NO180505B - System for vikling av sjikt med optiske fibre på en spole - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår teknikk for vikling av optiske fibre på spoler. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen et ettergivende materiale som er anvendt for å forme et basissjikt over hvilket optiske fibre er viklet på en spole med reduserte optiske tap og til en lavere kostnad. Det er blitt mer og mer vanlig å vikle lange lengder med optiske fibre for å danne viklede fibergjenstander. Disse optiske fibrene er typisk viklet på en spole over et wirebasissjikt. Wirebasissjiktet anvendes for å sette mellomrom, viklings-stigning og andre karakteristikker for den endelig viklede optiske fibergjenstanden.

US-patent nr. 4 696 438 og US-patent nr. 4 182 500 beskriver spoler med basissjikt av elastisk materiale for oppvikling av fiberoptiske bølgeledere av den art som angitt i innledningen til kravet.

Et typisk kjent viklingssystem er vist på fig. IA og IB. Som vist på disse figurene er en typisk viklet filamentgjenstand 2 fremstilt ved først vikling på en spole 4 og et wirebasissjikt 6. Den optiske fiberen 8 blir så viklet over wirebasissj iktet 6 inntil et første optisk fibersjikt 10 er dannet. Viklingen av den optiske fiberen fortsetter så inntil flere optiske fibersjikt er dannet over basissjiktet 6 og det første sjiktet 10. Basissjiktet 6 og det første sjiktet 10 støtter opp mot leppene 12, 14 på spolen 4. Fig. IB viser ene enden av spolen 4 ved leppe n 12.

Flere problemer har oppstått ved vikling av optiske fibre over et wirebasissjikt ved disse tidligere kjente teknikkene. Fremfor alt er det bemerket en dempning i transmisjonsevnen til de optiske fibrene i det første sjiktet viklet på wirebasissjiktet. Det antas at slike økte tap resulterer fra høyere spenninger eller mikrobøyer i de optiske fibrene i det første sjiktet. En skjematisk kurve på fig. 1C viser de relative tapene i den viklede fibergjenstanden 8 med unntak for det første sjiktet og i selve første sjiktet. For nærmere forståelse av dempningsproblemet skal det bemerkes at en typisk viklet optisk fibergjenstand for avgivelse av optisk fiber har opptil 21 sjikt med 500 meter optisk fiber pr. sjikt. Vanlig anvendte optiske fibre har et karakteristisk tap på 1/2 dB pr. kilometer i de viklede sjiktene uten det første sjiktet. Det første sjiktet kan imidlertid ha opptil 1 dB tap når viklet over et wirebasissjikt ved laboratorie-temperatur og det første sjikttapet øker ytterligere ved kalde temperaturer (f.eks. ved -32°C med en faktor lik 10). For å kompensere for slike dempninger må enten den totale fiberlengden bli redusert eller den optiske inngangseffekten må bli øket. Ved anvendelser hvor total pakning og systemvekt og størrelse er viktig vil slik øket dempning kreve en avveining i forhold til andre systemkomponenter slik som strømforsyning, lyskilde (dvs. en laser) eller komponentenes levetid.

Andre ulemper ved bruk av et wirebasissj ikt er at den anvendte wiren for basissjiktet er dyr. Siden basissjiktwiren er anvendt for å styre viklingsstigningen og andre karakteristikker ved den endelige viklede fibergjenstanden må wiren være fremstilt med nøyaktighet som krever bruk av spesielt fremsti 11ingsutstyr og krever et lagerhold og må bli inspisert.

Et tredje problem med bruk av wirebasissjikt er at de termiske ekspansjonsegenskapene til basissjiktwiren adskiller seg markert fra egenskapene til den optiske fiberen. Det er således en stor mulighet for at den viklede fiberen vil gli av metallbasissjiktet hvor viklet fiber føres ut ved en temperatur betydelig forskjellig fra den til viklingstempera-turen.

Et ytterligere problem er at viklingen til basiswiren utgjør et ekstra trinn ved fremstillingen av viklet filament og øker derved kostnadene.

Foreliggende oppfinnelse angår et system for vikling av sjikt til en optisk fiber på en spole som angitt i innledningen til krav 1 og hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av det uselv-stendige kravet.

Bruk av et elastisk materiale som et basissjikt eliminerer behovet for å fremstille og lagre dyre basissjikt-wiremateri-aler. Bruk av elastisk materiale antas også å redusere spenningen i det første viklede fibersjiktet. Det er dessuten lettere å tilpasse de termiske egenskapene til den optiske fiberen med termiske egenskaper til det elastiske materialet over et bredt temperaturområde enn å tilpasse termiske egenskaper til den optiske fiberen med basissjiktwire. Over et antatt operasjonstemperaturområde er således forskjellen i termiske utvidelseskarakteristikker mellom basissjiktet og viklet fiber redusert og man reduserer derfor risikoen for at fiberpakken vil gli av spolen i løpet av lang lagring eller ved uttakning av fiberen.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. IA og IB viser skjematisk optiske fibre viklet over et wirebasissjikt i samsvar med tidligere kjent teknikk. Fig. 1C viser skjematisk dempningskarakteri stikkene til en fiberpakke viklet i samsvar med tidligere kjent teknikk. Fig. 2A og 2B viser optiske fibre viklet over et basissjikt

i samsvar med oppfinnelsen.

Fig. 2C viser skjematisk dempningskarakteristikkene til en fiberpakke viklet i samsvar med oppfinnelsen.

Uttrykket viklet fibergjenstand og fiberpakke er brukt om hverandre, men har samme betydning. Uttrykket elastisk materiale henviser til et halvstivt elastisk materiale i form av en pute.

Tidligere kjent teknikk for vikling av optiske fibre over wirebasissjikt ble beskrevet foran med henvisning til fig. IA, IB og 1C.

Med henvisning til fig. 2A er det her vist en fibergjenstand eller fiberpakke 2. Fiberpakken 2 er fremstilt ved vikling av optiske fibre 8 over en spole 4. Istedenfor å bruke et wirebasissjikt som ved tidligere kjent teknikk er det imidlertid ifølge oppfinnelsen dannet et basissjikt av et elastisk materiale 20. Ved utførelsesformen vist på fig. 2A er det elastiske materialet anbrakt på spolen 4. Avsettingen eller adheringen av det elastiske basissjiktet 20 på spolen 4 skal bli beskrevet nærmere senere.

Når det elastiske materialet 20 er anbrakt på spolen 4 blir et første optisk fibersjikt 8 viklet over det elastiske basissjiktet 20. Suksessive optiske fibersjikt (ikke vist) blir så viklet over det første optiske fibersjiktet 8 for å danne den endelige viklede fiberpakningen. Et detaljutsnitt av det første sjiktet 8 i det elastiske basissjiktet 20 er vist på fig. 2B.

Den endelige viklede fiberpakningen ifølge oppfinnelsen har karakteristikker som vist på fig. 2C. Det er her vist dempningskurven for den viklede fiberpakningen, som ikke lenger faller markant i det første viklingssjiktet.

En fremgangsmåte for å danne et basissjikt av elastisk materiale på en spole skal nå bli beskrevet. Det skal bemerkes at andre metoder for avsetning eller på annen måte dannelse av det elastiske materialet på en spole skulle være mulig for fagmannen på området uten at dette skal avvike for rammen av oppfinnelsen. Følgende beskrivelse er derfor kun illustrativ og må ikke anses som en begrensning av opp-f innelsen.

For å fremstille en spole med et elastisk basissjikt ifølge oppfinnelsen blir det tilveiebrakt en første spole. En typisk spole kan være fremstilt av aluminium.

Et egnet elastisk materiale kan så bli dannet ved å blande silikonbasert materiale med en egnet oppløsning. Det er blitt funnet at Dow Corning 3140 gir et egnet silikonmateriale. Det er også funnet at toluen gir en egnet oppløsning. Oppløs-ningen blir så tilført for å styre viskositeten og for å gi den nødvendige graden av elastisitet for Dow 3140 silikonen. Silikonen og toluen blandes i forhold av 2 til 3 vektdeler.

Så snart en riktig blanding av oppløsningen og basiselastisi-tetsmaterialet er blandet kan spolen bli dyppet inn i blandingen for å få et tynt belegg over hele spoleoverflaten. Den neddyppede spolen blir så tillatt å drypptørke. Det er blitt funnet at den endelige tykkelsen for den elastiske blandingen på tilnærmet 0,15 mm gir et tilfredsstillende basissjikt. Tidligere nevnte blanding av Dow 3140 og toluen vil gi denne tykkelsen.

Belegget på spolen må tillates å herde. Det er funnet at blandingen av Dow 3140 og trikloretylen krever flere dager for endelig å herde og drypptørke til den ønskede tykkelsen lik 0,15 mm. Det må sørges for at det elastiske materialet ikke blir for tykt eller at basissjiktet blir ustabilt og utsettes for slipp. Basissjiktet må således være lett å påføre og kunne påføres jevnt, stivt nok til å holde pakken på plass.

Med henvisning til fig. 2B er hver optisk fiber 8 deformet inn i det første sjiktet 10 til en oval form når viklet i det elastiske basissjiktet 20. Den optiske fiberen 8 fremviser "Hertzian"-oppførselen og gir det ønskede mellomrommet. Mellomrommet 22 mellom optiske fibre 8 på fig. 2B er tilnærmet 2 til 3 prosent av fiberens diameter. Dette gir et egnet mellomrom. Det er funnet at den totale tykkelsen på det elastiske basissjiktet bør være mellom 0,05 mm og 0,15 mm for å gi tilfredsstillende resultater.

Andre parametre som bør bli betraktet ved valg av ønsket basissjiktmateriale og oppløsning innbefatter viklings-spenningen og størrelsen på den optiske fiberen og forenlig-heten til det basiske sjiktmaterialet med fiberbelegget. Basissjiktmaterialet har en ekspansjonskoeffisient svarende til den termiske ekspansjonskoeffisienten (CTE) til fiberbuf-feren og spolen. Det er også nødvendig at den er kjemisk stabil slik at den ikke reagerer med bufferen. Basissjikt-materialets modul er viktig, spesielt over tid, for å gi nødvendig fiberpakkestabilitet. Koblet med modulen er adhesivegenskapene til basissjiktmaterialet med spolen og bufferen. Det er blitt tilveiebrakt tilfredsstillende resultater med Dow 3140 blanding når det påføres et viklingsstrekk lik 115 g for optiske fibre med tilnærmet 0,25 mm diameter. Det har også blitt funnet at optiske fibre går inn i det elastiske materialet med tilnærmet 30$ av fiber-diameteren ved silikontrikloretylenblandingen ved et viklingsstrekk på 115 g.

Selv om oppfinnelsen har blitt forklart med henvisning til foreliggende figurer og prosesser er det klart at dette eksempelet her er kun illustrativt og at det er mulig med endringer og variasjoner uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. Det elastiske materialet kan f.eks. være en elastisk hylse eller mantel som passer tett på spolen med hylsen og mantelen formet på forhånd med forutbestemt stigningskarak-teristikk for å bestemme viklingskarakteristikken til den endelige viklede gjenstanden. Som et annet eksempel kan det elastiske materialet være en gellignende substans som påføres ved hjelp av en valse eller påpressingsanordning. Gelen blir så herdet til ønsket elastisitet. Foreliggende søknad er således kun begrenset til slik som den fremgår av kravene.

Claims (2)

1. System for vikling av sjikt med optiske fibre på en spole, idet systemet har et basissjikt anbrakt på spolen og en flerhet av optiske fibersjikt viklet over basissjiktet, karakterisert ved at basissjiktet har en tykkelse mellom 0,05 mm og 0,15 mm og innbefatter et ettergivende materiale bestående av en blanding av i hovedsaken to vektdeler silikonmateriale og tre vektdeler toluen.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det ettergivende materiale innbefatter en mantel eller hylse.