用于制造金属涂覆的光学纤维的方法和装置、以及所得光学纤维的制作方法
【专利说明】用于制造金属涂覆的光学纤维的方法和装置、以及所得光学纤维
[0001]发明背景
[0002]本发明涉及光学纤维。更具体地，本发明涉及金属涂覆的光学纤维、及其制造技术。
[0003]光学纤维典型地被构造成具有聚合物涂层，但一些应用使金属涂覆的光学纤维的使用成为必要的。关于金属涂覆的光学纤维的一个问题是，其在商业上不能以长的长度得到。
[0004]当前的金属涂覆的光学纤维典型地通过液体冷冻方法或金属镀敷(plating)方法。液体冷冻方法详细描述于A.Mendez&T.F.Morse，Special ty Optical FibersHandbook,Academic Press(2007)，第491-510页(“金属涂覆的纤维”)中，将其全部通过参考引入本文中用于所有目的。作为液体冷冻方法的简要描述，通过如下用金属涂覆光学纤维:与纤维拉伸工艺一致地使所述纤维通过填充有液体金属或熔融金属的模头(die)。
[0005]特别是当金属涂层的厚度降低小于10微米时，由于拉丝塔或环境条件(例如温度变化、风、振动等)的小的波动，该冷冻工艺具有光学纤维与涂覆模头机械接触的可能性。不具有厚的聚合物涂层的裸纤维对于处理或与任何硬的材料的机械接触是脆弱的(有时与拉伸一致地涂覆薄的碳层作为密封阻挡物。将理解，具有小于一微米的碳层而不具有任何额外的涂层的光学纤维对于正常的处理仍是脆弱的)。因此，与硬的材料的任何机械接触可导致对光学纤维表面的机械损伤且可使长期机械可靠性劣化。
[0006]为了避免纤维与涂覆模头的机械接触，通过液体冷冻方法制造的金属涂覆的纤维的典型的涂层厚度大于十微米以获得足够的机械强度。然而，由于厚金属的热收缩，具有较厚的金属涂层的纤维的传输损耗较大。特别地，当金属由于热膨胀系数而从液相收缩到固相时，金属层的收缩导致微弯曲损耗。
[0007]对于呈现出较低损失的金属涂覆的纤维，需要选择较厚的玻璃直径(例如，超过约200微米)以抵抗由于金属收缩所致的微弯曲。但是，由于较大的弯曲应变，200微米或更大的厚直径限制弯曲半径。
[0008]在制造金属镀敷的光学纤维方面的困难部分地是由于纤维拉伸和聚合物涂覆工艺以及金属镀敷工艺之间的不相容性。特别地，这样的工艺涉及不同的工艺速度和不同的线行进方向。拉伸例如为竖直工艺且线速度典型地超过10米/分钟。另一方面，连续的镀敷工艺将是具有小于几米/分钟的典型线速度的水平工艺。
[0009]因此，在金属涂覆的光学纤维的制造中，光学纤维需要在拉伸工艺期间被暂时覆盖且被带到卷筒(reel)中。施加保护涂层，因为难以将经拉伸的裸纤维原样缠绕到卷筒中。如本领域技术人员将理解的，不具有保护涂层的裸纤维是脆弱的且可通过碰触任何硬的材料而容易地折断。在以该方式卷起之后，光学纤维可从卷筒解开(paid off)用于镀敷。
[0010]现在参考图1，说明现有技术的典型的镀敷工艺。如将理解的，电镀或无电镀是湿法工艺，其意味着将纤维浸渍在液体溶液浴中(各浴容器中的锯齿状的线表示液体表面)。由于液体中的化学反应，金属覆盖在玻璃纤维上。典型地，将光学纤维浸渍在用于清洁、敏化、活化和镀敷的串联的几个浴中。在所述浴的每一个中，各湿法工艺花费一到几分钟发生。(工艺时间取决于涂层厚度和温度。)如由图1中的向下的箭头所说明的，将短纤维或纤维末端浸渍在浴中(参见，例如，美国专利N0.5380559，将其全部通过参考引入本文中用于所有目的)。各目标纤维竖直地移动并且浸渍在浴中。在充足的时间之后，将其从所述浴收回并水平地移动到下一个浴的顶部。镀敷将通过浸泡在一系列这样的浴中而完成。
[0011]现在参考图2，常规的金属线材可以连续工艺进行涂覆。如所显示的，当所述线材前进通过所述工艺时，其接触一个或多个阴极滚筒。还可沿着工艺方向提供额外的滑轮以促进所述线材的移动。本领域技术人员将理解，常规的线材(不像光学纤维)对于处理或利用张力的弯曲是坚固的，因为其是由金属而不是玻璃制成的。(参见美国专利N0.5342503和3994786，将其各自全部通过参考引入本文中用于所有目的。)
[0012]光学纤维不能使用对于金属线材会使用的相同的涂覆工艺进行涂覆。如果裸纤维被制备并且通过与滑轮接触而进入湿的浴中，则滑轮可损伤纤维。特别地，这样的滑轮在表面上典型地由塑料或金属制成，所述表面是硬的并且可通过接触而损伤纤维。即使滑轮由软的材料制成，硬的颗粒例如二氧化硅或金属或任何固体的小的粉尘也可导致对于光学纤维的表面的损伤，这归因于当一些这样的颗粒存在于纤维和滑轮之间时的纤维张力。裸纤维沿着与一些滑轮接触的路线行进且因此在统计上在沿着纤维长度的一些点处导致机械损伤。因此裸纤维不可适用于金属连续镀敷工艺以实现长的金属涂覆的光学纤维。结果，金属镀敷对于光学纤维的多数应用是光学纤维的短的末端的金属化。
[0013]本发明认识到现有技术的前述考虑因素等。
【发明内容】
[0014]根据一个方面，本发明提供用于制造金属涂覆的光学纤维的方法。所述方法的一个步骤涉及提供一定长度的光学纤维，所述光学纤维具有被液体能溶解的聚合物涂层包围的玻璃纤维。使所述光学纤维通过一系列溶液浴使得所述玻璃纤维将接触各浴中的溶液预定的停留时间，所述系列溶液浴实施所述聚合物涂层的除去和随后的金属在所述玻璃纤维上的镀敷。在金属镀敷之后收集所述光学纤维使得选择量的所述金属涂覆的光学纤维得到聚拢。
[0015]本发明的另一方面涉及用于制造金属涂覆的光学纤维的方法。所述方法的一个步骤涉及提供一定长度的光学纤维，所述光学纤维具有被水溶性聚合物涂层包围的玻璃纤维。使所述光学纤维通过水浴以除去所述聚合物涂层。在除去所述聚合物涂层之后，使所述光学纤维通过至少一个溶液浴使得所述玻璃纤维将接触其中的溶液预定的停留时间以实现金属在玻璃纤维上的无电镀。在金属镀敷之后收集所述光学纤维使得选择量的所述金属涂覆的光学纤维得到聚拢。
[0016]根据本发明的另一方面，提供用于容纳液体的装置，在光学纤维制造工艺期间，玻璃纤维连续地通过所述液体。所述装置包括:容纳一定量的所述液体的第一容器，所述第一容器限定用于容许所述玻璃纤维移动通过所述第一容器的入口孔和出口孔。还提供容纳储备液体的储存器。所述装置进一步包括用于从所述储存器抽出所述储备液体以替换从所述容器溢出的液体的栗。
[0017]本发明的还进一步的方面提供用于容纳液体的装置，在光学纤维制造工艺期间，玻璃纤维连续地通过所述液体。所述装置包括容器，所述容器限定用于容许所述玻璃纤维移动通过所述容器的入口孔和出口孔。所述容器配置成容纳一定量的所述液体和限定在所述量的液体上方的缺量。真空源与所述缺量呈流体连通以在其中产生负压，由此抑制所述液体从所述入口孔和出口孔溢出。
[0018]本发明的另一方面提供光学纤维，其包括具有或不具有碳层的包括芯和覆层的玻璃纤维。所述光学纤维进一步包括水溶性聚合物涂层。
[0019]本发明的额外的方面提供金属涂覆的光学纤维，其包括具有大于一米的长度的玻璃纤维，所述玻璃纤维包括芯和覆层(具有或不具有碳层)。围绕和容纳所述覆层的金属涂层基本上沿着所述玻璃纤维的整个轴向长度延伸。所述玻璃纤维优选地具有不大于约200微米的直径且所述金属涂层优选地具有不大于约10微米的厚度。
[0020]通过在下面更详细地讨论的所公开的要素的各种组合和子组合、以及实行其的方法提供本发明的其它目的、特征和方面。
【附图说明】
[0021]在本说明书的剩余部分、包括对附图的介绍中更具体地阐述对于本领域普通技术人员而言的本发明的充分的和使得能够实现的公开内容、包括其最佳模式，其中:
[0022]图1为显示用于产生短长度的金属涂覆的光学纤维的现有技术的间歇镀敷工艺的示意图。
[0023]图2为显示用于涂覆常规的金属线材的现有技术的连续涂覆工艺的示意图。
[0024]图3为具有切掉的层的金属涂覆的光学纤维的示意性透视图。
[0025]图4说明用于拉伸光学纤维和向其施加临时性涂层的示例性工艺。
[0026]图5说明根据本发明的一种实施方式的用金属涂覆光学纤维的示例性工艺。
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