历史与新点子融合,创造+α的价值。光纤连接不可缺少的“熔接机”的开发故事

我们平常使用互联网时并没有意识到有什么特别。其实互联网上使用的光纤在地下、海底也被当作电缆敷设,支撑着交互各种各样的信息网络。古河电工不仅开发可传输更多信息的光纤,而且注重开发连接这些光纤的重要的“光纤熔接机(下称熔接机)”,其工艺是接连不断的挑战。这次为大家献上熔接机的开发故事。

数字社会的动脉——支撑大容量的数据通信的多核光纤

从网络搜索、SNS、视频收看到在线会议和讲座,利用互联网的通信已经成了我们的生活不可缺少的重要基础设施,交互的数据量最近几年也急剧增加。与之相伴,支撑互联网通信网的光纤近年来也要求进一步的大容量化。

所谓光纤,如同其名称所表达的那样,就是“通过光的纤维”。光纤由玻璃、塑料制成,中心部分有传输光的“核”。以前一般是在1根光纤里面配置1个核的单核产品,但是近年来为了使更大容量的数据通信成为可能,开发出了配置多个核的“多核光纤”。

符合国际标准的普通光纤的直径为125μm(0.125mm),这相当于1根头发的大小。在多核光纤中,直径10μm的核通常配置4、5芯,直径再粗一点的配置19芯,今后主要计划引进到以海底线为代表的长尺寸电缆中。

海底电缆示意图。为了避免轻易破损,设置了牢固的外壳
电缆断面的样子

要将数据传送到遥远的国家,需要敷设在海底的非常长的光缆。但是,工厂可制作的光缆的长度有限,最长也不到100km。因此,例如为了连接日本与美国西海岸的大约9,000km,就要连接光缆及其中包裹的光纤大约90次。于是,就会用到“熔接机”。

古河电工开发和制造的多核光纤用熔接机“S185PMROF”

第一道难关是“100%正确连接光纤”

古河电工老早就开发和制造单核光纤用熔接机,不过多核光纤上使用的熔接机的开发难度大,遇到了各种各样的挑战。

熔接机用高温加热排成一列的2根多核光纤的前端,利用熔化时的表面张力将光纤与光纤连接起来。在多核光纤的断面上设置有比核还小的“标识”,将以该标识为记号分别编号的核连接起来,此时重要的是正确连接光纤。即使核与核之间错位一点点,也会从光纤的连接部漏光,传输的光的强度变弱,传输时的速度也会降低。

但是,说一句“连接”的话虽然简单,但要正确连接配置在1根头发大小里面的核,却是极其困难的。要求开发团队打造精度非常高的熔接机。

19芯的多核光纤的断面图
从侧面观察到的多核光纤的样子。看起来标识与多个核重叠在一起,所以正确对位很难

开发技术人员首先伤脑筋的是连接多核光纤时其“看起来应该是什么样子”。因为多核光纤的断面结构复杂,进行熔接时看起来像什么样子就可以正确连接呢?这是大家不知道正确答案的难题。

于是,我们着手进行光线的追踪模拟。一边使多核光纤旋转,一边获取光从侧面照射时的透光信息。以此为基础,开发通过图像分析确定标识与核的位置的技术,能够把握多核光纤连接时“看起来应该是什么样子”。

另外,实际熔接时观察到的图像也包含各种各样的噪声,但是我们知道“看起来应该是什么样子”,所以也成功地确立去除噪声的手法。

除此之外,还处于黎明期的多核光纤没有制定结构的标准,因此也有每个制造厂家的尺寸有微妙的差异的课题。面对这样的课题,明确多核光纤“看起来应该是什么样子”的做法依然奏效,成功地将对熔接的影响限制在最低限度。

年轻技术人员们提出的点子给开发带来启发。基于让资深技术人员也吃惊的视点,闯出了一条路,团队士气也高涨。

视频:从旁边观察到的熔接的样子。使双方的多核光纤转动,对准标识与核的位置
※(融着中:熔接中、診断中:诊断中、一時停止:暂停)

另一个障碍是“缩短连接时间”

如此一来,古河电工的熔接机实现了多核光纤的核位置识别率100%,但是接下来需要面对“连接时间”这一课题。

在实际的通信施工一线,要引进多核光纤,短时间连接是必须条件。1次熔接作业时间越长,工期越是延后,人工费等的成本负担也会变大。

但是,如果为正确连接多核光纤进行大量的信息获取与计算,相应地图像分析也会耗费时间。单核光纤的连接时间每根10秒左右,而开发初期的2021年夏天多核光纤的连接耗时24分钟。离实用化还差得远。

于是,开发团队提出了24分钟的“十分之一以下”的目标,挑战如何缩短连接时间。我们改进图像分析的计算方法等,想了很多办法,第一次熔接成功后不到2年,2023年春达成1分30秒,大快人心。现在,我们的目标是如果是4核的多核光纤,缩短到“光纤的标准连接时间的4倍——40秒”,为此持续不断地开展研究。

凭借积累的经验和新点子,开拓信息通信基础设施的未来

也积极吸收年轻技术人员们的点子,实现了熔接机的高性能化,不过充分活用古河电工迄今培育的技术也是其一大特点。

普通的熔接在相对的2根放电电击棒之间设置光纤,一边施加电压一边加热。而本公司的熔接机就像包围光纤那样,从三个方向加热。这原本是在光纤激光用的直径大的光纤熔接上采用的技术,但是均匀加热核不在中心而分散在靠近外圆周处的多核光纤上也应用了该技术。

从三个方向放电,均匀地加热多个核

综上所述,吸收各种各样的技术开发出来的熔接机也可以说是古河电工的技术结晶。之所以得以实现,是因为有本公司从大约50年前的光纤初创期就着手研究的漫长历史和积累,还有积极挑战新技术开发的心态。

融合积累的知识与新点子,出结果的瞬间所获得的成就感相当特别,也有助于搞活开发一线。

行业内也才刚刚开始开发多核光纤自身,估计将来其市场会扩大,成为前景光明的产品。另一方面,光纤自身在全世界普及,商品化发展快,熔接机亦是如此。在这样的背景下,古河电工一向看重的是“为产品赋予更高的附加价值,最大限度地提高客户的满意度”。我们不仅把价格视为武器,而且把顾客信赖的高的技术实力作为武器,今后将继续不断挑战,为社会做贡献。

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