(57)【要約】  海底環境で使用するための圧力容器を備えた海底光中継を提供する。圧力容器は、導電体を内部にそれぞれ備えた光ケーブルの端部をそれぞれ受ける少なくとも２つのケーブル受け部材を有する。少なくとも１つの光増幅器が圧力容器内に配置される。光増幅器は、光ケーブル内の導電体から電力を受け取るようになされた少なくとも１つの電気部品を備える。誘電性外被が圧力容器を囲み、気密シールを提供する。外被は、圧力容器の少なくとも一部を囲む誘電性オーバーモールドを備える。【選択図】  ２
2007529922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底環境で使用するための圧力容器であって、導電体を内部にそれぞれ備えた光ケーブルの端部をそれぞれ受ける少なくとも２つのケーブル受け部材を有する圧力容器と、
該圧力容器内に配置され、前記光ケーブル内の導電体から電力を受け取るようになされた少なくとも１つの電気部品を備える少なくとも１つの光増幅器と、
前記圧力容器を囲み、気密シールを提供する誘電性外被であって、前記圧力容器の少なくとも一部を囲む誘電性オーバーモールドを備える誘電性外被と、
を備える海底光中継器。
【請求項２】
前記誘電性オーバーモールドは前記圧力容器全体を囲む、請求項１記載の海底光中継器。
【請求項３】
圧力容器は円筒形部および該円筒形部の両端部に結合されるエンドキャップを備える、請求項１記載の海底光中継器。
【請求項４】
前記誘電性オーバーモールドは、前記圧力容器の少なくとも前記エンドキャップを囲む、請求項３記載の海底光中継器。
【請求項５】
前記誘電性外被は、前記圧力容器の前記円筒形部の周りに圧入された予成形誘電性外装を備える、請求項３記載の海底光中継器。
【請求項６】
前記誘電性外被は、前記圧力容器の前記円筒形部の周りに圧入された予成形誘電性外装を備える、請求項４記載の海底光中継器。
【請求項７】
前記誘電性オーバーモールドは熱可塑性材料である、請求項１記載の海底光中継器。
【請求項８】
前記誘電性オーバーモールドは熱可塑性材料である、請求項６記載の海底光中継器。
【請求項９】
前記熱可塑性材料はポリエチレンである、請求項７記載の海底光中継器。
【請求項１０】
前記熱可塑性材料はポリエチレンである、請求項８記載の海底光中継器。
【請求項１１】
前記予成形誘電性外装はポリエチレン外装である、請求項９記載の海底光中継器。
【請求項１２】
前記圧力容器は、海底光ファイバケーブルジョイントに向けて適合された圧力容器である、請求項１記載の海底光中継器。
【請求項１３】
前記圧力容器は、異なる構成を有する光ケーブルを繋ぐための汎用ケーブルジョイントに向けて適合された圧力容器である、請求項１記載の海底光中継器。
【請求項１４】
前記圧力容器の少なくとも一部は、前記光ケーブル内の前記導電体と電気的に接触するようになされる、請求項１記載の海底光中継器。
【請求項１５】
前記エンドキャップはそれぞれ、前記光ケーブル内の前記導電体の１つと電気的に接触するようになされる、請求項３記載の海底光中継器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光中継器の分野に関し、特に海底光伝送システムに採用される光中継器に関する。
【背景技術】
【０００２】
海底光通信システムは、一定間隔で中継器を備えるファイバケーブル伝送媒体により接続された送信機および受信機を備えた陸上局を含み、中継器は、ファイバケーブルの光減衰の補償を目的とする光増幅器を収容する。双方向伝送システムでは、各中継器は一般に、各方向の伝送路に１つずつ、２つ以上の光増幅器を収容する。中継器は通常、海底に、電源から離れて配設されるため、電力を中継器に遠隔から供給しなければならない。このため、ファイバケーブルは通常、電力を局から中継器に運ぶための銅伝導体を含む。こういった海底システムは、光通信信号（すなわち、トラフィック）を局間で伝送する役割を果たす。こういったシステムのトラフィックは、音声、データ、テレビジョン、インターネットトラフィック、国際電話トラフィック等からなり得る。したがって、システムダウン時の減収は甚大であり得る。このため、こういったシステムは高い信頼性および可用性を持たなければならない。
【０００３】
中継器は通常、高い海底水圧に耐えるとともに、少なくとも２５年間にわたり気密性を保たなければならない圧力容器に収容される。圧力容器はまた、耐蝕性を持つか、または少なくとも耐蝕材料でコーティング可能でなければならない。多くの場合に採用される適した材料としては、高強度ベリリウム銅および高強度鋼が挙げられる。圧力容器は一般にかなり大きく、多くの場合に長さは１０００ｃｍを超え、８つのファイバ対を増幅するために１６の光増幅器を収容するように設計された圧力容器は多くの場合、その長さはおよそ１５００ｃｍである。
【０００４】
気密性を提供するとともに腐食を防ぐために、特に鋼が採用される場合に、溶融結合エポキシ塗料、ポリプロピレン塗料、およびポリウレタン塗料が圧力容器に直にコーティングされる。
【０００５】
本願は、２００３年１０月１６日に出願された「Optical Amplifier Module Housed In A Universal Cable Joint（汎用ケーブルジョイントに収納された光増幅器モジュール）」と題する米国特許出願第１０／６８７，５４７号、および、２００４年３月１２日に出願された「Thermal Management of an Optical Amplifier Module Housed In A Universal Cable Joint（汎用ケーブルジョイントに収納された光増幅器モジュールの熱管理）」と題する米国特許出願第１０／８００,４２４号［レッドスカイ整理番号２８］に関連する。
【特許文献１】米国特許出願第１０／６８７，５４７号
【発明の開示】
【０００６】
本発明によれば、海底環境で使用するための圧力容器を備える海底光中継器が提供される。圧力容器は、導電体をそれぞれ内蔵した光ケーブルの端部をそれぞれ受ける、少なくとも２つのケーブル受け部材を有する。少なくとも１つの光増幅器が圧力容器内に配置される。光増幅器は、光ケーブル内の導電体から電力を受け取るようになされた少なくとも１つの電気部品を備える。誘電性外被が圧力容器を囲み、気密シールを提供する。外被は、圧力容器の少なくとも一部を囲む誘電性オーバーモールドを含む。
【０００７】
本発明の一態様によれば、誘電性オーバーモールドは圧力容器全体を囲む。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、圧力容器は、円筒部および円筒部の両端部に結合されたエンドキャップを備える。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、誘電性オーバーモールドは圧力容器の少なくともエンドキャップを囲む。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、誘電性外被は、圧力容器の円筒部の周りに圧入された予成形誘電性外装を備える。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、誘電性オーバーモールドは熱可塑性材料である。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、熱可塑性材料はポリエチレンである。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、予成形誘電性外装はポリエチレン外装である。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、圧力容器は、海底光ファイバケーブルジョイントに向けて適合された圧力容器である。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、圧力容器は、異なる構成を有する光ケーブルを繋ぐための汎用ケーブルジョイントに向けて適合された圧力容器である。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、圧力容器の少なくとも一部は、光ケーブル内の導電体と電気的に接触するようになされる。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、エンドキャップはそれぞれ、光ケーブル内の導電体の１つと電気的に接触するようになされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
近年、従来の海底光中継器よりもはるかに小型の、海底用途の超小型ファームファクタ光中継器が開発されている。係る中継器の一例が、同時係属中の米国特許出願第１０／６８７，５４７号および［レッドスカイ整理番号２８］に開示されている（これら全体を参照により本明細書に援用する）。これら引用文献に示されている中継器の一例は、わずか約７．５ｃｍ×１５ｃｍという寸法を有する。
【００１９】
図１は、本発明を採用することができる中継器の一例の側面図を示す。中継器１００は、円筒形金属製筐体１１０と、円筒形筐体１１０の両端に固定された金属製エンドキャップ１２０１および１２０２と、を含む圧力容器を備える。光ケーブル１３０１および１３０２が、エンドキャップ１２０１および１２０２のそれぞれを通って中継器１００に入る。エンドキャップ１２０１および１２０２は、中間結合手段（図示せず）を介して、たとえばネジ接続を使用して結合され、それによって機械的負荷をケーブル１３０１からケーブル１３０２に、またこの逆に伝えることができ、機械的連続性が、ケーブルセグメントの結合によって形成されるより大きな通信ケーブルに提供される。エンドキャップ１３０１および１３０２は、この説明のための例では錐台として形作られる。しかし、エンドキャップ１３０１および１３０２にこの特定の形状を選択したことは単なる例にすぎず、本発明は他の形状も同様に包含することを強調しておく。円錐の大きいほうの端部は円筒形筐体１１０の端部に当接し、円錐の小さいほうの端部は、ケーブル１３０１および１３０２が中継器１００の内部空間を通り抜けられるようにする開口を備える。設計によっては、筐体１１０も中継器の荷重支持部材となるように、エンドキャップ１２０１および１２０２を、たとえば従来の固着手段を使用して筐体１１０に固着させてよい。
【００２０】
筐体１１０は、エルビウム添加ファイバ、励起源、カプラ等、中継器の各種の電気部品および光学部品を収容する中継器１１０の内部空間を作り出すために利用される。筐体１１０の内部空間およびその内容物は、当面、本発明に特に関連しないため、説明を目的として以下に提示する一例を除き、係る空間および内容物についてのさらなる詳細は本明細書において提供しないことに留意されたい。
【００２１】
中継器１００に収容される光学部品および電気部品の配置に課される小寸法制約および釣り合い制約により、場合によっては、圧力容器のすべてまたは一部は電気的に活性である。すなわち、圧力容器のすべてまたは一部に電圧が存在する。この電圧は、ケーブル１３１０１および１３０２に配置された導電体が圧力容器のすべてまたは一部に電気的に接触するため発生する。当業者に周知のように、導電体は中継器１００に収容されている電気部品に電力を供給する。
【００２２】
圧力容器のすべてまたは一部が電気的に活性であるため、誘電材料を圧力容器に提供して絶縁し、海水への短絡を防ぐことが必要であり、誘電材料は通常、接地としての役割を果たす。従来の中継器の圧力容器は、圧力容器を電気的に絶縁するのに十分な誘電材料が内部に配置されていることから、一般に電気的に活性ではないため、係る誘電体は、本発明よりもはるかにサイズの大きな従来の中継器では必要ない。
【００２３】
本発明によれば、誘電材料が中継器圧力容器の外表面に適用される。誘電材料は、圧力容器を周囲の海水から電気的に絶縁するのに十分な抵抗率を有する。特に、本発明のいくつかの実施形態では、抵抗率は、電圧約２〜６キロボルトで最大で約１００アンペアの電流を絶縁するのに十分であるべきである。本発明のいくつかの実施形態では、高電圧誘電材料は、オーバーモールドプロセスにより圧力容器の周りに直に成形される、ポリエチレン等の高分子材料である。採用される成形プロセスは、適用される特定の誘電材料によって決まる。たとえば、ポリエチレン等の熱可塑性材料が採用される場合には、射出成形プロセスを有利に使用することができる。もちろん、たとえば圧縮成型およびトランスファー成形等、他の適当なあらゆる成形プロセスを採用することが可能である。図２は、図１に示す中継器１００を囲む高電圧誘電オーバーモールド１４０を示す。
【００２４】
中継器に適用されるオーバーモールド技法の使用に伴う一問題は、成形プロセスには、圧力容器に接触している溶融材料による温度上昇が必ず伴うことである。モールドおよび溶融材料からの熱は、中継器内にある光学部品および電気部品の温度を上昇させる。こういった部品は、短時間であれば限られた温度上昇に耐えることができるものもあるが、場合によっては、部品に伝わる熱量を最小限に抑えて過度の温度上昇を防ぐことが好ましい。上述したように、オーバーモールド加工プロセスが、熱を伝えやすい恐れのある超小型フォームファクタの中継器に施されるため、特に中継器は一般に、励起源およびツェナーダイオード等の内部部品が発生する熱エネルギーを効率的に放散するように設計されるため、この問題は悪化する。
【００２５】
過度の熱に起因する問題を軽減するために、本発明のいくつかの実施形態では、圧力容器の一部のみがオーバーモールド加工される。オーバーモールド加工される部分は、内部部品の場所から比較的離れた箇所になる。たとえば、図１に示す中継器では、温度に敏感な部品は円筒形筐体内に配置される。ここで、エンドキャップ１２０１および１２０２のみがオーバーモールド加工され、円筒形筐体１１０はオーバーモールド加工されない場合、エンドキャップから円筒形筐体を通して伝えられ、内部部品に伝達される熱を低減することができる。円筒形筐体１１０を電気的に絶縁するために、エンドキャップ１２０１および１２０２をオーバーモールド加工する前に、誘電性外装を円筒形筐体１１０の周りに圧入することができる。
【００２６】
図３は、圧入された外装１５０が円筒形筐体１１０を囲み、オーバーモールド材料１６０がエンドキャップ１３０１および１３０２に施された本発明の実施形態を示す。オーバーモールド材料１６０は、圧入された外装１５０に重なり、気密シールおよび必要な電気的な絶縁の両方を中継器１００全体にわたって提供する連続保護層を形成することができる。選択されたオーバーモールド材料がポリエチレンである場合、圧入される外装１４０も有利にポリエチレンから形成することができる。もちろん、本発明は、十分な誘電性および耐蝕性を有する限り他の材料も同様に包含する。
【００２７】
本発明の一実施形態では、中継器の内部の電気部品および光学部品は、上述した同時係属中の米国特許出願第１０／６８７，５４７号および［レッドスカイ整理番号２８］に開示されている、図４〜図７に示すタイプの光増幅器モジュール４００内に配置される。光増幅器モジュール４００は、通常、海底光通信システムに使用するための光ファイバケーブルを結合する汎用ケーブルジョイントとしての役割を果たす圧力容器内に収まるように設計される。図示の光増幅器モジュール４００は、２つのファイバ対のそれぞれの二重増幅器ユニットとして物理的にグループ分けされた４つのエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を支持することができる。本発明はもちろん、当然、任意の数のＥＤＦＡを支持することができる光増幅器モジュールを包含する。
【００２８】
各光増幅器は、エルビウム添加ファイバ、光学励起源、アイソレータ、および利得平坦化フィルタ（ＧＦＦ）を含む。増幅器は一段であり、交差結合された励起レーザで前方励起される。２つの励起レーザのうちの一方が故障した場合は、３ｄＢカプラにより二重増幅器内のエルビウム添加ファイバの両コイルを励起させることができる。出力側では、アイソレータが増幅器に入る後方散乱光に対する保護を提供する。利得平坦化フィルタは、増幅器利得を企図された入力パワーでの利得に平坦化するように設計される。いずれかのファイバでの後方散乱光の濾波部分を逆方向に再び結合して戻すように、光学路をさらに設けることができ、これによりＣＯＴＤＲ式の回線監視が可能になる。光増幅器モジュール４００はもちろん、多段式の増幅器、前方励起増幅器、および逆方向励起増幅器（forward and counter-pumped amplifiers）、ならびにエルビウム以外の希土類元素を利用するファイバ増幅器等、異なる構成のＥＤＦＡを支持することも可能である。
【００２９】
光増幅器モジュール４００の側面図を、エンドキャップ１３（図１のエンドキャップ１２０に対応する）は所定位置にあるが、円筒形筐体１００がない状態で図４に示す。モジュール４００は、対向する端面４０３に配置されたフランジ４０２（図５において見られる）を有する概して円筒形の構造により画定される。長手方向平面４０５が光増幅器モジュール４００を通って延び、それによってモジュール４００を、長手方向平面４０５に垂直な回転軸を中心にして対称な２つのハーフユニット４０４および４０４’に二等分する。すなわち、図５において最も良く見られるように、端面４０３を別々のハーフユニット４０４に配置される２つの部分に分けるのではなく、各ハーフユニット４０４は、端面４０３のそれぞれの、各フランジ４０２が配置された部分を含む。図５は、ユニット４０４のうちの一方の斜視図を示す。図４〜図７に示す本発明の実施形態では、各ハーフユニット４０４は２つのエルビウム添加ファイバ増幅器を収容する。
【００３０】
フランジ４０２は、上述した汎用ジョイントのケーブル終端ユニット（図示せず）に嵌合する。図７の断面図に見られるように、スルーホール４０７が端面４０３から延在し、ここを通して汎用ジョイントの引張棒が挿入される。端面４０３は、エンドキャップを光増幅器モジュール４００に固定するための通し穴４３０も備える。通し穴４３０は、引張棒スルーホール４０７を結んだ線に垂直な線に沿って配置される。
【００３１】
図４〜図６に示すように、各ユニット４０４は、円筒形構造の一部を画定する半円筒を形成する湾曲側壁４１２を備える。背骨部材４０６が湾曲側壁４１２と一体化されるとともに正接し、湾曲側壁４１２から長手方向に延びる。汎用ジョイントの引張棒を含むスルーホール４０７は、背骨部材４０６を通って延びる。セラミックボス４４０が背骨部材４０６の端部に、端部フランジ４０３から離れて配置される。図５および図７に示すように、スルーホール４０７はセラミックボス４４０を通って延びる。後述するように、セラミックボス４４０は、電流が一方のハーフユニットから他方のハーフユニットに流れないようにする。
【００３２】
回路基板支持面４１６が、長手方向平面４０５においてユニット４０４の周縁に沿って延びる。回路基板４２６が支持表面４１６に取り付けられる。ハーフユニット４０４および４０４’の組み立て時、回路基板４２６および４２６’は、２つの回路基板４２６と４２６’の間に電気的接続性を提供する、噛合する一対の導電ピン４２３により相互接続される。回路基板支持表面４１６と背骨部材４０６の間にあるユニット４０４の内部キャビティが、光ファイバ収容エリアとしての役割を果たす。光ファイバスプール４２０が、光ファイバ収容エリア内の背骨部材４０６の内表面に配置される。エルビウム添加ファイバならびに任意の余剰ファイバが、光ファイバスプール４２０に巻き付けられる。光ファイバスプール４２０は少なくとも、ファイバが指定の最小曲げ半径を超えて曲がることがないような十分な大きさの外径を有する。
【００３３】
湾曲側壁４１２は、長手方向に側壁を通って延びる複数のスルーホール４１８を支持するのに十分な厚さを有する。スルーホール４１８は、光増幅器の受動素子のレセプタクルとしての役割を果たす。すなわち、各レセプタクル４１８は、アイソレータ、利得平坦化フィルタ、カプラ等の部品を収容することができる。
【００３４】
端面４０３はそれぞれ、内部に向かって回路基板４２６に平行して延びる一対のポンプ支持ボス４０３ａ（図６および図７参照）を備える。回路基板４２６は、ポンプ支持ボス４０３ａが露出されるような切り欠きを有する。励起エネルギーを各光増幅器に提供する励起源４２７が、各ポンプボス４０３ａに取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】海底光中継器用の圧力容器の側面図を示す。
【図２】本発明により構築されたオーボーモールド成形の外被により囲まれた圧力容器の側面図を示す。
【図３】一部は圧入された外装、一部は本発明により構築されたオーバーモールドで囲まれた圧力容器の側面図を示す。
【図４】本発明により構築された中継器に採用することができる光増幅器モジュールの側面図を示す。
【図５】図４に示す光増幅器モジュールを形成するハーフユニットのうちの一方の斜視図を示す。
【図６】図４に示す光増幅器モジュールを形成するハーフユニットのうちの一方の側面図を示す。
【図７】図４に示す光増幅器モジュールを形成するハーフユニットのうちの一方の断面側面図を示す。
【符号の説明】
【００３６】
１００…中継器
１４０…高電圧誘電オーバーモールド
１５０…外装
１６０…オーバーモールド材料
４００…光増幅器モジュール
４０２…フランジ
４０３…端面
４０３ａ…ポンプ支持ボス
４０４、４０４’…ハーフユニット
４０５…長手方向平面
４０６…背骨部材
４０７、４１８…スルーホール
４１２…湾曲側壁
４１６…回路基板支持面
４２０…光ファイバスプール
４２３…導電ピン
４２６、４２６’…回路基板
４２７…励起源
４３０…通し穴
４４０…セラミックボス
【図１】
2007529922.tif 000003
【図２】
2007529922.tif 000004
【図３】
2007529922.tif 000005
【図４】
2007529922.tif 000006
【図５】
2007529922.tif 000007
【図６】
2007529922.tif 000008
【図７】
2007529922.tif 000009
【国際調査報告】
2007529922.tif 000010