Способ получения оптического волокна и полученное таким образом оптическое волокно



Способ получения оптического волокна и полученное таким образом оптическое волокно
Способ получения оптического волокна и полученное таким образом оптическое волокно
Способ получения оптического волокна и полученное таким образом оптическое волокно
Способ получения оптического волокна и полученное таким образом оптическое волокно
Способ получения оптического волокна и полученное таким образом оптическое волокно
Способ получения оптического волокна и полученное таким образом оптическое волокно

 


Владельцы патента RU 2448920:

ПРИЗМИАН С.П.А. (IT)

Изобретение относится к оптическим волокнам. Технический результат изобретения заключается в повышении сопротивления на изгиб с возможностью быстрой идентификации волокна за счет нанесения окрашенного покрытия. Оптический волновод вытягивают из стеклянной заготовки. На волновод наносят слой первого покрытия и отверждают его. Затем наносят слой второго покрытия с последующим нанесением слоя окрашенного покрытия. Второе покрытие и окрашенное покрытие отверждают одновременно. Полученный слой второго покрытия имеет модуль упругости, более высокий, чем модуль упругости слоя первого покрытия, и более низкий, чем модуль упругости слоя окрашенного покрытия. Материал окрашенного покрытия имеет модуль упругости 500-1000 МПа, а слой второго покрытия имеет модуль упругости на 10-50% меньше, чем модуль упругости окрашенного покрытия. Слой материала второго покрытия отверждается до процентного соотношения от 90% до 96%. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение в целом относится к области оптических волокон и к их получению.

Описание предшествующего уровня техники

Оптические волокна, особенно стеклянные волокна, производятся из заранее подготовленного стеклянного тела, называемого "заготовкой", путем процесса, который в данной области известен как "вытягивание". Стеклянная заготовка помещается на вершину башни для вытягивания волокон, где она разогревается в печи до температуры достаточно высокой, чтобы вызвать размягчение нижней части заготовки. Размягченный материал заготовки вытягивается тянущим устройством, что образует стеклянную сердцевину оптического волокна.

Оптическое волокно окружено слоем, в общем случае из стекла, имеющим показатель преломления ниже показателя преломления сердцевины, где упомянутый слой называется "оболочкой". Далее стеклянная сердцевина, окруженная оболочкой, может называться "оптическим волноводом".

Поверх оболочки наносится по меньшей мере один, более часто два наложенных один на другой покрывающих слоя с отверждением УФ излучением, которые образуют так называемую покрывающую систему.

Обычно покрывающая система наносится на сердцевину оптического волокна во время процесса его вытягивания.

Покрывающий слой, который не находится в прямом контакте со стеклянной сердцевиной, называется "первым покрытием" или "первичным покрытием"; наложенный поверх покрывающий слой, который находится на открытой поверхности покрытого волокна, называется "вторым покрытием" или "вторичным покрытием".

Покрывающая система способствует поглощению сил, приложенных к покрытому волокну, и последующих связанных с этим потерь, обеспечивает защиту против микроизгибов, что может привести к уменьшению способности передачи сигнала покрытого оптического стеклянного волокна, наделяет волокно необходимой сопротивляемостью к воздействующим на него силам, таким как силы, возникающие при изготовлении из покрытого волокна кабеля.

Первое покрытие обычно является мягким покрытием, имеющим относительно низкий модуль упругости. Второе покрытие типично является покрытием, имеющим более высокий модуль упругости.

Для распознавания и идентификации отдельных волокон в составном кабеле обычно используется цветное кодирование.

Например, в телекоммуникационных приложениях волокна с многослойным покрытием для максимального повышения эффективности могут быть упакованы в большие конструкции, такие как ленты или кабели. Однако после «формирования ленты» (то есть укладки какого-то количества волокон одно к другому в форме ленты и покрытия их общим покрытием) и формирования кабелей из волокон отдельные волокна должны быть легко отличимы друг от друга, так чтобы их можно было точно идентифицировать, например, во время установки и технического обслуживания.

Хотя для цветного кодирования оптических волокон могут быть использованы несколько способов, цветное кодирование может быть выполнено, предпочтительно, либо с использованием окрашенного слоя (обычно толщиной почти до 10 микрон или менее), который наносится поверх покрытого волокна до его формирования в кабель и/или в ленту или нанесением на первое покрытие окрашенного второго покрытия.

Нанесение окрашенного слоя может производиться во время процесса вытягивания оптического волокна.

Оптико-волоконные ленты изготавливаются заделкой по меньшей мере двух отдельных волокон с цветовым кодированием в общий матричный материал, который так же как и первое и второе покрытия отверждается облучением. Оптико-волоконные ленты могут содержать, например, от 4 до 12 цветных волокон. Матричный материал может либо полностью заключать в себя оптические стеклянные волокна с цветовым кодированием либо матричный материал может скреплять стеклянные волокна одно с другим по краям. Отверждение матричного материала производится на этапе формирования ленты после того как на волокна была нанесена цветовая кодировка в виде окрашенного слоя.

При проектировании ленты окрашенный слой находится между матричным материалом ленты и вторым покрытием волокна. Это означает, что следует тщательно выбирать граничные характеристики окрашенного слоя (например, поверхностная энергия, поглощение), так чтобы они соответствовали и характеристикам матричного материала и характеристикам второго покрывающего материала в конструкции ленты. В частности, важного технического рассмотрения требует способность отвержденного матричного материала должным образом отслаиваться (отрываться) от окрашенного слоя. Разрыв ленты производится приложением механической силы, хотя известно также и химическое размягчение матрицы с использованием растворителей.

Использование второго окрашенного покрытия раскрыто, например, в US 6797740.

Публикация US 20040170367 касается оптических волокон, включающих в себя слой материала первичного покрытия, имеющего первый модуль упругости, слой материала окрашенного покрытия, имеющего второй модуль упругости, слой материала вторичного покрытия, имеющего третий модуль упругости, где первый, второй и третий модули упругости разные.

Каждый из слоев - слой материала первичного покрытия, слой материала окрашенного покрытия и слой материала вторичного покрытия наносится до отверждения других слоев. Все три слоя отверждаются вместе.

В одном варианте исполнения покрытое оптическое волокно включает в себя слой, размещенный между слоем первичного покрытия и слоем вторичного покрытия. Слой первичного покрытия окружает оптическое волокно (то есть оптический волновод), слой окрашенного покрытия окружает слой первичного покрытия, а слой вторичного покрытия образует самый внешний защитный слой. Обычно материал окрашенного покрытия имеет модуль упругости между значением модуля упругости материалов первичного и вторичного покрытия.

В альтернативном варианте исполнения слой цветового покрытия окружает оптическое волокно, а слой первичного покрытия расположен между слоем цветного покрытия и самым внешним вторичным защитным слоем. В этом примере модуль упругости материала цветного покрытия, предпочтительно, меньше, чем модуль упругости первичного защитного покрытия или равен ему. В альтернативном варианте исполнения слой первичного покрытия смежен с оптическим волокном, слой вторичного покрытия смежен со слоем первичного покрытия, и слой цветного покрытия является самым внешним слоем. Эта публикация не дает никаких указаний относительно значений модулей упругости.

В публикации US 20040179799 представляется волоконно-оптический кабель, который включает в себя сердцевину, содержащую одно или большее количество оптических волокон, окруженную покрывающей системой (далее называемой "защитной оболочкой"), которая имеет радиально изменяющийся модуль упругости, а также способ изготовления такого кабеля. Защитная оболочка включает в себя участки первого и второго покрывающего слоя, построенные на одном и том же материале покрытия. К материалу покрытия участка слоя первого покрытия добавлен модификатор. Таким же образом модификатор добавлен к материалу покрытия участка слоя второго покрытия. Добавка модификатора к участку слоя первого покрытия и добавка модификатора к участку слоя второго покрытия приводит к тому, что покрывающая система имеет модуль упругости, который изменяется в радиальном направлении вдоль радиусов, идущих от центра сердцевины кабеля наружу. Различные типы модификаторов, которые могут использоваться в этих целях, включают в себя, но ими не ограничиваются, наполнители, например наноглину, агенты, образующие поперечные полимерные связи, например акрилаты, агенты переноса цепочек полимеризации, фотосенсибилизаторы, например альфа-гидроксильные кетоны. Покрытие наделяется разными модулями упругости добавлением в материал покрытия либо различного количества модификаторов либо различных модификаторов.

В примере радиально изменяющийся модуль упругости изменяется постепенно. Это радиальное изменение могло бы быть, например, в виде ступенчатой функции, такой, при которой это радиальное изменение в каком-то месте внутри покрытия изменялось бы резко.

Оптическое волокно может содержать дополнительное покрытие, которое окружает внешнюю часть покрытия (три слоя). Оптическое волокно может дополнительно содержать цветной слой, такой как краситель, который, например, окружает покрывающий слой.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявитель обратил внимание на то, что необходимо получить оптическое волокно со следующими характеристиками:

- слои покрытия с модулем упругости, увеличивающимся в радиальном направлении при удалении от продольной оси оптического волокна, с тем чтобы улучшить характеристики сопротивления на микроизгиб;

- слой окрашенного покрытия для возможности быстрой идентификации волокна;

- высокие характеристики межповерхностного взаимодействия, особенно адгезии, материала окрашенного покрытия с материалом второго покрытия с тем, чтобы избежать разъединения слоя окрашенного покрытия и слоя второго покрытия при манипуляциях с оптическим волокном и/или под воздействием критических тепловых или химических условий или в связи с расслоением наложенных на него слоев (например, буферного слоя, матричного слоя ленты), поскольку эти два слоя представляет собой по существу интегральное целое.

Заявитель обратил внимание на то, что получение окрашенного оптического волокна с покрывающими слоями с модулем упругости, увеличивающимся в радиальном направлении при удалении от продольной оси оптического волокна, может быть неудобным.

В частности, в связи с обсуждавшейся выше публикацией US 20040170367 заявитель обратил внимание на то, что раскрытый процесс содержит одновременное отверждение нанесенных на волокно покрывающих слоев. Такой процесс, как будет пояснено далее, является полностью процессом типа "мокрый по мокрому", и он затрудняет управление величиной диаметров слоев, особенно когда этих слоя три.

Заявитель обратил внимание на то, что отверждающее излучение, подаваемое на слой покрывающего материала, могло воздействовать на материал нижележащего слоя с увеличением степени его отверждения.

Заявитель понял, что краситель, содержащийся в материале окрашенного покрытия, мог способствовать фильтрации отверждающего излучения, достигающего нижележащий по существу неотвержденный покрывающий слой. Эффект экранирования излучения слоем окрашенного покрытия можно было бы использовать для модуляции модуля упругости посредством различных степеней отверждения. Это особенно выгодно, когда материал окрашенного, самого верхнего слоя является таким же, что и материал второго, нижележащего слоя и отличается от него лишь наличием красителя.

В одном аспекте настоящее изобретение относится к способу получения оптического волокна, при этом упомянутый способ включает этапы:

- вытягивания оптического волновода из стеклянной заготовки;

- нанесения на оптический волновод слоя материала первого покрытия;

- отверждения материала слоя первого покрытия для получения слоя первого покрытия;

- нанесения на слой первого покрытия слоя материала второго покрытия;

- нанесения на слой материала второго покрытия слоя материала окрашенного покрытия;

- отверждения материала второго покрытия и материала окрашенного покрытия в одном этапе для получения слоя второго покрытия, наложенного на слой первого покрытия, и слоя окрашенного покрытия, наложенного на слой второго покрытия, при этом полученный слой второго покрытия имеет модуль упругости более высокий, чем модуль упругости слоя первого покрытия, и более низкий, чем модуль упругости слоя окрашенного покрытия.

В целях настоящего описания и следующих далее пунктов формулы изобретения, если не оговорено иное, все цифры, выражающие величины, количества, процентные соотношения и т.д., должны пониматься как приведенные во всех примерах с термином "около". Таким же образом все диапазоны включают в себя любые комбинации максимальных и минимальных указанных точек и включают в себя любые промежуточные диапазоны внутри их, которые могут быть и могут не быть здесь специально указаны.

В рамках настоящего изобретения принимаются следующие определения:

- "оптический волновод" - стеклянная часть оптического волокна, содержащая сердечник, окруженный оболочкой;

- "отверждение" - затвердевание полимерного материала, например, в результате образования полимерных цепочек поперечных связей, вызванное источником излучения, таким как ультрафиолетовое излучение, пучком электронов или теплом;

- "модуль упругости" (известный так же как "модуль Юнга" или в обозначениях - "Е") описывает упругость при растяжении или тенденцию объекта к деформации вдоль оси, когда вдоль этой оси приложены противоположно направленные силы; он определяется как отношение напряжения растяжения к деформации растяжения (Е=σ/ε);

- "процесс «мокрый по сухому»" - нанесение многослойного покрытия, при котором на оптический волновод наносится материал первого покрытия в жидкой форме; покрытый оптический волновод затем подвергается этапу отверждения, во время которого материал первого покрытия подвергается воздействию энергии излучения для отверждения (и затвердевает). После этого поверх отвержденного слоя первого покрытия оптического волокна наносится материал второго покрытия в жидкой форме. Покрытое оптическое волокно снова проходит этап отверждения, во время которого материал второго покрытия подвергается воздействию энергии излучения для отверждения (и затвердевает).

- "процесс «мокрый по мокрому»" - нанесение многослойного покрытия, при котором на оптический волновод наносится материал первого покрытия в жидкой форме, за которым следует материал второго покрытия также в жидкой форме без какого-либо существенного проведения этапа отверждения между нанесением материала первого покрытия и нанесением материала второго покрытия. Первое покрытие и второе покрытие получаются в результате одновременного отверждения материала первого покрытия и материала второго покрытия.

Опционально способ согласно данному изобретению содержит этап нагрева слоя второго покрывающего материала перед нанесением слоя материала окрашенного покрытия. Это позволяет достичь лучшего управления диаметром волокна. Упомянутый нагрев может выполняться воздействием энергии излучения, например, излученной инфракрасным (ИК) источником, или УФ источником; в последнем случае уровень возможного отверждения второго слоя перед нанесением третьего окрашенного слоя в любом случае должен быть таким, чтобы дополнительное его отверждение излучением, профильтрованным через окрашенный материал во время его отверждения, доводило степень отверждения второго слоя до величины от 90% до 96%.

Должна быть получена такая степень отверждения, чтобы достигнуть значения модуля упругости материала второго слоя, предпочтительно, равного значению модуля упругости, которое упомянутый материал имеет при 100% отверждении или на 1% менее. Значения модуля упругости материала после 100% отверждения легко могут быть получены специалистами в данной области техники, например, в результате испытаний или из листа технических характеристик продаваемого материала покрытия.

Заявитель обратил внимание на то, что в покрывающем слое со степенью отверждения менее чем 90% в течение срока службы волокна происходят линейные изменения, то есть изменения в диаметре. Такое явление может быть обусловлено перемещением непрореагировавших веществ в направлении смежных слоев.

Способ по настоящему изобретению, предпочтительно, включает отверждение слоя второго покрытия во время отверждения материала окрашенного покрытия до степени менее чем 96%.

Способ по настоящему изобретению, предпочтительно, включает отверждение слоя второго покрытия во время отверждения материала окрашенного покрытия до степени большей, чем примерно 90%.

Способ по настоящему изобретению, предпочтительно, включает отверждение слоя второго покрытия до степени, соответствующей модулю упругости на от 10% до 50% меньше, чем модуль упругости материала окрашенного покрытия изготовленного оптического волокна.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к оптическому волокну, содержащему

- оптический волновод;

- слой материала первого покрытия, окружающий оптический волновод;

- слой материала второго покрытия, окружающий слой материала первого покрытия, и

- слой материала окрашенного покрытия, окружающий слой материала второго покрытия,

при этом

упомянутые материалы первого, второго и окрашенного покрытия имеют значения модуля упругости, увеличивающиеся при удалении от оптического волновода;

упомянутый материал окрашенного покрытия имеет модуль упругости в 500-1000 МПа;

упомянутый материал второго покрытия имеет модуль упругости на 10-50% меньше, чем модуль упругости материала окрашенного покрытия; и

слой материала второго покрытия отверждается до процентного отношения, меньшего чем 96%.

Слой материала второго покрытия, предпочтительно, отверждается до процентного отношения, равного или большего, чем 90%.

Слой материала первого покрытия, предпочтительно, имеет модуль упругости от 1 до 2 МПа.

Упомянутый оптический волновод, предпочтительно, имеет диаметр приблизительно в 125 мкм.

Слой материала первого покрытия, предпочтительно, имеет толщину от 30 до 35 мкм.

Слой материала второго покрытия, предпочтительно, имеет толщину от 20 до 35 мкм.

Слой материала окрашенного покрытия, предпочтительно, имеет толщину, пригодную для обеспечения механического сопротивления.

Дополнительно материал окрашенного покрытия имеет экранирующий эффект, который зависит от толщины этого слоя. Толщина слоя материала окрашенного покрытия может быть выбрана как функция содержащегося в нем красителя. С учетом спектрального поглощения некоторые красители, например черный или белый, дают окрашенный слой с экранирующей способностью, более высокой, чем другие красители, например желтый. Например, слой покрывающего материала черного цвета может иметь толщину меньшую, чем слой покрывающего материала желтого цвета, оказывая по существу то же самое экранирующее воздействие на отверждение материала второго покрытия.

Слой материала окрашенного покрытия, предпочтительно, имеет толщину от 10 до 15 мкм.

Предпочтительно, материал второго покрытия является по существу таким же, что и материал окрашенного покрытия, при этом последний отличается лишь тем, что содержит краситель.

Материалы второго и окрашенного покрытия, предпочтительно, содержат по существу один и тот же тип по меньшей мере какого-нибудь одного из модификаторов, таких как наполнители, агенты, образующие поперечные полимерные связи, агенты переноса цепочек полимеризации, фотосенсибилизаторы и их комбинации. Упомянутый по меньшей мере один модификатор содержится в материалах второго и окрашенного покрытия в по существу равных количествах.

Использование одного и того же материала покрытия для второго и окрашенного покрытий обеспечивает высокие характеристики межповерхностного взаимодействия между двумя этими слоями, преимущества чего уже описаны ранее. Использование одного и того же материала покрытия для второго и окрашенного покрытий облегчает процесс с оперативной точки зрения.

Оптические волокна в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно, используются для производства оптико-волоконных лент.

В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к установке для получения оптического волокна, начиная от стеклянной заготовки, при этом упомянутая установка содержит:

- первое устройство-аппликатор для нанесения слоя материала первого покрытия на оптический волновод, полученный из стеклянной заготовки;

- первое устройство отверждения для отверждения слоя материала первого покрытия;

- второе устройство-аппликатор для нанесения на слой материала первого покрытия, отвержденного первым устройством отверждения, слоя материала второго покрытия и слоя материала окрашенного покрытия на слой материала второго покрытия; и

- второе устройство отверждения, работающее с возможностью подачи энергии излучения для отверждения по меньшей мере слоя материала окрашенного покрытия.

Количество энергии излучения, подаваемое устройствами отверждения в соответствии с настоящим изобретением, выбирается исходя из параметров, таких как скорость вытяжки, химический состав второго и окрашенного покрытий, поглощение красителя в материале окрашенного покрытия, толщина слоя окрашенного покрытия, желательная степень отверждения слоя (слоев).

Установка, предпочтительно, дополнительно содержит нагревательное устройство для нагрева слоя материала второго покрытия до нанесения слоя материала окрашенного покрытия.

Нагревательное устройство может содержать третье устройство.

Установка может содержать первое устройство измерения диаметра перед упомянутым первым устройством-аппликатором и/или второе устройство измерения диаметра после упомянутого первого устройства-аппликатора и перед вторым устройством-аппликатором и/или третье устройство измерения диаметра после нагревательного устройства и перед упомянутым вторым устройством отверждения и/или четвертое устройство измерения диаметра после упомянутого второго устройства отверждения.

Оптическое волокно, полученное в соответствии с настоящим изобретением, является оптическим волокном с трехслойным покрытием. Это оптическое волокно демонстрирует высокие характеристики волокна в отношении прочности на разрыв, поведения и старения в воде, а также характеристики на микроизгиб, по меньшей мере эквивалентные таким же характеристикам волокон уровня техники. Без связи с конкретной теорией представляется, что упомянутые характеристики могли быть обусловлены тем, что слой материала окрашенного покрытия действует как фильтр против отверждающего излучения. Поэтому слой материала второго покрытия испытывает воздействие меньшей энергии излучения, чем в случае с двухслойным покрытием. Слой материала второго покрытия, даже если он образован из того же самого материала что и материал окрашенного покрытия, после отверждения имеет меньший модуль упругости.

Краткое описание чертежей

Особенности и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания варианта осуществления настоящего изобретения, приведенного только в качестве неограничивающего примера, со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 схематично показывает установку в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения для получения оптического волокна по способу в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 схематично показывает поперечное сечение оптического волокна в плоскости, поперечной оси оптического волокна, полученного по способу в соответствии с настоящим изобретением, и

Фиг.3 представляет собой график, показывающий зависимость потерь оптического волокна (ослабление по ординате) от модуля упругости (по абсциссе) слоя материала второго покрытия оптического волокна в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание варианта осуществления настоящего изобретения

Согласно чертежам на фиг.1 условно показана установка 100 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения для получения оптического волокна 200 с трехслойным покрытием по способу в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Более конкретно, установка 100 представляет собой установку для вертикальной вытяжки, которая предназначена для установки на башню вытяжки оптического волокна, пригодную для нанесения всех трех слоев трехслойного оптического волокна методом "мокрый по сухому". Следует обратить внимание на то, что, например, возможно использование установок различных конфигураций для нанесения трех слоев покрытия - способом "мокрый по мокрому" или смешанным способом "мокрый по мокрому"/"мокрый по сухому". Башня для вытяжки оптического волокна и установки нанесения смолы типа "мокрый по мокрому" или "мокрый по сухому" сами по себе известны и подробно описываться здесь не будут.

Стеклянная заготовка 105 вытягивается в печи 110 с получением оптического волновода из волокна 200. Волокно 200 принимается вытягивающим устройством 120. Во время вытягивания диаметр волокна 200 измеряется на выходе печи 110 первым измерительным устройством 125. В случае отклонения от величины заданного диаметра (например, 125 мкм) первое измерительное устройство 125 может послать сигнал вытягивающему устройству 120, который может соответствующим образом изменить свою скорость вращения.

После этого волокно 200 направляется для прохождения сквозь трубку 130 охлаждения, где оно охлаждается до достижения температуры, например, менее 50°С, а затем направляется для прохождения через первое устройство-аппликатор 135, имеющее аппликаторные фильеры, выполненные с возможностью нанесения на стеклянное волокно 200 слоя первого материала покрытия, в частности слой первого материала покрытия может быть нанесен в виде вязкой смолы.

После этого волокно 200, покрытое слоем первого материала покрытия, направляется для прохождения через первое устройство 140 отверждения, например мимо УФ лампы или системы УФ ламп, которое устроено таким образом, что вызывает отверждение первого материала покрытия; степень отверждения зависит от мощности УФ излучения, испускаемого устройством 140 отверждения, и/или от скорости вытяжки волокна. Замечено, что поскольку на последующих этапах производства (описанных далее) материал покрытия может получать дополнительные количества УФ излучения, то отверждение первого материала покрытия воздействием на него мощности УФ излучения, обусловленной первым устройством 140 отверждения, не обязательно должно быть полным.

Первое устройство 140 отверждения может содержать от 1 до 4 УФ ламп, обеспечивающих величину энергии излучения в диапазоне от 45 до 150 Вт/см2 на лампу.

За устройством 140 УФ отверждения диаметр волокна, покрытого слоем первого материала покрытия, может измеряться вторым измерительным устройством 145. Измеренный диаметр может использоваться, чтобы убедиться в том, что диаметр оптического волокна 200 правильный; в том случае когда величина измеренного диаметра слишком сильно отличается от величины заданного диаметра, оптическое волокно может быть забраковано; альтернативно измеренный диаметр может использоваться в качестве обратной связи на трубку 130 охлаждения, чтобы изменить температуру, до которой волокно 200 доходит в фильерах первого устройства-аппликатора 135. Количество вязкой смолы, которое может вытягивать волокно 200, то есть толщина первого слоя покрытия зависит от геометрии фильер и от температуры поступающего волокна 200 относительно температуры вязкой смолы. Было замечено, что измерение диаметров различных слоев оптического волокна 200 в конце производственного процесса может быть затруднено, так что преимущественным может быть измерение диаметров одного или большего количества слоев покрытия оптического волокна 200 во время производства.

После этого волокно 200 проходит через второе устройство-аппликатор 150, имеющее аппликаторные фильеры, выполненные с возможностью нанесения на волокно (покрытое слоем первого материала) слоя второго материала покрытия; в частности, слой второго материала покрытия может наноситься в виде вязкой смолы.

Затем третьим измерительным устройством 160 может измеряться диаметр волокна, покрытого слоями первого и второго материалов покрытия. Подобно второму измерительному устройству, величина диаметра, измеренного третьим измерительным устройством 160, может использоваться, чтобы убедиться в том, что диаметр оптического волокна 200 правильный; в том случае когда величина измеренного диаметра слишком сильно отличается от величины заданного диаметра, оптическое волокно может быть забраковано; альтернативно измеренный диаметр может использоваться в качестве обратной связи на трубку 130 охлаждения, для того чтобы изменить температуру, до которой волокно 200 доходит в фильерах первого устройства-аппликатора 135.

Наконец, волокно 200 направляется для прохождения третьего устройства-аппликатора 165, которое имеет фильеры аппликатора, выполненные с возможностью нанесения на волокно, покрытое материалами первого и второго слоя, материала окрашенного покрытия третьего слоя. Материал окрашенного покрытия может быть в виде вязкой смолы и включает в себя краситель типа и количества, необходимого для получения волокна, имеющего нужный внешний цвет.

Материал окрашенного покрытия может быть таким же материалом, что и материал второго покрытия, отличаясь от него присутствием красителя; в более общих словах, материал окрашенного покрытия может быть материалом, химически совместимым с материалом второго покрытия.

Краситель может представлять собой неорганический пигмент или, в более общих словах, пигмент, который является химически инертным по отношению к другим химическим компонентам слоя окрашенного покрытия.

После этого волокно 200 направляется для прохождения через второе устройство 170 отверждения, например мимо УФ лампы или системы ламп, которое устроено таким образом, что вызывает отверждение вязкой смолы, образующей материал окрашенного покрытия; при этом степень отверждения зависит от мощности УФ излучения, испускаемой вторым устройством 170 отверждения, и/или от скорости вытяжки волокна.

Второе устройство 140 отверждения может содержать от 1 до 6 УФ ламп, обеспечивающих величину энергии излучения в диапазоне от 45 до 150 Вт/см2 на лампу.

Вследствие присутствия красителя в материале окрашенного покрытия этот материал окрашенного покрытия действует по отношению к УФ излучению как экран. Поэтому вклад второго устройства 170 отверждения в отверждение смолы, образующей материал второго покрытия, зависит от характеристик материала окрашенного покрытия или от его способности по экранированию УФ излучения; в любом случае степень отверждения смолы, образующей материал второго покрытия, под воздействием УФ излучения, генерируемого вторым устройством 170 отверждения, снижена по сравнению с тем, что было бы если бы материал покрытия отсутствовал.

После этого четвертым измерительным устройством 175 измеряется диаметр волокна, покрытого тремя слоями. Подобно второму и третьему измерительным устройствам (145, 160), величина диаметра волокна, измеренного четвертым измерительным устройством 175, может использоваться, чтобы убедиться в том, что диаметр оптического волокна 200 правильный; в том случае когда величина измеренного диаметра слишком сильно отличается от величины заданного диаметра, оптическое волокно может быть забраковано; альтернативно измеренный диаметр может использоваться в качестве обратной связи на трубку 130 охлаждения, для того чтобы изменить температуру, до которой волокно 200 доходит в фильерах первого устройства-аппликатора 135.

В варианте осуществления настоящего изобретения по выходе из второго устройства-аппликатора 150 волокно должно пройти через устройство 180, например третье устройство отверждения, то есть мимо УФ лампы или системы ламп, которое устроено таким образом, что вызывает отверждение вязкой смолы, образующей материал второго покрытия, до определенной степени зависящей от мощности УФ излучения, испускаемого устройством 180 отверждения, и/или от скорости вытяжки волокна; в этом случае вклад второй УФ лампы или системы ламп 170 в отверждение смолы, образующей материал второго покрытия, может быть уменьшен или вообще сведен к пренебрежимо малой величине. Облучение вязкой смолы, образующей материал второго покрытия, УФ излучением до нанесения слоя материала окрашенного покрытия вызывает преимущественно нагрев материала второго покрытия, что дает возможность достичь лучшего управления конечным диаметром оптического волокна. УФ излучение, испускаемое устройством 180, может также вызывать увеличение степени отверждения смолы, образующей материал первого покрытия. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения устройство 180 может включать в себя дополнительно или альтернативно третьему устройству отверждения нагревательное устройство, подобное ИК источнику, выполненное с возможностью нагрева материала второго покрытия.

Устройство 180 может содержать от 1 до 2 УФ ламп, обеспечивающих величину энергии излучения в диапазоне от 5 до 40 Вт/см2 на лампу.

Фиг.2 условно показывает поперечное сечение оптического волокна 200, полученного следуя способу в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; поперечное сечение выполнено в плоскости, поперечной оси оптического волокна. На чертеже стеклянный оптический волновод (содержащий сердечник и оболочку) волокна 200 обозначен позицией 205, слой материала первого покрытия обозначен позицией 210, слой материала второго покрытия обозначен позицией 215, а слой материала окрашенного покрытия обозначен позицией 220.

Оптический волновод 205 может, например, иметь стандартный диаметр около 125 мкм (стандартная величина для оптического волокна для устройств телекоммуникации).

Слой 210 материала первого покрытия в температурном диапазоне использования оптического волокна, то есть в диапазоне от -30°С до 60°С имеет относительно низкий модуль упругости, например порядка 1-2 МПа. Толщина слоя 210 материала первого покрытия может быть порядка от 30 до 35 мкм.

Слой 215 материала второго покрытия может иметь промежуточный модуль упругости выше, чем модуль упругости слоя 210 материала первого покрытия, но ниже модуля упругости слоя 220 материала окрашенного покрытия. Слой 215, предпочтительно, имеет толщину от 20 до 30 мкм. Материал слоя 215, предпочтительно, имеет степень отверждения менее чем 96%. Степень отверждения материала второго слоя 215, преимущественно, выше чем 90% во избежание возможного перемещения непрореагировавших веществ, которые могут привести к изменению толщины покрывающих слоев.

Слой 220 материала окрашенного покрытия может иметь относительно высокий модуль упругости, выше, чем модуль упругости слоя 215 материала второго покрытия, например от 500 до 1000 МПа. Толщина слоя 220 материала, предпочтительно, около 10-15 мкм. Модуль упругости слоя 215 материала второго покрытия, предпочтительно, примерно на 10-50% ниже, чем модуль упругости материала окрашенного покрытия. Материал (то есть смола), используемый в слое окрашенного покрытия, может иметь в основном такой же химический состав, что и состав материала второго покрытия, но содержать краситель.

Внешний диаметр волокна 200 может лежать в диапазоне 245 от 255 мкм.

Смолы, используемые для любого или каждого из материалов первого, второго или окрашенного покрытия, могут быть смолами, описанными в US 6797740. Количество используемого красителя может быть выбрано на основании толщины слоев покрытия, что известно специалистам в данной области техники.

Благодаря радиально увеличивающемуся модулю упругости, волокно, полученное в соответствии с настоящим изобретением, демонстрирует такое же или даже более высокое сопротивление микросгибам, чем известные волокна. Слой материала второго покрытия не является основным элементом, обеспечивающим механическое сопротивление волокна, таким образом он может иметь более низкий модуль упругости, чем слой окрашенного покрытия.

Более того, внешний окрашенный слой позволяет производить идентификацию волокна в мультиволоконных кабелях без необходимости дополнительного этапа окрашивания волокон на кабельном заводе.

Экспериментальные результаты

В вытягивающей установке, подобной описанной выше установке 100, стеклянная заготовка, имеющая ступенчатый профиль для показателя преломления, вытягивалась со скоростью 20 м/с. Для того чтобы выделить чувствительность к микроизгибам, выбранная заготовка имела большое отношение между "диаметром модового поля" (MFD) и критической длиной волны (это отношение далее обозначается как МАС). Оказалось, что полученное оптическое волокно имеет средний диаметр MFD=9,31 мкм (на длине волны 1310 нм), критическую длину волны кабеля = 1138 нм и среднее отношение МАС=8,18.

Два оптических волновода, имеющие диаметр в 125 мкм, были покрыты материалом первого покрытия (DeSolite® 6D1-78, продаваемый компанией DSM Desotech), материалом второго покрытия (DeSolite® 3471-2-136, продаваемый компанией DSM Desotech) и материалом третьего покрытия (DeSolite® 952-014, то есть DeSolite® 3471-2-136 плюс зеленый краситель, продаваемый компанией DSM Desotech), причем эти материалы были нанесены таким образом, чтобы получились толщины, указанные в таблице 1.

Таблица 1
Образец Мощность УФ излучения 1 слоя Мощность УФ излучения 2 слоя Мощность УФ излучения 3 слоя Толщина 1 слоя, мкм Толщина 2 слоя, мкм Толщина 3 слоя, мкм
1* 1×100% 1×100% 3×100% 31,5 22,5 10
2 1×100% 1×25% 4×100% 31,5 22,5 12,5

В таблице 1 мощность УФ излучения выражена в количестве ламп, умноженных на процент энергии излучения каждой лампы (100%=93 Вт/см2). Первый и второй покрывающие слои сравнительного образца 1 получают количество излучения, необходимое для отверждения материалов этих слоев до нанесения третьих окрашенных слоев (процесс "мокрый по сухому"). Второй слой образца 2 в соответствии с изобретением получает количество излучения около 23 Вт/см2, такое, которое обеспечивает степень отверждения менее чем 90%, таким образом оставляющее этот материал неотвержденным.

Чувствительность к микроизгибам сравнительного образца 1 и образца 2 в соответствии с изобретением была испытана в соответствии со стандартом IEC 62-221 IR3 Ed.1 с увеличивающейся катушкой при комнатной температуре. Результаты представлены в нижеприведенной таблице 2.

Таблица 2
Образец Чувствительность к микроизгибам, дБ/км/(г/мм), на 1550 нм
1 4,67
2 3,77

Образец 2 в соответствии с изобретением имеет значительно меньшую чувствительность к микроизгибам относительно стандартного двухслойного волокна (сравнительный образец 1). Зависимость чувствительности к микроизгибам от модуля упругости покрытия (зависящего, в свою очередь, от степени отверждения материала покрытия) обсуждается, например, в статье F. Cocchini et al., Journal of Lightwave Techn. 13 (1995), p. 1706. Увеличение затухания в слегка сжатом по внешней необработанной поверхности оптическом волокне пропорционально отношению D/H2, как показано следующим уравнением:

(уравнение 1)

где D - боковая жесткость системы покрытия (МПа), а Н - жесткость на изгиб (МПа·мм4) в случае двойного покрывающего слоя, при этом жесткость на изгиб Н определяется как:

(уравнение 2)

где условия Ei - модули упругости, а условия Ri - радиусы каждой компоненты, при этом для стеклянного сердечника i=0; для внутреннего покрывающего слоя i=1, и для внешнего покрывающего слоя i=2 соответственно.

Зависимость боковой жесткости в системе двойного покрывающего слоя может быть выражена как:

(уравнение 3)

Обусловленные микроизгибами дополнительные потери несущественно изменяются в зависимости от модуля упругости материала второго покрывающего слоя.

В случае покрывающей системы в соответствии с настоящим изобретением в уравнение 2 должен быть добавлен третий член , поскольку толщина третьего окрашенного слоя получает значение. Что касается уравнения 3, то в нем должно быть добавлено выражение .

При таком предположении обусловленные микроизгибами дополнительные потери в зависимости от модуля упругости материала второго покрывающего слоя в районе ниже 700 МПа существенно увеличиваются. Это показано на фиг.3 (для различных условий уравнений приняты следующие значения: 2R0=125 мкм, 2R1=190 мкм, 2R2=245 мкм, 2R3=250 мкм, E0=72000 МПа, E1=1 МПа, E3=1000 МПа). Затухание по ординате выражено в 1/МПа·мм8, поскольку в соответствии с уравнением 1 оно пропорционально отношению D/H2, а коэффициент пропорциональности зависит от оптических характеристик волновода и от интенсивности боковой нагрузки. Модуль упругости второго покрытия выражен в логарифме МПа.

Настоящее изобретение было изложено со ссылками на некоторые иллюстративные неограничивающие варианты его осуществления. Специалисты в данной области техники легко поймут, что в описанные варианты осуществления возможно внесение некоторых изменений, кроме того, возможны альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения без отклонения от объема изобретения, в том виде как он определен в приложенных пунктах формулы изобретения.

1. Способ получения оптического волокна (200), включающий:
- вытягивание оптического волновода (205) из стеклянной заготовки (105);
- нанесение на оптический волновод (205) слоя материала первого покрытия;
- отверждение материала слоя первого покрытия для получения слоя (210) первого покрытия;
- нанесение на слой (210) первого покрытия слоя материала второго покрытия;
- нанесение на слой (215) материала второго покрытия слоя материала окрашенного покрытия; и
- отверждение материала второго покрытия и материала окрашенного покрытия в одном этапе для получения слоя (215) второго покрытия, наложенного на слой первого покрытия, и слоя (220) окрашенного покрытия, наложенного на слой (215) второго покрытия, при этом полученный слой (215) второго покрытия имеет модуль упругости, более высокий, чем модуль упругости слоя (210) первого покрытия, и более низкий, чем модуль упругости слоя (220) окрашенного покрытия.

2. Способ по п.1, включающий:
- нагрев материала слоя (215) второго покрытия до нанесения слоя (220) материала окрашенного покрытия.

3. Способ по п.2, включающий:
- нагрев упомянутого материала (215) УФ излучением.

4. Оптическое волокно, содержащее
- оптический волновод (205);
- слой (210) материала первого покрытия, окружающий оптический волновод (205);
- слой (215) материала второго покрытия, окружающий слой (210) материала первого покрытия, и
- слой (220) материала окрашенного покрытия, окружающий слой (215) материала второго покрытия,
при этом
упомянутые материалы первого, второго и окрашенного покрытия имеют значения модуля упругости, увеличивающиеся при удалении от оптического волновода;
упомянутый материал окрашенного покрытия имеет модуль упругости в 500-1000 МПа;
упомянутый материал второго покрытия имеет модуль упругости на 10-50% меньше, чем модуль упругости материала окрашенного покрытия; и
слой (215) материала второго покрытия отверждается до процентного отношения меньше, чем 96%.

5. Оптическое волокно по п.4, в котором слой (215) материала второго покрытия отверждается до процентного отношения, равного или большего, чем 90%.

6. Оптическое волокно по п.4, в котором слой (210) материала первого покрытия имеет модуль упругости от 1 до 2 МПа.

7. Оптическое волокно по п.4, в котором слой (210) материала первого покрытия имеет толщину от 30 до 35 мкм.

8. Оптическое волокно по п.4, в котором слой (215) материала второго покрытия имеет толщину от 20 до 35 мкм.

9. Оптическое волокно по п.4, в котором слой (220) материала окрашенного покрытия имеет толщину от 10 до 15 мкм.

10. Лента оптического волокна, содержащая оптические волокна по п.4.

11. Установка для получения оптического волокна (200), начиная от стеклянной заготовки (105), содержащая:
- первое устройство-аппликатор (135) для нанесения материала (210) первого покрытия на оптический волновод (205), полученный из стеклянной заготовки (105);
- первое устройство (140) отверждения для отверждения слоя (210) материала первого покрытия;
- второе устройство-аппликатор (150, 165) для нанесения на слой (210) материала первого покрытия, отвержденного первым устройством (140) отверждения, слоя (215) материала второго покрытия и слоя (220) материала окрашенного покрытия на слой (215) материала второго покрытия; и
- второе устройство (170) отверждения, работающее с возможностью подачи энергии излучения, достаточной для отверждения по меньшей мере слоя (220) материала окрашенного покрытия.

12. Установка по п.11, дополнительно содержащая нагревательное устройство (180) для нагрева слоя (215) материала второго покрытия до нанесения слоя (220) материала окрашенного покрытия.

13. Установка по п.12, в которой нагревательное устройство (180) содержит третье устройство отверждения для по меньшей мере частичного отверждения слоя материала второго покрытия.

14. Установка по п.11, содержащая первое устройство (125) измерения диаметра перед упомянутым первым устройством-аппликатором (135).

15. Установка по п.11, содержащая второе устройство (145) измерения диаметра после упомянутого первого устройства-аппликатора (135) и перед вторым устройством-аппликатором (150).

16. Установка по п.12, содержащая третье устройство (160) измерения диаметра после упомянутого нагревательного устройства (180) и перед вторым устройством (170) отверждения.

17. Установка по п.11, содержащая четвертое устройство (175) измерения диаметра после упомянутого второго устройства (170) отверждения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу покрытия материалом в расплавленном состоянии. .
Наверх