。Furthermore, when a cooled gas is used as the cooling medium, the transmission loss of the optical fiber can be significantly reduced.
この場合１．特に液体窒素とヘリウムガスとの組合せは
、ファイバーの冷却に適しており、ファイバーの透過損
失を約１桁下げることができる。In this case 1. In particular, the combination of liquid nitrogen and helium gas is suitable for cooling fibers and can reduce fiber transmission losses by about an order of magnitude.
第１図、第２図および第３図は本発明を実施した光ファ
イバーケーブルの縦断面図、第４〜７図は試験例１〜４
で測定したファイバーの透過損失スペクトルである。
１・・・光ファイバー
２・・・フェルール、
３・・・フレキシブルステンレス管（内層チューブ）、
４・・・冷却媒体流路、
５・・・フレキシブルステンレス管（外層チュｉブ）、
６・・・液化ガス溜り、
７・・・フレキシブルステンレス管、
８・・・真空部分、 １０． ｔｉ・・・冷却媒体出
入口１２・・・減圧口、 １４．１５・・・冷却媒体
出入口。
第
図
第
図
波
長
〔μｍ〕
第
図
波
長
〔μｍ〕
禍
失
［ｄＲ／ｍ）
場
牛
ｒｄＲ／ｍ〕Figures 1, 2, and 3 are longitudinal cross-sectional views of optical fiber cables in which the present invention was implemented, and Figures 4 to 7 are test examples 1 to 4.
This is the transmission loss spectrum of the fiber measured at . 1... Optical fiber 2... Ferrule, 3... Flexible stainless steel tube (inner layer tube),
4...Cooling medium flow path, 5...Flexible stainless steel tube (outer layer tube),
6...Liquefied gas reservoir, 7...Flexible stainless steel pipe, 8...Vacuum part, 10. ti...Cooling medium inlet/outlet 12...Decompression port, 14.15...Cooling medium inlet/outlet. Fig. Fig. Wavelength [μm] Fig. Wavelength [μm] Damage [dR/m) Badu rdR/m]
Claims (1)
ァイバーケーブル。 ２ 冷却手段は光ファイバーの外周に配置 したチューブと、光ファイバーとチューブとの間に介在
された冷却媒体とから構成されていることを特徴とする
請求項１記載の光ファイバーケーブル。 ３ チューブの外周に第１の媒体をチューブと光ファイ
バーとの間隙を第２の媒体をそれぞれ介在せしめ、前記
第１の媒体の温度Ｔ＿１、第２の媒体の液化温度をＴ＿
２とした場合、両媒体が常に Ｔ＿１＞Ｔ＿２ の条件を満たしていることを特徴とする請求項２記載の
光ファイバーケーブル。[Claims] 1. An optical fiber cable characterized in that an optical transmission line is equipped with a cooling means. 2. The optical fiber cable according to claim 1, wherein the cooling means comprises a tube disposed around the outer periphery of the optical fiber, and a cooling medium interposed between the optical fiber and the tube. 3. A first medium is placed around the outer periphery of the tube, and a second medium is placed in the gap between the tube and the optical fiber, and the temperature of the first medium is T_1, and the liquefaction temperature of the second medium is T_
2. The optical fiber cable according to claim 2, wherein both media always satisfy the condition T_1>T_2.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1004729A JPH02186305A (en) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | Optical fiber cable |
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| JPH02186305A true JPH02186305A (en) | 1990-07-20 |
Family
ID=11591987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1004729A Pending JPH02186305A (en) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | Optical fiber cable |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02186305A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103064151A (en) * | 2012-12-05 | 2013-04-24 | 清华大学 | Optical fiber coupler device provided with cooling fluid |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60189715A (en) * | 1984-03-12 | 1985-09-27 | Hitachi Ltd | Cable structure of infrared-ray optical fiber |
-
1989
- 1989-01-13 JP JP1004729A patent/JPH02186305A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60189715A (en) * | 1984-03-12 | 1985-09-27 | Hitachi Ltd | Cable structure of infrared-ray optical fiber |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103064151A (en) * | 2012-12-05 | 2013-04-24 | 清华大学 | Optical fiber coupler device provided with cooling fluid |
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