专利名称：一种光学涂料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学涂料，尤其是含有氘元素的光学涂料；本发明还涉及该光学材料在光纤、光缆及光学器件中的应用。
背景技术：
光纤、光缆及光学器件的长期可靠性及低光损耗对现代光通讯具有十分重要的意义。造成光纤、光缆及光学器件的光损耗随使用时间的增加而增加的一个主要原因是与氢有关的，而与氢有关的光纤、光缆及光学器件的光损耗有两个来源一个是由于氢气分子的吸收造成的光损耗；另外一个是由于羟基(OH)的吸收而造成的光损耗，造成氢气光损耗的氢气分子主要是从环境或光纤、光缆及光学器件上使用的光学涂料层中渗透到光纤芯中造成的，而造成羟基的光损耗的羟基主要是玻璃表面的缺陷和大气中或环境中的氢气分子或氢阳离子化学反应而来的(参见N.Uchida，N.Uesugi，Journal of Lightwave Technology，V01.LT-4，No.8，Aug、1986)。
第一代光纤涂料是热固化的聚硅氧烷材料。因其固化的过程中有氢气作为固化反应的副产物释放出而逐渐被新的光纤涂料材料所取代，如反应式1所示。
(反应式1)新型的光纤涂料如以丙烯酸酯为基础的材料可以大大降低共氢气释放量，从而降低其与氢有关的光损耗。
美国专利US 4515612公开的一种降低氢损耗的办法是对光纤预制棒进行预处理，通过氢--氘互换来降低预制棒中的氢含量。该方法的缺点是设备复杂、时间长。
美国专利US 4623373公开的另外一个降低与氢有关的光损耗的办法是将成品光纤、光缆及光学器件，放在封闭的氘气系统中，在高温下，让氘气慢慢渗透进光纤或光学器件当中。由于氘气或含氘的羟基(OD)的吸收波长与氢气或羟基(OH)的不同而降低与氢有关的在光通讯中使用的波长的光损耗。该方法的缺点是时间长、设备复杂。
已公开的专利申请CN87101695A，公开了具有芯-套层结构的光学波导。其中套层由套层聚合物溶液涂覆在芯聚合物上，如使用2-氟代丙烯酸含氘六氟异丙酯单体聚合。因该方法用溶剂型涂料，涂料的固化速度十分缓慢，该方法仅适用于光学器件的生产，而根本无法适应大规模通讯光纤或光缆生产的需要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种能降低光纤、光缆与氢有关的光损耗并适合大规模光纤/光缆生产的含氘的光学涂料，以及该含氘的光学涂料为基础的光纤以及光缆。
本发明的上述目的可以这样来实现的向任何一种光学涂料中掺加含氘的化学组分，该含氘的化学组分的含氘量至少应高于该化学组分的自然含氘量。这里的光学涂料可以是任何用途的光学涂料，包括光纤内层涂料、光纤外层涂料、光纤单层涂料、光纤再涂层涂料、室内光纤涂料(紧套树脂)、特种光纤涂料、光缆材料以及光学粘结剂、光纤油墨等。这里的光学涂料可以是以任何材料体系为基础的，其中包括辐射固化光学涂料(甲基)丙烯酸酯类、环氧树脂类、乙烯基醚类、丙烯酰胺类等；热固化的光学涂料环氧树脂类、聚胺酯类、聚硅氧烷、(甲基)丙烯酸酯类等。热固化的光学涂料可以是单一组分的，也可以是两个或两个以上涂料组分的，而在使用前需混合均匀再固化的；溶剂型的光学涂料——通过溶剂的挥发来达到固化的目的聚亚酰胺类等；或者热塑性的高分子涂料。优选向不含氘的光学涂料中掺加含氘的化学组分，更优选向不含氘的非溶剂型光学涂料中掺加含氘的化学组分。
向光学涂料中掺的含氘的化学组分可以是任何的含氘的有机的或无机的化合物，只要该含氘的化合物和要掺入的光学涂料有一定的互溶性，不影响光学涂料的其他基本性能。掺入的含氘的化学组分的量是没有任何限制的，可以低至10PPM，也可以高至90％以上，甚至高至99％，以不影响光学涂料本身的性能为止，因而含氘的化学组分的用量可以是10PPM至99％，优选0.01-20％。
向光学涂料中掺的含氘的化学组分，可以是直接与玻璃表面发生作用的，例如，含氘的有机或无机酸D2SO4、DCl、DF、DBr、DNO3、CH3COOD、D3PO4、CH2＝CH-COOD、RCOOD(R可为任何有机基团)；也可以是通过热反应释放出氘气(D2)的化学组分，如反应式2所示 (反应式2)还可以是通过光反应而产生氘气(D2)的化学组分，如反应式3所示 (反应式3)
实现本发明目的的另一方式是直接利用含氘的原材料来配制光学涂料，这里的光学涂料可以是任何用途的光学涂料包括光纤内层涂料、外层光纤涂料、光纤单层涂料、光纤再涂层涂料、室内光纤涂料(紧套树脂)、特种光纤涂料、光缆材料以及光学粘结剂、光纤油墨等。这里的光学涂料可以是以任何材料体系为基础的，其中包括辐射固化光学涂料丙烯酸酯类、环氧树脂类、乙烯基醚类、丙烯酰胺类等；热固化的光学涂料环氧树脂类、聚胺酯类、聚硅氧烷、(甲基)丙烯酸酯类等。热固化的光学涂料可以是单一组分，也可以是两个或两个以上涂料组分，而在使用前需混合均匀再固化的；溶剂型的光学涂料——通过溶剂的挥发来达到固化的目的聚亚酰胺类等。优选非溶剂型的光学涂料。
具体的含氘的原材料也将因光学涂料的材料种类不同而不同。例如丙烯酰酯类材料中可以用含氘的聚丙醇来合成聚氨酯丙烯酸酯类预聚物，也可以用氘代丙烯酸(CH2＝CH-COOD)，而热固化的环氧树脂材料，可以用含氘的交联剂，如含-ND2的交联剂等。
用来配制光学涂料的含氘的原材料，既可以含可以是直接与光纤或光学器件表面发生作用的材料，如含COOD官能团的材料，也可以是通过热反应而释放氘气的原材料；还可以是通过光反应而释放氘气的原材料，而含氘原材料的使用量是没有任何特别限制的，可以低至10PPM，也可以高至99％(重量)，优选低至100PPM，也可以高至10％，只要不影响光学涂料的其他性能即可。
本发明包括利用本发明所包括的光学涂料来生产的性能有所提高的任何光纤，光缆及光学器件和光学系统。
本发明的优点是显而易见的，与目前工业上的光纤在含氘的环境中高温下长时间处理相比，该发明使用工艺简单；另外一个优点是本发明中由于含氘的化学组分在光学涂料之中，氘可以通过缓释放到达光纤或光学元件的表面，从而对光纤、光缆及光学器件起到使其长期不受氢损耗的影响的作用。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1向10Kg KG100-1光纤内层涂料(上海飞凯光电材料有限公司生产)中加入50g CH3COOD(Aldrich生产，0.5％)，在50℃下搅均匀，过滤后即为含氘的光纤内层涂料。
实施例2向10Kg KG100-1光纤内层涂料(上海飞凯光电材料有限公司生产)中加入30g D3PO4(Aldrich生产，0.3％)，在50℃下搅均匀，过滤后即为含氘的光纤内层涂料。
实施例3向10Kg KG200-2光纤外层涂料(上海飞凯光电材料有限公司生产)中加入30g D3PO4(Aldrich生产，0.3％)，在50℃下搅均匀，过滤后即为含氘的光纤外层涂料。
实施例4将利用实施例1中所列的含氘光纤内层涂料和普通的光纤外层涂料KG200-2(上海飞凯光电材料有限公司生产)所生产的单膜通讯光纤放在密封容器的充满1％浓度的氢氮混合气体环境中进行氢损实验，9天后，上述光纤1383nm衰减仅由0.27dB/km升为0.28dB/km。
对比实施例5
做为对比实验，由KG100-1和KG200-2所生产的普通单膜通讯光纤，放在密封容器内充满1％浓度的氢氮混合气体环境中进行氢损实验，3天后，光纤1383nm衰减由0.27Db/km上升0.32dB/km，9天后上升0.35dB/km。
权利要求
1.一种光学涂料，其特征在于该涂料中含有一种或多种含氘的化学组分，其中含氘的化学组分的含量在10PPM至99％(重量)之间。
2.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于含氘的化学组分的含量为100PPM至10％(重量)之间。
3.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于含氘的化学组分的含量为0.1％至5％(重量)之间
4.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料通过辐射(紫外光、可见光或电子束)来实现固化。
5.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料通过加热来实现固化，包括室温固化。
6.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料通过溶剂挥发来实现固化。
7.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料的固化通过与水分反应来实现。
8.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料可以是任何热塑性高分子材料。
9.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料为单一组分涂料。
10.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料由两种或两种以上组分组成，在使用前将两种或两种以上的组分混合均匀，然后固化；含氘的化学组分可以仅在一种涂料组分中，也可以在两种或两种以上的涂料组分中。
11.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料中含氘的组分在一定的辐射条件下(光或电子束)，发生化学反应，生成氘气。
12.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料中含氘的组分在一定的温度条件下，发生化学反应，生成氘气。
13.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于其中含氘的化学组分可以释放出氘阳离子。
14.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料中含氘的组分可以在辐射条件下(光或电子束)，产生氘阳离子。
15.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于该涂料中含氘的组分可以在一定的温度条件下，发生化学反应，产生氘阳离子。
16.如权利要求1所述的光学涂料，其特征在于含氘的组分在涂料使用前才加入混匀后，然后将涂料固化。
17.如权利要求4所述的光学涂料，其特征是该涂料以(甲基)丙烯酸类的材料为基础。
18.如权利要求4所述的光学涂料，其特征是该涂料以环氧树脂类的材料为基础。
19.如权利要求4所述的光学涂料，其特征是该涂料以乙烯基醚类的材料为基础。
20.如权利要求4所述的光学涂料，其特征是该涂料以(甲基)丙烯酰胺类的材料为基础。
21.如权利要求4所述的光学涂料，其特征是该涂料含两种或两种以上的权利要求17-20中任何一项所述的光学涂料。
22.如权利要求5所述的光学涂料，其特征是该涂料以环氧树脂、聚硅氧烷、聚氨酯为基础。
23.如权利要求6所述的光学涂料，其特征是该涂料溶液中所含的组份为聚(甲基)丙烯酸酯、或聚酰胺、或聚亚酰胺、或PBT，或PET，或它们中的两种或两种以上的组合。
24.如权利要求7所述的光学涂料，其特征在于该涂料以硅氧烷材料或聚氨酯类材料为基础。
25.如权利要求9所述的光学涂料，其特征在于该涂料以硅氧烷材料或聚氨酯材料为基础。
26.如权利要求10所述的光学涂料，当将两种或两种以上的涂料组分混合均匀后，发生化学反应，产生氘气。
27.如权利要求10所述的光学涂料，其特征是将两种或两种以上涂料组分混合均匀后，发生化学反应，产生氘阳离子。
28.如权利要求13所述的光学涂料，其特征在于该涂料含有一种或两种或两种以上的有机或无机酸。
29.如权利要求28所述的光学涂料，其特征是有机或无机酸为D2SO4、DCl、DF、DBr、DNO3、CH3COOD、D3PO4、CH2＝CH-COOD或RCOOD(R可为任何有机基团)。
30.如权利要求1所述的光学涂料，其特征是该涂料为两种或两种以上权利要求2-27中任何一项所述的光学涂料的混合物。
31.如权利要求1-30任何一项所述的光学涂料，其特征是含氘的化学组分的含量为0.01-20％。
32.一种光纤或光缆，在其表面涂覆有权利要求1-31中任何一项所述的光学涂料。
全文摘要
本发明涉及一种含氘的光学涂料，该涂料中含有一种或多种含氘的化学组分，含氘的化学组分的含量在100PPM至10％(重量)之间优选100PPM至10％(重量)之间；其中，含氘的化学组分的含氘量至少高于该化学组分的自然含氘量。本发明还涉及所述含氘的光学涂料生产的光纤及光缆。本发明提供了到目前为止最简便可行的氘处理的方式，可达长期保护光纤及光缆不受氢损耗影响的目的。
文档编号G02B1/10GK1654568SQ20051000601
公开日2005年8月17日 申请日期2005年1月7日 优先权日2004年1月13日
发明者张金山, 林际兵 申请人:上海飞凯光电材料有限公司