NO158456B

NO158456B - FLEXIBLE, FIBEROPTIC ARCHIVE.

Info

Publication number: NO158456B
Application number: NO82822329A
Authority: NO
Inventors: Joseph A Wysocki; George R Blair; Michael R Vince
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Priority date: 1980-11-03
Filing date: 1982-07-02
Publication date: 1988-06-06
Also published as: NO158456C; NO822329L

Description

Oppfinnelsen vedrører en fleksibel, fiberoptisk bølgeleder omfattende en silisiumdioksydkappe ("cladding") som omgir The invention relates to a flexible, fiber optic waveguide comprising a silicon dioxide cladding ("cladding") which surrounds it

en kjerne, og spesielt flerlagsbelagte optiske bølgeledere med metallisk kappe som anvender som første metallisk cladding på silisiumdioksydkappen et belegg av metall eller legering som ikke reagerer med silisiumdioksydet. a core, and in particular multi-layer coated optical waveguides with a metallic jacket which use as a first metallic cladding on the silicon dioxide jacket a coating of metal or alloy which does not react with the silicon dioxide.

Den eksisterende teknikk for dopede silisiumdioksyd-fiberoptiske bølgeledere har utviklet seg til det punkt hvor lav-tap (under 5 dB/km) blir rutine og den største tekniske usikkerhet som nå kan bestemme suksess eller uheldig utfall av denne kommende teknologi gjelder pakkingen av fiberen i en kabelstruktur som vil beskytte silisiumdioksydet for fremmedlegemer som kan forårsake brudd derav. Skjørheten av glassfibre er velkjent og det er hovedgrunnen for hvorfor noem tidlige forsøkssystemer benyttet bunter av silisiumdioksyd-fibre isteden for enkelttråder i deres optiske datalinjer. The existing technology for doped silicon dioxide fiber optic waveguides has developed to the point where low-loss (below 5 dB/km) is becoming routine and the biggest technical uncertainty that can now determine the success or failure of this upcoming technology concerns the packaging of the fiber in a cable structure that will protect the silicon dioxide from foreign bodies that could cause breakage thereof. The fragility of glass fibers is well known and is the main reason why some early experimental systems used bundles of silicon dioxide fibers instead of single wires in their optical data lines.

For mange anvendelser krever løsningen på problemet styrking av de individuelle fibrene. Når lange (1 km eller mer) For many applications, the solution to the problem requires strengthening the individual fibers. When long (1 km or more)

fibre av høy strekkfasthet er tilgjengelige, kan kommunika-sjons- og datalinjer fremstilles med lettvektige enkelt-trådede fibre isteden for tunge pansrede kabler eller med bunter. fibers of high tensile strength are available, communication and data lines can be made with lightweight single-stranded fibers instead of heavy armored cables or with bundles.

Optiske bølgeledere av den ovenfor omtalte type er beskrevet Optical waveguides of the type mentioned above are described

i større detalj i US-patenter 3.434.774, 3.778.132, 3.788.827 og 3.806.224. Det har vært foretatt betydelige anstrengelser ved belegging av slike fiberoptiske bølgeledere med organiske materialer slik som termoplaster og ultrafiolett-herdede polymerer. Disse materialer er tilfredsstillende i et kort tidsrom, men de danner ingen hermetisk tetning. De vil til slutt slippe gjennom forurensninger slik som fuktighet som vil angripe glassoverflaten og svekke fiberen. in greater detail in US Patents 3,434,774, 3,778,132, 3,788,827 and 3,806,224. Considerable efforts have been made to coat such fiber optic waveguides with organic materials such as thermoplastics and ultraviolet-cured polymers. These materials are satisfactory for a short period of time, but they do not form a hermetic seal. They will eventually let through contaminants such as moisture which will attack the glass surface and weaken the fiber.

Metallbelagte glassfibre for optiske bølgeledere er f.eks. beskrevet i US-patenter 3.778.132, 3.788.827 og 4.089.585, samt belgisk patent 858.179. Det oppstår imidlertid ofte problemer ved benyttelse av enkle metalliske belegg på optiske fibrer. Enten oppnås det knappenålshull i belegget under avsetning av metallbelegget på den optiske fiber, eller, som angitt i norsk patentsøknad 821926, reagerer mange metaller eller legeringer med silisiumdioksydet, hvilket for-årsaker forringelse av styrke over lang tid. Metal-coated glass fibers for optical waveguides are e.g. described in US patents 3,778,132, 3,788,827 and 4,089,585, as well as Belgian patent 858,179. However, problems often arise when using simple metallic coatings on optical fibres. Either pinholes are obtained in the coating during deposition of the metal coating on the optical fiber, or, as indicated in Norwegian patent application 821926, many metals or alloys react with the silicon dioxide, which causes a deterioration of strength over a long period of time.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fleksibel, fiberoptisk bølgeleder for overføring av optisk elektromagnetisk stråling, hvor bølgelederen omfatter en glassfiber bestående vesentlig av et glasskjerneelement som har en første brytningsindeks for nevnte stråling og en glasskappe som konsentrisk omgir nevnte kjerne, idet glasskappen inkluderer minst ett lag som har en annen brytningsindeks for nevnte stråling som er lavere enn minimumsverdien for nevnte første brytningsindeks med minst 0,1%, for frembringelse av total indre brytning av nevnte optiske stråling ved kjerne/kappe-grenseoverflaten og for derved å lede nevnte optiske stråling langs bølgelederen, According to the present invention, a flexible, fiber-optic waveguide for the transmission of optical electromagnetic radiation is provided, where the waveguide comprises a glass fiber consisting essentially of a glass core element which has a first refractive index for said radiation and a glass jacket which concentrically surrounds said core, the glass jacket including at least one layer having a second refractive index for said radiation which is lower than the minimum value for said first refractive index by at least 0.1%, for producing total internal refraction of said optical radiation at the core/mantle boundary surface and thereby guiding said optical radiation along the waveguide,

og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at bølgelederen er forsynt med minst to metalliske kapper, med en indre kappe som har en tykkelse i området 10-50^um i kontakt med glassfiberen, idet dert indre metalliske kappen består av et metall eller en legering hvor metallet eller den vesentlige andel av legeringen er et element valgt fra vanadium, krom, jern, kobolt, nikkel, kobber, zirkonium, niob, palladium, tinn, bly, sink og kadmium, hvilket metall eller legering er vesentlig kjemisk inert overfor det materiale som omfatter glassfiberen ved avsetningstemperaturen under belegging av metallet eller legeringen på glassfiberen, og ved at minst en av nevnte metalliske kapper består av et metall eller en legering som har en rekrystallisasjons-. temperatur som er større enn romtemperatur eller den forventede brukstemperatur, hva som enn er dén høyeste. and this method is characterized by the fact that the waveguide is provided with at least two metallic sheaths, with an inner sheath having a thickness in the range of 10-50 µm in contact with the glass fiber, the inner metallic sheath consisting of a metal or an alloy where the metal or the substantial proportion of the alloy is an element selected from vanadium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper, zirconium, niobium, palladium, tin, lead, zinc and cadmium, which metal or alloy is substantially chemically inert to the material comprising the glass fiber at the deposition temperature during coating of the metal or alloy on the glass fiber, and in that at least one of said metallic sheaths consists of a metal or an alloy that has a recrystallization-. temperature greater than room temperature or the expected operating temperature, whichever is higher.

Lokale defekter (slik som knappenålshull) i den første metalliske kappe eller belegg, repareres med fordel ved hjelp av minst et ytterligere metallisk belegg. Videre, tykkelsen på det første eller indre metalliske belegg kan økes ved å benytte et annet (eller flere) lag. Begge disse for-bedringer kan oppnås ved belegging av glassfiberen minst to ganger med det samme metallet eller legeringen. Beleggings-betingelsene for etterfølgende metalliske belegg utsettes fordelaktig ikke for hindringer bevirket under glassfiber-trekkingsbetingelsene. Etterfølgende metalliske belegg Local defects (such as pinholes) in the first metallic sheath or coating are advantageously repaired by means of at least one additional metallic coating. Furthermore, the thickness of the first or inner metallic coating can be increased by using another layer (or more). Both of these improvements can be achieved by coating the glass fiber at least twice with the same metal or alloy. The coating conditions for subsequent metallic coatings are advantageously not exposed to obstacles caused during the glass fiber drawing conditions. Subsequent metallic coatings

kan følgelig ha forskjellig sammensetning enn det indre. I dette tilfellet kan det etterfølgende metall eller legering ha fysikalske egenskaper som er klart forskjellige fra dem til det første metall eller legering. Videre, en etterfølgende varmebehandling kan anvendes for å danne en legering med fysikalske egenskaper som ikke naturlig tilhører noen av metall- eller legeringsbeleggene slik at det bevares en opti-mal kombinasjon av mekaniske og optiske egenskaper i bølge-lederen. can therefore have a different composition than the interior. In this case, the subsequent metal or alloy may have physical properties that are clearly different from those of the first metal or alloy. Furthermore, a subsequent heat treatment can be used to form an alloy with physical properties that do not naturally belong to any of the metal or alloy coatings so that an optimal combination of mechanical and optical properties is preserved in the waveguide.

Figuren er et perspektivriss, som i forstørret målestokk i detalj viser foreliggende flerlagsbelagte fiberoptiske bølgeleder med metallisk kappe. The figure is a perspective drawing, which on an enlarged scale shows in detail the present multi-layer coated fiber optic waveguide with a metallic sheath.

På figuren vises (ikke i målestokk) en flerlagsbelagt fiberoptisk bølgeleder 10 med metallisk kappe ifølge oppfinnelsen. Bølgelederen har en ubestemt lengde. Bølgelederen 10 omfatter en sentral kjerne 11, en glasskappe 12 som konsentrisk omgir kjernen 11, en indre metallisk kappe eller belegg 13 som konsentrisk omgir glasskappen 12 og en annen metallisk kappe eller belegg 14 som konsentrisk omgir det indre metalliske belegg 13. Kjernedelen 11 er fortrinnsvis høyrent SiC>2 eller doped silisiumdioksyd som har et første brytningsindeks, n^. Leder- eller kappedelen 12 kan være SiC>2 eller et hvilket som helst annet egnet glassmateriale som har et noe lavere brytningsindeks, n^- Kjernen 11 kan ha et ensartet brytningsindeks eller den kan omfatte to eller flere lag, idet hvert suksessive lag har lavere indeks enn det underliggende slik at man nærmer seg den paraboliske gradient for spesiell nyttevirkning i fler-typestrukturer. Kappen 12 har vanligvis ensartet sammensetning, men kan The figure shows (not to scale) a multi-layer coated fiber optic waveguide 10 with a metallic sheath according to the invention. The waveguide has an indefinite length. The waveguide 10 comprises a central core 11, a glass jacket 12 which concentrically surrounds the core 11, an inner metallic jacket or coating 13 which concentrically surrounds the glass jacket 12 and another metallic jacket or coating 14 which concentrically surrounds the inner metallic coating 13. The core part 11 is preferably high purity SiC>2 or doped silicon dioxide which has a first refractive index, n^. The conductor or sheath part 12 may be SiC>2 or any other suitable glass material having a somewhat lower refractive index, n^- The core 11 may have a uniform refractive index or it may comprise two or more layers, each successive layer having a lower index than the underlying so that one approaches the parabolic gradient for special benefit in multi-type structures. The sheath 12 usually has a uniform composition, but can

også ha gradiert sammensetning. Den andre brytningsindeksen er vanligvis minst ca. 0,1 mindre enn den første brytningsindeksen for å frembringe total indre refleksjon av optisk stråling ved kjerne/kappe-grenseflaten og derved lede den optiske stråling langs bølgelederen. For fler-typefibrer er n 2 vanligvis ca. 1% mindre enn n^. also have graded composition. The second refractive index is usually at least approx. 0.1 less than the first refractive index to produce total internal reflection of optical radiation at the core/cladding interface and thereby guide the optical radiation along the waveguide. For multi-type fibres, n 2 is usually approx. 1% less than n^.

Den indre metalliske kappe 13 omfatter et metall eller legering som er vesentlig kjemisk inert overfor glassfiberen, mer spesielt overfor kappedelen 12. Det vil si, metallet eller legeringen er et som ikke reagerer kjemisk med glass-materialet ved avsetningstemperaturen iløpet av tiden for belegging av metallet eller legeringen på glassfiberen. Det første metalliske belegg, som mer fullstendig beskrevet nedenfor, påføres fortrinnsvis ved å føre fiberen gjennom et smeltet bad av metallet eller legeringen. I betraktning av den hastighet med hvilken fiberen passerer gjennom et smeltet bad av metallet eller legeringen som belegges på fibere (ca. 0,305-3,05 m/sek., vanligvis ca. 0,914 m/sek.), kan smeltepunktet for metallet eller legeringen være høyere enn mykningspunktet for Si02. Spesielt, smeltepunktet for metallet eller legeringen som skal belegges kan nå så høyt som ca. 2300°C så lengde fiberen selv ikke utsettes for en temperatur som er høyere enn dens mykningspunkt. The inner metallic jacket 13 comprises a metal or alloy which is essentially chemically inert towards the glass fibre, more particularly towards the jacket part 12. That is to say, the metal or alloy is one which does not react chemically with the glass material at the deposition temperature during the time for coating the metal or the alloy on the fiberglass. The first metallic coating, as more fully described below, is preferably applied by passing the fiber through a molten bath of the metal or alloy. Considering the speed at which the fiber passes through a molten bath of the metal or alloy being coated on fibers (about 0.305-3.05 m/sec, typically about 0.914 m/sec), the melting point of the metal or alloy can be higher than the softening point of SiO2. In particular, the melting point of the metal or alloy to be coated can reach as high as approx. 2300°C as long as the fiber itself is not exposed to a temperature higher than its softening point.

Ved bestemmelse av om et spesielt metall eller legering er stabilt under de ovenfor beskrevne betingelser, er det nød-vendig å foreta en sammenligning av den frie dannelsesenergi for det tilsvarende oksyd ved avsetningstemperaturen for metallet eller legeringen med den frie dannelsesenergi for silisiumdioksyd ved samme temperatur. Den frie dannelsesenergi for et oksyd av metallet eller legeringen må være mindre negativ enn den frie dannelsesenergi for silisiumdioksyd ved avsetningstemperaturen; ellers ville dette metall eller legering ha en høyere affinitet for oksygen enn silisium og ville således reagere med SiC^. Dersom kine-tikken for oksyddannelse er tilstrekkelig treg, kan man imidlertid gjøre bruk av metaller eller legeringer med en fri dannelsesenergi for det tilsvarende oksyd som er noe mer negativ enn den frie dannelsesenergi for silisiumdioksyd. Metallelementer egnet for det indre metalliske kappelag inkluderer vanadium, krom, mangan, jern, kobolt, nikkel, kobber, arsen, strontium, zirkonium, niob, rhodium, palladium, tellur, barium, iridium, platina, tallium, tinn, bly, sink og kadmium. Legeringer egnet som indre metalliske kappe inkluderer legeringer inneholdende disse elementer i kombinasjon med hverandre eller i kombinasjon med andre elementer, enten metalliske eller ikke-metalliske, så lenge som legeringene forblir formbare ved vanlige brukstemperaturer, When determining whether a particular metal or alloy is stable under the conditions described above, it is necessary to make a comparison of the free energy of formation for the corresponding oxide at the deposition temperature for the metal or alloy with the free energy of formation for silicon dioxide at the same temperature. The free energy of formation for an oxide of the metal or alloy must be less negative than the free energy of formation for silicon dioxide at the deposition temperature; otherwise this metal or alloy would have a higher affinity for oxygen than silicon and would thus react with SiC^. If the kinetics of oxide formation is sufficiently slow, however, one can make use of metals or alloys with a free energy of formation for the corresponding oxide which is somewhat more negative than the free energy of formation for silicon dioxide. Metal elements suitable for the inner metallic mantle layer include vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, arsenic, strontium, zirconium, niobium, rhodium, palladium, tellurium, barium, iridium, platinum, thallium, tin, lead, zinc and cadmium. Alloys suitable as inner metallic sheaths include alloys containing these elements in combination with each other or in combination with other elements, whether metallic or non-metallic, so long as the alloys remain malleable at normal service temperatures,

enten ved romtemperatur eller noe forhøyet temperatur. Eksempler på slike andre legerende metallelementer inkluderer aluminium og magnesium, mens eksempler på slike andre legerende ikke-metallelementer inkluderer antimon, vismut, bor, karbon, fosfor og silisium. På grunn av faktorer som angår toksisitet, pris, lett håndterbarhet og andre faktorer, er det ikke sannsynlig at elementer slik som mangan, arsen, strontium, rhodium, tellur, barium, iridium, platina og tallium, som ellers er egnet, vil finne anvendelse unntatt som legerende elementer og er således ikke foretrukket som elementære metallbelegg. either at room temperature or slightly elevated temperature. Examples of such other alloying metal elements include aluminum and magnesium, while examples of such other non-alloying metal elements include antimony, bismuth, boron, carbon, phosphorus and silicon. Due to factors relating to toxicity, cost, ease of handling and other factors, elements such as manganese, arsenic, strontium, rhodium, tellurium, barium, iridium, platinum and thallium, which are otherwise suitable, are unlikely to find application except as alloying elements and are thus not preferred as elemental metal coatings.

Den andre (og etterfølgende) metalliske kappe kan være et hvilket som helst metall eller legering og utsettes ikke for den samme bundethet som den første eller indre metalliske kappe, unntatt derscm metallet har en cmkrystalliseringstemperatur mindre enn romtemperatur eller den forventede brukstemperatur for fiberen, hvilken enn er størst, så må den andre metalliske kappen omfatte et metall eller en legering som har en omkrystalliseringstemperatur som er større enn romtemperatur eller den forventede brukstemperatur, hvilken enn er størst. Tinn, bly, sink og kadmium er eksempler på metaller som har en omkrystalliseringstemperatur som er mindre enn romtemperatur. I et slikt tilfelle virker den indre metalliske kappen som en buffer, mens den andre metalliske kappen mekanisk hemmer den indre metalliske kappen. The second (and subsequent) metallic sheath may be any metal or alloy and is not subjected to the same bonding as the first or inner metallic sheath, except where the metal has a crystallization temperature less than room temperature or the expected service temperature of the fiber, whichever is greater, then the second metallic sheath must comprise a metal or alloy having a recrystallization temperature greater than room temperature or the expected service temperature, whichever is greater. Tin, lead, zinc and cadmium are examples of metals that have a recrystallization temperature that is less than room temperature. In such a case, the inner metallic sheath acts as a buffer, while the other metallic sheath mechanically inhibits the inner metallic sheath.

Den andre (og etterfølgende) metalliske kappe kan omfatte vesentlig den samme sammensetning som den første for å ut-bedre lokale defekter eller bygge opp tykkelsen. Den andre (og etterfølgende) metalliske kappe kan alternativt være av et forskjellig metall eller legering som ellers kan eller ikke kan reagere med den underliggende glassfiber. Følgelig kan det fremstilles en hybrid struktur som har mekaniske egenskaper som er bedre enn de til hver metallisk kappe alene. F.eks., den indre metalliske kappe kan omfatte tinn som ikke reagerer med silisiumdioksyd og den andre metalliske kan omfatte aluminium. En annen kombinasjon er et stål (høy naturlig flytegrense) på tinn (lav, naturlig flytegrense); denne kombinasjon vil ikke i betydelig grad øke svekking som et resultat av mikrobøying på grunn av kombina-sjonens mekaniske egenskaper. Ytterligere kombinasjoner inkluderer tinn på kobber, wolfram på tinn, kobber på tinn, kobber på sink, tinn på nikkel og aluminium på kobber. The second (and subsequent) metallic coat may comprise substantially the same composition as the first in order to improve local defects or build up the thickness. The second (and subsequent) metallic sheath may alternatively be of a different metal or alloy which may or may not otherwise react with the underlying fiberglass. Consequently, a hybrid structure can be produced that has mechanical properties superior to those of each metallic sheath alone. For example, the inner metallic sheath may comprise tin which does not react with silicon dioxide and the other metallic may comprise aluminium. Another combination is a steel (high natural yield point) on tin (low, natural yield point); this combination will not significantly increase weakening as a result of microbending due to the combination's mechanical properties. Additional combinations include tin on copper, tungsten on tin, copper on tin, copper on zinc, tin on nickel and aluminum on copper.

Ytterligere metalliske kappe- eller claddinglag kan også dannes etter ønske på den andre metalliske cladding. F.eks. kan tinn avsettes på kobber og legeres, som beskrevet nedenfor, for dannelse av en messing for spesifikke mekaniske egenskaper, med nikkel eller jern deretter avsatt på det metalliske belegg for magnetiske anvendelser. Additional metallic sheath or cladding layers can also be formed as desired on the second metallic cladding. E.g. tin can be deposited on copper and alloyed, as described below, to form a brass for specific mechanical properties, with nickel or iron then deposited on the metallic coating for magnetic applications.

De metalliske belegg påføres for å gi den glassfiberoptiske bølgeleder egenskaper som ikke er tilgjengelige for ikke-kappebelagte bølgeledere. De metalliske belegg kan f.eks. The metallic coatings are applied to give the glass fiber optic waveguide properties that are not available to unclad waveguides. The metallic coatings can e.g.

gi en hermetisk tetning rundt glassfiberen. I tillegg kan de mekaniske, elektriske og magnetiske egenskapene skredder-sys for spesifikke anvendelser. Spesielt, minst et av de metalliske belegg eller et sammensatt produkt dannet ved i det minste delvis å legere minst to metalliske belegg, som beskrevet nedenfor, er ferromagnesisk ved den tiltenkte brukstemperatur. Et eksempel på en tolagsmetallisk kappe (cladding) er nikkel som er ferromagnetisk opptil ca. 358°C, på tinn. provide a hermetic seal around the fiberglass. In addition, the mechanical, electrical and magnetic properties can be tailored for specific applications. In particular, at least one of the metallic coatings or a composite product formed by at least partially alloying at least two metallic coatings, as described below, is ferromagnesian at the intended use temperature. An example of a two-layer metallic jacket (cladding) is nickel, which is ferromagnetic up to approx. 358°C, on tin.

De metalliske kapper kan påføres ved hjelp av en rekke forskjellige metoder, inkludert føring av fiberen gjennom et smeltet bad, som beskrevet nedenfor, dampplettering, vakuum-avsetning, sputtering, elektroavsetning og lignende. I et hvert tilfelle påføres det metalliske belegg på glassfiberen iløpet av trekkingsoperasjonen umiddelbart etter at fiberen kommer ut fra ovnen under anvendelse av apparatur som er velkjent for belegging av glassfibre med metaller.. Av viktighet er at det metalliske belegg påføres før fiberen har en sjanse til å bli slitt i stykker av opptakstrommelen på hvilken den belagte fiber oppspoles og også før fiberen avkjøles til det punkt hvor omgivende fuktighet kan reagere med dens overflate. The metallic coatings can be applied by a number of different methods, including passing the fiber through a molten bath, as described below, vapor plating, vacuum deposition, sputtering, electrodeposition, and the like. In each case, the metallic coating is applied to the glass fiber during the drawing operation immediately after the fiber emerges from the furnace using equipment well known for coating glass fibers with metals. It is important that the metallic coating is applied before the fiber has a chance to to be worn to pieces by the take-up drum on which the coated fiber is wound and also before the fiber cools to the point where ambient moisture can react with its surface.

Minst et av de metalliske lag, helst det indre, påføres fortrinnsvis ved å føre glassfiberen gjennom en beleggingskopp som inneholder det smeltede metall eller legering som skal belegges på fiberen ved en temperatur noe over smeltepunktet for metallet eller legeringen. Koppen har et lite hull i sin bunn stort nok til at glassfiberen•kan passere, men tilstrekkelig lite slik at overflatespenning til det smeltede metall eller legering hindrer det i å renne ut. Ettersom glassfiberen passerer gjennom koppen, stivner et tynt lag av metall eller legering på glassfiberens overflate. Denne metode danner hurtig tykke metalliske belegg som har egenskaper lik de til metall- eller legeringsmassen. At least one of the metallic layers, preferably the inner one, is preferably applied by passing the glass fiber through a coating cup containing the molten metal or alloy to be coated on the fiber at a temperature slightly above the melting point of the metal or alloy. The cup has a small hole in its bottom large enough for the fiberglass•to pass, but small enough so that the surface tension of the molten metal or alloy prevents it from flowing out. As the fiberglass passes through the cup, a thin layer of metal or alloy solidifies on the surface of the fiberglass. This method quickly forms thick metallic coatings that have properties similar to those of the metal or alloy mass.

Riktige betingelser for dannelsen av et sterkt, adherende metallisk lag på glassfiberoverflaten krever at temperaturen på det metallholdige bad gjennom hvilket glassfiberen føres, er litt større enn smeltepunktet for metallet eller legeringen, mens temperaturen på glassfiberen er noe under dette smeltepunkt. Videre, i tilfelle for legeringer, Correct conditions for the formation of a strong, adherent metallic layer on the glass fiber surface require that the temperature of the metal-containing bath through which the glass fiber is passed is slightly greater than the melting point of the metal or alloy, while the temperature of the glass fiber is somewhat below this melting point. Furthermore, in the case of alloys,

må legeringene vise kontinuerlig oppløselighet i den væske-formige tilstand for å unngå segregering av faser i disse legeringer under avkjøling. the alloys must show continuous solubility in the liquid state to avoid segregation of phases in these alloys during cooling.

Tykkelsen på de metalliske lag reguleres ved å justere fiber-trekkingshastigheten og metallavsetningsparameterene slik som f.eks. i tilfelle for smeltet bad-belegging, temperatur-forskjellen mellom fiberen og det metallholdige bad. The thickness of the metallic layers is regulated by adjusting the fiber drawing speed and the metal deposition parameters such as e.g. in the case of molten bath coating, the temperature difference between the fiber and the metal-containing bath.

Tykkelsen på den første metalliske kappe ligger i området The thickness of the first metallic sheath is in the range

fra 10 til 50^,um og ligger fortrinnsvis i et område fra 15 from 10 to 50 µm and is preferably in a range from 15

til 20yum. Den maksimale tykkelsen er begrenset av et krav om ikke å svekke fiberens fleksibilitet og/eller forstyrre optiske egenskaper, mens minimumstykkelsen er fastsatt av et krav om oppnåelse av tilstrekkelig styrke og hermetisk tetning. Den totale tykkelsen på den andre metalliske kappen og etterfølgende metalliske kapper varierer fra 1 til 200^um. Tykkelser så lave som ca. l^um er egnet for tilveiebringelse av passende forskjellige egenskaper fra den første metalliske kappen (f.eks. passivering, anodisering, etc.), men tykkere belegg (25 til 200yum) kan representere fullstendig forskjellige strukturer (f.eks. Al over Sn for forbedret elektrisk ledningsevne). to 20yum. The maximum thickness is limited by a requirement not to weaken the fiber's flexibility and/or interfere with optical properties, while the minimum thickness is determined by a requirement to achieve sufficient strength and hermetic sealing. The total thickness of the second metallic sheath and subsequent metallic sheaths varies from 1 to 200 µm. Thicknesses as low as approx. l^um is suitable for providing suitably different properties from the first metallic coat (eg passivation, anodizing, etc.), but thicker coatings (25 to 200 yum) can represent completely different structures (eg Al over Sn for improved electrical conductivity).

I glassfibrene som benyttes i foreliggende oppfinnelse, er In the glass fibers used in the present invention,

det nødvendig å holde den radielle tykkelse til glasskappe-laget 12 i området fra 10 til 250^um og fortrinnsvis i området fra 10 til 50^um. Radien til kjernen 11 bør ligge i området fra ca. 5^um for enkeltmodusfibrer til ca. 200^um for multi-modusfibrer. For de vanlige benyttede multi-modusfibrer er det foretrukne området for kjerne- it is necessary to keep the radial thickness of the glass cover layer 12 in the range from 10 to 250 µm and preferably in the range from 10 to 50 µm. The radius of the core 11 should be in the range from approx. 5^um for single mode fibers to approx. 200 µm for multi-mode fibers. For the commonly used multi-mode fibers, the preferred area for the core

radien fra 25 til 4 5^um. Dette foretrukne området skriver seg fra et samspill mellom letthet av fiberskjøting, som begunstiger store kjerner, og prisen på kjernematerialet med ultrahøy renhet, som begunstiger små kjerner. Den totale diameter på bølgelederen 10 bør imidlertid være mindre enn ca. 500^um. the radius from 25 to 4 5^um. This preferred range results from an interaction between the ease of fiber splicing, which favors large cores, and the cost of the ultra-high purity core material, which favors small cores. However, the total diameter of the waveguide 10 should be less than approx. 500 µm.

Den resulterende glassfiberoptiske bølgeleder 10 viser en retensjon av mekanisk styrke av den nascerende glassfiber i større grad enn det som vises av andre metallisk og ikke-metallisk belagte fiberoptiske bølgeledere. Videre, bølgelederen ifølge oppfinnelsen vil ikke svikte på grunn av statisk utmatting hvis den anvendes ved mindre enn ca. 3/4 av dens opprinnelige strekkfasthet, uten hensyntagen til den absolutte verdi for denne strekkfasthet. The resulting glass fiber optic waveguide 10 exhibits a retention of mechanical strength of the nascent glass fiber to a greater extent than that exhibited by other metallic and non-metallic coated fiber optic waveguides. Furthermore, the waveguide of the invention will not fail due to static fatigue if used at less than approx. 3/4 of its original tensile strength, without regard to the absolute value of this tensile strength.

Etter dannelsen av minst to metalliske belegg, kan den belagte fiberen utsettes for en varmebehandling, enten umiddelbart etter avsetning av de metalliske lag eller ved et noe senere tidspunkt etter opptak. Oppvarmingen kan foretas for å danne en sterkere mekanisk binding og/eller kjemisk binding mellom lagene eller, i tilfelle for metaller slik som kobber på tinn, oppvarmingen kan foretas for dannelse av en legering som ellers ikke kunne avsettes fra smeltet tilstand på grunn av eksistensen, som i tilfelle for Cu-Sn-legeringer, av et bredt område av liquidus/solidus-temperaturer slik at avsetning fra smeiten som krever ensartet frysing ikke er mulig. I alle tilfeller foretas oppvarmingen under tilstrekkelige tids- og temperaturbetingelser for i det minste delvis å legere de metalliske belegg. After the formation of at least two metallic coatings, the coated fiber can be subjected to a heat treatment, either immediately after deposition of the metallic layers or at a somewhat later time after absorption. The heating can be done to form a stronger mechanical bond and/or chemical bond between the layers or, in the case of metals such as copper on tin, the heating can be done to form an alloy that otherwise could not be deposited from the molten state due to the existence, as in the case of Cu-Sn alloys, of a wide range of liquidus/solidus temperatures so that deposition from the melt requiring uniform freezing is not possible. In all cases, the heating is carried out under sufficient time and temperature conditions to at least partially alloy the metallic coatings.

Kombinasjonen av metalliske lag 13 og 14 gir god mekanisk beskyttelse og en hermetisk tetning mot forurensning. Ytterligere mekanisk beskyttelse, galvanisk beskyttelse og elektrisk isolering kan oppnås etter behov ved å påføre et ytre plastbelegg 15 på det ytterste metalliske hylster 14. The combination of metallic layers 13 and 14 provides good mechanical protection and a hermetic seal against contamination. Additional mechanical protection, galvanic protection and electrical isolation can be achieved as required by applying an outer plastic coating 15 to the outermost metallic sleeve 14.

Så lite som 10-25 ym av et polyvinylformiatbelegg er f.eks. nyttig for bevaring av integreteten til den metalliske cladding i en elektrolytisk celle med rustfrie stålelektroder og saltvann. Andre plastbelegg kan også benyttes. As little as 10-25 ym of a polyvinyl formate coating is e.g. useful for preserving the integrity of the metallic cladding in an electrolytic cell with stainless steel electrodes and salt water. Other plastic coatings can also be used.

Det er nå kjent at innvirkningen av effekten av et metallisk grenselag på en dopet silisiumdioksyd-bølgeleder omfattende kjerneelement 11 og glasskappe 12 på den optiske svekking, It is now known that the effect of the effect of a metallic boundary layer on a doped silicon dioxide waveguide comprising core element 11 and glass cladding 12 on the optical attenuation,

er ubetydelig dersom tykkelsen på glasskappen er større enn ca. 10 ym. Siden glasskappene på de fleste nåværende lav-taps-bølgeledere faktisk er i området på minst ca. 25 ym, så påtvinger det metalliske lag ikke noen nye begrensninger på bølgelederstørrelsen. is negligible if the thickness of the glass cover is greater than approx. 10 etc. Since the glass envelopes of most current low-loss waveguides are actually in the range of at least approx. 25 ym, then the metallic layer does not impose any new restrictions on the waveguide size.

Bølgelederne ifølge oppfinnelsen kan operere kontinuerlig i minst ett år ved en temperatur opp til ca. 2/3 Tm (°K), The waveguides according to the invention can operate continuously for at least one year at a temperature of up to approx. 2/3 Tm (°K),

hvor Tm er smeltepunktet til metallet eller legeringen, med ikke mer enn ca. 100% skade (dvs. ikke mer enn ca. 50% styrketap). Metallene og legeringene som er egnet ved bruk ved forhøyede temperaturer inkluderer de som er omtalt ovenfor som også har et smeltepunkt som er minst 50% større enn den tiltenkte arbeidstemperatur. Slike metallisk belagte optiske fibre anvendes f.eks. i oljebrønnsonder (200°C), where Tm is the melting point of the metal or alloy, with no more than approx. 100% damage (ie no more than about 50% strength loss). The metals and alloys suitable for use at elevated temperatures include those discussed above which also have a melting point at least 50% greater than the intended working temperature. Such metallic coated optical fibers are used e.g. in oil well probes (200°C),

som væskenivåfølere i kjernereaktorer (350°C) og for styring av bladtemperatur i turbinblader (1000°C). as liquid level sensors in nuclear reactors (350°C) and for blade temperature control in turbine blades (1000°C).

Eksempel Example

En glassfiber omfattende en kjerne av germania-phosphoria-silica med en radius på 55 ym og en kappe av silisiumdioksyd med en tykkelse på 60 ym ble ført gjennom et smeltet bad av Sn holdt ved 242°C. Fiberen ble trukket gjennom det smeltéde bad etterhvert som fiberen kom ut av ovnen, idet trekkhastig-heten var ca. 0,914 m/sek. Et belegg på ca. 25 ym av Sn ble avsatt på fiberen. Den belagte fiber ble oppspolet på en trommel. Deretter ble det foretatt en "off-line" elektroavsetning av Ni, idet det ble avsatt et belegg på ca. 35 ym av Ni på Sn. Den oppnådde fiber har egenskaper som god mekanisk beskyttelse, og hermetisk tetning mot forurensning. A glass fiber comprising a core of germania-phosphoria-silica with a radius of 55 µm and a cladding of silicon dioxide with a thickness of 60 µm was passed through a molten bath of Sn held at 242°C. The fiber was drawn through the molten bath as the fiber came out of the furnace, the drawing speed being approx. 0.914 m/sec. A coating of approx. 25 ym of Sn was deposited on the fiber. The coated fiber was wound on a drum. An "off-line" electrodeposition of Ni was then carried out, with a coating of approx. 35 ym of Ni on Sn. The resulting fiber has properties such as good mechanical protection and hermetic sealing against contamination.

Claims

1. Flexible, fiber optic waveguide for the transmission of optical electromagnetic radiation, where the waveguide comprises a glass fiber consisting essentially of a glass core element having a first refractive index for said radiation and a glass jacket that concentrically surrounds said core, the glass jacket including at least one layer that has another index of refraction for said radiation which is lower than the minimum value for said first index of refraction by at least 0.1%, for producing total internal refraction of said optical radiation at the core/mantle interface and thereby guiding said optical radiation along the waveguide, characterized by that the waveguide is provided with at least two metallic sheaths, with an inner metallic sheath having a thickness in the range of 10-50 µm in contact with the glass fibre, the inner metallic sheath consisting of a metal or an alloy where the metal or the significant proportion of the alloy is an element selected from vanadium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper, zinc onium, niobium, palladium, tin, lead, zinc and cadmium, which metal or alloy is essentially chemically inert to the material comprising the glass fiber at the deposition temperature during coating of the metal or alloy on the glass fiber, and in that at least one of said metallic coats consists of a metal or alloy that has a recrystallization temperature that is higher than room temperature or the expected service temperature, whichever is higher.

2. Waveguide according to claim 1, characterized in that said inner metallic sheath includes at least one further element selected from the group consisting of manganese, arsenic, strontium, rhodium, tellurium, barium, iridium, platinum, thallium, aluminium, magnesium, antimony, bismuth, boron, carbon, phosphorus and silicon.

3. Waveguide according to claim 1, characterized in that said first metallic sheath comprises an alloy that exhibits continuous solubility in the liquid state.

4. Waveguide according to claim 1, characterized in that at least one of said metallic sheaths is ferromagnetic at the intended use temperature.

5. Waveguide according to claim 4, characterized in that said inner metallic sheath consists of tin coated with another metallic sheath consisting of nickel.

6. Waveguide according to claim 1, characterized in that it comprises at least two metallic sheaths which are at least partially alloyed with each other.

7. Waveguide according to claim 1, characterized in that the total thickness of metallic sheaths after said inner sheath is in the range 1-200 µm.

8. Waveguide according to claim 1, characterized in that it further comprises a plastic coating formed on the outside of said at least two metallic sheaths.