NO168209B - Optisk fiber med minst ett beskyttende lag av plast - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en optisk fiber beskyttet mot absorpsjon av hydrogengass med minst ett lag av plast, særlig når den optiske fiber er innarbeidet i en kabel.

I kabler som omfatter én eller flere optiske fibre, blir det av og til funnet en svekkelse av overføringsegen-skapene til fibrene dersom disse utsettes for virkningen av hydrogen som er utviklet på en eller annen måte (ved hjelp av konstruksjonsdeler som enten er utenfor eller inne i kabelen).

Faktisk fører dette til at selv de mekanisKe karakteri-stika til fiberen blir modifisert, selv om det som regel fremfor alt er de betydelige virkningene av økt attenuasjon som først viser seg.

I virkeligheten oppviser fibrene som befinner seg

under disse betingelser, en økning i attenuasjon når det gjelder bølgelengdene som er større enn 1 um, dvs. i aet bølgelengdeområde som benyttes for å overføre signalet.

Vanligvis omfatter de optiske fibre en glasstruktur dannet ved hjelp av en belegningsprosess og en kjerne av "step index" eller "graded index", eller også ytterligere strukturer og et primærlag påført fiberen umiddelbart etter fremstillingen for det formål å beskytte fiberen mot enhver direkte kontakt med de ytre omgivelser. Over primærlaget påføres det andre beskyttende lag, som f.eks. utgjøres av et lag av silikongummi og av et mer rigid lag eller rør som f.eks. er fremstilt av nylon.

En fiberoptisk kabel omfatter vanligvis én eller flere optiske fibre anbragt inne i en kabelarmering sammen med én eller flere strekkfaste deler. Kabelarmeringen, som enten kan være metallholdig eller ikke-metallholdig, er igjen om-gitt av andre mekaniske deler slik som armeringer, belegg etc.

Prøver som er utført av søkeren har gjort det mulig

å fastslå at en primær årsak til attenuasjon i de optiske fibre som er innebygget i en kabel, utgjøres av hydrogenet som, når det først har diffundert inn i fiberen, er i stand til å absorbere energi med et absorpsjonsspektrum som omfatter de bølgelengder som benyttes til det optiske signalet.

Under bestemte betingelser viser dette forhold seg å være reversibelt og attenuasjonen kan til og med bli betyde-lig redusert dersom hydrogenet har mulighet for å diffundere mot utsiden av fiberen (f.eks. på grunn av en nedsettelse av den utvendige hydrogenkonsentrasjon som har gitt opphav til forholdet).

På den annen side har det i andre tilfeller vært mulig

å fastslå at en andre attenuasjonsårsak må tilskrives de kjemiske reaksjoner som finner sted mellom hovedbestand-delene i fiberen (f.eks. SiC^) og/eller dens tilsetnings-stoffer (GeC^/ P2°5' etc •) °9 hydrogenet som er inneholdt i selve fiberen.

Resultatet av disse reaksjoner er dannelsen av grupper som inneholder hydroxylradikalet (OH) som er ansvarlig for absorpsjonen ved andre bølgelengder som også brukes ved overføringen. Disse sistnevnte reaksjoner er irreversible og følgelig kan den tilsvarende forverring av fiberegenskapene forutsees under alle bruksbetingelser.

Parametrene som styrer disse forhold er, bortsett fra den kjemiske sammensetning av fiberen, partialtrykket til hydrogenet som fiberen eksponeres mot, temperaturen og selv-følgelig tiden.

Fiberen kan komme i kontakt med hydrogenet som er utviklet inne i kabelen, enten under fremstillingsprosessen for kabelen, eller også mens kabelen er i funksjon. Faktisk kan hydrogenet utvikles ved hjelp av metallholdige eller ikke-metallholdige deler som er tilstede i kabelen, og som har absorbert gassen under fremstillings-, rensnings- eller klargjøringsprosessene for materialene som utgjør disse deler.

Hydrogenet kan også utvikles som følge av den even-tuelle kjemiske nedbrytning gjennom oxydasjonen av de organiske materialer som kabelen består av, eller også gjennom reak-sjonen mellom vannet (enten i en flytende tilstand eller som damp) som eventuelt er tilstede i kabelen, og de metallholdige deler som kabelen består av.

Visse organiske materialer som brukes i oppbyggings-prosessen for fiberen, er i stand til å produsere hydrogen som en følge av kjemiske reaksjoner av forskjellige slag.

Det er funnet at en hydrogenkilde utgjøres av de beskyttende lag selv, og særlig av silikongummien, for hvilken det antas at varigheten av kryssbindingsprosessen forringes, noe som fører til frigjøringen av hydrogen nøyaktig samsvarende med fiberoverflaten. Spredningen av hydrogenet finner sted både mot fiberen og mot dens utside, og forårsaker ingen merkbare foreteelser på den isolerte fiber ettersom det i dette til-felle blir spredd i det omgivende miljø.

Når fiberen befinner seg i en lukket kabel og uten at det er noe tilstrekkelig stort fritt rom, kan hydrogenkon-sentrasjonen ikke desto mindre nå forholdsvis høye verdier som forårsaker en vesentlig spredning av hydrogenet, til og med mot selve fiberen, på grunn av det faktum at metallbe-legningen hvorfra hydrogenet utvikles, befinner seg svært nært fiberen.

Spredningen av hydrogenet gjennom de forskjellige materialene opptrer med en økende hastighet fra metallene til polymerene, til væskene, til gassene. Avhengig av kabel-type og av miljøet hvor den anvendes, fåes det således forskjellige hastigheter for avgivelsen av hydrogenet som fremstilles av delene som utgjør kabelen, og følgelig også forskjellige hastigheter for absorpsjon i kabelen av hydrogenet som eventuelt produseres utenfor den og som trenger gjennom bruksomgivelsene. Størrelsen på partialtrykket for hydrogenet inne i kabelen vil avhenge av disse forskjellige hastigheter og vil vise seg å være en funksjon av tiden,

slik at dess større trykket og varigheten er, dess større vil risikonivået for fibrene være.

På bakgrunn av holdbarhetstiden for en fiberoptisk kabel under forutsebare temperaturbetingelser, er diffusjons-hastigheten for hydrogenet gjennom metallene så lav at metallholdige kabelarmeringer med normal tykkelse kan ansees for å være praktisk talt ugjennomtrengelig for hydrogenet.

Det er særlig de kabler som er utstyrt med metallholdige armeringer, spesielt dersom det er et lite rom inne i dem, som på kort tid og ved høye nivåer kan oppvise økninger i attenuasjoner som skyldes hydrogenet som er frigjort fra elementene innenfor armeringen.

Målet ved foreliggende oppfinnelse er å virkeliggjøre en optisk fiber som er beskyttet mot absorpsjonen av hydrogengass som kan være tilstede i kabelen som inneholder fiberen.

Denne beskyttelse fåes ifølge oppfinnelsen ved å til-veiebringe rundt det ytterste glasslaget i fiberen ett eller flere lag som inneholder metaller som er i stand til å binde hydrogenet og således danne en barriere som faller sammen med laget.

Den optiske fiber ifølge oppfinnelsen utstyrt med minst ett beskyttende lag av plast, er kjennetegnet ved at det beskyttende lag av plast inneholder en pulverdispersjon av ett eller flere av metallene lantanider, titan, hafnium eller tantal, eller en legering som inneholder ett eller flere av disse metallene, eller en intermetallisk blanding av palladium, zirkonium, vanadium, niob eller ett eller flere av disse metallene, som beskyttelse mot absorpsjon av vanndamp i den optiske fiber.

De ovenfor angitte grunnstoffer har i nærvær av hydrogen en tilbøyelighet til å danne faste, ikke-støkiometriske oppløsninger som er assimilerbare for hydrider med god stabili-tet, og dette gjør det mulig å redusere det partielle hydro-gentrykket i kabelen til størrelser som er i likevekt med oppløseligheten til hydrogenet i selve konstruksjonsdelene.

Fortrinnsvis utsettes de ovenfor nevnte grunnstoffer for en varmebehandling under vakuum ved temperaturer på noen hundre °C før de benyttes i kabelproduksjon, for det formål å eliminere alt hydrogen som eventuelt kunne være absorbert, og/eller oxygenet som er bundet.

Oppfinnelsen skal nu beskrives under henvisning til visse foretrukne, men ikke begrensende, utførelsesformer som er illustrert i tegningene hvor: fig. 1 skjematisk viser et tverrsnitt av en optisk fiber utstyrt med et primært, metallholdig lag,

fig. 2 skjematisk viser et tverrsnitt av en optisk fiber utstyrt med et primært og et sekundært lag,

fig. 3 skjematisk viser et tverrsnitt av en optisk fiber utstyrt med et primært og et sekundært lag, i mellom hvilke det er lagt et støtdempende lag,

fig. 4 skjematisk viser et tverrsnitt av en optisk fiber av den "løse" type, dvs. løst anbragt inne i et lite rør.

Når det gjelder fig. 1, så omfatter en elementær optisk fiber en glassdel 1 av en hvilken som helst type, dvs. "step index", "graded index" eller andre typer, og et primært lag 2 som ligger opp til denne del og som har som funksjon å beskytte den mot det utvendige miljø.

Ifølge en første utførelsesform som er skjematisk illustrert i fig. 1, inneholder det primære lag fremstilt av acrylharpiks eller et annet egnet plastmateriale, en dispersjon av pulverne av ett eller flere av de nevnte metaller eller legeringer derav eller intermetalliske forbindelser. Dette gjør det mulig å innarbeide de beskyttende karakter-istika mot hydrogenet i en konvensjonell fabrikasjonsprosess.

En andre utførelsesform (fig. 2) forutsetter til-setningen av de metallholdige pulvere til laget 3 som direkte omgir det primære laget. Dette lag fremstilles vanligvis av silikongummi, og som tidligere forklart, kan silikongummien bli en spesielt farlig hydrogenkilde. Tilstede-værelsen av metallene i dette lag nøytraliserer det ut-viklede hydrogen effektivt, til og med før det kan spre seg mot fiberen.

Den optiske fiber illustrert skjematisk i fig. 3 ut-gjør en tredje utførelsesform av oppfinnelsen som forutsetter en dispersjon av metallholdige pulvere i det sekundære lag 4 som f.eks. utgjøres av nylon eller en annen termoplastisk polymer. I de ovenfor nevnte utførelsesformer har partiklene som utgjør pulverne, størrelser som fortrinnsvis er mindre enn 10 pm og pulvermengden pr. lengdeenhet av den optiske fiber bestemmes slik at det oppnåes en konsentrasjon som ligger innenfor området fra 0,1 til 10 phr (deler pr. hundre deler harpiks) i harpiksen.

Man må huske på at ifølge oppfinnelsen oppnåes den beskyttende virkning på forskjellig måte avhengig av hvilket lag metallene innarbeides i. Nærmere bestemt gir tilstede-værelsen av et beskyttende lag svært nært den optiske fiber beskyttelse av fiberen fremfor alt mot hydrogenet som utvikles i det innerste beskyttende lag, mens et ytre beskyttende lag (f.eks. over silikongummien) fremfor alt utgjør en beskyttelse mot hydrogenet som skriver seg fra kabeldelene.

På bakgrunn av det som er angitt ovenfor samt andre faktorer som avhenger av kabelstrukturen og de forutsebare bruksbetingelser for kabelen, kan de ovenfor beskrevne, forskjellige utførelsesformer kombineres i én og samme optiske fiber.

Til slutt er en ytterligere utførelsesform ifølge oppfinnelsen illustrert i fig. 4 hvor en optisk fiber 1 med et primært lag 2 er anbragt inne i et lite rør 9 av plastmateriale, som har en indre diameter som er større enn den ytre diameter til fiberen, og som er forsynt med de vanlige belegg for sammensetning av en optisk fiber av den "løse" type.

For denne type fibre, som også forutsetter belegg som er ikke-klebende, kan beskyttelsen realiseres med lag slik som de som tidligere er illustrert.

Som et alternativ, eventuelt i kombinasjon med ut-førelsesformen ovenfor, kan materialet som utgjør det lille røret inneholde en dispersjon av pulvere av de nevnte metaller eller av legeringer derav eller intermetalliske forbindelser.

Claims (7)

1. Optisk fiber utstyrt med minst ett beskyttende lag (2-4) av plast, karakterisert ved at det beskyttende lag (2-4) av plast inneholder en pulverdispersjon av ett eller flere av metallene lantanider, titan, hafnium eller tantal, eller en legering som inneholder ett eller flere av disse metallene, eller en intermetallisk blanding av palladium, zirkonium, vanadium, niob eller ett eller flere av disse metallene, som beskyttelse mot absorpsjon av vanndamp i den optiske fiber.

2. Optisk fiber ifølge krav 1, karakterisert ved at størrelsen på partiklene som utgjør pulveret, er mindre enn 10 um og at pulveret finnes i en tilstrekkelig stor mengde til å gi kon-sentrasjoner som ligger innenfor området fra 0,1 til 10 phr i det beskyttende lag (2-4).

3. Optisk fiber ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at pulveret er innarbeidet i den optiske fibers primære, beskyttende lag (2) og direkte inntil fiberens ytterste glasslag (1).

4. Optisk fiber ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at pulveret er innarbeidet i et lag (3) som befinner seg direkte inntil den optiske fibers primære, beskyttende lag (2).

5. Optisk fiber ifølge krav 4, karakterisert ved at lag (3) er av silikongummi.

6. Optisk fiber ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at lag (3) er et sekundært lag.

7. Optisk fiber ifølge krav 1, karakterisert ved at beskyttelseslaget er av løs type i form av et plastrør (9) hvori den eller de optiske fibrene er fritt plassert.