NO772986L

NO772986L - METAL COATED FIBER OPTICAL WAVE CONDUCTOR FOR CONTEMPORARY OPTICAL AND ELECTRICAL SIGNAL TRANSMISSION

Info

Publication number: NO772986L
Application number: NO772986A
Authority: NO
Inventors: Douglas Pinnow; Wolfgang Knauer
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Priority date: 1976-08-30
Filing date: 1977-08-29
Publication date: 1978-03-01
Also published as: FR2363121A1; ES461173A1; DE2735079A1; IT1079900B; NL7709169A; BE858179A; JPS5329742A; SE7709575L; IL52404A0

Description

Metallbelagt fiberoptisk bølgeleder for samtidig optiskMetal-clad fiber optic waveguide for simultaneous optical

og elektrisk signaltransmisjon.and electrical signal transmission.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fleksibel glassfiber bølgeleder for transmisjon av optisk elektromagnetisk stråling slik det fremgår av ingressen av patentkrav 1. The present invention relates to a flexible glass fiber waveguide for the transmission of optical electromagnetic radiation as is evident from the preamble of patent claim 1.

I det etterfølgende er det beskrevet en metallisk dekket glassfiber optisk bølgeleder som er hensiktsmessig for anvendelse som en meget sterk bredbånds kommunikasjonssystem transmisjons-linje for kommunikasjonssystemer med høy kapasistet. Et metallisk belegg dannes på glassbølgeleder konstruksjonen mens den trekkes i den smeltede tilstand for hermetisk å tette den ytre overflate av . glasskledningen for å utelukke kjemisk eller mekanisk skade på glassoverflaten for derved å bevare den naturlige styrke av glassfiberet. Man har funnet at hvis tykkelsen av glasskledningslaget mellom kjernen av den vanlige glasskledte fiber bølgelederen og metallbelegget dannet i overensstemmelse med oppfinnelsen opprettholdes ved den riktige tykkelse, kan metallbelegget gjøres tilstrekkelig tykt til å oppnå den ønskede styrkning av den optisk overførende bølgeleder og til også å tjene som en lavmotstands elektrisk leder for samtidig transmisjon av elektrisk så vel som optisk energi uten vesentlig å øke dempningen i bølgelederen eller på annen måte forstyrre dens optiske gjennomsiktighet. In what follows, a metallic covered glass fiber optical waveguide is described which is suitable for use as a very strong broadband communication system transmission line for communication systems with high capacity. A metallic coating is formed on the glass waveguide structure while it is drawn in the molten state to hermetically seal the outer surface of the . the glass cladding to exclude chemical or mechanical damage to the glass surface, thereby preserving the natural strength of the glass fibre. It has been found that if the thickness of the glass cladding layer between the core of the conventional glass clad fiber waveguide and the metal coating formed in accordance with the invention is maintained at the proper thickness, the metal coating can be made sufficiently thick to achieve the desired strengthening of the optically transmitting waveguide and to also serve as a low-resistance electrical conductor for the simultaneous transmission of electrical as well as optical energy without significantly increasing the attenuation in the waveguide or otherwise interfering with its optical transparency.

Utviklingen av fiberoptiske bølgeledere med lave tap er blitt omtalt i slike lærebøker som N.S. Kapany, "Fiber Optics Princi-ples and Applications", (Academic Press, New York, 1967) og M.K. Barnoski "Fundamentals of Optical Fiber Communication Systems" (Academic Press, New York, 1976). The skal bemerkes at pionerarbeidet i de tidlige 50 årene av Kapani og Hopkihs I ved Imperial College i London og Van Heel i Holland etablerte : grunnlaget for transmisjon av bilder langs innrettede bunter av fleksible glassfibre. Dette førte i sin tid til utvikling The development of fiber optic waveguides with low losses has been discussed in such textbooks as N.S. Kapany, "Fiber Optics Principles and Applications", (Academic Press, New York, 1967) and M.K. Barnoski "Fundamentals of Optical Fiber Communication Systems" (Academic Press, New York, 1976). It should be noted that the pioneering work in the early 50s by Kapani and Hopkihs I at Imperial College in London and Van Heel in Holland established: the basis for the transmission of images along aligned bundles of flexible glass fibers. This in turn led to development

av fleksible fiberskop og endoskop for fjerninspeksjons formål.of flexible fiberscopes and endoscopes for remote inspection purposes.

I 60 årene ble optisk fiber anvendt for et bredt utvalg av anvendelser og potensialet av lysførende glassfibre som kommu-nikasjonsmedium er blitt anerkjent. Problemet med fibrene som var tilgjengelige ved det tidspunkt var usedvanlig stor optisk dempning i området 1000 desibel per kilometer og større. For 60 years, optical fiber was used for a wide variety of applications and the potential of light-conducting glass fibers as a communication medium has been recognised. The problem with the fibers available at the time was exceptionally high optical attenuation in the range of 1000 decibels per kilometer and greater.

På slutten av 1970 var Corning Glass Works de første til å In the late 1970s, Corning Glass Works were the first to

tilkjennegi oppnåelsen av et 20 desibel per kilometer fiber.announce the achievement of a 20 decibel per kilometer fiber.

Deres lavtaps fibre ble laget med en ren silisium oksyd kledning og en kjerne med silisium oksyd dopet med materialer med høyere indeks, slik som titan eller germanium. Grunnen til dopingen var å frembringe en noe høyere refraksjonsindeks i den sentrale eller kjerneregionen av fiberet slik at lyset kunne føres langs lengden ved hjelp av den fysiske prosess med total indre refleksjon ved det kjerne kledde grensesnittet. Andre lavtapsfibre er siden blitt utviklet med tap under 5 dB/km, men alle disse har også en ren silisium oksyd eller høy silikat glass ytre overflate. Den nærværende suksess ved slike fibre kan til-skrives en betydelige grad den godt utviklede fremstillings-teknologi for laging av syntetisk silikatglass med ultrahøy renhet. Their low-loss fibers were made with a pure silicon oxide cladding and a silicon oxide core doped with higher index materials, such as titanium or germanium. The reason for the doping was to produce a somewhat higher refractive index in the central or core region of the fiber so that the light could be guided along the length by means of the physical process of total internal reflection at the core-clad interface. Other low loss fibers have since been developed with losses below 5 dB/km, but all of these also have a pure silicon oxide or high silicate glass outer surface. The current success of such fibers can be attributed to a significant extent to the well-developed manufacturing technology for making ultra-high purity synthetic silicate glass.

De nærværende kjente dopede silisium oksyd fiber optisk bølge-ledere har utviklet seg til det punkt hvor lavtap er blitt rutine og hvor den vesentlige tekniske uvisshet som fremdeles kan bestemme suksessene eller fiaskoene ved denne sammenslåtte tekno-logi vedrører pakkingen av fibre i en kabelkonstruksjon som vil beskytte silisium oksydet fra fremmedelementer som kan bevirke at det brister. Ømtåligheten av glassfibrene er meget kjent og det er hovedgrunnen til at visse tidligere eksperimentelle systemer anvendte bunter av silisium oksyd fibre i steden for enkle tråder i deres optiske datalengder. En viss prosentdel The currently known doped silicon oxide fiber optical waveguides have evolved to the point where low loss has become routine and where the major technical uncertainty that can still determine the successes or failures of this combined technology concerns the packing of fibers in a cable construction that will protect the silicon oxide from foreign elements that can cause it to burst. The fragility of the glass fibers is well known and it is the main reason why certain earlier experimental systems used bundles of silicon oxide fibers instead of single strands in their optical data lengths. A certain percentage

av fiberet i bunten kunne briste under installasjonsbelastningene og kontinuerlig operasjon uten å bevirke et sammenbrudd i forbindelsen. Selv om disse fiberbunter tjener ganske godt til å of the fiber in the bundle could break under the installation loads and continuous operation without causing a breakdown in the connection. Although these fiber bundles serve quite well to

j| demonstrere systemmulighet, er de på ingen måte hensiktsmessige for eventuelle feltforhold. Fremgang i kabling hos Corning Glass j| demonstrate system capability, they are in no way appropriate for any field conditions. Progress in cabling at Corning Glass

Wfoibrkes rthråadr erre. suSletelv rt om i egn lansy sfsibtarnednae rd fobrubnlt ir sogm anbskee ståsvr akav e sfeokrs- Wfoibrkes rthråadr erre. suSletelv rt about in own lansy sfsibtarnednae rd fobrubnlt ir sogm anbskee standvr akav e sfeokrs-

sterkes kabelen ved å innbefatte tråder av Keivar (varmerket for et meget sterkt polymer som nylig er utviklet av Dupont Company) i den plastkappe som omgir kabelen. the cable is strengthened by including strands of Keivar (the trademark for a very strong polymer recently developed by the Dupont Company) in the plastic sheath that surrounds the cable.

For mange anvendelser krever løsningen på problemet imidlertid til styrkning av de individuelle fibre. Når lange (1 km eller mer) fibre med høy strekkstyrke (14 062 kg/cm<2>eller mer) er For many applications, however, the solution to the problem requires the strengthening of the individual fibers. When long (1 km or more) fibers with high tensile strength (14,062 kg/cm<2>or more) are

tilgjengelige kan kommunikasjons og dataforbindelser lages med lawekts enkle fibertråder i steden for sterkt forsterkede kabler eller med bunter. available, communication and data connections can be made with low-weight single fiber wires instead of heavily reinforced cables or with bundles.

Det er et formål ved- den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe slike lange fibre som har lavt tap og høy strekkstyrke. It is an aim of the present invention to provide such long fibers which have low loss and high tensile strength.

Det er et videre formål ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe slike fibre med lavt tap og høy styrke som også inn-befatter mulighet.for samtidig transmisjon av både optisk og elektrisk energi. It is a further object of the present invention to provide such fibers with low loss and high strength which also include the possibility of simultaneous transmission of both optical and electrical energy.

En optisk bølgeleder av den type som er omtalt ovenfor er beskrevet i nærmere detalj i blant annet US patentene 3 434 774, 3 778 132, 3 936 162 og 3 788 827. En betydelig innsats er blitt ydet med hensyn til kledning av slike fiberoptiske bølge-ledere med organiske materialer slik som termoplast og ultra-fiolett behandlede polymerer. Disse lag er tilfredsstillende for en kort tid men er ikke hermetiske. Til sist vil de slippe gjennom forurensninger slik som fuktighet som vil angripe glassoverflaten og svekke fiberet. Det metalliske laget ifølge den foreliggende oppfinnelse vil danne en sann hermetisk tetting An optical waveguide of the type mentioned above is described in more detail in, among others, US patents 3,434,774, 3,778,132, 3,936,162 and 3,788,827. A considerable effort has been made with regard to the cladding of such fiber optic waves -conductors with organic materials such as thermoplastics and ultra-violet treated polymers. These layers are satisfactory for a short time but are not airtight. Finally, they will let through contaminants such as moisture which will attack the glass surface and weaken the fiber. The metallic layer of the present invention will form a true hermetic seal

som resulterer i en fortsatt høy styrke og gir stor levetid. which results in a continued high strength and provides a long service life.

Selv om det ovenfor nevnte US patent 3 778 132 omhandler et ytre lag 5 (beskrevet i linjene 5-12 i spalte 3 i patentet som Although the above-mentioned US patent 3,778,132 deals with an outer layer 5 (described in lines 5-12 of column 3 of the patent as

et skjermlag beregnet for å unngå krysstale mellom nabolinjer og som består av et meget absorberende materiale som er absorberende for bølgeenergien som sendes og som f.eks. kan være plast eller damp avsatt krom metallisering) , hvor dette lag 5 . a screen layer designed to avoid crosstalk between neighboring lines and which consists of a highly absorbent material which is absorbent of the wave energy that is sent and which e.g. can be plastic or vapor deposited chrome metallization), where this layer 5.

I nødvendigvis er meget tynt fordi det er damp avsatt og har ikke hverken en tilstrekkelig lav motstand for elektrisk lednings-evne eller en tilstrekkelig tykkelse for å styrke fiberet. Det er i realiteten upraktisk å oppnå slik tykkelse eller en hermetisk tetting ved hjelp av dampavsettingsteknikk som er naturlig sen. US patent 3 788 827 vedrører også damp avsetningen av et belegg av plast eller hydrofobisk metall på den optiske bølge-leder med en prosess som ville kreve at det ubeskyttede fiberet passerte gjennom en vakuumtetting. Kontakt mellom fiberet og tetningen ville skade overflaten av bølgelederen og således It is necessarily very thin because it is vapor deposited and does not have either a sufficiently low resistance for electrical conductivity or a sufficient thickness to strengthen the fiber. It is in reality impractical to achieve such a thickness or a hermetic seal using vapor deposition techniques which are inherently slow. US patent 3,788,827 also relates to the vapor deposition of a coating of plastic or hydrophobic metal on the optical waveguide by a process that would require the unprotected fiber to pass through a vacuum seal. Contact between the fiber and the seal would damage the surface of the waveguide and thus

svekke denne før belegget kunne påføres. weaken this before the coating could be applied.

Det er blant fagfolk vært den mening at metalliske belegg som er tilstrekkelig tykke til å gi en styrkningsfunksjon også ville være for absorberende til å bevare den optiske gjennomsiktighet for fiberet i betraktning av den forstyrrende effekt av metall belegget på feltet av elektromagnetisk energi som forplanter seg gjennom bølgelederen. Det vil si, man trodde at et metall belegg som var tilstrekkelig tykt til å styrke fiberet ville resultere i optisk dempning eller tap på grunn av absorborsjon så stor at det ville gjøre at fiberet ikke lenger var brukbart som en lavtapskommunikasjonskanal. Den foreliggende oppfinnelse er rettet på løsningen av dette tilsynelatende dilemma. It has been believed among those skilled in the art that metallic coatings sufficiently thick to provide a strengthening function would also be too absorptive to preserve the optical transparency of the fiber in view of the interfering effect of the metallic coating on the field of electromagnetic energy propagating through the waveguide. That is, it was believed that a metal coating sufficiently thick to strengthen the fiber would result in optical attenuation or loss due to absorption so great as to render the fiber unusable as a low-loss communication channel. The present invention is directed to the solution of this apparent dilemma.

Fremgangsmåter for å påføre metallbelegg på glassfiber som består av faste homogene materialer og som ikke er optiske bølge-ledere men er beregnet for strukturell anvendelse i stoff og lignende er omtalt i US patentene 2 928 716, 3 083 550, 3 268 312, og britiske patenter 982 051 og 1 038 534. Det bemerkes at den fysiske teknikk for belegging av glassfibre med metall i den smeltede tilstand mens glasset trekkes og er også i den smeltede tilstand har vært kjent i en viss tid som indikert Methods for applying metal coatings to glass fibers which consist of solid homogeneous materials and which are not optical waveguides but are intended for structural use in fabric and the like are described in US patents 2,928,716, 3,083,550, 3,268,312, and British patents patents 982,051 and 1,038,534. It is noted that the physical technique of coating glass fibers with metal in the molten state while the glass is drawn and also in the molten state has been known for some time as indicated

ved nevnte publikasjoner. Imidlertid har ingen hittil anvendt denne teknikk for belegging av optiske bølgeledere fordi man har tenkt at det resulterende belegg som er betydelig tykkere enn det som normalt oppnås ved damp avsetting eller spruting ville være så tykt at det ville ødelegge den optiske gjennomsiktighet og resultere i en høy dempning i bølgelederen. Det er læren ifølge den foreliggende oppfinnelse at dette ikke er I tilfellet. Ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendes én be-legningsteknikk hvor metall fryser på overflaten av fiberet j by said publications. However, no one has yet applied this technique to the coating of optical waveguides because it was thought that the resulting coating, which is significantly thicker than that normally obtained by vapor deposition or sputtering, would be so thick that it would destroy the optical transparency and result in a high attenuation in the waveguide. It is the teaching of the present invention that this is not the case. According to the present invention, one coating technique is used where metal freezes on the surface of the fiber j

ettersom det trekkes gjennom et smeltet metallbad for å påføre et metallbelegg slik som aluminium på en glassfiber optisk bølgeleder som har en ren eller høy silikat glass kledning. Glassbølgelederen trekkes gjennom et smeltet bad av metall slik as it is drawn through a molten metal bath to apply a metal coating such as aluminum to a glass fiber optic waveguide having a pure or high silicate glass cladding. The glass waveguide is pulled through a molten bath of metal like this

at metallet hermetisk tetter glassoverflaten mens det dannes og før det er noen eventuell mulighet for slipning, skraper eller annen skade på overflaten som har vist seg å være hovedårsaken til svakhet i glassfiberet. For å utelukke meget stor dempning i optisk transmisjon gjennom den resulterende bølgeleder, er det that the metal hermetically seals the glass surface while it is being formed and before there is any possibility of grinding, scratching or other damage to the surface which has been shown to be the main cause of weakness in the glass fibre. To exclude very large attenuation in optical transmission through the resulting waveguide, it is

essensielt at glasskledningslaget mellom kjernen av bølgelederen og metallbelegget som således dannes har en tykkelse i området 10-100 mikrometer. For at metallbelegget skal tjene sin beregnede funksjon bør det ha en tykkelse i området 5-100 mikro meter. essential that the glass cladding layer between the core of the waveguide and the metal coating thus formed has a thickness in the range of 10-100 micrometres. For the metal coating to serve its intended function, it should have a thickness in the range of 5-100 micro metres.

Når disse tykkelser opprettholdes kan det vises at en uventet økning i fiberstyrken oppnås uten tap i fleksibilitet og uten den forventede økning i dempning i bølgelederen. When these thicknesses are maintained, it can be shown that an unexpected increase in fiber strength is achieved without loss of flexibility and without the expected increase in attenuation in the waveguide.

De for oppfinnelsen kjennetegnende trekk fremgår av de etter-følgende patentkrav. The characteristic features of the invention appear from the subsequent patent claims.

De ovenfor nevnte og andre trekk, formål og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil forstås nærmere fra den etterfølgende detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen i forbindelse med ved-lagte tegninger hvor like henvisningstall refererer til like derer. Fig. 1 er et perspektivriss, delvis i snitt som viser i for-størret målestokk detaljer av den metallisk belagte fiberoptiske bølgeleder ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et diagram som viser den overskytende optiske dempning som bevirkes av metallbelegget som en funksjon av den normaliserte glasskledningstykkelse. Fig. 3 er et blokkdiagram som viser en type av systemanvendelse The above-mentioned and other features, purposes and advantages of the present invention will be understood in more detail from the subsequent detailed description of the invention in connection with the attached drawings where like reference numbers refer to like ones. Fig. 1 is a perspective view, partly in section, showing on an enlarged scale details of the metallic coated fiber optic waveguide according to the invention. Fig. 2 is a diagram showing the excess optical attenuation caused by the metal coating as a function of the normalized glass cladding thickness. Fig. 3 is a block diagram showing one type of system application

for hvilken bølgelederen ifølge den foreliggende oppfinnelse er spesielt tilpasset. for which the waveguide according to the present invention is specially adapted.

Det er i fig. 1 vist en metallkledd fiberoptisk bølgeleder 10It is in fig. 1 shows a metal-clad fiber optic waveguide 10

i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse.Bølgé- in accordance with the present invention. Bølgé-

j lederen 10 omfatter en sentral kjerne 11, en glasskledning 12 I konsentrisk omgivende kjernen 11, og et metallisk belegg eller kappe 13 som konsentrisk omgir glasskledningen 12. Kjerne-seksjonen 11 er fortrinnsvis silisium oksyd med høy renhet eller dopet silisium oksyd som har en første refraksjonsindeks enn 1. j the conductor 10 comprises a central core 11, a glass cladding 12 concentrically surrounding the core 11, and a metallic coating or sheath 13 which concentrically surrounds the glass cladding 12. The core section 11 is preferably silicon oxide with high purity or doped silicon oxide which has a first refractive index than 1.

Førings- eller kledningsseksjonen 12 kan være av silisium oksyd eller et hvert hensiktsmessig glassmateriale som har en noe mindre refraksjonsindeks enn 2. Kjernen 11 kan ha en jevn refraksjonsindeks eller kan omfatte 2 eller flere lag hvor hvert The guide or cladding section 12 may be of silicon oxide or any suitable glass material which has a somewhat smaller refractive index than 2. The core 11 may have a uniform refractive index or may comprise 2 or more layers where each

suksessive lag ha.r en lavere indeks enn det underliggende for successive layers have a lower index than the underlying layer

således å tilnærme seg den parabolske stigning med spesielle anvendelser i flerbruks konstruksjoner. Kledningen 12 er vanligvis av jevn sammensetning men kan også ha gradert sammensetning. thus approaching the parabolic rise with special applications in multi-purpose constructions. The cladding 12 is usually of uniform composition but may also have a graded composition.

Den metalliske kappen 13 omfatter et lett bearbeidelig metallThe metallic sheath 13 comprises an easily workable metal

i steden for et hardt metall for å unngå de negative virkninger ved mikrobøynings dempning. Hensiktsmessige lett bearbeidelige metaller er f.eks. aluminium, antimon, bismut, kadmium,sølv, gull, sink, bly, indium, tinn og deres legeringer slik som indium sølvlegeringer, aluminium nikkellégeringer eller sølv gull legeringer. Metallet som velges bør oppvise lave korro-sjonsforhold i sin driftsomgivelse og kan ikke være et hardt metall slik som krom. instead of a hard metal to avoid the negative effects of microbending damping. Suitable easily workable metals are e.g. aluminium, antimony, bismuth, cadmium, silver, gold, zinc, lead, indium, tin and their alloys such as indium silver alloys, aluminum nickel alloys or silver gold alloys. The metal chosen should exhibit low corrosion conditions in its operating environment and cannot be a hard metal such as chromium.

Metallkappen 13 er belagt på silisium oksyd overflaten av glasskledningen 12 for fiberet 10 på en s\Lik måte at det tilveiebringes en tett, permanent og holdbar hermetisk tetning omkring glassfiberet. Belegget påføres fiberet under trekningsoperasjonen umiddelbart etter at fiberet kommer ut av ovnen. Det er viktig at belegget påføres før fiberet har en mulighet for å bli abra-dert av oppviklingstrommelen på hvilken det belagte fiber spoles og endog før fiberet avkjøles til punktet hvor omgivende fuktighet kan feste til dets overflate. The metal sheath 13 is coated on the silicon oxide surface of the glass cladding 12 for the fiber 10 in such a way that a tight, permanent and durable hermetic seal is provided around the glass fiber. The coating is applied to the fiber during the drawing operation immediately after the fiber comes out of the furnace. It is important that the coating is applied before the fiber has an opportunity to be abraded by the winding drum on which the coated fiber is wound and even before the fiber cools to the point where ambient moisture can adhere to its surface.

, Metallbeleggprosessen kan f.eks. fullføres ved å føre den glassfiber optiske bølgelederen gjennom en belegg kopp som inneholder , The metal coating process can e.g. is completed by passing the glass fiber optic waveguide through a coating cup containing

det smeltede metall for å bli belagt på fiberet ved en tempe-råtur som er noe over dets smeltepunkt. Koppen har et smalt the molten metal to be coated on the fiber at a temperature slightly above its melting point. The cup has a narrow

hull i sin bunn som er stort nok til å føre fiberet gjennom j hole in its bottom which is large enough to pass the fiber through j

men tilstrekkelig lite til at overflatespenningen i det smeltede metallet hindrer dette i å løpe ut. Ettersom glassfiberet passjerer gjennom koppen vil et tynt lag av metall fryse på overflaten av glasset. but sufficiently small that the surface tension in the molten metal prevents this from running out. As the fiberglass passes through the cup, a thin layer of metal will freeze on the surface of the glass.

Passende tilstander for dannelsen av et sterkt vedhengende metall-lag på fiberoverflaten krever at temperaturen av metallbadet gjennom hvilket glasset skal føres er noe høyere enn dets smeltepunkt mens temperaturen av glassfiberet er noe under dette smeltepunkt. Tykkelsen av metallaget (se dimensjon A i fig. 1) styres ved å justere fibertrekningshastigheten og temperaturdifferensialet mellom fiberet og metallbadet. Typisk vil tykkelsen A av metallkappen 13 ligge i området fra 5-100 mikrometer og fortrinnsvis vil den ligge i området 10-50 mikrometer. Den maksimale tykkelse er begrenset ved et krav om å ikke ødelegge fleksibiliteten av fiberet mens den minimale tykkelse bestemmes av et krav om å oppnå tilstrekkelig beskyttelse mot slipning. Appropriate conditions for the formation of a strongly adherent metal layer on the fiber surface require that the temperature of the metal bath through which the glass is to be passed is somewhat higher than its melting point, while the temperature of the glass fiber is somewhat below this melting point. The thickness of the metal layer (see dimension A in Fig. 1) is controlled by adjusting the fiber drawing speed and the temperature differential between the fiber and the metal bath. Typically, the thickness A of the metal sheath 13 will lie in the range from 5-100 micrometres and preferably it will lie in the range 10-50 micrometres. The maximum thickness is limited by a requirement not to destroy the flexibility of the fiber, while the minimum thickness is determined by a requirement to obtain sufficient protection against grinding.

For å oppnå disse virkninger samtidig med å ikke ødelegge den optiske gjennomsiktighet i bølgelederen på grunn av resulterende To achieve these effects while not destroying the optical transparency of the waveguide due to resultant

overskytende optisk dempning fra metallbelegget, har man funnet det nødvendig å opprettholde den radielle tykkelse av glasskledningslaget 12 (dimensjon B i fig. 1) i området 10-100 mikrometer og fortrinnsvis i området 15-50 mikrometer. Radius C excess optical attenuation from the metal coating, it has been found necessary to maintain the radial thickness of the glass cladding layer 12 (dimension B in Fig. 1) in the range of 10-100 micrometers and preferably in the range of 15-50 micrometers. Radius C

av kjernen 11 bør være i området fra 1 mikrometer for enkelt bølgetype fibre til 10 0 - mikrometer for f lerbølgetype fibre. For' de vanlig anvendte flerbølgetype fibre er det foretrukkede området for radius C lik 15-50 mikrometer. Dette foretrukkede området stammer fra et kompromiss mellom lettheten med fiber skjøting som favoriserer store kjerner og kostnaden ved kjerne-materialer med ultrahøy renhet som favoriserer mindre kjerner.. - Den totale diameter av bølgelederen 10 bør imidlertid være mindre enn 2 50 mikrometer. Det vil si at summen av radius C of the core 11 should be in the range from 1 micrometer for single wave type fibers to 10 0 - micrometers for multiple wave type fibers. For the commonly used multiwave type fibres, the preferred range for the radius C is equal to 15-50 micrometres. This preferred range results from a compromise between the ease of fiber splicing which favors large cores and the cost of ultra-high purity core materials which favor smaller cores.. - However, the overall diameter of the waveguide 10 should be less than 250 micrometers. That is, the sum of the radius C

av kjernen 11 pluss tykkelsen B of glasskledningen 12 pluss tykkelsen A av metallkappen 13 bør være mindre enn 125 mikrometer for å opprettholde passende fleksibilitet for bølgelederen. of the core 11 plus the thickness B of the glass cladding 12 plus the thickness A of the metal jacket 13 should be less than 125 micrometers to maintain suitable flexibility for the waveguide.

Den resulterende fiberoptiske bølgeleder 10 har en strekkstyrkeThe resulting fiber optic waveguide 10 has a tensile strength

I 1 på o 14.062 kgf/cm 2 eller større. Den høye opprinnelige endelige L I styrke av glassfibermaterialet er kjent å være ca. 140 620 kgf/1cmIn 1 of o 14,062 kgf/cm 2 or greater. The high initial ultimate L I strength of the fiberglass material is known to be approx. 140 620 kgf/1cm

og er derfor mer enn tilstrekkelig til å oppnå en endelig and is therefore more than sufficient to achieve a final

ønsket verdi i overkant av 14 062 kgf/cm 2. Grunnen til at lange fibre hittil ikke er blitt forsynt med styrker som nærmer seg denne endelige verdi er at nærværet av submikron overflate feil virket enten ved små mekaniske slipninger under og etter den vanlige fibertrekningsoperasjon eller ved kjemiske angrep av atmosfæriske forurensninger slik som fuktighet, svekket desired value in excess of 14,062 kgf/cm 2. The reason why long fibers have so far not been provided with strengths approaching this final value is that the presence of submicron surface defects acted either by small mechanical grindings during and after the usual fiber drawing operation or by chemical attack by atmospheric pollutants such as moisture, weakened

fiberet. Denne katastrofale virkning av overflatefeil overfor glasstyrken er vel kjent. Enhver som noen gang har risset en glassplate for å bestemme plasseringen av bruddet kan for-stå den betydelige innvirkning av slike overflatefeil med hensyn til styrken av sprø materialer slik som glass. the fiber. This disastrous effect of surface defects on glass strength is well known. Anyone who has ever scratched a sheet of glass to determine the location of the fracture can understand the significant impact such surface defects have on the strength of brittle materials such as glass.

Det omhyggelige arbeidet utført av Proctor et al og angitt i proceedings of the Royal Society, vol. 297A, side 534 (1967) etablerte at den opprinnelige eller nascerende styrke av silisium oksyd fibre alltid er høy og ufølsom for de spesielle trekningsforhold. Problemet med å oppnå høy styrke reduseres derfor til å bevare denne opprinnelige verdi. Den eneste faktoren som er blitt identifisert med reduksjon av fiberstyrke er mekanisk skade og kjemisk angrep av fiberoverflaten ved The painstaking work carried out by Proctor et al and reported in the proceedings of the Royal Society, vol. 297A, page 534 (1967) established that the initial or nascent strength of silicon oxide fibers is always high and insensitive to the particular drawing conditions. The problem of achieving high strength is therefore reduced to preserving this original value. The only factor that has been identified to reduce fiber strength is mechanical damage and chemical attack of the fiber surface in wood

urenheter. Endog statisk tretthet er blitt fullt ut henført til overflateurenheter. Metallaget eller kappen 13 tilveie-bringer god mekanisk beskyttelse og en hermetisk tetning mot forurensning. Ytterligere mekanisk beskyttelse og elektrisk isolasjon kan oppnås etter behov ved å påføre en ekstrudert impurities. Even static fatigue has been fully attributed to surface impurities. The metal layer or sheath 13 provides good mechanical protection and a hermetic seal against contamination. Additional mechanical protection and electrical insulation can be achieved as required by applying an extruded

plast overkappe 14 utenfor metallkappen 13.plastic upper cover 14 outside the metal cover 13.

Analyse av inflytelsen av et metallisk grenselag på den dopede silisium oksyd bølgelederen omfattende kjerneelementet 11 og glasskledningen 12 indikerer (som vist i fig. 2) at i motsetning til en viss herskende tro i den kjente teknikk, dens innflytelse på den optiske dempning er ubetydelig hvis kledningsglasstykk-elsen er større enn ca. 20 mikron. I fig. 2 er kledningstykkelsen B opptegnet i form av normalisert tykkelse som er den Analysis of the influence of a metallic boundary layer on the doped silicon oxide waveguide comprising the core element 11 and the glass cladding 12 indicates (as shown in Fig. 2) that, contrary to some prevailing belief in the prior art, its influence on the optical attenuation is negligible if the cladding glass thickness is greater than approx. 20 microns. In fig. 2, the cladding thickness B is recorded in the form of a normalized thickness which is

fysiske tykkelse delt med bølgelengden av energien som for-plantes gjennom bølgelederen. Ettersom den spektrale region av lavtransmisjonstapet i fiberbølgelederne er i nærheten av det infrarøde området, ca. 0,7-1,3 mikrometer, er det hensikts-I messig å tilnærme driftsbølgel.engden med en verdi på 1 mikro- physical thickness divided by the wavelength of the energy propagated through the waveguide. As the spectral region of the low transmission loss in the fiber waveguides is near the infrared range, approx. 0.7-1.3 micrometers, it is appropriate to approximate the operating wavelength with a value of 1 micrometer

meter. I dette tilfellet kan abscissen i fig. 2, som er i normaliserte enheter, leses direkte i størrelse av mikrometer. meters. In this case, the abscissa in fig. 2, which is in normalized units, is read directly in the size of micrometers.

Man vil se at når kledningstykkelsen for de forskjellige metaller som er blitt analysert overskrider ca. 20 mikrometer vil den overskytende optiske dempning på grunn av metallbelegget være under 2 dB/km. For de fleste anvendelser er en slik lav verdi av overskytende dempning akseptabel. I spesielle tilfeller hvor You will see that when the coating thickness for the various metals that have been analyzed exceeds approx. 20 micrometers, the excess optical attenuation due to the metal coating will be below 2 dB/km. For most applications, such a low value of excess damping is acceptable. In special cases where

endog mindre overskytende optisk dempning kreves, må klednings-glasstykkelsen økes i overensstemmelse med verdiene som er angitt i fig. 2. even less excess optical attenuation is required, the cladding glass thickness must be increased in accordance with the values indicated in fig. 2.

Ettersom glasskledningene på de fleste nærværende lavtaps-bølgeledere er i realiteten i området 25 mikrometer, kan metall-laget ikke påføre noen nye begrensninger på bølgelederstørrelsen. As the glass claddings on most current low-loss waveguides are effectively in the range of 25 micrometers, the metal layer cannot impose any new limitations on the waveguide size.

I analysen hvor resultatene av disse er vist i fig. 2, bleIn the analysis where the results of these are shown in fig. 2, became

en typisk forskjell mellom den refraktive indeks for kjernena typical difference between the refractive index of the nucleus

og kledningen antatt å være en prosent. Kvalitativt skyldes overskytende optiske dempning den uvarige feltgjennomtrengning av de styrte bølgetyper gjennom kledningsglasset og inn i metall-]aget som har en komplisert refraktivt indeks. Ettersom kledningstykkelsen øker vil størrelsen av det uvarige feltet som når metallaget eksponentielt minske som vist ved diagrammet. and the dressing assumed to be one percent. Qualitatively, excess optical attenuation is due to the uneven field penetration of the guided wave types through the cladding glass and into the metal layer, which has a complicated refractive index. As the cladding thickness increases, the size of the unstable field that reaches the metal layer will exponentially decrease as shown by the diagram.

Selv om kravet til minskning av overskytende dempning setterAlthough the requirement to reduce excess damping sets

en minimal tykkelse for glasskledningen 12 ,vil kravet til effek-tivt å styrke fiberet sette den maksimale tykkelse A for metallkappen 13. Denne metallkappe eller belegg bør være i området 5-100 mikrometer og fortrinnsvis i området 10-50 mikrometer. En kappe av denne tykkelse vil gi den nødvendige hermetiske tetning og styrkefunksjon og i tilfellet hvor.metallet er en god elektrisk leder slik som aluminium vil det samtidig gi en god elektrisk leder ettersom dets motstand er i størrelses-orden 3,28 ohm/m. Selv om den primære funksjon for kappen er å styrke fiberet, er det mange anvendelser hvor det er essensielt eller ønskelig å ha en kanal for elektrisk kommunikasjon til samtidig bruk med den optiske bølgeleder. Slike system-konfigurasjoner er vist generelt ved blokkdiagrammet i fig. 3. a minimum thickness for the glass cladding 12, the requirement to effectively strengthen the fiber will set the maximum thickness A for the metal sheath 13. This metal sheath or coating should be in the range of 5-100 micrometers and preferably in the range of 10-50 micrometers. A jacket of this thickness will provide the necessary hermetic seal and strength function and in the case where the metal is a good electrical conductor such as aluminum it will also provide a good electrical conductor as its resistance is in the order of 3.28 ohm/m. Although the primary function of the jacket is to strengthen the fiber, there are many applications where it is essential or desirable to have a channel for electrical communication for simultaneous use with the optical waveguide. Such system configurations are shown generally by the block diagram in fig. 3.

I I fig. 3 vil man se at bølgelederen 10 er koblet mellom en første I I fig. 3, it will be seen that the waveguide 10 is connected between a first

Joptisk kilde og/eller detektor 20 og en andre slik kilde eller i detektor 21. Forbindelsen til den optiske bølgeleder skjer ved hvilket som helst hensiktsmessig optisk koblingsmiddel, henholds-vis 22 og 23. Koblingsteknikk og teknikk for multipleksing eller for multibølgetype transmisjon gjennom optiske bølgeledere er meget kjent teknikk. Enhver slik teknikk kan selvfølgelig anvendes. Optical source and/or detector 20 and another such source or in detector 21. The connection to the optical waveguide takes place by any suitable optical coupling means, respectively 22 and 23. Coupling technique and technique for multiplexing or for multi-wave type transmission through optical waveguides is a very well-known technique. Any such technique can of course be used.

I tillegg til den optiske transmisjon er bølgelederen 10 ogsåIn addition to the optical transmission, the waveguide 10 is also

i stand til å tilveiebringe transmisjon av en eller flere elektriske signaler gjennom den metalliske kappen 13. Som angitt i fig. 3 er en første kilde og/eller detektor for elektrisk energi 24 koblet til metallkappen 13 ved en ende av fiberet og en annen slik kilde 25 er koblet til fiberet ved dets andre ende. capable of providing transmission of one or more electrical signals through the metallic sheath 13. As indicated in fig. 3, a first source and/or detector of electrical energy 24 is connected to the metal sheath 13 at one end of the fiber and another such source 25 is connected to the fiber at its other end.

I et eksempel kan det elektriske signal være bare en klokke eller alarmringestrøm i anvendelser hvor den optiske bølgeleder anvendes for å sende bredbåndsvideosignaler som fra billedtelefon-installasjoner eller annet lukket kretsfjernsynsutstyr. I In one example, the electrical signal may be only a clock or alarm ring current in applications where the optical waveguide is used to transmit broadband video signals such as from videophone installations or other closed circuit television equipment. IN

andre typiske anvendelser kan fiberet 10 gis ut fra et pro-other typical applications, the fiber 10 can be issued from a pro-

sjektil eller annen flyvbar plattform tilbake til et styrepanel ved utskytningsplassen. Slike prosjektiler kan utstyres med et fjernsynskamera i sin nese for å "se" hvor de går. Video-signaler fra et slikt fjernsynskamera kan hensiktsmessig sendes gjennom den optiske bølgeleder til utskytningsplassen samtidig med transmisjonen av elektriske prosjektilstyringssignaler fra utskytningsplassen gjennom den metalliske kappen 13 tilbake til prosjektilet for å styre dets kurs mot et ønsket mål som kan samtidig betraktes på en fremviser av videosignalet. shuttle or other flyable platform back to a control panel at the launch site. Such projectiles can be equipped with a television camera in their nose to "see" where they go. Video signals from such a television camera can conveniently be sent through the optical waveguide to the launch site simultaneously with the transmission of electrical projectile control signals from the launch site through the metallic casing 13 back to the projectile to guide its course towards a desired target which can be simultaneously viewed on a video signal display. .

Ved anvendelse som disse er både den elektriske ledeevne og fiberstyrke-bevaringsrollene ved metallkappen av største viktig-het. In applications such as these, both the electrical conductivity and fiber strength conservation roles of the metal sheath are of utmost importance.

Claims

1. Flexible glass fiber waveguide for the transmission of optical electromagnetic radiation, where said waveguide mainly consists of a glass core element having a first j minimum refractive index for said radiation and a glass cladding

kionnnbseenftarttiesk r oi mdgeivt emndine stne evnett e lkag jersnom e, hhavr or a neavnnndtre e gr lae sfr shaped let dinv ing index for said radiation which is less than the minimum of said first refractive index by at least 0.1% to produce total internal reflection of said optical radiation at the core-clad boundary layer and thereby guide said optical radiation along said waveguide, characterized by means of preserving the nascent strength of said glass fiber waveguide without significantly interfering with the optical transparency of the waveguide or its flexibility, where said means comprise a coating of easily workable metal which hermetically seals the outer surface of said glass cladding, where the thickness of said glass cladding layer between said core and said metal coating is in the range from 10-100 micrometres and where the thickness of said metal coating is in the range from 5- 100 micrometers, but where the outer diameter of said composite glass fiber waveguide is less than 300 micrometers.

2. Waveguide as stated in claim 1, characterized in that the thickness of said glass cladding is in the range between 15 and 30 micrometres.

3. Waveguide as specified in claim 1, characterized in that the thickness of said metal coating is in the range between 10 and 50 micrometres.

4. Waveguide as stated in claim 1, characterized in that said metal coating is aluminium.

5. Waveguide as specified in claim 1, characterized in that said metal-coated glass fiber waveguide has a tensile strength of at least 14,062 kgf/cm per kilometer length or greater.

6. Waveguide as stated in claim 1, characterized in that the electrical resistance in said metal coating does not exceed 3.2808 ohm/m.

7. Waveguide as specified in claim 1, characterized in that said metal coating is applied to said glass cladding while said glass fiber waveguide is pulled to thereby exclude damage to the surface of said fiber.

8. Waveguide as specified in claim 7, characterized in that said metal coating is applied by pulling the glass fiber through a molten metal bath.

9. Waveguide as stated in claim 8, characterized in that the temperature of the fiber when it enters the molten metal bath is below the melting point of the metal.

10. Waveguide as specified in claim 1, characterized in that said metal coating is selected from the group comprising antimony, bismuth, cadmium, silver, gold, zinc, lead, tin, aluminum or alloys of these metals.

11. Waveguide as stated in claim 1, characterized in that an outer polymer sheath is applied for additional mechanical protection.

12. Waveguide as stated in claim 1, characterized by a) means for imprinting an optical signal on at least one end of the core of said glass fiber waveguide and means for detecting said optical signal at the other end of the waveguide, and b) means for impressing an electrical signal on at least one end of the metal coating of said glass fiber waveguide and means for detecting said electrical signal at the other end of the waveguide.

13. Waveguide as stated in claim 1, characterized by means for imprinting: an optical signal at a first point, of said glass fiber waveguide and means for detecting said optical signal at a second point on said glass fiber waveguide which is remote from said first point at which said signal is applied to the waveguide. in !