[发明专利]玻璃纤维电缆

说明书

本发明涉及由多组分玻璃构成的阶跃折射率光纤，其具有含镧的或 不含镧的芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻璃。此外，本 发明还涉及一种具有至少一束单丝纤维的用于传导电磁辐射的玻璃纤 维电缆，该单丝纤维包括由多组分玻璃构成的阶跃折射率光纤，该阶跃 折射率光纤具有芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻璃。

在现有技术中，已知一种由塑料纤维制成的光导用于数据传输。该 光导用于所谓的MOST总线体系中。塑料纤维的缺点是在通常的运行温 度下的耐老化性差。特别是当该光导较长时间用于含高浓腐蚀性化学品 的环境中时，该塑料纤维的表面甚至内部特性会恶化。由此伴随而来的 是光学特性的恶化，以致不能持续确保对塑料纤维数据传输时的传输特 性的高要求。

此外，塑料纤维会由于其环境气候而发生有害的降解。由塑料纤维 制成的电缆通常在-40-+85℃的使用温度下使用。特别在用于汽车或飞 机中时，会出现老化现象，该老化现象会由于使用部位的频繁变温而加 剧。

在某此汽车部分中，电缆的耐温性在内腔至少为125℃或在发动机 腔至少为150℃。在这些部分中塑料纤维电缆非常不利，以致放弃应用。

再则，塑料制成的呈单丝纤维电缆形式的数据电缆由于大的纤维直 径而具有大的弯曲半径。在低于最小的弯曲半径时会出现光输出耦合 (Lichtauskopplung)，并由此发生数据传输中断。

此外，还已知一种用于照明目的的具有挤出塑料外壳的玻璃纤维电 缆。该电缆在化学稳定性、热稳定性和机械稳定性方面是有缺点的，这 些稳定性对确保持续的最佳数据传送是需要的。

由多组分玻璃制成的阶跃折射率光纤被证明是适用的玻璃纤维，该 阶跃折射率纤维包括芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻 璃。

通常用于光传输的玻璃纤维是由高折射的芯体玻璃和具有比芯体 玻璃低的折射率的包围芯体玻璃的外壳玻璃构成。芯体玻璃横截面上的 折射率为常数的且用所述外壳玻璃包封的呈纤维形式的光传输玻璃体 称为阶跃折射率纤维。

这种玻璃纤维将输入耦合在纤维一端的光传到纤维的另一端，该光 在芯体玻璃和外壳玻璃之间的界面上被完全反射(全反射)。

可被输入耦合在这种纤维中并传输的光量与纤维的数值孔径(NA) 的平方和纤维芯体的横截面积成正比。为在短距离到中等距离(<100m) 上尽可能多地传输光量，该阶跃折射率纤维要组装成有保护软管的密纤 维束，其端部装配进金属套管中或其它合适材料的套管中，并通过研磨 和抛光将正端面加工成光学平面。相应的成品光纤束称为光纤光导。

该光纤光导可应用于不同的工业和医学领域(一般工业技术、照明技 术、交通技术、汽车工业、建筑业、内诊镜检、牙医)。其最重要的功能 是传输尽可能大的光通量。

在纤维束中所含的单丝纤维的NA越大，则该光导可传输的光量越 多。通过光纤光导传输的光量除与其纤维的NA有关外还与芯体玻璃的 传输特性有关。只有具有完全确定的特定组成以及其熔融的原料具有非 常低含量杂质的芯体玻璃才能在整个光导长度上尽可能无衰减地传导 光。

熔融这种芯体玻璃的原料由于其纯度高而很昂贵，这可导致这种纤 维或由其制成的光导的高生产成本。

由多组分玻璃构成的阶跃折射率光纤的制备可经所谓的双坩埚法 或杆管法制备。在该两情况下，将芯体玻璃和外壳玻璃加热到粘度范围 相应于10⁴-10³dPas的温度，并将其拉伸成纤维。为可制备低衰减的稳 定纤维，芯体玻璃和外壳玻璃在一系列特性如粘度分布、热膨胀、结晶 趋势等方面必须要相互相容。特别是在纤维芯体和纤维壳之间的界面中 不可出现接触反应或结晶，否则易干扰在纤维芯体中所导光的总反射， 并由此使纤维不适用于低衰减的光传输。此外，纤维的机械强度也会由 于结晶而受到不利影响。

从DE19958522B42004.04.08已知用于阶跃折射率纤维的光学玻 璃，由DE10245987B32004.05.06已知阶跃折射率纤维。在DE19958522 B42004.04.08中，描述了折射率n_d为1.52-1.66的含锌光学玻璃。该 玻璃除含SiO₂外还通常含不同百分率的ZnO以及主要是碱金属和一些 少量的其它元素如B、Ba、Mg、Ca、Al、Y、Zr、Ge和部分为Pb或它 们的氧化物。