JPH0797165B2 - レンズコネクタ型フイ−ドスル - Google Patents

レンズコネクタ型フイ−ドスル

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JPH0797165B2
JPH0797165B2 JP8251586A JP8251586A JPH0797165B2 JP H0797165 B2 JPH0797165 B2 JP H0797165B2 JP 8251586 A JP8251586 A JP 8251586A JP 8251586 A JP8251586 A JP 8251586A JP H0797165 B2 JPH0797165 B2 JP H0797165B2
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耕治 原田
治男 岡村
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/32Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • GPHYSICS
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/4401Optical cables
    • G02B6/4415Cables for special applications
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Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の属する技術分野 本発明は、海底光中継器筐体の光ファイバ導入部におい
て海底光ファイバケーブルの接続,交換が容易なように
光ファイバの接続機能を有し、耐圧,気密、耐熱性に優
れたレンズコネクタ型フィードスルに関するものであ
る。
(2)従来の技術とその問題点 第1図に海底光ケーブル伝送方式の中継器の構成の一例
を示す。1が海底光ケーブル、2がT−T接続部、3が
光フィードスル、4が中継器回路、5が端面板、6が耐
圧筐体、7が光ファイバ、8が光ファイバ融着接続部、
9がケーブル引留装置である。
中継器は8000mにも及ぶ海底に敷設される可能性が有
り、光フィードスル3は最大800気圧にも及び水圧に耐
え、かつ、耐圧筐体6の内部の湿度を低く抑えるために
優れた気密性が要求される。第1図における光フィード
スル3は、水圧に耐え、気密を保ちつつ光ファイバ7を
耐圧筐体6の内部に導入するのみで、光ファイバ7の接
続機能は有していないため、別途、海底光ケーブル側の
光ファイバと中継器回路側の光ファイバを接続,収納す
るT−T接続部2を必要とする。従って、中継器筐体が
大型化するとともに、前記T−T接続部2における前記
海底光ケーブル側の光ファイバと中継器回路側光ファイ
バの接続は、単一モード光ファイバについては1μm以
下という高精度な光軸合わせを伴う熱融着による接続で
あるため、長時間を要するという欠点があった。
これらの欠点を解決するのがレンズコネクタ型フィード
スルであり、これに僅かに関係する従来の技術として、
中継器の小型化等を目的として、光ファイバを密着させ
たレンズを窓のように用いるフィードスルの従来例(特
願昭53−100872号,特願昭53−36583号,特願昭53−115
113号)があるが、その製造は、レンズと光ファイバの
接続に高精度を要求され、工場内で長時間を要する。従
って、ケーブル障害修理等に際して、この部分でケーブ
ルと中継器を船上接続するのは不可能である。更に、こ
れらの従来例には、最大800気圧の苛酷な海底環境下で
最大25年間の使用に耐える水密,気密構造を具体的に開
示した例はなく、いずれもレンズを端面板に「はめこ
む」か又は「密着させる」との考え方を抽象的に示して
いるに過ぎない。
(3)発明の目的 本発明の目的は、ロッドレンズを用いて接続機能を有せ
しめることにより、中継器筐体の小型化,接続時間の短
縮,及び接続部周辺の機械加工精度の緩和を可能とした
高信頼のレンズコネクタ型フィードスルを提供すること
にある。
(4)発明の構成 (4−1)発明の特徴と従来の技術との差異 本発明は、ロッドレンズ型コネクタを海底光中継器筐体
の端面板部(ベリリウム銅合金が主流)に装着して作業
性のよい接続機能を具備させるレンズコネクタ型フィー
ドスルを構成するに際して、ロッドレンズを端面板に確
実に装着するためにロッドレンズと端面板間にセラミッ
ク部品を介在させ、ロッドレンズとセラミック部品の間
隙をガラス・セラミック接着用半田で封着したことを最
も主要な特徴とする。
ガラス系材料による小径のロッドレンズをベリリウム銅
合金製が主流となっている端面板に対し直接、水密,気
密を保ち装着するためには、両材料の熱膨張率に大きな
差があり、また、ロッドレンズが通常φ1mm〜φ2mmと小
径なため問題がある。
このような問題点を、本発明では、まずロッドレンズを
セラミック部品に確実に装着し、これを改めて端面板金
属に装着することにより解決するものである。ここで、
セラミック部品と端面板金属の装着構造には以下の二つ
の構成例がある。
即ち、第一に、セラミック材料としてその熱膨張率がロ
ッドレンズと端面板金属のそれぞれの熱膨張率の中間の
値を有するものを選択し、端面板と半田接合する構成
例、第二に、セラミック材料として熱膨張率がロッドレ
ンズと極めて近い値を有するものを選定し、セラミック
部品と端面板間にメタルCリングを装着する構成例であ
る。
これら技術に対し、前記のレンズを用いるフィードスル
の従来例においても接続機能を有していないし、またレ
ンズの気密装着方法を具体的に示した例はない。
(4−2)実施例 第2図は本発明の第一の基本構造を説明する図であっ
て、10がロッドレンズA、11がロッドレンズB、12がセ
ラミック部品A、13がセラミック部品B、14がメタルコ
ート、15がガイド、16がガラス・セラミック用半田、17
がOリング、18がセラミック製パイプ、19が接着剤A、
21が光ファイバA、22が光ファイバB、23が半田封止部
である。
本基本構造では、セラミック部品A12の材料としてロッ
ドレンズと端面板金属の中間の値の熱膨張率を有するも
のを選択し、端面板と半田接合している。
第3図に各材料の膨張率の範囲を示す。
第2図に示すレンズコネクタ型フィードスルは、通常は
金属等による耐圧構造内に位置し水圧を受けることはな
いが、ケーブル断線等による浸水により水圧を受ける可
能性がある。第2図中、端面板5の左側が高圧側、右側
が低圧側である。
以下、製造方法を工程順に示す。
まず、中継器回路側ではロッドレンズA10の一方の端面
にこのロッドレンズA10の外径より細い外径と、光ファ
イバA21の外径より太い内径を有するセラミック製パイ
プ18の一端を接着剤A19で固着する。
ロッドレンズA10とセラミック部品A12間のガラス・セラ
ミック接着用半田16による接着は例えば封着部を溶融し
たガラス・セラミック接着用半田16に浸し、超音波振動
を印加して気泡が介在しないように封着することが考え
られる。この時、ロッドレンズA10の海底光ケーブル側
端面に付着したガラス・セラミック接着用半田16は、ロ
ッドレンズA10の軸方向の長さを1/4もしくは3/4ピッチ
長に切断もしくは研磨することにより除去する。
次に、セラミック部品A12を端面板5に装着する。ここ
では、Oリング17により耐圧封止し、予め電着法,イオ
ンプレーティング,真空蒸着,スパッタリング等により
メタルコート14を施したセラミック部品A12と端面板金
属を半田封止23することにより気密を保つ。
次に、ロッドレンズA10と光ファイバA21を接続する。こ
こでは、例えば、前記セラミック製パイプ18の内径より
細い外径を有するセラミック製パイプB内部に光ファイ
バA21を固定して、ロッドレンズA10の海底光ケーブル側
端面から平行光を入射し、前記セラミック製パイプ18内
でセラミック製パイプBを移動し、光ファイバA21に入
射する光の強度が最大の位置で固定する方法を用いるこ
とができる。
また、上記方法と同様にして、海底光ケーブル側端面か
ら平行光を入射し、セラミック製パイプ18の内部の穴に
偏心を与え、このセラミック製パイプの内径より僅かに
細い外径を有するセラミック製偏心パイプB′およびそ
のセラミック製偏心パイプB′の内径より僅かに細い外
径を有し光ファイバA21を内部に固定したセラミック製
偏心パイプCを独立に回転して光軸合わせを行う二重偏
心法〔「単一モードファイバコネクタ」NTT発行、研究
実用化報告、28−6(1979)p999参照〕を用いることも
有効である。
尚、上記のロッドレンズA10と光ファイバA21の接続は、
ロッドレンズA10とセラミック部品A12の固定以前に実施
することも可能であり、この場合、セラミック製パイプ
18の内部に光ファイバA21を直接固定し、ロッドレンズA
10と前記セラミック製パイプ18を接着してもよい。
以上の工程と同様にして、海底光ケーブル側のロッドレ
ンズB11,セラミック部品B13および光ファイバB22の接続
も可能である。以上の工程は中継器およびケーブルの製
造時に工場内で実施し、伝送路の建設、修理工事に際し
ては、セラミック部品A12とセラミック部品B13をガイド
15を介して突き合わせる簡単な作業で海底光ケーブルと
中継器の光学的接続が可能となる。
尚、ロッドレンズA10とロッドレンズB11の端面間にロッ
ドレンズA10及びロッドレンズB11の屈折率と同程度の屈
折率を有する高分子等によるマッチング材を介在させる
か、もしくは第2図中左側からセラミック部品B13にバ
ネ等による押圧力を印加することにより、前記ロッドレ
ンズA10とロッドレンズB11の端面間に空気の介在を無く
し、反射光の低減を図ることができる。
以上の基本構造の効果としては、ロッドレンズ,セラミ
ック部品,端面板金属の熱膨張率が段階的に移行するよ
うに前記各種材質を選定することにより、この部分が光
フィードスル外周に施すポリエチレン被覆構造のモール
ド時の熱衝撃を受けても、ロッドレンズA10とセラミッ
ク部品A12間のガラス・セラミック接着用半田16、およ
びセラミック部品A12と端面板5間の半田封止部23に加
わる応力を、ロッドレンズA10を端面板5に直接装着す
る場合に比べ減少することができ、所期の高信頼性水
密,気密機能を確保できるという利点がある。また、製
造時の環境温度とその後の使用環境(海中:−2〜30
℃)の差に起因する熱歪も少なく、長期間の安全を確保
することができる。
第4図は、本発明の第二の基本構造を説明する図であっ
て、20が接着剤B、39がメタルCリング、40がセラミッ
ク部品押えである。
本基本構造は、セラミック部品A12の材料として熱膨張
率がロッドレンズA10と極めて近い値を有するものを選
定し、表面にメタルコート14を施したセラミック部品A1
2と端面板5間には、気密を保つ目的からメタルCリン
グ39を装着し、これを保護するOリング17をその高圧側
に設けることを特徴とする。
本構造ではガラス・セラミック接着用半田16のバックア
ップとして接着剤B20をセラミック製パイプ18とセラミ
ック部品A12間に充填している。この充填方法として
は、例えば接着剤充填用真空吸引孔32を設けて吸引し、
接着剤の充填空間を高真空に保ち、接着剤の粘性により
セラミック製パイプ18とセラミック部品A12間に気泡が
介在することなく接着剤を充填する方法が有効である。
尚、上記充填方法は本願発明者の実験によれば、およそ
φ0.4mm、長さ10mmの穴の内部に外径0.125mmの光ファイ
バを固着して2000kg/cm2まで水もれ等の異常が発生しな
かったという実績がある。
本構造では、前記熱衝撃に対し、ロッドレンズA10とセ
ラミック部品A12間のガラス・セラミック接着用半田16
に熱膨張率の差に起因する応力が加わることを防ぐこと
ができる。
また、メタルCリング39による気密はCリングを弾性的
に変形させて押し付ける構造であるから、セラミック部
品A12と端面板5間の熱膨張率の差が大きくても、高い
気密機能を維持することができる。このメタルCリング
39は小径のロッドレンズA10の外周には直接装着するこ
とが困難であるが、複数のロッドレンズA10を装着した
比較的大寸法のセラミック部品A12に対しては装着可能
である。
以上により、所期の高信頼性水密,気密機能を確保し、
かつ、長期間の安全を確保することができるという利点
がある。
尚、前記第一および第二の基本構造の効果として、中継
器筐体の小型化、接続部周辺の機械加工精度の緩和、接
続作業の簡略化が可能なことは勿論である。
第5図は、本発明を適用して構成できる海底光フィード
スルの全体構造の一例である。
24が給電線兼用耐圧パイプ、25が半田接続部、26が金属
部品A、27が金属部品B、28が接合ピン、29がポリエチ
レン、30がポリエチレン接合部、31が金属部品C、35が
マッチングオイル、36が給電線、37が酸化処理モール
ド、38が金めっき膜である。
ここで、海底光ケーブル側から、〔24→26→27→36〕の
経路で中継器回路に接続される給電路は周囲を完全にポ
リエチレン29で被覆され、また、ポリエチレン29と金属
部品B27および金属部品C31の界面には酸化処理モールド
37を施して水密を保っている。また、金属部品B27はセ
ラミック部品A12とセラミック部品B13を突き合わせる際
のガイド機能も兼ねている。
また、本実施例では、セラミック部品A12とセラミック
部品B13間に屈折率整合剤としてマッチングオイル35を
充填し、中継器回路の発光素子へ悪影響を及ぼす反射光
の低減を図っている。
このように、本構造では熱衝撃に強い本発明のフィード
スル構造を用いているため、モールドで高温となる外周
のポリエチレン被覆とロッドレンズ部分との距離を短
く、即ち全体を小型に構成することができ、特に最高温
となるポリエチレンのモールド突き合わせ部とロッドレ
ンズ突き合わせ部とをほぼ同位置に設定することによ
り、構造が簡単で作業性も良好となる利点がある。
(5)発明の効果 以上説明したように、本発明は、海底光中継器筐体の光
ファイバ導入部において、光ファイバの接続機能を有す
るレンズコネクタ型フィードスルを構成するに際し、ロ
ッドレンズと端面板間にセラミック部品を介在し、ロッ
ドレンズとセラミック部品の間隙にガラス・セラミック
接着用半田を充填することにより、ポリエチレン接合部
モールド時の熱衝撃による水密,気密機構の機能の劣化
を防ぎ、高信頼の光フィードスルを実現することができ
るという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の海底光中継器筐体の構造例を示す縦断面
略図、第2図と第4図は本発明の基本構造例を示す縦断
面図、第3図は本発明に使用する各種材料の熱膨張率を
示す特性図、第5図は本発明を適用して構成できる海底
光フィードスルの全体の構造の一例を示す縦断面図であ
る。 1……海底光ケーブル、2……T−T接続部、3……光
フィードスル、4……中継器回路、5……端面板、6…
…耐圧筐体、7……光ファイバ、8……光ファイバ融着
接続部、9……ケーブル引留装置、10……ロッドレンズ
A、11……ロッドレンズB、12……セラミック部品A、
13……セラミック部品B、14……メタルコート、15……
ガイド、16……ガラス・セラミック用半田、17……Oリ
ング、18……セラミック製パイプ、19……接着剤A、20
……接着剤B、21……光ファイバA、22……光ファイバ
B、23……半田封止部、24……給電線兼用耐圧パイプ、
25……半田接続部、26……金属部品A、27……金属部品
B、28……接合ピン、29……ポリエチレン、30……ポリ
エチレン接合部、31……金属部品C、32……接着剤充填
用真空吸引孔、35……マッチグオイル、36……給電線、
37……酸化処理モールド、38……金めっき膜、39……メ
タルCリング、40……セラミック部品押え。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】海底光中継器筐体において、中継器回路か
    ら導出される一心以上の光ファイバAを各々接続した集
    束型ロッドレンズAがセラミック部品を介して端面板に
    気密,水密を保って装着され、該ロッドレンズAの端面
    に海底光ケーブル側の一心以上の光ファイバBを各々接
    続した集束型ロッドレンズBの端面を突き合わせること
    により海底光ケーブル側と中継器回路側相互の光ファイ
    バを接続するように構成されるとともに、前記セラミッ
    ク部品は海底光ケーブル側からある深さにわたり前記ロ
    ッドレンズAの外径より太く更に深部においては前記中
    継器回路から導出される光ファイバの外径より太くかつ
    前記ロッドレンズAの外径より細い階段状に貫通する穴
    を有し、該階段状の穴に海底光ケーブル側から前記ロッ
    ドレンズAを装着して前記セラミック部品と前記ロッド
    レンズAの界面をガラス・セラミック接着用半田により
    接合したことを特徴とするレンズコネクタ型フィードス
    ル。
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