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Lichtwellenleiter bestehend aus einem Kernglas und
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einem Mantel glas Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter bestehend
aus einem Kernglas und einem Mantelglas, wobei außerhalb des Kerns mindestens eine
zusätzliche Substanz vorgesehen ist.
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Aus der EP-A-OO 41 864 ist eine Lichtwellenleiterfaser bekannt, bei
der das Mantelglas mit P205 dotiert ist.
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Um zu vermeiden, daß derartige P205-Bestandteile bis zum Kernglas
diffundieren, ist eine Zwischenschicht vorgesehen, die aus reinem Si02 besteht.
Es ist nämlich bekannt, daß Bestandteile mit der chemischen Zusammensetzung P-O-H
Absorptionsverluste bei der Lichtübertragung bedingen können, was zu einer Erhöhung
der Dämpfung der Lichtwellenleiter führt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen,
auf dem in einfacher Weise störende Absorptionsverluste bei optischen Lichtwellenleitern
vermieden werden können. Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Lichtwellenleiter
der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die zusätzliche Substanz außerhalb
des Mantelglases angeordnet ist und mindestens einen Stoff enthält, der eine hohe
Reaktivität gegenüber Wasserstoff bzw. Wasser aufweist.
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Dadurch daß die zusätzliche Substanz außerhalb des Mantelglases des
eigentlichen Lichtwellenleiters angeordnet
ist, bestehen für die
zusätzliche Substanz hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Zusammensetzung keine
besonderen Anforderungen. Insbesondere braucht diese zusätzliche Substanz keine
optischen Eigenschaften aufweisen, weil sie außerhalb der eigentlichen, aus dem
Kernglas und dem Mantelglas bestehenden Ubertragungsanordnung liegt.
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Gleichzeitig ist jedoch sichergestellt, daß die zusätzliche Substanz
wegen ihrer hohen Reaktivität gegenüber Wasserstoff oder Wasser den Zutritt störender
Molekeln zu dem Kern- und/oder Mantelglasmaterial verhindert.
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Unter störenden Molekeln sind in diesem Fall alle zu Dämpfungserhöhungen
im Kern- und/ oder Mantelglas führenden wasserstoffhaltigen bzw. aus Wasserstoff
bestehenden Komponenten zu verstehen. Insbesondere kann es sich bei diesen störenden
Molekeln um H2, CH) , H0 , H, H20, H+, OH oder H301 handeln. Die zusätzliche Substanz
bildet somit eine Art Schutzwall, die den Zutritt von außen für die zu Dämpfungserhöhungen
führenden Wasserstoffkomponenten dadurch verhindert, daß durch eine chemische Reaktion
eine Bindung der störenden Molekeln erfolgt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die
zusätzliche Substanz aus einem Oxid, das durch eine chemische Reaktion den Zutritt
von Wasserstoff bzw. Wasser zum Kern- und Mantelglas verhindert, falls dieser reaktive
Wasserstoff von außen, sei es zum Beispiel aus der Umgebung, durch Feuchtigkeitseinwirkung,
durch Abspaltung aus anderen Komponenten oder auf sonstige Weise in den Bereich
des Lichtwellenleiters kommen würde.
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Eine besonders hochreaktive zusätzliche Substanz ist gemäß einer anderen
Ausführungsform der Erfindung durch die Zugabe oder den Einsatz von reinem oder
gebundenem P205 zu realisieren. Diese Substanz bewirkt, daß auch geringste Spuren
von Wasserstoff bzw. Wasser sofort chemisch gebunden werden.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung besteht die zusätzliche
Substanz aus Germaniumoxid. Dieses hat den Vorteil, daß es gegenüber der Umwelt
weniger reaktiv und damit problemloser zu verarbeiten ist.
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Es ist auch möglich, im Rahmen der Erfindung mehrere für Wasserstoff
bzw. Wasser chemisch reaktive Substanzen gemeinsam, das heißt gemischt, vorzusehen.
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Hinsichtlich der Art des Einsatzes und der Aufbereitung der chemischen
Substanz bietet sich eine Reihe von vorteilhaften Möglichkeiten. So ist es gemäß
einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, die zusätzliche Substanz in Pulverform
vorzusehen. Dieses Pulver kann in einfacher Weise an entsprechender Stelle, zum
Beispiel auf das Mantelglas des Lichtwellenleiters aufgebracht oder in einer sonstigen
Form außerhalb des Mantelglases angeordnet werden. Hinsichtlich der Verarbeitung
derartiger Pulverbeschichtungen oder Pulverlagen ergeben sich keine besonderen Schwierigkeiten,
weil weder Schmelzvorgänge noch mechanische Probleme (zum Beispiel Schrumpfung oder
dergleichen) zu befürchten sind.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
die zusätzliche Substanz in Form eines Glases vorhanden. In diesem Fall läßt sich
entweder das Glas in Pulverform, außerhalb des Mantelglases (wie bereits beschrieben)
anordnen. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, eine zusätzliche Glasschicht
zum Beispiel auf das Mantelglas des Lichtwellenleiters auf zu tragen.
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Bei der Verwendung von Gläsern ist es besonders vorteilhaft, ein hochphosphatiertes
Glas einzusetzen. Derartige hochphosphatierte Gläser reagieren wegen ihrer Phosphatanteile
mit Wasserstoff und binden diesen chemisch in der Form - P-O-H. Diese im Glaskern
unerwünschte
Reaktion ist bei der Erfindung unschädlich, weil die
zusätzliche Substanz optisch selbst ja nicht aktiv ist und somit an diese zusätzliche
Substanz auch keine diesbezügliche Anforderungen gestellt werden müssen.
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Wenn also bei dieser zusätzlichen chemisch reaktiven Substanz nach
der Erfindung durch die Bildung von P-O-H-Komponenten eine Änderung der Eigenschaften
auftritt, so ist dies für die Ubertragungsqualität des eigentlichen Lichtwellenleiters
ohne Belang. Dagegen wird der Lichtwellenleiter selbst durch diesen Vorgang geschützt,
weil alle von außen möglicherweise hinzutretenden störenden Molekeln in Form von
Wasserstoff oder Wasser vom eigentlichen Kern- und Mantelglasmaterial abgehalten
werden, weil sie vorher durch eine chemische Reaktion gebunden werden.
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Es ist vorteilhaft, den Anteil an P205 bei dem hochphosphatierten
Glas zwischen 3 und 60 Gewichtsprozent zu wählen, wobei Werte im Bereich zwischen
10 und 30 Gewichtsprozent besonders vorteilhaft sind.
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Da die chemischen Reaktionen und die Hintergründe einer etwaigen Dämpfungserhöhung
durch den Hinzutritt von Wasserstoff bzw. Wasser nicht immer bis ins letzte eindeutig
zu beschreiben sind, besteht gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung eine einfache Lösung des Problems darin, daß die zusätzliche Substanz
eine ähnliche Zusammensetzung wie das Kern-und/oder Mantelglas aufweist und insbesondere
dessen mit Wasserstoff reaktive Komponenten (Dotierungen) enthält. Auf diese Weise
zeigt die zusätzliche Substanz in chemischer Hinsicht das gleiche Verhalten wie
die eigentliche aus Kern- und Mantelglas bestehende Lichtwellenleiterfaser. Wenn
also bei dieser Kern- und Lichtwellenleiterfaser irgendwelche Komponenten (auch
wenn nicht genau bekannt ist, welche) durch Reaktion mit Wasserstoff zu einer Dämpfungserhöhung
führen, dann
ist es in einfacher Weise möglich, den gleichen Vorgang
in der zusätzlichen Substanz ablaufen zu lassen, wobei ja diese zusätzliche Substanz
außerhalb des eigentlichen Kern- und Mantelbereichs des Lichtwellenleiters liegt.
Dadurch ist sichergestellt, daß der eigentliche für die optische Ubertragung genutzte
Kern- und Mantelbereich von diesen Reaktionen freigehalten wird und somit eine Dämpfungserhöhung
vermieden werden kann, weil die entsprechenden chemischen Prozesse alle außerhalb
im optisch nicht relevanten Bereich ablaufen.
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Wenn es bekannt ist, welche Bestandteile des Kern- und/ oder Mantelglases
im einzelnen besonders zu einer chemischen Reaktion mit Wasserstoff bzw. Wasser
neigen, kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung so vorgegangen
werden, daß die zusätzliche Substanz auf jeden Fall dessen mit Wasserstoff bzw.
Wasser reaktiven Komponenten enthält, wobei bevorzugt ein wesentlich höherer Anteil
an Gewichtsprozenten bei der zusätzlichen Substanz vorgesehen wird als-bei dem eigentlichen
Kern- und/oder Mantelglasmaterial. Auf diese Weise wird die Reaktivität der als
Schutzschild oder Schutzschirm wirkenden zusätzlichen Substanz gegenüber dem eigentlichen
Kern- und Mantelglasmaterial in erheblichem Umfang gesteigert.
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Die Erfindung und sonstige Weiterbildungen werden nachfolgend anhand
von Zeichnungen näher erläutert, welche Ausführungsbeispiele von Lichtwellenleitern
und optischen Kabeln wiedergeben, bei denen die erfindungsgemäße zusätzliche Substanz
eingefügt ist. Es zeigen Fig. 1 im Querschnitt eine optische Faser mit auf dem Mantelglas
angebrachter zusätzlicher Substanz im Querschnitt,
Fig. 2 eine
optische Faser mit auf der Beschichtung angebrachter zusätzlicher Substanz im Querschnitt,
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein optisches Kabel bei dem die zusätzliche Substanz
an der Innenseite des äußeren Schutzmantels angebracht ist und Fig. 4 ein optisches
Kabel im Querschnitt, bei dem die zusätzliche Substanz in die Füllmasse mit eingearbeitet
ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist das Kernglas der Lichtwellenleiterfaser
mit KE bezeichnet, wobei auf diesem Kernglas ein Mantelglas MA aufgebracht ist,
das einen gegenüber dem Kernglas niedrigeren Brechungsindex aufweist. Es kann sich
um eine Gradienten-oder Stufenfaser handeln. Auf der Außenfläche des Mantelglases
MA ist eine zusätzliche Substanz angebracht, die im vorliegenden Beispiel bevorzugt
in Form einer Glasschicht ZS1 aus hochphosphatiertem, also insbesondere P205 enthaltendem
Glas besteht. Die zusätzliche Substanz in Form der Glasschicht ZS1 braucht keine
optische Qualität aufzuweisen, da die eigentliche Lichtübertragung nur im Kern-
und Mantelglasmaterial KE und MA stattfindet. Deshalb ist es auch möglich, die zusätzliche
Substanz ZS1 in Pulverform auf die Außenfläche des Mantelglases MA aufzutragen.
Umschlossen wird die bisher beschriebene Lichtwellenleiter-Anordnung von einer äußeren
Beschichtung BS (coating), welche in erster Linie in bekannter Weise dem mechanischen
Schutz des Lichtwellenleiters dient. Diese Beschichtung besteht insbesondere aus
Polyurethan-Lacken und/oder Silikonharzen. Bei der Ausführungsform nach Figur 1
ist sichergestellt, daß störende Molekeln in Form von Wasserstoff bzw. Wasser, die
in irgendeiner Weise von außerhalb hinzutreten, vom Kern- und Mantelglasbereich
KE und MA ferngehalten werden, weil sie
durch chemische Reaktionen
im Bereich der zusätzlichen Substanz ZSX gebunden werden und dadurch ihren schädlichen
Einfluß verlieren.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2.ist die zusätzliche Substanz
in Form einer weiteren Schicht auf der Beschichtung BS1 aufgetragen und mit ZS2
bezeichnet.
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Die zusätzliche Substanz, welche auch in diesem Beispiel bevorzugt
P205 enthält oder aus diesem besteht, kann hier ebenfalls als Glasschicht aufgetragen
sein oder (günstiger) in Form einer Pulverbeschichtung. Es ist auch möglich, die
gegenüber Wasserstoff bzw. Wasser hochreaktiven Komponenten wie zum Beispiel P205
in ein Trägermaterial zum Beispiel aus Kunststoff einzubetten, wobei lediglich darauf
zu achten ist, daß zwischen dem Trägermaterial einerseits und der gegenüber Wasserstoff
hochraktiven zusätzlichen Substanz andererseits keine chemischen Reaktionen eintreten,
welche die Reaktionsfähigkeit der zusätzlichen Substanz gegenüber Wasserstoffkomponenten
beeinträchtigen würde.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist ein gefülltes optisches
Kabel dargestellt, welches zwei Lichtwellenleiter LW1 und LW2 enthält, die aus einem
Kernglasmaterial, einem Mantelglasmaterial und einer Beschichtung bestehen und somit
den üblichen Aufbau aufweisen.
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Zur Erzielung der Längsdichtigkeit ist der Hohlraum im Inneren des
Kabel-Schutzmantels SM mit einer Füllmasse FM abgedichtet. An der Innenwand des
Schutzmantels SM ist eine zusätzliche Substanz vorgesehen, die in Form einer Beschichtung
ZS3 dort aufgetragen ist. Diese Anordnung wäre somit in erster Linie wirksam in
solchen Fällen, in denen von außen, das heißt durch den Schutzmantel SM hindurch
reaktive störende Molekeln nach innen gelangen würden, welche gegebenenfalls über
die Füllmasse FM zu den Lichtwellenleitern LW1 und LW2 diffundieren und dort eine
Dämpfungserhöhung bewirken könnten.
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Es ist somit in diesem Fall nicht mehr wie sonst vielfach notwendig,
eigene Wasserdampfsperren oder dergleichen im Bereich des Schutzmantels SM vorzusehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist vorgesehen, daß die zusätzliche
Substanz pulverförmig ausgebildet ist und in die Füllmasse FM mit eingemischt wird.
Dies ist durch das Bezugszeichen ZSF angedeutet. Bevorzugt können in diesem Fall
pulverförmige Zusatzsubstanzen eingesetzt werden, beispielsweise zu Pulver zerriebenes
hochphosphatiertes Glas oder reines P205.
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Schließlich ist es auch möglich, (hier nicht näher dargestellt) die
zusätzliche Substanz in Form von Beiläufen in das Innere des Kabels bei der Fertigung
mit einzubringen. Beispielsweise kann die zusätzliche Substanz auf einem folienartigen
Trägermaterial aufgetragen und bei der Kabelherstellung mit in das Kabelinnere eingebracht
werden.
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Schließlich ist es auch möglich, die verschiedenen in den Figuren
1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen miteinander zu kombinieren, das heißt beispielsweise
sowohl unterhalb der Beschichtung BS (Fig. 1) als auch oberhalb der Beschichtung
BS1 (Fig. 2) eine zusätzliche Substanz aus hochreaktivem Material vorzusehen. Darüber
hinaus können zum Beispiel auch die Lichtwellenleiter LW1 und LW2 nach den Figuren
3 und 4 bereits einen Aufbau zeigen, wie er in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist,
das heißt sie können einen zusätzlichen in Form eines direkten Belages oder einer
Schicht aufgebrachten Schutz aus einer zusätzlichen, chemisch hochreaktiven Substanz
enthalten.
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Die Schichtdicke bzw. der Anteil der bezüglich der störenden Molekeln
chemisch hochreaktiven zusätzlichen Substanz ist so zu wählen, daß für die Lebensdauer
des
Kabels bzw. der Lichtwellenleiterfaser gesehen, stets noch
in ausreichendem Maße reaktionsfähige Bestandteile vorhanden sind, die den im Lauf
der Zeit hinzutretenden Wasserstoff bzw. das Wasser ebenfalls chemisch zu binden
in der Lage sind.
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4 Figuren 16 Patentansprüche