[发明专利]能够控制微曲引起的衰减损失的光纤

说明书

本申请为分案申请，其母案申请的申请号为02829019.4，申请日为2002年4月24日，发明名称为“用于在光纤中控制微曲引起的衰减损失的方法”。

技术领域

本发明涉及一种能够控制由其传输的信号上由微曲引起的衰减损失的光纤。

背景技术

光纤通常由玻璃部分(其直径一般约为120-130μm)组成，传输的光信号被限定在该玻璃部分内，该玻璃部分一般由外涂层保护，所述外涂层一般是聚合材料。这种保护涂层一般包括第一涂层和至少一个第二涂层，第一涂层直接涂在玻璃表面上，也就是“主涂层”，第二涂层也就是“辅涂层”，涂覆所述第一涂层。在本领域中，主涂层和辅涂层的结合有时候也称为“主涂层系统”，因为这两层一般都是在光纤拉伸生产过程中涂布的，这与可以随后涂布的“辅涂层”相反。在这种情况下，与光纤的玻璃部分接触的涂层称为“内主涂层”，而光纤外表面上的涂层称为“外主涂层”。在本发明的说明书和权利要求书中，这两个涂层分别称为主涂层和辅涂层，二者的结合称为“涂层系统”。

主涂层的厚度一般是约25μm至约35μm，而辅涂层的厚度一般是约10μm至约30μm。

这些聚合物涂层可以用包括低聚物和单体的组合物得到，所述低聚物和单体一般是在合适的光引发剂存在下通过UV辐射进行交联。上述两个涂层最主要的差别是各自材料的机械性能的不同。事实上，形成主涂层的材料是较软的材料，室温下的弹性模量较低，形成辅涂层的材料较硬，在室温下具有较高的弹性模量值。选择涂层系统，为玻璃光纤提供环境保护，特别是抵抗公知的微曲现象，微曲现象能够引起光纤的信号传输性能衰减，因此是不可取的。另外，设计涂层系统时，使其具有所需的耐受物理处理力如将光纤铺入电缆时遇到的处理力的性能。

如此构成的光纤的总直径通常约为250μm。但对于特殊领域，总直径还可以更小；在这种情况下，一般使用厚度减小的涂层。

另外，当同一外壳内放置多个光纤时，因为操作员必须能够确认不同的光纤，所以可以方便地用不同的辨别色涂染不同的光纤。一般来说，用第三个通常称为“油墨”的彩色聚合物层包覆辅涂层的方法对光纤进行色彩辨别，彩色聚合物层的厚度一般是约2μm至约10μm，也可以在辅涂层组合物中直接加入彩色颜料。

在表征主辅涂层性能的参数中，常用交联材料的弹性模量和玻璃化转化温度定义涂层的机械性能。当谈及弹性模量时，应当清楚的是，在专利文献中，有时候指的是“剪切”模量(或者说用剪切力测定的模量)，在其它一些情况下则指的是“拉伸”模量(或者说用张力测定的模量)。可以用DMA(动态机械分析)确定所述弹性模量，DMA是一种热分析技术，用于测定材料在周期应力下变形时的性能。对于聚合材料来说，这两种模量的比通常是1∶3，即聚合材料的拉伸模量一般约为剪切模量的三倍(例如参见Mechanical Properties and Testing of Polymers，第183-186页；G.M.Swallowe编辑)。

涂层系统的例子例如公开在US4962992中。该专利记载：软的主涂层更易于抵抗侧向载荷，从而能够抵抗微曲。该专利教导：约70-200psi(0.48-1.38MPa)的平衡剪切模量是可以接受的，该模量优选是70-150psi(0.48-1.03MPa)。这些值对应的拉伸模量E′分别是1.4-4.13MPa和1.4-3.1MPa。正如该专利所公开的那样，太低的平衡模量会引起光纤在主涂层内挠曲和涂层系统的分层。该专利还建议：主涂层材料的玻璃化转化温度(Tg)应当不超过-40℃，Tg定义为用应力/应变测量法测定的温度，在该温度下，材料的模量从材料在较低温度玻璃态下的较高值转化为材料在较高温度弹性状态(或橡胶态)下在转化区域中的较低值。

但申请人注意到：尽管主涂层具有较低的Tg值(本领域一般都要求这样)，但在比Tg高得多的温度下，一般是远高于0℃的温度下，涂层材料的模量开始增加。因此，低Tg值只是暗示所述涂层在较低温度下从其橡胶态转化为其玻璃态，但无法得知模量如何随温度降低而变化的信息。事实上，主涂层模量随温度降低而过度增加时，会对光纤的光学性能产生负面影响，特别是在低温下，从而会由于微曲而造成传输信号发生不希望的衰减。