直径减小的光纤和制造方法与流程

本发明涉及光纤种类的光波导结构体的领域。

背景技术：

光纤用于以光在玻璃中的速度经长距离传输信息。由于fttx业务(例如光纤到户(ftth)、光纤到路边(fttc))的发展，光纤的发展已显示出巨大的增长。在这方面，在高密度或减小尺寸的光缆设计方面存在日益增加的需求，所述设计减小用于给定数量的光纤的光缆尺寸或者对于给定的光缆截面放置更多的光纤。

专利文献us8,600,206公开了小直径的光纤，其包括芯和包层、围绕包层的一次涂层和围绕一次涂层的二次涂层。然而，由该文献公开的一次涂层的原位模量过高以至于不能使180μm直径的光纤的微弯曲损耗水平接近在1550nm处为约1.5db/km的标准245μm光纤的微弯曲损耗(microbendingloss)水平。

专利文献wo2014/172143a1公开了小直径的涂布的光纤，其中一次涂层的原位模量为0.50mpa以下，并且二次涂层的原位模量为1500mpa以上。

然而，由于二次涂层原位模量与一次模量以及一次厚度与二次厚度相比的过高的水平，导致与标准245μm光纤相比，由wo2014/172143a1描述的光纤具有增加微弯曲损耗的缺点。此外，一次模量与二次模量之间的过大的差异还转化为不同的材料热膨胀系数之间的过大的间距，并且特别是在低的操作温度下引起涂层脱层和光纤衰减增加。

因此，将期望提供180μm直径的光纤，所述光纤的特征还在于与标准245μm光纤相比令人满意的性质、特别是关于主涂层属性(剥离能力、对玻璃的粘合性)以及在微弯曲损耗和在应力下的机械可靠性方面的光纤性能。

技术实现要素：

在本发明的一个特定的实施方案中，公开了一种光纤，其包括芯和围绕所述芯且外径为125μm的包层，所述光纤包括直接围绕所述包层的固化的一次涂层和直接围绕所述固化的一次涂层的固化的二次涂层，所述固化的一次涂层的厚度t1在10～18μm之间且原位拉伸模量emod1在0.10与0.18mpa之间，所述固化的二次涂层的厚度t2小于或等于18μm且原位拉伸模量emod2在700～1200mpa之间，其中所述第一厚度和第二厚度以及所述第一原位拉伸模量和第二原位拉伸模量满足下式：

4％<(t1×t2×emod1×emod2³)/(t1_norm×t2_norm×emod1_norm×emod2_norm³)<50％

其中，(t1_norm；t2_norm；emod1_norm；emod2_norm)为标准245μm直径的光纤的特征值并且等于(33.5μm；25μm；0.4mpa；800mpa)。

尽管其直径减小，但是根据本发明的180μm直径的光纤的特征在于，与标准245μm光纤相比令人满意的性质，特别是关于主涂层属性(剥离能力、对玻璃的粘合性)以及在微弯曲损耗和在应力下的机械可靠性方面的光纤性能。

在这种情况下，当这样的180μm的直径减小的光纤不具有特定的弯曲不敏感设计时，其特征可以在于，在1625nm处低于5db/km的微弯曲损耗(砂纸试验：iec-62221文献的方法b)。

在使用标准125μm外径的玻璃包层的同时获得该技术优势。的确，该包层直径对于工业中的所有主要的光纤类别是共同的，其使得光纤易于在操作中实施。

由于已经设定了玻璃包层直径，本发明主要依赖于以双层涂层为特征的相互作用参数的非显而易见的选择。这些参数的选择对光纤属性具有显著的影响，这不仅是由于它们的个体变化，还由于不同的参数变化的特定的组合。

具体地，一次厚度t1高于18μm的选择对于微弯曲性能的观点是积极的，但是损害平均光纤剥离力和光纤机械可靠性。的确，在180μm直径的光纤的情况下，成为厚度t2低于10μm的二次涂层，这对于确保良好的对光纤的机械保护是不充分的，尤其是具有非常低的拉伸模量的一次涂层。

相反，一次厚度t1低于10μm的选择首先使微弯曲损耗增加至期望的范围以外，这不能通过利用其它参数(一次模量和二次模量)来校正。其次，其对光纤剥离能力具有影响，这是因为即使在清洁之后也非常难以避免具有残留在裸光纤上的一次涂层的片。考虑到一次涂层厚度t1导致的限制，二次厚度t2高于18μm的选择也是如此。

一次模量emod1(也称为“杨氏模量”或“弹性模量”)低于0.10mpa的选择对于微弯曲性能的观点也是积极的，但是，另一方面，其不利地影响衡量一次涂层对包层玻璃表面的粘合性的拉拔力(pulloutforce)水平，这会在老化时转化为脱层问题。相反，一次模量emod1高于0.18mpa的选择增加光纤的微弯曲损耗。

为了在二次厚度低于18μm的情况下得到充分的光纤强度，二次模量emod2低于700mpa的选择不能补偿非常低的一次模量emod1。当二次模量emod2高于1200mpa时，微弯曲损耗模型显示无法使180μm设计的光纤微弯曲损耗水平保持接近于目前的245μm产品的光纤微弯曲损耗水平。

此外，清楚地了解将不同的参数彼此适当地组合的重要性，比率(t1×t2×emod1×emod2³)/(t1_norm×t2_norm×emod1_norm×emod2_norm³)低于4％或高于50％转化为一次模量与二次模量之间的过大的差异，并且因此转化为一次涂层和二次涂层的各自的材料热膨胀系数(tec)之间的过大的差异。结果，其在使光纤微弯曲损耗增加的同时引起潜在的涂层脱层问题，特别是在非常低的操作温度下。

因此，有必要进行不仅关于它们对光纤属性的适当的影响，还关于它们的相互作用对光纤属性、并且特别是对微弯曲损耗的影响的不同的参数的选择。

在一个特定的实施方案中，芯和包层二者均由掺杂或未掺杂的二氧化硅制成。

在一个特定的实施方案中，固化的一次涂层在拉丝后一周的上述uv固化后的固化率在80～90％之间，优选在82～87％之间。

该比率使用傅立叶变换红外光谱(ftir)技术对从光纤直接除去的固化的涂层片计算。其测量存在于涂层中的残余的uv反应性丙烯酸酯官能团相比于存在于树脂状态下的初始量的量。以下描述ftir程序。

在一个特定的实施方案中，固化的二次涂层在拉丝后一周的上述uv固化后的固化率在94～98％之间，优选在95～97％之间。

用于二次涂层的固化率的特征在于，与一次涂层基本上相同的程序，并且在以下描述。

之前的涂层固化可以通过借助例如微波动力uv灯或uv-led技术对光纤进行uv辐射的本领域已知的方式来获得。

在一个特定的实施方案中，一次涂层的厚度t1在10～16μm之间。

这样的一次厚度t1范围的选择使二次厚度t2增加，并且因此改善光纤的机械行为。

在一个特定的实施方案中，二次涂层的拉伸模量emod2高于1000mpa。

这样的二次拉伸模量emod2的选择使得改善光纤的机械行为。

在一个特定的实施方案中，光纤1的特征在于弯曲不敏感设计。

弯曲不敏感设计帮助降低光纤的微弯曲损耗。

在一个特定的实施方案中，包层3包括凹陷区域，其优选为槽。

在一个特定的实施方案中，光纤具有与石英外包层具有正的折射率差的芯2。芯被包层3围绕，其中包层的一部分包括与外包层具有负的折射率差的槽。

优选直径减小的光纤与标准单模光纤相容，以使：

直径减小的光纤呈现低于或等于1260nm的光缆截止值。

直径减小的光纤呈现在1310nm处在8.6～9.5μm之间的模场直径(mfd)值。

直径减小的光纤呈现在1300～1324nm之间的零色散波长。

优选地，光纤符合itu-tg.657.a1(2012年10月)推荐中规定的宏弯曲损耗。

更具体地，光纤符合itu-tg.657.a2(2012年10月)推荐中规定的宏弯曲损耗。

本发明还涉及包括所述光纤中的至少一种的光缆。

本发明还涉及由芯和围绕芯且外径为125μm的包层制造光纤的方法，所述方法包括：

·在包层上直接施加厚度t1在10～18μm之间的一次涂层，

·使一次涂层固化，从而获得原位拉伸模量emod1在0.10～0.18mpa之间的固化的一次涂层，

·在厚度t2小于或等于18μm的固化的一次涂层上直接施加二次涂层，

·使二次涂层固化，从而获得原位拉伸模量emod2在700～1200mpa之间的固化的二次涂层，

·进行前述步骤以使所述第一厚度和第二厚度以及所述第一原位拉伸模量和第二原位拉伸模量满足下式：

4％<(t1×t2×emod1×emod2³)/(t1_norm×t2_norm×emod1_norm×emod2_norm³)<50％

其中，(t1_norm；t2_norm；emod1_norm；emod2_norm)为标准245μm直径的光纤的特征值并且等于(33.5μm；25μm；0.4mpa；800mpa)。

虽然没有明确地描述，但是本实施方案可以以任何组合和子组合而使用。

附图说明

参考通过实例的方式给出且不限定保护的范围的以下描述和图，可以更好地理解本发明，并且其中：

-图1为根据本发明的实施方案的光纤的截面的示意图；

-图2为根据本发明的实施方案的光缆的截面的示意图；

-图3a、图3b、图3c和图3d为当在光纤上进行一次原位模量emod1试验时样品制备的不同步骤的4幅图；

-图4a和图4b为在进行dma之后获得的两条曲线；

-图5为示出根据本发明的一个实施方案的步骤的流程图。

图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。

具体实施方式

本发明涉及光纤以及如下目标：由于一次涂层和二次涂层单体-聚合物比率、厚度和拉伸模量的特定的组合而达到与用245μm光纤获得的相似的微弯曲损耗和其它光纤性能，但是用至多180μm的减小的光纤尺寸。

在以下描述中和在图1～5中阐述了本发明的很多具体细节。然而，本领域技术人员将理解的是，本发明可以具有另外的实施方案，或者可以在没有以下描述中记载的数个细节的情况下实施本发明。

6.1直径减小的光纤的特定的实施方案

图1示意性地示出根据一个实施方案的光纤1，其围绕与图1的平面正交的旋转轴x的轴限定。光纤1包括均由未掺杂或掺杂的二氧化硅制成的芯2和围绕芯2的包层3。包层3的外径为约125μm。固化率在80～90％之间、优选在82～87％之间的固化的一次涂层4直接围绕包层3，所述固化的一次涂层4的厚度t1在10～18μm之间且原位拉伸模量emod1在0.10～0.18mpa之间。固化率在94～98％之间、优选在95～97％之间的固化的二次涂层5直接围绕固化的一次涂层4，所述固化的二次涂层5的厚度t2小于或等于18μm且原位拉伸模量emod2在700～1200mpa之间，比率(t1×t2×emod1×emod2³)/(t1_norm×t2_norm×emod1_norm×emod2_norm³)在4～50％之间。

其中，(t1_norm；t2_norm；emod1_norm；emod2_norm)为标准245μm直径的光纤的特征值并且等于(33.5μm；25μm；0.4mpa；800mpa)。

如果这些特征未经验证，则直径减小的光纤在应力下不能呈现可接受的衰减损耗(尤其是微弯曲损耗将高于标准245μm直径的光纤的那些，并且在1550nm处的衰减变化在-60℃与+85℃之间的热循环下不能保持在0.05bb/km内)。

在一个实施方案中，如图2所示，将多个这些光纤1在限定光缆6的轮廓的护套7内重新分组。

6.2用于制造直径减小的光纤的方法

可以通过例如外部气相沉积(ovd)、轴向气相沉积(vad)、改进的化学气相沉积(mcvd)或等离子体增强化学气相沉积(pcvd，pecvd)等本领域公知的用于生产芯棒的各种各样的化学气相沉积方法来生产本光纤的芯和包层。在一个实施方案中，例如在管中棒(rod-in-tube)或筒中棒(rod-in-cylinder)工艺中、或者通过例如外部气相沉积(ovd)或增强的等离子体气相沉积(apvd)等外部沉积工艺，可以使用预制管在用上述工艺生产的芯棒外部设置有额外的二氧化硅的层。在其中将预制件加热至足以使玻璃软化的温度，例如约2000℃以上的温度的光纤拉丝塔中，将由此获得的预制件拉丝成光纤。预制件通过将其供给通过炉并且由在炉的底部的熔融材料拉丝玻璃光纤。在随后的阶段中，将光纤在被拉丝的同时冷却至低于100℃的温度并且提供直径减小的涂层。

通过使光纤通过涂层施加器，在光纤的玻璃部分的外表面上设置涂层。在施加器中，将液体未反应的涂料供给至光纤并且将具有涂料的光纤引导通过适当尺寸的定型模(sizingdie)。一些工艺使用其中在光纤上施加一次涂层和二次涂层二者的施加器(所谓的湿碰湿(wet-on-wet))。使具有两层涂层的光纤随后通过固化系统，以将两个涂层固化。其它工艺使用用于在光纤上施加一次涂层的第一施加器，随后固化。在一次涂层的(部分)固化之后，在第二施加器中施加二次涂层，其后发生第二固化。尤其是可以从微波动力灯或led灯提供uv源。

在涂层的固化之后，将光纤引导在绞盘(capstan)之上，将熔融光纤从拉丝炉拉出。在绞盘之后，将光纤引导至卷取轴(takeupspool)。

6.3为了测定一次原位拉伸模量和二次原位拉伸模量emod1和emod2而要对光纤进行的试验程序

一次模量emod1可以对光纤直接测量或者借助动态力学分析仪(dma)的帮助使用膜或本体涂层样品。

相反，无法直接对光纤1测量二次模量emod2。

6.3.1对光纤的一次原位模量emod1试验程序

a.样品选择

在拉丝后两周选择代表性的光纤样品，所述光纤样品来自预制件的中间部分。

b.样品制备

将3个光纤样品各自切割为约50～60cm。然后在距端部约10cm的距离处剥离2mm的涂层，如图3a所示。

然后将各光纤的样品胶合在载玻片中。

在这种情况下，将载玻片9放置在已经准备好适配该载玻片的铝支撑件20上。然后作出在距玻璃的底部边界1cm处的标志点，之后在该标志点处固定粘合带10，如图3b所示。

然后将光纤样品1置于在载玻片上，以使2mm剥离位置11恰好位于载玻片外。随后将光纤胶合至载玻片，优选用双组分环氧树脂胶合。直径为1cm的树脂点8用于将光纤固定至载玻片，如图3c所示。

原位模量emod试验

当胶水硬化时，在载玻片的顶部切割光纤并且将所制备的样品放置在铝支撑板20上，如图3d所示，并且放置在视频显微镜下方。支撑板20具有用于引导光纤的凹槽23和小滑轮24，以使光纤在试验期间移动。借助压紧夹具22a和22b将载玻片固定在插槽21中。2mm剥离的光纤11在检查槽25之上。

通过测量在数种(通常4种)不同的重量的影响下在剥离的2mm区域光纤的位移来获得位移对重量的曲线。注意，对于各位移测量，光纤在4～5秒之后停止移动，并且在将所有重量从光纤释放之后，光纤返回至其原始位置。

对于各光纤样品，重复该测量。

适宜的用于进行这样的测量的设备为装配有连接至视频彩色监视器的彩色摄像机和位移测量系统的具有顶部和底部照明的显微镜。

用卡尺测量树脂点8的直径。在几何工作台(geometricalbench)上测量光纤的截面尺寸，从而检查一次涂层直径和裸光纤11直径的确切的值。

c.结果

在位移测量之后，计算剪切模量和拉伸模量。首先，计算剪切模量，以达因/cm²计。通式为：

其中：

geq：剪切模量(达因/cm²)

m：位移对重量的线性函数的斜率(cm/g)

r1：裸光纤的直径(μm)

r2：一次涂层的直径(μm)

l：在树脂点下方，在载玻片上的经涂布的光纤的隔离部分(isolatedsection)的长度(cm)。

可以通过使用以下通式将以达因/cm²为单位的剪切模量转化为以mpa计的拉伸模量eeq。

eeq＝2geq(1+ν)×10^-7

eeq：拉伸模量(mpa)

geq：剪切模量(达因/cm²)

ν：泊松比

在该关系式中，考虑到一次涂层材料种类在测量期间经历的延伸以内为理想的橡胶，泊松比(n)近似为0.5。

6.3.2对于膜的二次原位模量emod2试验程序

二次原位模量emod2使用光纤管脱落的样品来测量。

为了获得光纤管脱落的样品，首先将0.14mmmiller剥离器在距经涂布的光纤的端部约2.5cm处夹紧。将从剥离器延伸的光纤的2.5cm的区域插入液氮流中并且保持3秒。然后将光纤从液氮流中移出并且快速地剥离。检查光纤的剥离端从而确保将涂层除去。如果涂层保留在玻璃上，则再次制备样品。结果为一次涂层和二次涂层的中空管。从未剥离的光纤的端面测量玻璃、一次涂层和二次涂层的直径。为了测量二次原位模量，可以用例如rheometriesdmtaiv仪器等仪器以样品隔距11mm来运行光纤管脱落的样品。测定样品的宽度、厚度和长度并且将其作为向仪器的操作软件的输入来提供。安装样品，并且使用时间扫频程序在环境温度(21℃)下使用以下参数来运行样品：

频率：1rad/sec

应变：0.3％

总时间＝120sec

每次测量的时间＝1sec

初始静力＝15.0[g]

静力超过动力＝10.0[％]

一旦完成，将最后5个e'(储能模量)数据点取平均。将各样品运行3次(对于各运行，都为新制样品)用于获得总共15个数据点。将3次运行的平均值报告为二次原位模量。

6.4用于通过ftir测量涂层固化率的试验程序

a–关于一次涂层固化率:

a)在树脂状态下的丙烯酸酯面积比的测量

首先在ftir设备上得到背景光谱。

然后将一次树脂的液滴置于在ftir池的顶部。然后得到ftir光谱。将fitr扣除背景光谱从而获得一次ftir光谱。

对于该光谱，在813～798cm^-1之间测量残余的丙烯酸酯峰的面积。

然后在1567～1488cm^-1之间测量参考峰的面积。

然后通过将丙烯酸酯峰面积除以参考峰面积来获得树脂丙烯酸酯比。

b)在涂层状态下的丙烯酸酯面积比的测量

首先在ftir设备上得到背景光谱。

然后使用剃刀刀片(razorblade)在拉丝后一周从经涂布的光纤除去5mm的涂层的片，并且将凸面侧置于ftir池的顶部。然后得到ftir光谱。将fitr扣除背景光谱从而获得一次ftir光谱。

对于该光谱，在813～798cm^-1之间测量残余的丙烯酸酯峰的面积。

然后在1567～1488cm^-1之间测量参考峰的面积。

然后通过将丙烯酸酯峰面积除以参考峰面积来获得涂层丙烯酸酯比。

c)一次涂层固化率的测量

根据下式获得一次涂层固化率：

一次固化(以％计)＝(1-涂层丙烯酸酯比/树脂丙烯酸酯比)*100

b–关于二次涂层固化率:

a)在树脂状态下的丙烯酸酯面积比的测量

应用与用于一次树脂的相同的程序，从而获得二次树脂比。

b)在涂层状态下的丙烯酸酯面积比的测量

首先在ftir设备上得到背景光谱。

然后将30cm的经涂布的光纤在拉丝后一周切割成组装以形成束的2～3cm的长度，将其置于ftir池的顶部。然后得到ftir光谱。将fitr扣除背景光谱从而获得一次ftir光谱。

对于该光谱，在813～798cm^-1之间测量残余的丙烯酸酯峰的面积。

然后在1567～1488cm^-1之间测量参考峰的面积。

然后通过将丙烯酸酯峰面积除以参考峰面积来获得涂布比。

c)二次涂层固化率的测量

根据下式获得二次涂层固化率：

二次固化(以％计)＝(1-涂层丙烯酸酯比/树脂丙烯酸酯比)*100

6.5用于测定光纤的热稳定性而进行的试验

为了挑战根据本发明的光纤的热稳定性，进行了试验。在这种情况下，在范围在-60℃～+70℃之间的温度下操作1km的这样的在自由线圈中的光纤。结果，对于已知的g657a2型的光纤(bendbright^xsftth光纤，由prysmiangroup生产)，在0.05db/km下测量波长为1550nm和1625nm的光信号的衰减的变化。这样的光纤中的光衰减的最小化无疑是将本发明与现有技术相区分的主要的性能。