NO168209B

NO168209B - OPTICAL FIBER WITH AT LEAST ONE PROTECTIVE LAYER OF PLASTIC

Info

Publication number: NO168209B
Application number: NO851686A
Authority: NO
Inventors: Giuseppe Bianchi; Laura Gherardi
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1991-10-14
Also published as: NO168209C; AU577574B2; SE8502047L; BR8501841A; GB2158263A; IT8420700A0; GB2158263B; GR851015B; GB8510656D0; DE3515228A1; IT8420700A1; NZ211369A; FR2563634A1; IT1176135B; SE8502047D0; NO851686L; FR2563634B1; AU3953585A; CA1251075A; JPS60239703A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en optisk fiber beskyttet mot absorpsjon av hydrogengass med minst ett lag av plast, særlig når den optiske fiber er innarbeidet i en kabel. The present invention relates to an optical fiber protected against absorption of hydrogen gas by at least one layer of plastic, particularly when the optical fiber is incorporated into a cable.

I kabler som omfatter én eller flere optiske fibre, blir det av og til funnet en svekkelse av overføringsegen-skapene til fibrene dersom disse utsettes for virkningen av hydrogen som er utviklet på en eller annen måte (ved hjelp av konstruksjonsdeler som enten er utenfor eller inne i kabelen). In cables comprising one or more optical fibers, a weakening of the transmission properties of the fibers is occasionally found if these are exposed to the action of hydrogen developed in some way (by means of structural parts that are either outside or inside in the cable).

Faktisk fører dette til at selv de mekanisKe karakteri-stika til fiberen blir modifisert, selv om det som regel fremfor alt er de betydelige virkningene av økt attenuasjon som først viser seg. In fact, this leads to even the mechanical characteristics of the fiber being modified, although it is usually above all the significant effects of increased attenuation that first show up.

I virkeligheten oppviser fibrene som befinner seg In reality, the fibers that are located exhibit

under disse betingelser, en økning i attenuasjon når det gjelder bølgelengdene som er større enn 1 um, dvs. i aet bølgelengdeområde som benyttes for å overføre signalet. under these conditions, an increase in attenuation when it comes to wavelengths greater than 1 µm, i.e. in the wavelength range used to transmit the signal.

Vanligvis omfatter de optiske fibre en glasstruktur dannet ved hjelp av en belegningsprosess og en kjerne av "step index" eller "graded index", eller også ytterligere strukturer og et primærlag påført fiberen umiddelbart etter fremstillingen for det formål å beskytte fiberen mot enhver direkte kontakt med de ytre omgivelser. Over primærlaget påføres det andre beskyttende lag, som f.eks. utgjøres av et lag av silikongummi og av et mer rigid lag eller rør som f.eks. er fremstilt av nylon. Generally, the optical fibers comprise a glass structure formed by means of a coating process and a core of "step index" or "graded index", or also additional structures and a primary layer applied to the fiber immediately after manufacture for the purpose of protecting the fiber from any direct contact with the external environment. Above the primary layer, the second protective layer is applied, such as consists of a layer of silicone rubber and of a more rigid layer or tube such as is made of nylon.

En fiberoptisk kabel omfatter vanligvis én eller flere optiske fibre anbragt inne i en kabelarmering sammen med én eller flere strekkfaste deler. Kabelarmeringen, som enten kan være metallholdig eller ikke-metallholdig, er igjen om-gitt av andre mekaniske deler slik som armeringer, belegg etc. A fibre-optic cable usually comprises one or more optical fibers arranged inside a cable armouring, together with one or more tensile parts. The cable reinforcement, which can either be metallic or non-metallic, is again surrounded by other mechanical parts such as reinforcements, coatings etc.

Prøver som er utført av søkeren har gjort det mulig Tests carried out by the applicant have made it possible

å fastslå at en primær årsak til attenuasjon i de optiske fibre som er innebygget i en kabel, utgjøres av hydrogenet som, når det først har diffundert inn i fiberen, er i stand til å absorbere energi med et absorpsjonsspektrum som omfatter de bølgelengder som benyttes til det optiske signalet. to determine that a primary cause of attenuation in the optical fibers incorporated in a cable is the hydrogen which, once it has diffused into the fiber, is capable of absorbing energy with an absorption spectrum that includes the wavelengths used for the optical signal.

Under bestemte betingelser viser dette forhold seg å være reversibelt og attenuasjonen kan til og med bli betyde-lig redusert dersom hydrogenet har mulighet for å diffundere mot utsiden av fiberen (f.eks. på grunn av en nedsettelse av den utvendige hydrogenkonsentrasjon som har gitt opphav til forholdet). Under certain conditions, this relationship turns out to be reversible and the attenuation can even be significantly reduced if the hydrogen has the opportunity to diffuse towards the outside of the fiber (e.g. due to a reduction in the external hydrogen concentration which has given rise to the relationship).

På den annen side har det i andre tilfeller vært mulig On the other hand, in other cases it has been possible

å fastslå at en andre attenuasjonsårsak må tilskrives de kjemiske reaksjoner som finner sted mellom hovedbestand-delene i fiberen (f.eks. SiC^) og/eller dens tilsetnings-stoffer (GeC^/ P2°5' etc •) °9 hydrogenet som er inneholdt i selve fiberen. to establish that a second cause of attenuation must be attributed to the chemical reactions that take place between the main constituent parts of the fiber (e.g. SiC^) and/or its additives (GeC^/ P2°5' etc •) °9 the hydrogen which is contained in the fiber itself.

Resultatet av disse reaksjoner er dannelsen av grupper som inneholder hydroxylradikalet (OH) som er ansvarlig for absorpsjonen ved andre bølgelengder som også brukes ved overføringen. Disse sistnevnte reaksjoner er irreversible og følgelig kan den tilsvarende forverring av fiberegenskapene forutsees under alle bruksbetingelser. The result of these reactions is the formation of groups containing the hydroxyl radical (OH) which is responsible for the absorption at other wavelengths which are also used in the transmission. These latter reactions are irreversible and consequently the corresponding deterioration of the fiber properties can be predicted under all conditions of use.

Parametrene som styrer disse forhold er, bortsett fra den kjemiske sammensetning av fiberen, partialtrykket til hydrogenet som fiberen eksponeres mot, temperaturen og selv-følgelig tiden. The parameters that control these conditions are, apart from the chemical composition of the fibre, the partial pressure of the hydrogen to which the fiber is exposed, the temperature and, of course, the time.

Fiberen kan komme i kontakt med hydrogenet som er utviklet inne i kabelen, enten under fremstillingsprosessen for kabelen, eller også mens kabelen er i funksjon. Faktisk kan hydrogenet utvikles ved hjelp av metallholdige eller ikke-metallholdige deler som er tilstede i kabelen, og som har absorbert gassen under fremstillings-, rensnings- eller klargjøringsprosessene for materialene som utgjør disse deler. The fiber can come into contact with the hydrogen developed inside the cable, either during the manufacturing process for the cable, or also while the cable is in operation. In fact, the hydrogen can be evolved by means of metallic or non-metallic parts present in the cable, which have absorbed the gas during the manufacturing, purification or preparation processes of the materials that make up those parts.

Hydrogenet kan også utvikles som følge av den even-tuelle kjemiske nedbrytning gjennom oxydasjonen av de organiske materialer som kabelen består av, eller også gjennom reak-sjonen mellom vannet (enten i en flytende tilstand eller som damp) som eventuelt er tilstede i kabelen, og de metallholdige deler som kabelen består av. The hydrogen can also be developed as a result of the possible chemical breakdown through the oxidation of the organic materials of which the cable consists, or also through the reaction between the water (either in a liquid state or as steam) which may be present in the cable, and the metal-containing parts of which the cable consists.

Visse organiske materialer som brukes i oppbyggings-prosessen for fiberen, er i stand til å produsere hydrogen som en følge av kjemiske reaksjoner av forskjellige slag. Certain organic materials used in the construction process for the fiber are capable of producing hydrogen as a result of chemical reactions of various kinds.

Det er funnet at en hydrogenkilde utgjøres av de beskyttende lag selv, og særlig av silikongummien, for hvilken det antas at varigheten av kryssbindingsprosessen forringes, noe som fører til frigjøringen av hydrogen nøyaktig samsvarende med fiberoverflaten. Spredningen av hydrogenet finner sted både mot fiberen og mot dens utside, og forårsaker ingen merkbare foreteelser på den isolerte fiber ettersom det i dette til-felle blir spredd i det omgivende miljø. It has been found that a source of hydrogen is constituted by the protective layers themselves, and in particular by the silicone rubber, for which it is assumed that the duration of the cross-linking process deteriorates, which leads to the release of hydrogen exactly corresponding to the fiber surface. The diffusion of the hydrogen takes place both towards the fiber and towards its outside, and causes no noticeable phenomena on the isolated fiber as in this case it is dispersed in the surrounding environment.

Når fiberen befinner seg i en lukket kabel og uten at det er noe tilstrekkelig stort fritt rom, kan hydrogenkon-sentrasjonen ikke desto mindre nå forholdsvis høye verdier som forårsaker en vesentlig spredning av hydrogenet, til og med mot selve fiberen, på grunn av det faktum at metallbe-legningen hvorfra hydrogenet utvikles, befinner seg svært nært fiberen. When the fiber is in a closed cable and without any sufficiently large free space, the hydrogen concentration can nevertheless reach relatively high values causing a significant spread of the hydrogen, even towards the fiber itself, due to the fact that the metal coating from which the hydrogen is developed is very close to the fiber.

Spredningen av hydrogenet gjennom de forskjellige materialene opptrer med en økende hastighet fra metallene til polymerene, til væskene, til gassene. Avhengig av kabel-type og av miljøet hvor den anvendes, fåes det således forskjellige hastigheter for avgivelsen av hydrogenet som fremstilles av delene som utgjør kabelen, og følgelig også forskjellige hastigheter for absorpsjon i kabelen av hydrogenet som eventuelt produseres utenfor den og som trenger gjennom bruksomgivelsene. Størrelsen på partialtrykket for hydrogenet inne i kabelen vil avhenge av disse forskjellige hastigheter og vil vise seg å være en funksjon av tiden, The spread of the hydrogen through the different materials occurs at an increasing speed from the metals to the polymers, to the liquids, to the gases. Depending on the type of cable and the environment in which it is used, there are thus different rates of release of the hydrogen produced by the parts that make up the cable, and consequently also different rates of absorption in the cable of the hydrogen that is possibly produced outside it and that penetrates through the environment of use . The magnitude of the partial pressure of the hydrogen inside the cable will depend on these different velocities and will turn out to be a function of time,

slik at dess større trykket og varigheten er, dess større vil risikonivået for fibrene være. so that the greater the pressure and duration, the greater the risk level for the fibers will be.

På bakgrunn av holdbarhetstiden for en fiberoptisk kabel under forutsebare temperaturbetingelser, er diffusjons-hastigheten for hydrogenet gjennom metallene så lav at metallholdige kabelarmeringer med normal tykkelse kan ansees for å være praktisk talt ugjennomtrengelig for hydrogenet. Based on the shelf life of a fiber optic cable under predictable temperature conditions, the diffusion rate for the hydrogen through the metals is so low that metal-containing cable reinforcements of normal thickness can be considered to be practically impermeable to the hydrogen.

Det er særlig de kabler som er utstyrt med metallholdige armeringer, spesielt dersom det er et lite rom inne i dem, som på kort tid og ved høye nivåer kan oppvise økninger i attenuasjoner som skyldes hydrogenet som er frigjort fra elementene innenfor armeringen. It is especially the cables that are equipped with metal-containing reinforcements, especially if there is a small space inside them, which in a short time and at high levels can show increases in attenuations due to the hydrogen released from the elements within the reinforcement.

Målet ved foreliggende oppfinnelse er å virkeliggjøre en optisk fiber som er beskyttet mot absorpsjonen av hydrogengass som kan være tilstede i kabelen som inneholder fiberen. The aim of the present invention is to realize an optical fiber which is protected against the absorption of hydrogen gas which may be present in the cable containing the fibre.

Denne beskyttelse fåes ifølge oppfinnelsen ved å til-veiebringe rundt det ytterste glasslaget i fiberen ett eller flere lag som inneholder metaller som er i stand til å binde hydrogenet og således danne en barriere som faller sammen med laget. According to the invention, this protection is obtained by providing around the outermost glass layer in the fiber one or more layers containing metals which are able to bind the hydrogen and thus form a barrier which coincides with the layer.

Den optiske fiber ifølge oppfinnelsen utstyrt med minst ett beskyttende lag av plast, er kjennetegnet ved at det beskyttende lag av plast inneholder en pulverdispersjon av ett eller flere av metallene lantanider, titan, hafnium eller tantal, eller en legering som inneholder ett eller flere av disse metallene, eller en intermetallisk blanding av palladium, zirkonium, vanadium, niob eller ett eller flere av disse metallene, som beskyttelse mot absorpsjon av vanndamp i den optiske fiber. The optical fiber according to the invention equipped with at least one protective layer of plastic is characterized in that the protective layer of plastic contains a powder dispersion of one or more of the metals lanthanides, titanium, hafnium or tantalum, or an alloy containing one or more of these the metals, or an intermetallic mixture of palladium, zirconium, vanadium, niobium or one or more of these metals, as protection against absorption of water vapor in the optical fiber.

De ovenfor angitte grunnstoffer har i nærvær av hydrogen en tilbøyelighet til å danne faste, ikke-støkiometriske oppløsninger som er assimilerbare for hydrider med god stabili-tet, og dette gjør det mulig å redusere det partielle hydro-gentrykket i kabelen til størrelser som er i likevekt med oppløseligheten til hydrogenet i selve konstruksjonsdelene. The above-mentioned elements, in the presence of hydrogen, have a tendency to form solid, non-stoichiometric solutions which are assimilable to hydrides with good stability, and this makes it possible to reduce the partial hydrogen pressure in the cable to sizes that are in equilibrium with the solubility of the hydrogen in the construction parts themselves.

Fortrinnsvis utsettes de ovenfor nevnte grunnstoffer for en varmebehandling under vakuum ved temperaturer på noen hundre °C før de benyttes i kabelproduksjon, for det formål å eliminere alt hydrogen som eventuelt kunne være absorbert, og/eller oxygenet som er bundet. Preferably, the above-mentioned elements are subjected to a heat treatment under vacuum at temperatures of a few hundred °C before they are used in cable production, for the purpose of eliminating any hydrogen that could possibly be absorbed, and/or the oxygen that is bound.

Oppfinnelsen skal nu beskrives under henvisning til visse foretrukne, men ikke begrensende, utførelsesformer som er illustrert i tegningene hvor: fig. 1 skjematisk viser et tverrsnitt av en optisk fiber utstyrt med et primært, metallholdig lag, The invention will now be described with reference to certain preferred, but not limiting, embodiments which are illustrated in the drawings where: fig. 1 schematically shows a cross-section of an optical fiber equipped with a primary metallic layer,

fig. 2 skjematisk viser et tverrsnitt av en optisk fiber utstyrt med et primært og et sekundært lag, fig. 2 schematically shows a cross-section of an optical fiber equipped with a primary and a secondary layer,

fig. 3 skjematisk viser et tverrsnitt av en optisk fiber utstyrt med et primært og et sekundært lag, i mellom hvilke det er lagt et støtdempende lag, fig. 3 schematically shows a cross-section of an optical fiber equipped with a primary and a secondary layer, between which a shock-absorbing layer is placed,

fig. 4 skjematisk viser et tverrsnitt av en optisk fiber av den "løse" type, dvs. løst anbragt inne i et lite rør. fig. 4 schematically shows a cross-section of an optical fiber of the "loose" type, i.e. loosely placed inside a small tube.

Når det gjelder fig. 1, så omfatter en elementær optisk fiber en glassdel 1 av en hvilken som helst type, dvs. "step index", "graded index" eller andre typer, og et primært lag 2 som ligger opp til denne del og som har som funksjon å beskytte den mot det utvendige miljø. As regards fig. 1, an elementary optical fiber comprises a glass part 1 of any type, i.e. "step index", "graded index" or other types, and a primary layer 2 which lies up to this part and whose function is to protect it from the external environment.

Ifølge en første utførelsesform som er skjematisk illustrert i fig. 1, inneholder det primære lag fremstilt av acrylharpiks eller et annet egnet plastmateriale, en dispersjon av pulverne av ett eller flere av de nevnte metaller eller legeringer derav eller intermetalliske forbindelser. Dette gjør det mulig å innarbeide de beskyttende karakter-istika mot hydrogenet i en konvensjonell fabrikasjonsprosess. According to a first embodiment which is schematically illustrated in fig. 1, the primary layer made of acrylic resin or another suitable plastic material contains a dispersion of the powders of one or more of the mentioned metals or alloys thereof or intermetallic compounds. This makes it possible to incorporate the protective characteristics against hydrogen in a conventional manufacturing process.

En andre utførelsesform (fig. 2) forutsetter til-setningen av de metallholdige pulvere til laget 3 som direkte omgir det primære laget. Dette lag fremstilles vanligvis av silikongummi, og som tidligere forklart, kan silikongummien bli en spesielt farlig hydrogenkilde. Tilstede-værelsen av metallene i dette lag nøytraliserer det ut-viklede hydrogen effektivt, til og med før det kan spre seg mot fiberen. A second embodiment (Fig. 2) requires the addition of the metal-containing powders to the layer 3 which directly surrounds the primary layer. This layer is usually made of silicone rubber, and as previously explained, the silicone rubber can become a particularly dangerous source of hydrogen. The presence of the metals in this layer effectively neutralizes the evolved hydrogen, even before it can spread towards the fiber.

Den optiske fiber illustrert skjematisk i fig. 3 ut-gjør en tredje utførelsesform av oppfinnelsen som forutsetter en dispersjon av metallholdige pulvere i det sekundære lag 4 som f.eks. utgjøres av nylon eller en annen termoplastisk polymer. I de ovenfor nevnte utførelsesformer har partiklene som utgjør pulverne, størrelser som fortrinnsvis er mindre enn 10 pm og pulvermengden pr. lengdeenhet av den optiske fiber bestemmes slik at det oppnåes en konsentrasjon som ligger innenfor området fra 0,1 til 10 phr (deler pr. hundre deler harpiks) i harpiksen. The optical fiber illustrated schematically in fig. 3 constitutes a third embodiment of the invention which requires a dispersion of metal-containing powders in the secondary layer 4 which e.g. consists of nylon or another thermoplastic polymer. In the above-mentioned embodiments, the particles that make up the powders have sizes that are preferably smaller than 10 pm and the amount of powder per length unit of the optical fiber is determined so that a concentration is achieved which lies within the range from 0.1 to 10 phr (parts per hundred parts of resin) in the resin.

Man må huske på at ifølge oppfinnelsen oppnåes den beskyttende virkning på forskjellig måte avhengig av hvilket lag metallene innarbeides i. Nærmere bestemt gir tilstede-værelsen av et beskyttende lag svært nært den optiske fiber beskyttelse av fiberen fremfor alt mot hydrogenet som utvikles i det innerste beskyttende lag, mens et ytre beskyttende lag (f.eks. over silikongummien) fremfor alt utgjør en beskyttelse mot hydrogenet som skriver seg fra kabeldelene. It must be remembered that according to the invention the protective effect is achieved in different ways depending on the layer in which the metals are incorporated. More specifically, the presence of a protective layer very close to the optical fiber provides protection for the fiber above all against the hydrogen that develops in the inner protective layer, while an outer protective layer (e.g. over the silicone rubber) above all constitutes a protection against the hydrogen that escapes from the cable parts.

På bakgrunn av det som er angitt ovenfor samt andre faktorer som avhenger av kabelstrukturen og de forutsebare bruksbetingelser for kabelen, kan de ovenfor beskrevne, forskjellige utførelsesformer kombineres i én og samme optiske fiber. Based on what has been stated above as well as other factors that depend on the cable structure and the foreseeable conditions of use for the cable, the different embodiments described above can be combined in one and the same optical fiber.

Til slutt er en ytterligere utførelsesform ifølge oppfinnelsen illustrert i fig. 4 hvor en optisk fiber 1 med et primært lag 2 er anbragt inne i et lite rør 9 av plastmateriale, som har en indre diameter som er større enn den ytre diameter til fiberen, og som er forsynt med de vanlige belegg for sammensetning av en optisk fiber av den "løse" type. Finally, a further embodiment according to the invention is illustrated in fig. 4 where an optical fiber 1 with a primary layer 2 is placed inside a small tube 9 of plastic material, which has an inner diameter that is larger than the outer diameter of the fiber, and which is provided with the usual coatings for the composition of an optical fiber of the "loose" type.

For denne type fibre, som også forutsetter belegg som er ikke-klebende, kan beskyttelsen realiseres med lag slik som de som tidligere er illustrert. For this type of fiber, which also requires coatings that are non-adhesive, protection can be realized with layers such as those previously illustrated.

Som et alternativ, eventuelt i kombinasjon med ut-førelsesformen ovenfor, kan materialet som utgjør det lille røret inneholde en dispersjon av pulvere av de nevnte metaller eller av legeringer derav eller intermetalliske forbindelser. As an alternative, possibly in combination with the embodiment above, the material making up the small tube can contain a dispersion of powders of the mentioned metals or of alloys thereof or intermetallic compounds.

Claims

1. Optical fiber equipped with at least one protective layer (2-4) of plastic, characterized in that the protective layer (2-4) of plastic contains a powder dispersion of one or more of the metals lanthanides, titanium, hafnium or tantalum, or an alloy containing one or more of these metals, or an intermetallic mixture of palladium, zirconium , vanadium, niobium or one or more of these metals, as protection against absorption of water vapor in the optical fiber.

2. Optical fiber according to claim 1, characterized in that the size of the particles that make up the powder is less than 10 µm and that the powder is present in a sufficiently large amount to give concentrations that lie within the range from 0.1 to 10 phr in the protective layer (2-4).

3. Optical fiber according to claim 1 or 2, characterized in that the powder is incorporated into the optical fiber's primary, protective layer (2) and directly up to the fiber's outermost glass layer (1).

4. Optical fiber according to claim 1 or 2, characterized in that the powder is incorporated in a layer (3) which is located directly next to the optical fiber's primary, protective layer (2).

5. Optical fiber according to claim 4, characterized in that layer (3) is made of silicone rubber.

6. Optical fiber according to claim 1 or 2, characterized in that layer (3) is a secondary layer.

7. Optical fiber according to claim 1, characterized in that the protective layer is of a loose type in the form of a plastic tube (9) in which the optical fiber or fibers are freely placed.