专利名称：抗微弯光纤的制作方法
技术领域：
本发明包含具有改进的涂层系统的光纤，其减少了应力导致的微弯。
背景技术：
光纤到驻地/商家/家庭(即，FTTx)提供给个人终端用户宽带数据传输技术。逐 渐地应用于全世界的FTTx安装，正使用创新的成本缩减的系统设计来推动该技术的扩展。 例如，光纤可在最后连接中经由微缆传输。吹气式光纤提供另一种有效的模式用于输送连 接至用户终端。业界持续关注克服了妨碍用于将数据传输至商家或者住户的基于光纤的宽 度方案的经济障碍的应用模式。当然，成本效益对于实现成功的FTTx系统是重要的。用于吹气的电缆、点滴和结 构的减小的尺寸常常也很关键。适于传统电缆设计的管的安装在现有的基础设施中常常令 人望而却步。因而，现有的小管或者紧密通道必须用于新光纤安装。低成本和减小尺寸的 需求正趋向于减少用于光纤的保护(即，远离传统上坚固的、更大体积的电缆设计)。如今，已有玻璃设计可对小的弯曲半径提供减少的灵敏度(减小由于称为微弯的 现象所增加的衰减)。这些包括辅槽纤芯设计或者辅空光纤。具有低模场直径的玻璃设计 对于微弯效应较不敏感，但不兼容G.652SMF标准。符合ITU-T G. 652. D要求的单模光纤是 商业上可获得的，例如，从Draka Comteq(克莱尔蒙特，北卡罗莱纳州)。微弯是导致光纤信号强度增加损耗的另一现象。当小应力沿着光纤长度施加时， 产生微弯，经由纤芯中微观上的小偏转干扰光路。在这点上，美国专利No. 7，272，289 (Bickham等)，其全部内容通过引用并入本文， 提出了一种具有低宏弯和微弯损耗的光纤。美国专利No. 7，272，289主要公开了这样一种 光纤，其具有⑴杨氏模量小于1. OMPa且玻璃化转变温度小于-25°C的主涂层，以及(ii) 杨氏模量大于1，200MPa的副涂层。不过，仍然需要更好的微弯防护以便确保在更多FTTx应用中的成功应用。为此， 需要发现并实现新的涂层系统，其以商业上实用(即，具有成本效益)的方式更好地应对 FTTx安装对光纤和电缆的需求。发明概述因此，本发明的目的是提供一种光纤，其具有提供改进的抵抗应力导致的微弯的 改进的涂层系统。另一个目的是提供一种改进的涂层系统，其可容易地与弯曲不敏感的光纤以及符 合G. 652的光纤匹配。
再一个目的是提供一种改进的光纤涂层系统，其包括具有低模量的主涂层，以便 对外力导致的横向和轴向应力提供增强的缓冲。再一个目的是提供一种改进的光纤涂层系统，其包括具有特别低的玻璃化转变温 度(Tg)的主涂层，减少了在特别冷的环境中温度导致的应力。再一个目的是提供一种改进的光纤涂层系统，其包括具有改进的固化速率的主涂层。再一个目的是提供一种改进的光纤涂层系统，其包括具有改进的亮度和可见度的 免涂墨的副涂层。再一个目的是提供一种改进的光纤涂层系统，可以以商用加工速度(例如，以至 少大约20米每秒的速率形成主涂层)对其进行应用。再一个目的是提供一种具有容易被剥离的涂层的光纤。再一个目的是提供一种光纤，其用在FTTx安装中具有增强的性能特征，而传统 的、坚固的电缆设计并不实用。再一个目的是提供一种光纤，其将根据本发明的涂层(例如，Draka Comteq的 ColorLockxs牌涂层系统)与弯曲不敏感的玻璃纤维(例如，Draka Comteq的商标为 BendBrightxs 的单模玻璃纤维)协同组合。再一个目的是提供一种光纤，其可有利地应用在缓冲管和/或光纤电缆中。再一个目的是提供一种光纤，其要求较少的外部保护(例如，封入较薄的缓冲管 和/或电缆外套内)。再一个目的是提供一种弯曲不敏感的光纤，其具有减小的直径(例如，具有较薄 的涂层)。再一个目的是提供一种光纤，其可以以采用小半径弯曲的方式被安装。再一个目的是提供一种光纤，其方便于直接安装至建筑物或者其他结构(例如， 用钉固定或者以其他方式固定至结构表面)。本发明的前述以及其他目的和优点、以及其实现方法，进一步详细说明于随后的 说明书及其附图中。附图简述
图1示出了微弯测试结果，其图示出根据本发明，通过将弯曲不敏感的玻璃纤维 与低模量的主涂层配合来实现的特别低的微弯损耗。图2示意性地示出了主涂层的原位模量(in situ modulus)和用于多模光纤时增 加的损耗之间的关系。图3示出了典型的商用主涂层(即，传统的主涂层)的动态力学性质。图4示出了根据本发明的在生产光纤中所用的示例性主涂层的动态力学性质。图5示出了包括传统主涂层的光纤和包括根据本发明的示例性主涂层的光纤的 微弯测试结果。图6示出了包括传统主涂层的光纤和包括根据本发明的示例性主涂层的光纤的 微弯测试结果(处于严格的温度-周期测试条件下)。图7示出了包括传统主涂层的光纤和包括根据本发明的示例性主涂层的光纤的 微弯测试结果(处于修正的温度-周期测试条件下)。
图8示出了微弯测试结果，其图示出根据本发明，通过将弯曲不敏感的玻璃纤维 与低模量的主涂层配合来实现的特别低的微弯损耗。图9示出了传统光纤和根据本发明的将弯曲不敏感的玻璃纤维与低模量的主涂 层相组合的光纤的微弯测试结果(处于严格的温度-周期测试条件下)。图10示出了传统光纤和根据本发明的将弯曲不敏感的玻璃纤维与低模量的主涂 层相组合的光纤的微弯测试结果(处于修正的温度-周期测试条件下)。图11示出了各示例性光纤中，衰减(增加的损耗)为MAC数(即，模场直径除以 截止波长)的函数。图12以对数标度示出了各示例性光纤中，微弯灵敏度为MAC数(即，模场直径除 以截止波长)的函数。图13示出了标准单模光纤(SSMF)中波长1625纳米且弯曲半径15毫米时的弯曲 损耗与波长1550纳米时的MAC值的关系。图14示出了示例性单模光纤的标定折射率曲线。图lfe、Mb和15c是示出了不同标准单模光纤(SSMF)和不同光纤中，不同弯曲半 径、波长为1625纳米时的弯曲损耗相对于波长1550纳米时的MAC值的图表。图16a和16b是示出微弯导致的损耗的图表。图17示出了示例性光纤的横截面(不按比例)。图18示出了阶跃光纤的设定曲线。图19示出了光纤中波长1625纳米时的弯曲损耗与弯曲半径的关系。图20示意性示出了示例性光纤的横截面(不按比例)。图21a示出了示例性光纤的参考折射率曲线。图21b示出了图21a的示例性光纤中的锗掺杂浓度。图21c示出了图21a的示例性光纤中的氟掺杂浓度。图22示出了四种不同光纤的色散特征。图23示出了具有从中心延伸相应半径的包层的单模光纤的横截面。图M示出了图23的示例性单模光纤的标定折射率曲线。详细说明一方面，本发明包含具有改进的涂层系统的光纤，其减少了应力导致的微弯，即使 是在FTTx应用所要求的异常寒冷的环境中。根据本发明的涂层系统包括主涂层，其将低原 位模量(例如，在光纤上测量，小于大约0. 5MPa)和低玻璃化转变温度(Tg)(例如，小于大 约_50°C)相组合，以便减小由外力引起的应力和温度。另外，该涂层系统可以较高的生产 速度(例如，15-20m/sec或者更高)加工。本发明通过采用UV固化聚氨酯丙烯酸酯组合物作为主涂层，实现了抗微弯 的光纤，特别是单模光纤。在这点上，该主涂层包括大约40至80重量百分比的聚 醚-聚氨酯丙烯酸酯低聚物和光引发剂，例如LUCERIN ΤΡ0,其在商业上可从BASF获 得。另外，该主涂层可包括一个或者多个低聚物和一个或者多个单体稀释剂(例 如，丙烯酸异冰片酯)，例如用以减少粘度，从而促进加工。用于根据本发明的该 主涂层的适合的组合物是由DSM Desotech(埃尔金，伊利诺斯州)提供的商标为 DeSolite dp ioii的uv固化聚氨酯丙烯酸酯产品。在这点上如上所述，标题为“抗微弯光纤”的美国专利申请No. 60/986，737 (Overton)、标题为“抗微弯光纤”的美 国专利申请No. 61/041，484 (Overton)、以及标题为“抗微弯光纤”的美国专利申请 No. 61/112，595 (Overton)，其全部内部通过引用并入本文。用于本发明的适合的玻璃纤维包括例如标题为“用于光纤制导应用的单模弯曲 不敏感光纤”的美国专利No. 4，838，643 (Hodges等)、标题为“单模光纤”的美国专利申请公 开 No. US2007/0127878A1 及其相关美国专利申请 No. 11/556，895 (德国 Montmorillon 等)、 标题为“单模光纤”的美国专利申请公开NO.US2007/0280615A1及其相关美国专利申请 No. 11/697，994(德国Montmorillon等)、标题为“色散补偿光纤”的美国专利No. 7，356，234 及其相关美国专利申请No. 11/743，365 (德国Montmori Ilon等)、标题为“光纤”的美国专 利申请公开No. US2008/0152288A1及其相关美国专利申请No. 11/999，333 (Flammer等)、标 题为“单模光纤”的美国专利申请No. 61/101，337(德国Montmorillon等)、标题为“弯曲 不敏感的单模光纤”的美国专利申请No. 61/112，006 (德国Montmorillon等)、以及标题为 “弯曲不敏感的单模光纤”的美国专利申请No. 61/112，374(德国Montmorillon等)中公开 的那些玻璃纤维。这些共同转让的专利文献的每一个的全部内容均通过引用并入本文。例 如，一种示例性的玻璃纤维，具有折射率约为0. 003至0. 006、低于其相邻硅包层的折射率 的阶跃纤芯。用于本发明的示例性单模玻璃纤维，商业上可从Draka Comteq(克莱尔蒙特，北卡 罗莱纳州)的与IUT-T G. 652. D的要求兼容的商标BendBright ,以及与IUT-T G. 657. A/ B和IUT-T G. 652. D的要求兼容的商标BendBrightxs 获得。特别提出于此，已意外发现，弯曲不敏感的玻璃纤维(例如，DrakaComteq的商标 为BendBrightXS &单模玻璃纤维)与具有很低模量的主涂层(例如，DSM Desotech的
商标DeSolite DP101所提供的UV固化聚氨酯丙烯酸酯产品)的组合实现了具有异常低 损耗(例如，与采用传统涂层系统的单模光纤相比，至少IOX (例如，40X至IOOX或者更多) 的微弯灵敏度的减少)的光纤。Draka Comteq的商标为BendBrightXS 的抗弯曲单模玻 璃纤维，采用减少微弯损耗的辅槽设计。图1示出了将根据本发明的前述示例性单模光纤与采用传统涂层系统的各单模 光纤相比的这一显著结果。在这点上，图1展示了光谱衰减数据，通过测量运输卷轴上的光 纤的初始光谱衰减，从而获得所示界限之间全光谱波长范围的典型衰减峰谷。然后如IEC 固定直径的砂纸鼓测试(即，IEC TR62221，方法B)所述，该光纤缠绕至砂纸覆盖的固定直 径的鼓(即，测量卷轴)上，从而获得另一个光谱衰减曲线。IEC固定直径的砂纸鼓测试(即，IEC TR62221，方法B)提供影响单模光纤的微弯 应力状况，即使是在室温下。当然，砂纸提供使光纤承受没有数百万个也有数千个的应力点 的粗糙表面。至于图1所展示的测试数据，用粘贴式40微米级的砂纸(S卩，大致相当于300 砂砾的砂纸)缠绕直径为300mm的光纤卷轴以产生粗糙表面。然后，400米的光纤样本缠绕 至大约2，940mN(即，直径为300mm的圆筒上300gf的张力)，并在23°C下测量光谱衰减。图1所展示的曲线代表了初始光谱曲线和当光纤缠绕在砂纸鼓上时的曲线之间 的差，从而提供由微弯应力导致的增加的损耗。本领域技术人员将认识到，目前电缆设计采用较小直径的缓冲管和较廉价的材料，以努力减少成本。因此，当以这种电缆设计配置时，单模光纤的保护较少，从而更易受应 力导致的微弯的影响。如上所述，本发明提供一种改进的涂层系统，其更好地保护光纤免受 由外部力学变形和温度导致的涂层力学性质的变化所引起的应力。如上所述，用于保护光纤的传统方案包括使用大直径的缓冲管、抵抗光纤上变形 和应力的高模量材料制成的缓冲管、以及更坚固更厚的电缆外套以抵抗可能收缩或者其他 方式挤压光纤的变形。然而，这些方案不仅成本高，而且无法解决保护涂层变化所引起的温 度导致的应力。换句话说，传统主涂层在低于它们相应的玻璃化转变温度的温度下具有高 模量。如这里所公开的，根据本发明的光纤包括主涂层，其具有与传统单模光纤主涂层 所具有的相比更低的模量和更低的玻璃化转变温度。即使如此，改进的主涂层配方仍然方 便了本光纤以极好的加工速度(例如，l，000m/min或者更多)商业生产。在这点上，本发明 的光纤所采用的主涂层具有快速的固化速率——在20°C和大气压力(即，760托)(即，标 准温度和压力——STP)下在标准75毫米薄膜上测得，UV剂量约0. 3J/cm2达到50%完全固 化，UV剂量约0. 5J/cm2达到80%完全固化，以及UV剂量约1. OJ/cm2达到90%完全固化。图2示意性示出了主涂层的原位模量和光纤的衰减(增加的损耗)之间的观测 关系，这里光纤为50微米渐变型多模光纤。主涂层模量随着在玻璃纤维上固化而测得， 而且，所增加的损耗根据IEC TR62221微弯灵敏度技术报告和标准测试程序(例如，IEC 丁尺62221，方法8』(1. 1)，使用固定直径的砂纸鼓程序来测量，所述IEC TR62221微弯灵敏度 技术报告和标准测试程序的全部内容通过弓I用并入本文。本领域技术人员将意识到，现有的商业上可获得的单模光纤典型地包括就地 (即，在光纤上)测量的100-150psi的杨氏模量。根据本发明的光纤具有主涂层，其具有与 这种商业上可获得的主涂层相比减小的模量。采用低模量的主涂层提供绕玻璃纤维更好的 缓冲。尽管低模量的原位主涂层可通过选择性地不完全固化来实现，本发明仍然通过达 到完全固化(即，接近完全固化)来实现具有低模量的原位主涂层。在这点上，根据本发明 的原位主涂层的模量小于约0. 65MPa(例如，小于约95psi)，典型地小于约0. 5MPa,更典型 地小于0. 4MPa(例如，约0. 3MPa至0. 4MPa或者约40psi至60psi)。已确定，具有小于约 0. 模量的原位主涂层可显著减小玻璃纤维的弯曲灵敏度。另一方面，根据本发明的原 位主涂层的模量典型地大于约0. 2MPa(例如，0. 25MPa或者更多)。为了实现与传统光纤涂层相比减小的模量，该主涂层具有更低的交联密度、特别 是减少浓度的活性丙烯酸酯基。本领域技术人员将意识到，丙烯酸酯基在光引发期间(例 如，拉丝作业中UV导致的固化)经由自由基聚合交联。反应动力学指示加工期间减小的固 化速率。当然，这在商业上是不期望的，因此，本发明实施工艺修正以提供满意的固化速率 给低模量的主涂层。固化过程中至少有两种成分减慢了主涂层的聚合速率。首先，(i)暴露至高强度 UV环境所导致的高固化温度和(ii)放热聚合反应的组合减慢了主涂层的观测固化速率。 其次，密切相邻的堆叠的UV灯，实际上产生快速重叠的、重复的光引发周期。在这一构成下 丙烯酸酯基的反应速率同样被减慢一有些违反直觉的结果。至于后者，布置(即，放置) UV灯以增加连续UV暴露之间的周期，与采用相同拉丝速度和UV剂量的其他传统工艺相比，增加了涂层固化程度。这样，有可能以快速拉纤速度实现接近完全固化方式，来加工根据本 发明的减小模量的主涂层，这是商业上可行的工艺所要求的。用于固化涂覆光纤的示例性 方法和装置公开于共同转让的美国专利No. 7，322，122，其全部内容通过引用并入本文。与模量相关的温度是一重要的考虑因素，以确保主涂层在FTTx应用中提供增强 的微弯保护。仅仅在室温下具有低模量的主涂层是不够的，因为本领域中的应用将光纤暴 露于极端环境温度(例如，-40°C或者更低)下微弯导致的应力。因此，根据本发明的适合 的主涂层具有异常低的玻璃化转变温度，以便主涂层在极冷的环境条件下保持柔软和保护 性。实施例1(力学件质的比较)图3和图4分别示出了典型商用主涂层(即，传统主涂层)和根据本发明在制作 光纤中所用的示例性主涂层的动态力学性质。传统主涂层是由DSM Desotech(埃尔金，伊 利诺斯州)的商标DeSolite DPi007所提供的UV固化聚氨酯丙烯酸酯。根据本发明的示 例性主涂层(即，应用来形成本发明的光纤)是由DSM Desotech(埃尔金，伊利诺斯州)所 提供的商标为DeSolite DP ion的uv固化聚氨酯丙烯酸酯。传统主涂层的数据由动态力学分析仪(DMA)在IHz的振动应力速率下获得。这样 做，应变维持在应力-应变特性的线性区域。传统主涂层的样本固化在聚酯上以形成标准 75微米薄膜。使用输出为300W/in的汞-卤素灯泡来施加lj/cm2的UV剂量。暴露在UV 下足以确保该涂层位于剂量-模量曲线的稳定水平。参照图3，该数据显示了测量于75微米薄膜时，大致1. 5MPa的平衡模量。在玻璃 纤维(即，原位)上，该传统主涂层典型地固化于约0. SMPa的模量，即指示了工业上很多 单模光纤主涂层的水平。本领域技术人员将意识到，与75微米薄膜上时相比，在玻璃纤维 (即，原位)上，较软主涂层的模量测量往往更低。传统主涂层的玻璃化转变温度估计在tan δ的峰值大致_30°C处。因而，传统主涂 层(以及类似配方)在极低温度(例如，小于-40°C，特别是小于-50°C )下类似玻璃态聚 合物。(尽管应变导致的应力在低温下取决于时间，所估计的玻璃化转变温度仍是有用的比 较特性。)根据本发明的示例性主涂层的样本同样固化至聚酯以形成可比较的75微米薄 膜。如前所述，使用输出为300W/in的汞-卤素灯泡来施加lj/cm2的UV剂量至该主涂层。 如上所述，图4示出了根据本发明的示例性主涂层的动态力学性质。根据本发明的示例性主涂层显示了所固化薄膜中仅仅低于IMPa的平衡模量。原 位模量(即，在玻璃纤维上测量的)为大约0. 至0. 4MPa。这明显低于传统主涂层相应 的模量测量值。根据本发明的示例性主涂层的玻璃化转变温度估计在tan δ的峰值小于 约-50°C (例如，约_60°C)处。这至少低于相比较的传统主涂层的玻璃化转变温度约20°C。 因此，根据本发明的主涂层在温度漂移期间提供更快的应力松弛。如实施例2和3(如下)中所述，两种不同的方法用于估计涂覆有⑴典型商用主 涂层(即，传统主涂层)和(ii)根据本发明的示例性主涂层的玻璃纤维的各自的微弯灵敏 度。如同实施例1(如上)，传统主涂层是由DSM Desotech (埃尔金，伊利诺斯州)的商标 DeSolite DP1007所提供的uv固化聚氨酯丙烯酸酯，而根据本发明的示例性主涂层(即，应用来形成本发明的光纤)是由DSM Desotech(埃尔金，伊利诺斯州)的商标DeSolite DPlOll所提供的UV固化聚氨酯丙烯酸酯。所提供的每种测试方法加剧了横向应力状况。此外，在室温下测量对衰减的影响 后，测试结构经历温度循环以确定这种温度漂移导致的附加损耗。实施例2 (微弯灵敏度的比较)所采用的第一种测试方法是本领域技术人员公知的编织篮、温度循环程序。根据 该测试程序，光纤缠绕至大约490mN(即，具有9mm “层面”的直径300mm的石英圆筒上50gf 的张力)。五十层缠绕至该石英鼓以产生无数个光纤对光纤交叉。用于实施例2的该测试 程序是修改的IEC TR62221方法D，如上所述其全部内容通过引用并入本文。本领域技术人员将意识到，在室温下，这种光纤交叉有时会引起增加的损耗(即， 如果该光纤很敏感)，但是典型地很少或者没有增加的损耗被观测到。因此，该鼓(没有缠 绕光纤)从大约室温到(i)-40°c、(ii)-60°c、(iii)+7(rc和(iv)+23°C (即，接近室温)经 历温度循环两次，同时在1550纳米做损耗测量。在这两个温度循环中，在每个测试温度下， 一小时后测量光纤衰减。图5示出了分别涂覆有传统主涂层(即，DeSolite DP1007)和根据本发明的示 例性主涂层(即，DeSolite DPioii)的单模光纤的示例性结果。选择相应的光纤样本以 匹配涂层几何形状、模场直径和截止波长。因此，各光纤采用不同配方的彩色副涂层。总的来说，传统主涂层和根据本发明的示例性主涂层均在23°C对微弯应力提供 良好的保护。此外，在_40°C，具有传统主涂层的光纤仅仅显示小量增加的损耗。(显然， 在-40°C，传统主涂层通过应力松弛对微弯在合理的期限内提供足够的保护，即使这接近它 的玻璃化转变温度。)通过比较，根据本发明的光纤在-40°C基本上没有显示出增加的损耗 (即，性能更好)。然而，在-60°C，具有传统主涂层的光纤显示出明显增加的损耗。(该温度极限远 远低于传统主涂层的玻璃化转变温度。)通过比较，根据本发明的光纤在-60°C基本上没有 显示出增加的损耗，其接近于根据本发明的主涂层的该实施例的玻璃化转变温度。实施例3(微弯灵敏度的比较)第二种测试方法采用更为严苛的环境(即，条件)，以便估计⑴具有典型商用主 涂层(即，传统主涂层)光纤和(ii)具有根据本发明的示例性主涂层的光纤的各自的微弯 灵敏度。具体地，第二种方法修改IEC固定直径的砂纸鼓测试(S卩，IECTR62221，方法B)，如 上所述其全部内容通过引用并入本文，以便即使在室温下也提供足够严苛的微弯应力状况 来影响单模光纤(g卩，与测量图1中所显示数据时所用的相比，更为粗糙的鼓表面)。这样 做，直径300mm的石英鼓用粘贴式220砂砾的砂纸(即，大致相当于66微米级的砂纸)来 缠绕以产生粗糙的表面。在初始测试条件下，每一个相应的光纤样本以单层缠绕至大约980mN( S卩，直径 300mm的石英圆筒上IOOgf的张力)。在修改的测试条件下，三个(；3)相应光纤样本中的每 一个以单层缠绕至大约1，470mN(即，直径300mm的石英圆筒上150gf的张力)。这样，与第 一种测试条件相比，第二种测试条件增加了 50 %的缠绕张力。通过使用匹配的光纤样本(如同实施例2的编织篮/温度循环测试)，对于每个测试条件在室温(即，23°C )下缠绕之后测量光纤衰减。然后，该鼓(具有400米的缠绕光 纤)从大约室温到(i)_40°C、(ii)-60°C和(iii)+23°C (即，接近室温)经历温度循环，同 时使用光时域反射仪(OTDR)在1550纳米做损耗测量。每种光纤的这几个样本于初始卷轴(即，在缠绕至粗糙的鼓表面之前以建立基线 光谱衰减)上在23°C进行初始测量，然后，对于每个温度承受前述严苛的测试条件。在每个 测试温度下，一小时后(如同实施例2中)测量光纤衰减。图6的曲线图和图7的箱形图显示了包括传统主涂层(即，DeSolite DPi007UV 固化聚氨酯丙烯酸酯)的单模光纤和包括根据本发明的示例性主涂层(即，DeSolke DP1011UV固化聚氨酯丙烯酸酯)的单模光纤在这些更为严苛的测试条件下的示例性结果。例如，图6显示了，与传统光纤相比，根据本发明的示例性光纤具有减少的微弯灵 敏度(即，减少大约40-60% )。同样地，图7显示了，与传统光纤相比，根据本发明的示例性光纤在更高缠绕张力 (即，直径300mm的石英圆筒上150gf)下具有显著减少的微弯灵敏度。因而，图7显示出， 根据本发明的示例性主涂层(即，DeSolke DPioiiuv固化聚氨酯丙烯酸酯)促进了明显 减少和明显更为均衡的微弯性能。如前所述，已发现，与传统涂层系统相比，该涂层系统在与传统单模玻璃纤维组合 使用时提供明显的微弯改进。进一步发现，将弯曲不敏感的玻璃纤维(例如，Draka Comteq的商标为 BendBrightXS 的单模玻璃纤维)与具有很低模量的主涂层(例如，DSM Desotech的商 标DeSolite DPioii所提供的UV固化聚氨酯丙烯酸酯)配合，实现了具有特别低损耗的 光纤。因此，进行另外的测试来证明根据本发明所提供的微弯灵敏度显著和意外的减少。实施例4(微弯灵敏度的比较)对于示例性光纤测量各自的微弯灵敏度，包括(i)具有传统商用涂层的传统单模 玻璃纤维，(ii)具有传统商用涂层的弯曲不敏感的玻璃纤维，以及(iii)具有根据本发明 的涂层(例如，Draka Comteq的ColorLockxs牌涂层系统)的弯曲不敏感的玻璃纤维(例 如，DrakaComteq的商标为BendBrightXS 的单模玻璃纤维)。图8显示，与其他光纤相比，根据本发明的光纤，即，包括弯曲不敏感的玻璃纤维 (例如，Draka Comteq的商标为BendBrightXS 的单模玻璃纤维)和具有很低模量的主 涂层(例如，DSM Desotech的商标DeSolite DPlOll所提供的UV固化聚氨酯丙烯酸酯产 品)的光纤，提供特别低的衰减损耗。此外，该抗弯光纤在1400纳米至1700纳米的传输窗 口内显示出较小的波长相关性，并且在测试光谱内基本不受导致微弯的测试条件的影响。图8显示了根据IEC TR62221的方法B(固定直径的鼓)获得的示例性光谱衰减 数据。根据IEC TR62221的方法B，在缠绕在运输卷轴上的440米的光纤样本上测量初始光 谱衰减(即，获得所示界限之间全光谱波长范围的典型衰减峰谷)。然后，该光纤在缠绕有 粘贴式40微米级的砂纸(S卩，大致相当于300砂砾的砂纸)的直径300mm的测量卷轴上缠 绕至大约3N，从而获得另一个光谱衰减曲线。如同图1中所示曲线，图8中所显示的曲线显示出，在23°C，初始光谱曲线和当光 纤缠绕在固定直径的砂纸鼓上时的曲线之间的差，从而提供由微弯应力导致的增加的损耗(即，光谱范围上的delta-衰减)。实施例5 (微弯灵敏度的比较)对于示例性光纤在严苛的测试条件下测量各自的微弯灵敏度，包括⑴具有传统 商用涂层的传统单模玻璃纤维，以及(ii)具有根据本发明的涂层(例如，Draka Comteq 的ColorLockxs牌涂层系统)的弯曲不敏感的玻璃纤维(例如，Draka Comteq的商标为
BendBrightxs 的单模玻璃纤维)。图9显示，即使在极为严苛的测试条件下，与其他光纤相比，根据本发明的光纤， 即，包括弯曲不敏感的玻璃纤维(例如，Draka Comteq的商标为BendBrightXS 的单模玻 璃纤维)和具有很低模量的主涂层(例如，DSM Desotech的商标DeSolite DPlOll所提 供的UV固化聚氨酯丙烯酸酯产品)的光纤，提供意外低的衰减损耗。用于实施例5的测试程序是IEC TR62221的方法B的修改，如上所述，其全部内容 通过引用并入本文。至于该修改的IEC固定直径的砂纸鼓测试，用粘贴式180砂砾的砂纸 (即，大致相当于78微米级的砂纸)缠绕直径300mm的石英鼓，以产生比实施例3(如上) 中所述的更为粗糙的表面。然后，以大约1470mN(即，使用Delachaux光纤缠绕装置在直径 300mm的石英圆筒上以150gf的受控的后张力)，以单层缠绕440米的光纤样本，并且测量 光谱衰减。图9显示了对于标准单模光纤(即，具有传统商用涂层的传统单模玻璃纤维)的 三个样本和根据本发明的光纤(即，具有根据本发明的改进的涂层的弯曲不敏感的玻璃纤 维)的三个样本的示例性温度-循环数据。如上所述，440米光纤缠绕至前述砂纸覆盖的固 定直径的鼓上。缠绕之后一小时，用光时域反射仪(OTDR)在室温(即，23°C )下测量光纤 衰减。然后，该鼓(带440米缠绕的光纤)在温度控制室内经历从大约室温到(i)_40°C和 (ii)-60°C的温度循环。通过OTDR在-40 V和-60 V平衡一小时后测量1550纳米处的光纤 衰减。微弯灵敏度(Sm)可表述为aR/T，其中，α是鼓上的衰减增量(dB/km)，R是固定 鼓的半径(mm)，以及T是施加到光纤上的缠绕张力(N)。例如，参见IEC TR62221技术报告 (微弯灵敏度)。然而，除了参数α、R和T，从固定直径的砂纸鼓测试获得的微弯灵敏度度 量与测试鼓上所采用的砂纸的粗糙度有关。表1(如下)显示了从图9(8卩，采用180砂砾的砂纸)中所示衰减数据(波长为 1550纳米)获得的微弯灵敏度度量。表1显示出，与传统标准单模光纤相比，根据本发明的 光纤提供在23°C下约低2X-10X以及在_40°C下约低2X-5X的微弯灵敏度。表1(微弯灵敏度)
权利要求
1.一种光纤，其具有减少应力导致的微弯的改进的涂层系统，所述光纤包括 单模玻璃纤维；以及围绕所述玻璃纤维的充分固化的主涂层，所述充分固化的主涂层具有(i)小于约 0. 65MPa的原位模量和(ii)小于约-50°c的玻璃化转变温度。
2.如权利要求1所述的光纤，其中，所述充分固化的主涂层具有小于约0.5MPa的原位模量。
3.如权利要求2所述的光纤，其中，所述充分固化的主涂层具有大于约0.2MPa的原位模量。
4.如权利要求1所述的光纤，其中，所述充分固化的主涂层具有约0.3ΜΙ^至0. 4ΜΙ^的 原位模量。
5.如权利要求1所述的光纤，其中，所述充分固化的主涂层具有小于约_55°C的玻璃化 转变温度。
6.如权利要求1所述的光纤，其中，在标准温度和压力下，在标准75微米薄膜上测量 时，所述主涂层达到了约0. 3J/cm2的UV剂量时的50%的完全固化。
7.如权利要求1所述的光纤，其中，在标准温度和压力下，在标准75微米薄膜上测量 时，所述主涂层达到了约0. 5J/cm2的UV剂量时的80%的完全固化。
8.如权利要求1所述的光纤，其中，在标准温度和压力下，在标准75微米薄膜上测量 时，所述主涂层达到了约l.OJ/cm2的UV剂量时的90%的完全固化。
9.如权利要求1所述的光纤，其中，所述光纤满足ITU-TG. 657. A标准和/或ITU-T G. 657. B 标准。
10.如权利要求1所述的光纤，其中，所述光纤具有约150微米至约230微米的外径，可 选地包括副涂层和/或涂墨层。
11.如权利要求10所述的光纤，进一步包括具有约190微米至210微米的外径的副涂 层，其中，所述单模玻璃纤维具有约125微米的直径，所述充分固化的主涂层具有约135微 米至175微米的外径。
12.如权利要求1所述的光纤，其中，所述主涂层包括UV固化的聚氨酯丙烯酸酯组合物。
13.如权利要求1所述的光纤，进一步包括被着色以对所述光纤进行色彩编码的副涂层。
14.如权利要求1至13中任一项所述的光纤，其中，所述光纤是弯曲不敏感的光纤。
15.如权利要求14所述的光纤，其中，根据IEC11 62221的方法^40-微米级砂纸)进 行测量，在波长1200纳米至1700纳米处，所述弯曲不敏感的光纤具有小于约0. ldB/km的 光谱衰减增加的损耗。
16.如权利要求15所述的光纤，其中，根据IEC11 62221的方法^40-微米级砂纸)进 行测量，在波长1550纳米或者1625纳米处，所述弯曲不敏感的光纤具有小于约0. 05dB/km 的增加损耗的衰减。
17.如权利要求14所述的光纤，其中，根据修改的IECTR62221固定直径的砂纸鼓测 试法，其中，在缠绕有180砂砾的砂纸以产生粗糙表表面的直径为300mm的石英鼓上，以约 1470mN,以单层缠绕440米的光纤样本，在测量于23°C时，在波长1550纳米处，所述弯曲不敏感的光纤具有小于1. OdB/km的衰减增加的损耗。
18.如权利要求17所述的光纤，其中，当测量于-40°C时，在波长1550纳米处，所述弯 曲不敏感的光纤具有小于约1. 5dB/km的衰减增加的损耗。
19.如权利要求17所述的光纤，其中，当测量于_60°C时，在波长1550纳米处，所述弯 曲不敏感的光纤具有小于约2. OdB/km的衰减增加的损耗。
20.如权利要求17所述的光纤，其中，在23°C下一小时之后测量时，在波长1550纳米 处，所述弯曲不敏感的光纤具有小于约25 (dB/km) (N/mm)的微弯灵敏度。
21.如权利要求17所述的光纤，其中，在-40°C下一小时之后测量时，在波长1550纳米 处，所述弯曲不敏感的光纤具有小于约75 (dB/km) (N/mm)的微弯灵敏度。
22.如权利要求14所述的光纤，其中，根据IECTR62221 (方法B)固定直径的砂纸鼓 测试，其中，在缠绕有40微米级的砂纸以产生粗糙表表面的直径为300mm的石英鼓上，以约 2940mN,以单层缠绕400米的光纤样本，在测量于23°C时，在波长1550纳米处，所述弯曲不 敏感的光纤具有(i)小于约8. 6的MAC数和(ii)小于约0. 05 (dB/km) (N/mm)的微弯灵敏 度。
23.如权利要求22所述的光纤，其中，在波长1550纳米处，所述弯曲不敏感的光纤具有 约7. 2至8.0的MAC数。
24.如权利要求14所述的光纤，其中，所述单模玻璃纤维包括中央纤芯，具有与外光学包层的第一折射率差(An1)；围绕所述中央纤芯的第一内包层，所述第一内包层具有与所述外光学包层的第二折射 率差(An2)；布置在所述第一内包层和所述外光学包层之间的第二埋入内包层，所述第二凹陷内 包层(i)含有约0.5至7重量百分比的量的锗和(ii)与所述外光学包层的第三折射率差 (An3)小于约-3 X IO^30
25.如权利要求M所述的光纤，其中，所述第二内包层与所述外光学包层的所述第三 折射率差Δη3大于-15X10-3。
26.如权利要求M所述的光纤，其中，所述中央纤芯与所述第一内包层的折射率差 (An1-A η2)为约 3. 9 X 1(Γ3 至 5. 9 X 1(Γ3。
27.如权利要求M所述的光纤，其中，所述第二凹陷内包层具有约12微米至25微米的 半径r3。
28.如权利要求M所述的光纤，其中所述中央纤芯具有3. 5微米至4. 5微米的半径Γι ；以及所述中央纤芯与所述外光学包层的所述第一折射率差(An1)为约4.2Χ10—3至 6. 1Χ1(Γ3。
29.如权利要求M所述的光纤，其中所述第一内包层具有7. 5微米至14. 5微米的半径r2 ；以及所述第一内包层与所述外光学包层的所述折射率差(Δη2)为约-1.2Χ10-3至 1. 2Χ1(Γ3。
30.如权利要求M所述的光纤，其中，所述第二凹陷内包层含有约0.5至1. 5重量百分 比的量的锗。
31.如权利要求14所述的光纤，其中，所述单模玻璃纤维包括中央纤芯，具有与外光学包层的折射率差Dn1 ；第一中间包层，具有与所述外光学包层的折射率差Dn2，其中，所述中央纤芯与所述第 一中间包层的最大折射率差(Dn1-Dn2)为约4. 5X 10_3至6. OX 10_3 ；第一凹陷包层，其与所述外光学包层的折射率差Dn3小于或者等于约-5X 10_3 ；第二中间包层，具有与所述外光学包层的折射率差Dn4;以及第二凹陷包层，具有与所述外光学包层的折射率差Dn5,所述折射率差Dn5的绝对值小 于所述第一凹陷包层与所述外光学包层的所述折射率差Dn3 ；其中，在波长1625纳米处，所述光纤对于15毫米的弯曲半径具有小于或者等于约 0. ldB/10圈的弯曲损耗，并且，对于7. 5毫米的弯曲半径具有小于或者等于约0. 5dB/圈的 弯曲损耗。
32.如权利要求31所述的光纤，其中，所述第二凹陷包层与所述外光学包层的所述折 射率差 Dn5 为约-0. 3 X Kr3 至-3 X 1(Γ3。
33.如权利要求31所述的光纤，其中，对于与所述外光学包层之间的约5.OX 10_3至 5. 6 X ΙΟ"3的折射率差Dn1,所述中央纤芯具有约3. 5微米至4. 5微米的半径r”
34.如权利要求31所述的光纤，其中，所述第一中间包层具有约9微米至12微米的半 径巧，并且，所述第一凹陷包层具有约14微米至16微米的半径r3。
35.如权利要求31所述的光纤，其中，所述第二中间包层与所述外光学包层具有近似 为零的折射率差Dn4。
36.如权利要求31所述的光纤，其中，所述第二中间包层具有约18微米至20微米的半 径r4，并且，所述第二凹陷包层具有约25微米至40微米的半径r5。
37.如权利要求31所述的光纤，其中，所述光纤具有小于或者等于1260纳米的电缆截 止波长。
38.如权利要求31所述的光纤，其中，在波长1310纳米处，所述光纤具有约8.6微米至 9. 5微米的模场直径(MFD)。
39.如权利要求31所述的光纤，其中，在1150纳米处，所述光纤具有小于约8.2的模场 直径与有效截止波长(X。eff)的比率(MAC)。
40.如权利要求31所述的光纤，其中，所述光纤具有1300纳米至13M纳米的零色散波 长Uci),在所述零色散波长Uci)处的色散斜率小于或者等于约0. 092pS/nm7km。
41.如权利要求14所述的光纤，其中，所述单模玻璃纤维包括被外包层围绕的纤芯，所述纤芯(i)包括至少两种掺杂剂，其中，所述纤芯掺杂剂的 至少一种的径向浓度在所述纤芯上连续变化，以及(ii)具有半径巧和与所述外包层的折 射率差An1 ；布置在所述纤芯和所述外包层之间的第一内包层，所述第一内包层具有半径r2和与所 述外包层的折射率差Δη2 ；以及布置在所述第一内包层和所述外包层之间的凹陷的第二内包层，所述第二内包层具有 半径r3并且与所述外包层的折射率差Δη3小于-3Χ 10_3。
42.如权利要求14所述的光纤，其中，所述单模玻璃纤维包括被外光学包层围绕的中央纤芯，所述中央纤芯(i)包括至少两种纤芯掺杂剂，其中，所述纤芯掺杂剂的至少一种的径向浓度在所述中央纤芯上基本上连续地变化，以及(ii) 具有约3. 5微米至4. 5微米的半径Γι并且与所述外光学包层的正折射率差An1为约 4. 2 X ΙΟ—3 至 6. 2Χ10-3;布置在所述中央纤芯和所述外光学包层之间的第一内包层，所述第一内包层具有约 7. 5微米至14. 5微米的半径r2并且与所述外光学包层的折射率差Δη2为约-1. 2Χ 10_3至 1. 2Χ10-3 ；以及布置在所述第一内包层和所述外光学包层之间的凹陷的第二内包层，所述第二内包 层具有约12. 0微米至25. 0微米的半径r3并且与所述外光学包层的折射率差Δη3为 约-15X10-3 至-3Χ10-3。
43.如权利要求42所述的光纤，其中，所述至少两种纤芯掺杂剂的径向浓度在所述中 央纤芯上基本上连续地变化。
44.如权利要求42所述的光纤，其中，所述光纤在波长1550纳米处具有至少约IOOMHz 的自发布里渊光谱宽度。
45.如权利要求42所述的光纤，其中，第一纤芯掺杂剂包括锗(Ge)，所述中央纤芯内的 锗浓度从约1至20重量百分比径向变化，并且，第二纤芯掺杂剂包括氟(F)，所述中央纤芯 内的氟浓度从约0. 1至10重量百分比径向变化。
46.如权利要求14所述的光纤，其中，所述单模玻璃纤维包括中央纤芯，其具有半径A和与所述光学包层的正折射率差An1 ；中间包层，其具有半径巧和与所述光学包层的正折射率差Δη2，所述正折射率差An2 小于所述折射率差Δ ηι ；凹陷槽，其具有半径r3和与所述光学包层的负折射率差An3 ；其中，所述光纤在波长1310纳米处具有8. 6微米至9. 5微米的模场直径(MFD)，并且， 对于波长1550纳米，当弯曲半径为15毫米时弯曲损耗小于0. 25 X 10 /圈；以及其中，对于波长1260纳米，所述光纤的LPll模在小于90米的长度处衰减至19. 3dB。
47.如权利要求46所述的光纤，其中所述中央纤芯的面积分(Vtll)定义为
48.如权利要求46所述的光纤，进一步包括大于1350纳米的有效截止波长λceff。
49.如权利要求46所述的光纤，进一步包括1300纳米至1400纳米的截止波长。
50.如权利要求46所述的光纤，进一步包括1250纳米至1300纳米的电缆截止波长。
51.如权利要求46所述的光纤，进一步包括小于或者等于1250纳米的理论截止波长。
52.如权利要求46所述的光纤，其中，所述中央纤芯具有3.8微米至4. 35微米的半径
53.如权利要求46所述的光纤，其中，所述中间包层具有8.5微米至9. 7微米的半径Γ2。
54.如权利要求46所述的光纤，其中，所述凹陷槽具有13.5微米至16微米的半径r3。
55.如权利要求46所述的光纤，其中，所述中央纤芯与所述光学包层的折射率差 (An1)为 5. 3 X 1(Γ3 至 5. 7 X 1(Γ3。
56.如权利要求46所述的光纤，其中，所述中间包层与所述光学包层的折射率差 (An2)为 0. 1 X 1(Γ3 至 0. 6 X 1(Γ3。
57.如权利要求46所述的光纤，其中，所述凹陷槽与所述光学包层的折射率差(An3) 为-10. OX 10-3 至 5. 0X10-3。
58.如权利要求46所述的光纤，进一步包括1300纳米至13 纳米的零色散波长 (ZDff)。
59.如权利要求46所述的光纤，进一步包括小于0.092ps/(nm2 · km)的零色散波长处 的零色散斜率值(ZDS)。
60.如权利要求14所述的光纤，其中，所述单模玻璃纤维包括 中央纤芯，其具有半径A和与所述光学包层的正折射率差An1 ；中间包层，其具有半径巧和与所述光学包层的正折射率差Δη2，所述正折射率差An2 小于所述纤芯的所述折射率差Δηι ；凹陷槽，其具有半径r3和与所述光学包层的负折射率差An3 ； 其中，所述光纤在波长1310纳米处具有8. 6微米至9. 5微米的标定模场直径(MFD)，并 且，对于波长1550纳米，当弯曲半径为5毫米时弯曲损耗小于0. 15dB/圈；以及小于或者等于1260纳米的电缆截止波长，被测量为在传播超过22米光纤之后，LPl 1模 的衰减大于或者等于19. 3dB时的波长。
61.如权利要求60所述的光纤，其中 所述中央纤芯的面积分(Vtll)定义为
62.如权利要求61所述的光纤，其中，所述中央纤芯的面积分(Vtll)为约20.0Χ10_3微 米至21.5 X 10_3微米
63.如权利要求60所述的光纤，其中 所述凹陷槽的面积分(Vtl3)定义为
64.如权利要求63所述的光纤，其中，所述凹陷槽的面积分(VJ为-42.5X10—3微米至-32. 5Χ1(Γ3 微米。
65.如权利要求60所述的光纤，其中 所述凹陷槽的体积积分(V13)定义为
66.如权利要求65所述的光纤，其中，所述凹陷槽的体积积分(V13)为-1000X10_3 μ m2 至-750Χ10_3μπι2。
67.如权利要求60所述的光纤，进一步包括大于1300纳米的有效截止波长X。rff。
68.如权利要求60所述的光纤，进一步包括1240纳米至1310纳米的截止波长。
69.如权利要求60所述的光纤，进一步包括小于或者等于1250纳米的理论截止波长。
70.如权利要求60所述的光纤，其中，所述中央纤芯具有3.8微米至4. 35微米的半径
71.如权利要求60所述的光纤，其中，所述中间包层具有8.5微米至9. 7微米的半径r2.
72.如权利要求60所述的光纤，其中，所述凹陷槽具有13.5微米至16微米的半径r3。
73.如权利要求60所述的光纤，其中，所述中央纤芯与所述光学包层的折射率差 (An1)为 4. 9 X 1(Γ3 至 5. 7 X 1(Γ3。
74.如权利要求60所述的光纤，其中，所述中间包层与所述光学包层的折射率差 (An2)为-0. 1 X 1(Γ3 至 0. 6 X 1(Γ3。
75.如权利要求60所述的光纤，其中，所述凹陷槽与所述光学包层的折射率差(An3) 为-10. OX 10-3 至-5. 0X10-3。
76.如权利要求60所述的光纤，进一步包括1300纳米至13 纳米的零色散波长 (ZDff)。
77.如权利要求60所述的光纤，进一步包括小于0.092pS/(nm2.km)的零色散波长处的 零色散斜率值(ZDS)。
78.一种缓冲管，其包括一个或者多个如权利要求1-13中任一项所述的光纤。
79.—种电缆，其包括一个或者多个如权利要求1-13中任一项所述的光纤。
80.一种光学箱，其接收一个或者多个如权利要求1-13中任一项所述的光纤的至少一 部分。
81.一种FTTx系统，其包括一个或者多个如权利要求1-13中任一项所述的光纤。
全文摘要
公开了一种改进的单模光纤，其具有新颖的涂层系统。当与弯曲不敏感玻璃纤维相结合时，根据本发明的该新颖的涂层系统产生具有特别低损耗的光纤。该涂层系统的特征在于较柔软的主涂层，其具有良好的低温特性以在任何环境和最恶劣的物理状况下防止微弯；以及，可选地，(U)彩色的副涂层，其具有增强的色彩浓度和鲜艳度。该副涂层提供结构坚固且易接入(即，分离和玻璃)的改进的带特性。该可选的双涂层被特别平衡以用于光纤带中良好的热剥离，且基本上在该玻璃上无残留。这方便了快速接续和终止。该改进的涂层系统提供在大多数，即使不是所有的光纤到驻地(FTTx)系统配置中提供显著优势的光纤。
文档编号C03C25/10GK102099711SQ200880122815
公开日2011年6月15日 申请日期2008年11月9日 优先权日2007年11月9日
发明者丹尼斯·莫林, 伊夫·路米诺, 埃马纽埃尔·柏迪特弗莱瑞, 大卫·博易文, 帕斯卡勒·诺弗奇, 弗朗西斯库斯·约翰尼斯·阿克登, 皮埃尔·希拉尔德, 皮耶特·马特希贾塞, 艾沃·弗莱莫尔, 西蒙·理查德, 费朗斯·谷伊耶尔, 路易斯-安妮·德芒特莫瑞隆, 马利安尼·比哥特-阿斯特卢克, 鲍伯·J·欧文登 申请人:德雷卡通信技术公司