NO772986L - Metallbelagt fiberoptisk boelgeleder for samtidig optisk og elektrisk signaltransmisjon - Google Patents
Metallbelagt fiberoptisk boelgeleder for samtidig optisk og elektrisk signaltransmisjonInfo
- Publication number
- NO772986L NO772986L NO772986A NO772986A NO772986L NO 772986 L NO772986 L NO 772986L NO 772986 A NO772986 A NO 772986A NO 772986 A NO772986 A NO 772986A NO 772986 L NO772986 L NO 772986L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- waveguide
- glass
- metal
- optical
- glass fiber
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 59
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 59
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 57
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 42
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title description 6
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 title description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 36
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 34
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 33
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 27
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 23
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 4
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 239000011133 lead Substances 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 238000002839 fiber optic waveguide Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003353 gold alloy Substances 0.000 description 1
- PQTCMBYFWMFIGM-UHFFFAOYSA-N gold silver Chemical compound [Ag].[Au] PQTCMBYFWMFIGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZASAXHKAQYPEH-UHFFFAOYSA-N indium silver Chemical compound [Ag].[In] YZASAXHKAQYPEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical group [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
- G02B6/4401—Optical cables
- G02B6/4402—Optical cables with one single optical waveguide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
- C03C25/10—Coating
- C03C25/104—Coating to obtain optical fibres
- C03C25/106—Single coatings
- C03C25/1061—Inorganic coatings
- C03C25/1063—Metals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Communication Cables (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
Metallbelagt fiberoptisk bølgeleder for samtidig optisk
og elektrisk signaltransmisjon.
Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fleksibel glassfiber bølgeleder for transmisjon av optisk elektromagnetisk stråling slik det fremgår av ingressen av patentkrav 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.
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
av fleksible fiberskop og endoskop for fjerninspeksjons formål.
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.
På slutten av 1970 var Corning Glass Works de første til å
tilkjennegi oppnåelsen av et 20 desibel 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.
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
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
j| demonstrere systemmulighet, er de på ingen måte hensiktsmessige for eventuelle feltforhold. Fremgang i kabling hos Corning Glass
Wfoibrkes rthråadr erre. suSletelv rt om i egn lansy sfsibtarnednae rd fobrubnlt ir sogm anbskee ståsvr 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.
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
tilgjengelige kan kommunikasjons og dataforbindelser lages med lawekts enkle fibertråder i steden for sterkt forsterkede kabler eller med bunter.
Det er et formål ved- den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe slike lange fibre som har lavt tap og høy strekkstyrke.
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.
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
som resulterer i en fortsatt høy styrke og gir stor levetid.
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
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 .
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
svekke denne før belegget kunne påføres.
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.
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
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
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
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
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.
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.
De for oppfinnelsen kjennetegnende trekk fremgår av de etter-følgende patentkrav.
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
for hvilken bølgelederen ifølge den foreliggende oppfinnelse er spesielt tilpasset.
Det er i fig. 1 vist en metallkledd fiberoptisk bølgeleder 10
i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse.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.
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
suksessive lag ha.r en lavere indeks enn det underliggende for
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.
Den metalliske kappen 13 omfatter et lett bearbeidelig metall
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.
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.
, Metallbeleggprosessen kan f.eks. fullføres ved å føre den glassfiber optiske bølgelederen gjennom en belegg kopp som inneholder
det smeltede metall for å bli belagt på fiberet ved en tempe-råtur som er noe over dets smeltepunkt. Koppen har et smalt
hull i sin bunn som er stort nok til å føre fiberet gjennom 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.
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.
For å oppnå disse virkninger samtidig med å ikke ødelegge den optiske gjennomsiktighet i bølgelederen på grunn av resulterende
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
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
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.
Den resulterende fiberoptiske bølgeleder 10 har en strekkstyrke
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/1cm
og er derfor mer enn tilstrekkelig til å oppnå en endelig
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
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.
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
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
plast overkappe 14 utenfor metallkappen 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
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-
meter. I dette tilfellet kan abscissen i fig. 2, som er i normaliserte enheter, leses direkte i størrelse av mikrometer.
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
endog mindre overskytende optisk dempning kreves, må klednings-glasstykkelsen økes i overensstemmelse med verdiene som er angitt i 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.
I analysen hvor resultatene av disse er vist i fig. 2, ble
en typisk forskjell mellom den refraktive indeks for kjernen
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.
Selv om kravet til minskning av overskytende dempning setter
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.
I I fig. 3 vil man se at bølgelederen 10 er koblet mellom en første
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.
I tillegg til den optiske transmisjon er bølgelederen 10 også
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.
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
andre typiske anvendelser kan fiberet 10 gis ut fra et 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.
Ved anvendelse som disse er både den elektriske ledeevne og fiberstyrke-bevaringsrollene ved metallkappen av største viktig-het.
Claims (13)
1. Fleksibel glassfiber bølgeleder for transmisjonen av optisk elektromagnetisk stråling, hvor nevnte bølgeleder består hovedsakelig av et glasskjerneelement som har en første j minimumsrefraktiv indeks for nevnte stråling og en glasskledning
kionnnbseenftarttiesk r oi mdgeivt emndine stne evnett e lkag jersnom e, hhavr or en neavnndtre e gr lae sfr skak let di nv ing indeks for nevnte stråling som er mindre enn minimum av nevnte første refraktive indeks med i det minste 0.1% for å frembringe total indre refleksjon av nevnte optiske stråling ved det kjerne-kledte grensesjikt og derved føre nevnte optiske stråling langs nevnte bølgeleder, karakterisert ved midler for å bevare den nascerende styrke av nevnte glassfiberbølge-leder uten vesentlig å interferere med den optiske gjennomsiktighet i bølgelederen eller dens fleksibilitet, hvor nevnte midler omfatter et belegg av lett bearbeidelig metall som hermetisk tetter den ytre overflaten av nevnte glasskledning, hvor tykkelsen av nevnte glasskledningslag mellom nevnte kjerne og nevnte metallbelegg er i området fra 10-100 mikrometer og hvor tykkelsen av nevnte metallbelegg er i området fra 5-100 mikrometer, men hvor den ytre diameter av nevnte sammensatte glassfiberbølgeleder er mindre enn 300 mikrometer.
2. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at tykkelsen av nevnte glasskledning ligger i området mellom 15 og 30 mikrometer.
3. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at tykkelsen av nevnte metallbelegg ligger i området mellom 10 og 50 mikrometer.
4. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte metallbelegg er aluminium.
5. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte metallbelagte glassfiber bølgeleder har en strekkstyrke på minst 14.062 kgf/cm per kilometer lengde eller større.
6. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at den elektriske motstand i nevnte metallbelegg ikke overskrider 3,2808 ohm/m.
7. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert j v e d at nevnte metallbelegg påføres nevnte glasskledning mens nenvte glassfiber bølgeleder trekkes for derved å utelukke skade på overflaten av nevnte fiber.
8. Bølgeleder som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte metallbelegg påføres ved å trekke glassfiberet gjennom et smeltet metallbad.
9. Bølgeleder som angitt i krav 8, karakterisert ved at temperaturen av fiberet når det går inn i det smeltede metallbadet er under smeltepunktet for metallet.
10. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte metallbelegg velges fra gruppen omfattende antimon, bismut, kadmium, sølv, gull, sink, bly, tinn, aluminium eller legeringer av disse metaller.
11. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at en ytre polymer kappe påføres for ytterligere mekanisk beskyttelse.
12. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved a) midler for å påtrykke et optisk signal på i det minste én ende av kjernen av nevnte glassfiberbølgeleder og midler for å detektere nevnte optiske signal ved den andre enden av bølgelederen, og b) midler for å påtrykke et elektrisk signal på i det minste en ende av metallbelegget av nevnte glassfiber bølgeleder og midler for å detektere nevnte elektriske signal ved den andre enden av bø lgelederen.
13. Bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved midler for å påtrykke:et optisk signal på et første punkt, av nevnte glassfiberbølgeleder og midler for å detektere nevnte optiske signal ved et andre punkt på nevnte glassfiber bølgeleder som er fjerntliggende fra nevnte første punkt ved hvilket nevnte signal påtrykkes bølgelederen.
i !
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US71863276A | 1976-08-30 | 1976-08-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO772986L true NO772986L (no) | 1978-03-01 |
Family
ID=24886855
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO772986A NO772986L (no) | 1976-08-30 | 1977-08-29 | Metallbelagt fiberoptisk boelgeleder for samtidig optisk og elektrisk signaltransmisjon |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5329742A (no) |
BE (1) | BE858179A (no) |
DE (1) | DE2735079A1 (no) |
ES (1) | ES461173A1 (no) |
FR (1) | FR2363121A1 (no) |
IL (1) | IL52404A0 (no) |
IT (1) | IT1079900B (no) |
NL (1) | NL7709169A (no) |
NO (1) | NO772986L (no) |
SE (1) | SE7709575L (no) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1602052A (en) * | 1977-06-20 | 1981-11-04 | Int Standard Electric Corp | Optical fibre manufacture |
FR2458825A1 (fr) * | 1979-06-08 | 1981-01-02 | Thomson Csf | Procede de montage d'une fibre optique dans un embout, embout ainsi monte, et dispositif de connexion de fibres optiques utilisant cet embout |
ATE4046T1 (de) * | 1980-02-12 | 1983-07-15 | The Post Office | Optische glasfaser und verfahren zum beschichten mit metall einer mit kunststoff ueberzogenen glasfaser. |
US4407561A (en) * | 1980-10-14 | 1983-10-04 | Hughes Aircraft Company | Metallic clad fiber optical waveguide |
US4418984A (en) * | 1980-11-03 | 1983-12-06 | Hughes Aircraft Company | Multiply coated metallic clad fiber optical waveguide |
JPS57112463A (en) * | 1980-11-14 | 1982-07-13 | Materiaru Konseputsu Inc | Fiber selected from glass, ceramic and metal and treatment of optional fiber coated therewith |
JPS57188429A (en) * | 1981-05-15 | 1982-11-19 | Fujitsu Ltd | Coating method for optical fiber with metal |
JPS57208509A (en) * | 1981-06-17 | 1982-12-21 | Fujitsu Ltd | Coating device for metal for optical fiber |
JPS5912832U (ja) * | 1982-07-19 | 1984-01-26 | 富士通株式会社 | 光フアイバ用金属被覆装置 |
JPS5952203A (ja) * | 1982-09-20 | 1984-03-26 | Fujikura Ltd | 光フアイバおよびその製造方法 |
DE9202296U1 (de) * | 1992-02-21 | 1993-06-17 | Rofin-Sinar Laser GmbH, 2000 Hamburg | Lichtleitfaser |
AR004288A1 (es) * | 1995-11-13 | 1998-11-04 | Siemens Ag | Estructura de instalación de cable de fibras ópticas. |
US7351009B2 (en) | 1998-05-06 | 2008-04-01 | Corning Cable Systems Llc | Fiber optic installation structures in a paved surface, ducts, and methods therefor |
US6837654B2 (en) | 2002-12-12 | 2005-01-04 | Corning Cable Systems Llc | Fiber optic cable secured in a groove |
CA2881019C (en) | 2012-09-27 | 2021-09-21 | Dow Global Technologies Llc | Metallized optical fiber |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5168842A (no) * | 1974-12-12 | 1976-06-14 | Sumitomo Electric Industries | |
GB1477680A (en) * | 1974-12-18 | 1977-06-22 | Bicc Ltd | Optical guides |
JPS5188030A (no) * | 1975-01-29 | 1976-08-02 |
-
1977
- 1977-06-28 IL IL52404A patent/IL52404A0/xx unknown
- 1977-07-29 ES ES461173A patent/ES461173A1/es not_active Expired
- 1977-08-04 DE DE19772735079 patent/DE2735079A1/de active Pending
- 1977-08-18 NL NL7709169A patent/NL7709169A/xx not_active Application Discontinuation
- 1977-08-25 SE SE7709575A patent/SE7709575L/xx unknown
- 1977-08-26 IT IT50790/77A patent/IT1079900B/it active
- 1977-08-29 NO NO772986A patent/NO772986L/no unknown
- 1977-08-29 BE BE2056196A patent/BE858179A/xx unknown
- 1977-08-29 FR FR7726218A patent/FR2363121A1/fr not_active Withdrawn
- 1977-08-30 JP JP10330177A patent/JPS5329742A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BE858179A (fr) | 1977-12-16 |
IT1079900B (it) | 1985-05-13 |
JPS5329742A (en) | 1978-03-20 |
FR2363121A1 (fr) | 1978-03-24 |
NL7709169A (nl) | 1978-03-02 |
ES461173A1 (es) | 1978-10-01 |
DE2735079A1 (de) | 1978-03-02 |
IL52404A0 (en) | 1977-08-31 |
SE7709575L (sv) | 1978-03-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO772986L (no) | Metallbelagt fiberoptisk boelgeleder for samtidig optisk og elektrisk signaltransmisjon | |
US4407561A (en) | Metallic clad fiber optical waveguide | |
US4418984A (en) | Multiply coated metallic clad fiber optical waveguide | |
US4089585A (en) | Optical guides | |
US4449781A (en) | Multimode optical fiber coupler | |
GB1595638A (en) | Optical waveguides with protective coating | |
CN1165787A (zh) | 制造带金属涂层的光学纤维的装置及其所用方法 | |
CA1127890A (en) | Optical fibres and coatings therefor | |
EP0034670B1 (en) | A glass optical fibre and a method of coating a plastic coated glass fibre with metal | |
US5898811A (en) | Multi-fiber optical cable | |
Sasaki et al. | Variations in the Optical Characteristics of 200 μm and 250 μm Coated Multicore Fibres Owing to Cabling | |
Hayashi et al. | Ultra-High-Density Microduct Cable with Uncoupled 12-Core Fibers with Standard 250-µm Coating | |
US11960132B2 (en) | Multilayer low attenuation drop cable | |
Inada | Basic components and fiber optic passive components: status and trends in Japan | |
KR102063295B1 (ko) | 세경 광섬유를 구비한 광케이블 | |
WO2023004664A1 (zh) | 光纤结构及其制备方法 | |
Gardner et al. | The effect of optical fiber core and cladding diameter on the loss added by packaging and thermal cycling | |
Nakahara et al. | Optical cable design and characterization in Japan | |
Hilton Sr et al. | Fabrication of a 10-m-length IR imaging bundle from arsenic trisulfide glass fibers | |
JP2781853B2 (ja) | カーボンコート光ファイバ | |
Yoshizawa et al. | Low loss hermetic optical fibre continuously metal casted over the buffer layer | |
Hilton Sr | Infrared imaging bundle development at amorphous materials | |
Shen et al. | Single mode fibers with both bending loss insensitivity and high strength intensity and their applications to indoor-outdoor cables for FTTH | |
LE PESANT et al. | FIBRES OPTIQUES SPECIALES ET CAPTEURS POUR L'AERONAUTIQUE SPECIAL OPTICAL FIBRES AND SENSORS FOR AERONAUTICS | |
Pomerantz et al. | Ruggedized Fiber Optic Cables For Army Communication Systems |