JPS6042720A - 光ファイバケ−ブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の技術分野 本発明は、光フアイバケーブルの構成の改良に係り、特
に、水底または海底に布設されて有効な光フアイバケー
ブルに関する。

（２）従来技術の説明 光ファイバの低損失化および半導体レーザ等の光デバイ
スの特性面上等によって、光通信は実用化に向けて大き
く前進している。このような中で、光フアイバ通信／ス
テムを構成する各部の高信頼化はシステムを実用化する
上で重要な課題であり、特に光フアイバ伝送特性の長期
安定度の向上は不可欠である。

従来、光ファイバの伝送損失はマイクロベンディングあ
るいは周囲温度によって変化するがほとんど経年変化は
しないであろうと考えられてきた。

従って、従来の光フアイバケーブルにおいては、機械酌
に非常にもろい光ファイバを水圧や張力などの外圧から
いかに保護するかが主たる課題であって、種々のケーブ
ル構造が提案されてきている。

（３）発明の課題 しかしながら、本願発明者は、光ファイ７くケーブルが
川底や海底にも布設され高水圧下に置かれることと、漁
船の漁具やアンカ等によって光フアイバケーブルが切断
される場合もあることを考慮し、光フアイバケーブル内
に浸水した場合の伝送特性の変化について種々実験を重
ねるうち、光フアイバケーブル内に浸水があると短時間
のうちに特定の波長に鋭い光吸収スペクトルが現われる
ことを確認した。この現象は水圧が高い和光吸収スペク
トルが大きいことも確認した。この現象は、国際間に設
定される光ファイ７く通信／ステムのように、設計寿命
が２０年以上を要求される／ステムにあっては致命的な
欠陥となる。

本発明は、上記実験結果に基づき想定される従来技術の
欠点を解決し、光ファイ７（ケーブル内に浸水した場合
でも伝送特性の劣化を防止することのできる光フアイバ
ケーブルを提供することを目的とする。

（４）発明の原理及び実施例の説明 以下、本発明の詳細な説明するが、まず前記浸入実験の
概要と伝送特性の劣化原因を述べ、その解決策について
詳説する。

第１図は実験に供した従来形の光フアイバケーブルの断
面図であり、■は中心抗張力体１１の周囲にナイロン被
覆された複数体の光ファイバ１２を撚り集合し、間隙を
７リコンゴム等で充填してさらにナイロン被覆してなる
ファイバユニット、２はアルミニューム材料からなり破
線箇所で分割されている給電線兼用の耐圧構造物、３は
鋼紳からなる抗張力体、４は銅テープ、５はポリエチレ
ンの外被である。なお、光ファイバ１２は石英ガラス（
ＳｉＯ２）を素材とする／ングルモードファイバである
。

第２図は、第１図の光フアイバケーブルの静的な伝送特
性を示す。図において、波長１．１２μｍ付近が／ング
ルモードの力、トオフ点であり、これ以下の波長帯では
損失が増加している。現在光通信に用いられようとして
いる波長は１３μｍ帯および１．５μｍ帯であってこれ
らにおいては何ら支障がない。前記実験は第１図に示す
構造の短尺ケーブルを約２５　Ｋｑ　／　ｃａの圧力の
かかった水中に投入した。

実験は第１図のファイバユニット１と耐圧構造物２との
間およびファイバユニット１のシリコンゴム中、さらに
は抗張力体３の空隙にどれ位の水がどの程度の速度で浸
入するかを確めるものであったが、この際に光ファイバ
１の伝送特性が第３図に示すように第２図・の特性から
大きく変化していると去が認められた。第３図は、氾１
１定系の光源級長の制約から１．２９μｍ　、　１．３
１μｍ　、　１．３２μｍ　、　１．４８μｍ、１．５
１μｍでφ１ｊ定した結果であるが、損失の増加が極め
て大きく、かつ波長に対して急峻でちるため、特定の波
長に損失ピークがあるものと想定された。しかし、損失
ピークが何によって生じるかは容易に把握できなかった
が、１．２〜１３μｍに一つのピークがあるものと推定
し、水素分子による光吸収スペクトルであるとの仮説を
立てた。これは水素分子の基本振動が２４μｍであり、
その倍音が１２μｍとなるからである。

この仮説を検証するため次の追試を行った。圧力槽を用
い長さＩＫｍの光ファイバを１８気圧の水素ガス中に１
週間放置した。この後、光ファイバの伝送特性を測定し
たところ第４図に示す特性を得、損失ピークは１２４μ
ｍ　、　１．０８μｒｎ　、　１．１３μｍ。

１１７μｍの４箇所にあることが判った。さらに、圧力
槽から取り出した光ファイバを大気中に放置すると、損
失ピークの損失量が経時的に減少し、ついには図中破線
の元の特性にほぼ戻ることも確認した。

以」二の追試から、水素分子あるいは水素イオンと光フ
ァイバ素拐のＳｉ　Ｏ２との化学反応でなく、単に光フ
ァイバのコア内に水素分子が浸入し光吸収を起こしてい
るものと推定された。さらに圧力槽内の水素ガス圧力を
上昇させると、損失ピークの発生速度が速まり、損失量
が増加するが、１気圧の下では損失ピークの発生は起り
にくいことも確認された。

以上の種々の実験結果から、水素分子による光吸収とす
る仮説は正しいとの確証を得た。

損失ピークの発生が水素分子に起因し、所定の４波長に
現われることは次のように説明できる。

光ファイバの素材である５１０２−・ガラスのような非
晶質物質には水素分子は非常に入り易く、特に圧力が印
加されている場合にはＳｉ　０２　に吸着をする。水素
分子の基本振動は４１６０　ｃｍ　（２，４μｍ）にあ
るが、一般に水素分子は双極子モーメントをもたないだ
めに赤外光吸収は起こらないと言われている。しかし、
前述のように圧力や温度等の影響で他の分子に弱く結び
付く、いわゆる吸着状態では双極子モーメントをもたな
い分子も、その基本振動に吸収を見い出せると指摘され
ている。実験で発生した１２４μｍでの吸収ピークは、
水素の基本振動の倍音である。一方、四面体構造の５ｉ
０４分子の基本振動は９１μｍ　、　１２．５μｍ、２
１μｍおよび３６４μｍＫあることが知られており、こ
れらと上記水素分子の基本振動の倍音１２４μｍとの高
調波はそれぞれ１．０９μｍ、１．１３μｍ、１．１７
μｍ、１２μｍに相当し、第４図の実験結果と一致する
。また、第４図において、１５μｍ以上の波長帯での損
失増加は水素分子の基本振動と上記四面体構造の８１０
４分子の基本振動とＫよる吸収の影響が現われている。

以上のことから、第３図の実験結果は第４図の結果と良
く一致し、水素分子に起因する光吸収であると断定でき
る。

次に、第１図に示した光フアイバケーブルに浸水があっ
た場合の水素分子の発生要因について述べる。

前述のように、ケーブル断面が水にさらされた場合には
、断面の空隙からケーブルの長手方向に水走りが起り、
ファイバユニ、ト１の中心抗張力線１１．耐圧構造物２
．抗張力体３および銅テープ４はかなり長い区間にわた
って水と直接接触することとなる。このうち、化学反応
力や電気化学反応力の大きなアルミニ、−ム（Ａ４．）
や鉄（Ｆｅ）からなる中心抗張力線１１．耐圧構造物２
および抗張力体３はそれぞれ単体で化学反応を起こす。

特にＡｔからなる耐圧構造物２は給電線に兼用されてい
るためその電流によって電極作用を伴い化学反応は一層
促進される。この化学反応から水素分子を発生する可能
性もある。さらに、Ａｌ−Ｆｅの異種金属間では、それ
ぞれの化学反応力が異なるため、電位差を生じ、この間
で水の電気分解が生起し水素分子を発生する。

以上のように水素分子の発生要因を推定することができ
る。

次に本発明による伝送特性劣化の防止解決策について述
べる。

上記水素分子の発生要因からすれは、解決策の基本は水
捷たは海水と化学反応や電気化学反応を生じないケーブ
ル構造とすることである。但し、ケーブルのコストや製
造の容易性も考慮したケーブル構造でなければならない
。

本発明の第１の実施例は、第１図のケーブル構造におい
て、ファイバユニ、ト１の中心抗張力線１１を非金属祠
料、例えばＦＲＰで構成することである。こうすれば中
心抗張力線１１の化学反応と、耐圧構造物２との間での
電気化学反応とを起こらないようにでき、光ファイバ１
２の近傍での水素の発生を防止することができる。

第２の実施例は、化学反応や電気化学反応力の弱い金属
を用いてケーブルを構成することである。

大きな抗張力を要求されないケーブルにあっては、第１
図の抗張力体４を必要としない場合がある。

このような場合には、耐圧構造物２を銅（Ｃｕ　）で楊
成踵中心抗張力線１１を銅（Ｃｕ）または非金属で構成
すればよい。化学反応や電気化学反応の弱い金属とは、
イオン化傾向を一つの目安として選択できる。イオン化
傾向が水素よシ小さければ水素分子を発生する危険性が
極めて小さいからである。このような金属のうち、コス
ト、作業の容易性からすれば銅（Ｃｕ）が最適であろう
。

第３の実施例は、同種金属でケーブルを構成することで
ある。これは、異種金属を用いた場合、前述のように電
界が発生するが、この電界の発生を防止するものである
。海底などに布設されるケーブルにおいては、大きな抗
張力が要求され、この場合、抗張力体３としては鋼線を
使用せざるを得ない。このような要求に対しては第１図
の構造において、耐圧構造物２を鉄（Ｆｅ）で構成すれ
ばよい。なお、本実施例の場合、給電線兼用の耐圧構造
物２も鉄（Ｆｅ）となるので、給電線の電気抵抗が増加
する。この場合、抗張力体３より外側にあり、化学反応
力の弱い銅テープ４により給電することとなる。次の実
施例によればこの欠点も解決きれる。

第４の実施例は、使用する全ての金属体あるいはこのう
ちの化学反応力や電気化学反応力の強い金属体に金属被
覆を施し、等価的に同種金属でケーブルを構成するもの
である。金属被覆としては、Ｃｕ　、　Ａｇ　、　Ｐｔ
　、　Ａｕ等、水素よりイオン化傾向の小さい金属が考
えられるが、経済性の面から銅（Ｃｕ）メッキが得策で
ある。第１図において、中心抗張力線１１．耐圧構造物
２および抗張力体３に・銅メ。

キを施せば、銅テープ４を含めて等価的に同種金属で構
成でき、光フアイバケーブルとしての機能。

特性には何ら変化を与えない。々お、この際、中心抗張
力体１１を非金属で構成すれば、なお一層水素分子の発
生を防止することができる。

第５の実施例に、ケーブル内に浸入した水あるいは海水
と金属体とが直接接触しないようにして金属体の化学反
応や電気化学反応を防止するものであって、使用する全
ての金属体もしくは少なくとも化学反応力や電気化学反
応力の強い金属体に予め非金属の被覆を施すことを特徴
とする。第５図はこの場合の構成例を示す図であり、図
中太線で示した部分６が被覆であり、他の参照番号は第
１図と同じである。非金属被覆としては、ナイロン、テ
フロン、ケプロン、ポリエチレンなどの合成樹脂系の被
覆や、グリス等油類の防水被覆が用いられる。さらには
、表面処理技術を用いて塗装することもできる。これら
のうち、油類の防水抜法は、製造工程の要所に油夕／り
を置き、この中を通過させることによって実施できるの
で、製造工程に大きな変化を与えず、かつ経済的である
。

以」二説明したように、本発明によれば光フアイバケー
ブルに浸水した場合でも、光ファイバの伝送特性の劣化
要因である水素分子の発生を効果的に防止することがで
きる。

次に、光フアイバケーブル内での他の水素分子の発生要
因について述べ、その対策についても述べておく。

国際間に布設されるケー７諏しにあっては、海面下８，
０００　ｍの深海に布設されるケースがあり、光ファイ
バは周囲温度３℃以下で８００気圧という低温高圧下に
おかれる。このような状態にあっては、製造時に光ファ
イ・ζケーブル内に入った空気の水分が飽和状態と々り
水滴となる恐れがある。一旦水滴と外れは前記の外部か
ら浸入した水と同等に作用し、水素分子の発生要因とな
る。これに対しても、前記した各解決策は有効であるこ
とは言う捷でも々いが、水滴の発生量がわずかであると
推定されるの　、ケーブル内に乾燥剤を挿入することが
有効と考えられる。また、発生した水素分子を吸収する
特殊な金属、例えば二、ケル、マンガン系合金で個々の
光ファイバを７−ルドすればさらに効果を上げることが
できる。

以上詳説したように、本発明によれば、ケーブル内に浸
水があっても、ケーブルを構成している金属体の化学反
応や電気化学反応を防止することができ、水素分子の発
生を抑制し、光ファイバの伝送特性の劣化を防止できる
。このことは、２０年以上の設計寿命を要求される光通
信システムにとっては、大きな効果である。まだ、光フ
アイバケーブルが切断された場合であっても、光ファイ
バの特性が劣化しなければ、その切断点で再接続するだ
けで、障害を復旧できる。これは保守工法上極めて大き
な効果をもたらすものであ番。

り上のように、本発明は光通信システムの高信頼化を可
能とするものであり、その工業的価値は極めて高いもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光フアイバケーブルの１例を示す横断面
図、第２図は第１図の従来例の伝送特性例図、第３図は
従来の光フ了イバケーブルが浸水した場合に測定された
伝送特性例図、第４図は光ファイバを水素ガス中に放置
した場合の伝送特性の変化を説明するだめの特性例図、
第５図は本発明の実施例を示す横断面図である。 １　ファイバユニ、ト、２・・耐圧構造物、３・抗張力
体、４・・・銅テープ、５・・・外被、６・・被覆、１
１・・・中心抗張力体、１２・・・光ファイバ、特許出
願人　国際電信電話株式会社 代　理　人　犬　塚　学 外１名 ２丁目３番２号　国際電信電話株式会

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　光フアイバケーブルにおいて、該光フアイバケ
   ーブルを構成している金属体のうち少なくとも化学反応
   力や電気化学反応力の強い金属体にはケーブル内に浸水
   した場合にも該水と直接接触しないように予め被膜が施
   こされていることを特徴とする光フアイバケーブル。
2. （２）前記破膜が非金属被膜であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の光フアイバケーブル。
3. （３）前記被膜が化学反応力および電気化学反応力の弱
   い金属被膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光フアイバケーブル。