CN101346654B - 光纤芯线与其评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在高湿度状态或浸水状态下，传输损失也不易增加的光纤芯线。本发明的光纤芯线，于在玻璃光纤外周具有至少2层被覆层的光纤素线的外周具有着色被覆层，其特征在于：所述光纤素线与从所述光纤素线除去所述玻璃光纤所得的被覆层在-100～100℃的温度范围的外径方向的各热膨胀量之差为1.8μm以下。

Description

光纤芯线与其评价方法

技术领域

本发明涉及收纳于光纤缆线内的光纤芯线。具体而言，涉及抑制了由于使用环境或经年老化所引起的光纤传输损耗增加的光纤芯线，尤其涉及即使在浸水状态下，经过长时间，传输损失也不易增加的耐水性优良的光纤芯线。

背景技术

在光纤制造之际，在石英玻璃的拉丝工序中，为了防止光纤强度降低，直接在其外周被覆被覆树脂。作为光纤用被覆树脂，主要使用紫外线硬化型树脂。作为紫外线硬化型树脂，可使用氨基甲酸酯丙烯酸酯系列或环氧丙烯酸酯系列。

在光纤中，传输损耗因各种外部的应力或由这些外部应力所产生的微弯曲而增加。因此，为了针对这种外部应力而保护光纤，一般是对光纤芯线实施由2层结构组成的被覆。在与石英玻璃接触的内层使用杨氏弹性模量比较低的树脂来制成缓冲层(以下称为一次被覆层)，在外层使用杨氏弹性模量比较高的树脂来制成保护层(以下称为二次被覆层)。一般而言，一次被覆层使用杨氏弹性模量为3MPa以下的树脂，二次被覆层使用杨氏弹性模量为500MPa以上的树脂。

光纤素线按如下方式制造：于在拉丝炉中加热、熔融以石英玻璃为主要成分的预成形体而拉丝形成的石英玻璃制光纤上，使用涂布模涂布液体状的紫外线硬化型树脂，接着对其照射紫外线而使紫外线硬化型树脂硬化，从而被覆一次被覆层、二次被覆层。再在已得到的光纤素线的外周被覆由着色树脂等构成的被覆层而制成光纤芯线。图1表示光纤芯线的结构。在本说明书中，将这样由一次被覆层及二次被覆层被覆玻璃光纤后所得的制品称为光纤素线，将在光纤素线外周再被覆由着色树脂等构成的着色被覆层而成的制品称为光纤芯线，将再使多根光纤芯线按平面状排列，由带状树脂统一被覆所得的制品称为光纤带状芯线。另外，将在玻璃光纤外周具有被覆层的制品，即包括光纤素线及光纤芯线，称为被覆光纤。

为了制成即使在使光纤浸水状态下使用也可防止传输损耗增大的可靠性较高的光纤，人们曾提出改善一次被覆层与玻璃光纤之间的贴紧力等的各种方案。

例如，在日本特开平03-29907号公报中记载了如下方案：为了取得良好的传输损失，根据保护层的内径收缩率与保护层的杨氏弹性模量来限制被覆与玻璃界面上所产生的紧固力，降低传输损耗的增加。

可是，在专利文献1中，仅提及与常温下传输损耗增大有关的内容，对于在大的温度范围内使用的情形或浸水情形等所产生的传输损失增大等的深层问题没有考虑。

发明内容

发明要解决的问题

由于近年来光纤显著普及，所以光纤缆线的适用范围大大地扩大。这就意味着使用光纤缆线的环境多样化，对光纤缆线长期可靠性的要求变得非常高。因此，要求即使在浸水状态下使用，传输损耗也不增加的光纤芯线或光纤带状芯线。

由于这种状况，人们正在研究即使置于水中也不易产生传输损失增加的光纤芯线。可是，在取得各层界面粘着性的平衡的同时，处理上述问题，是有局限性的，在对缆线结构或涂层、外皮材质加以研究的情况下，把避开水分到达光纤芯线的结构、减少水分到达量的结构组合起来投入实用，这是现实的状况，但其可靠性不够。

本发明的目的在于提供一种即使在浸水状态下使用，传输损耗也不易增加的光纤芯线、光纤带状芯线。

本发明的另一个目的在于提供一种测定光纤素线的热膨胀量，判定使用该光纤素线所制造的光纤芯线对于各种使用环境是否具有充分的抗性的光纤芯线的评价方法。

解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的光纤芯线，于在玻璃光纤外周具有至少2层被覆层的光纤素线的外周具有着色被覆层，其特征在于，所述光纤素线与从所述光纤素线除去所述玻璃光纤所得的被覆层在-100～100℃温度范围的外径方向的各热膨胀量之差为1.8μm以下。

另外，本发明的光纤带状芯线，其特征在于，是将多根上述光纤素线或光纤芯线按平面状排列，由带状树脂统一被覆。

另外，本发明的光纤芯线或光纤带状芯线，其特征在于，所述被覆层、着色被覆层及带状树脂由紫外线硬化型树脂构成。

另外，本发明的光纤芯线的评价方法是于在玻璃光纤外周具有至少2层被覆层的光纤素线的外周具有着色被覆层的光纤芯线的评价方法，其特征在于，包括：测定所述光纤素线与从所述光纤素线除去所述玻璃光纤所得的被覆层在规定的温度范围的外径方向的各热膨胀量的步骤；算出所述光纤素线与除去所述玻璃光纤所得的所述被覆层的各热膨胀量之差的步骤；及基于该算出了的各热膨胀量之差来推断所述光纤芯线伴随使用环境的传输损失的增加量的步骤。

另外，本发明的光纤芯线的评价方法，其特征在于，还具有如下步骤：在所述规定的温度范围为-100～100℃时，在算出的各热膨胀量之差为1.8μm以下的情况下，判定为伴随使用环境的该光纤芯线的传输损失的增加量足够小。

发明效果

根据本发明的光纤芯线，通过使用在-100～100℃温度范围内的热膨胀量之差为1.8μm以下的光纤素线，可抑制使传输损耗增加的玻璃/一次被覆层界面等玻璃光纤与被覆树脂的界面脱层。

另外，根据本发明的光纤带状芯线，通过使用所述光纤素线或光纤芯线，可构成合适的光纤带状芯线。

另外，根据本发明的光纤芯线的评价方法，通过比较包含玻璃光纤的光纤素线与除去玻璃光纤所得的被覆层在外径方向的各热膨胀量，算出各热膨胀量之差，可推断使用该光纤素线的光纤芯线的传输损耗增加。而且，可以在温度范围为-100～100℃时，在算出的光纤素线的各热膨胀量之差为1.8μm以下的情况下，判定为伴随使用环境的使用了该光纤素线的光纤芯线的传输损失的增加量足够小。

附图说明

图1是本发明的光纤素线的横截面图。

图2是本发明的光纤带状芯线的横截面图。

图3是通过热机械分析得到的光纤素线热膨胀量的图。

符号说明

11    玻璃光纤

12    一次被覆层

13    二次被覆层

14    光纤素线

15    光纤芯线

21    带状树脂

22    光纤带状芯线

具体实施方式

本发明者们专心研究了置于浸水状态的被覆光纤的传输损耗增大的原因，结果发现传输损耗增大的光纤芯线在玻璃光纤/一次被覆层界面上会剥离即脱层。而且，发现在二次被覆层/着色层界面、着色层/带层界面上的剥离也较多。

各层之间的脱层在下述情况下产生：即在玻璃光纤与被覆层的界面，剥离被覆层的力超过玻璃光纤与被覆层的界面之间的粘着力。当在界面产生剥离时，则施加在玻璃上的力不均匀，会产生微弯曲，所以传输损耗增加。

因此，在专心研究了测定在大范围温度下使用或浸水时的光纤芯线的被覆层上所产生的变形的方法后，可知通过使用热机械分析(TMA，Thermo Mechanical Analysis)，从低温至高温测定外径变化，可以推断光纤芯线的被覆层上所产生的变形。即，该测定方法是这样一种方法：测定内部包含玻璃光纤的光纤素线的外径变化量和从该光纤素线已抽出玻璃光纤后的仅被覆层的管样品的外径变化量，比较这些外径变化量。通过仅对被覆层进行TMA测定，可以测定被覆层自身原来具有的热量特性。与此相对，当包含玻璃光纤时，则被覆层本来的特性受一次被覆层与玻璃光纤的粘着所约束。根据以上所述，通过比较包含玻璃光纤的状态的外径变化量与没有玻璃光纤的仅被覆层的外径变化量，来测定被覆层引起的变形，从而完成了本发明。

作为用于实施本发明的最佳方式，优选以下方式。即，制作在玻璃光纤上被覆了一次被覆层、二次被覆层的光纤素线，由着色层被覆该光纤素线，从而制作着色光纤芯线。构成各个被覆的树脂使用紫外线硬化型树脂。而且根据用途，将多根该光纤芯线平面状地平行排列，用由紫外线硬化型树脂构成的带状树脂统一被覆，就可制成光纤带状芯线。

再者，作为光纤芯线的被覆树脂、着色树脂来使用的紫外线硬化型树脂主要由低聚物、稀释单体、光引发剂、链转移剂、硅烷偶联剂及各种添加剂构成。低聚物主要使用氨基甲酸酯丙烯酸酯系列、环氧丙烯酸酯系列、聚酯丙烯酸酯系列。稀释单体使用单官能丙烯酸酯或多官能丙烯酸酯。

另外，光纤素线的热膨胀量之差可通过改变用于光纤素线的一次被覆层的材料的玻璃转变温度、二次被覆层的材料的玻璃转变温度及一次被覆层的厚度等适当进行控制。虽然减小热膨胀量之差可通过提高一次被覆层材料的玻璃转变温度、降低二次被覆层材料的玻璃转变温度及减薄一次被覆层厚度等来实现，但由于一次被覆层材料的玻璃转变温度为常温以下，所以现实中是通过调整二次被覆层材料的玻璃转变温度或一次被覆层的厚度进行控制。

实施例

如图1所示，作为本发明的实施例，制作由一次被覆层12、二次被覆层13两层被覆树脂层来被覆由石英玻璃构成的玻璃光纤11所得的数种光纤素线14。各种树脂使用紫外线硬化型树脂。紫外线硬化型树脂由低聚物、稀释单体、光引发剂、链转移剂、添加剂构成，通过改变其构成材料来制作数种光纤素线14。

再者，无论哪个实施例，在制作由石英玻璃构成的玻璃光纤11的外径为125μm、一次被覆层12的外径为185μm或195μm、二次被覆层13的外径为245μm的光纤素线后，通过另外的工序被覆着色层而得到外径为255μm的着色光纤芯线。

然后，如图2所示，把一部分光纤芯线15平面状地平行排列4根，用由紫外线硬化型树脂构成的带状树脂21统一被覆而制成光纤带状芯线22。下面表1所示的比较例的光纤芯线及光纤带状芯线也同样地作成。将它们按照下述方法测定光纤素线的热膨胀量和光纤芯线的传输损耗。表1表示其结果。

(光纤热膨胀量的测定方法)

使用热机械分析装置(メトラ一公司TMA40)测定光纤的热膨胀量(μm)。测定条件如下。

测定条件：附加载荷0载荷、温度范围-100～100℃、升温速度10℃/min。

从光纤素线仅剥下被覆层，从而制作管状的仅被覆层的样品。对于包含玻璃纤维的光纤素线和不包含玻璃纤维的被覆层两者测定最外径的变化。图3记载了测定例。虚线表示不包含玻璃纤维的被覆层，实线表示有玻璃的光纤素线。由图3可知，当温度超过40℃时，被覆层的最外径迅速缩小；当温度超过60℃时，光纤素线迅速缩小。这里，热膨胀量是分别对于光纤素线与被覆层，在-100℃时的最外径的值与整个温度范围(-100℃至+100℃)的最外径的最大值之差。在图3中，光纤素线的热膨胀量为3.5μm，被覆层的热膨胀量为2.2μm。还有，此时光纤素线与被覆层的各膨胀量之差为1.3μm。再者，图3所示的数据是以下所示的表1的实施例3的数据。

(传输损耗的测定方法)

将使用已测定过热膨胀量的光纤素线制造的长度约为1km的光纤芯线或光纤带状芯线浸入已加热至60℃的水中，测定30天后的传输损耗增量。传输损耗增量的测定是使用株式会社アンリツ制的光脉冲试验器MW9060A，根据光后方散射损失系数(OTDR)，通过在长度方向测定波长1.55μm的传输损耗来进行。并且，在确认了浸入60℃的温水中30天后的传输损耗增量为0.1dB/km以上的情况下，判定为对于使用环境的抗性不够(表1中的×)。

表1

	实施例					比较例
										1	2	3	4	5	1	2	3
一次被覆层的弹性率(MPa)	1.0	1.8	1.4	1.4	1.4	1.5	1.5	1.4
									二次被覆层的弹性率(MPa)	500	850	850	760	760	690	690	930
一次被覆层的外径(μm)	185	195	195	195	195	195	195	195
									一次被覆树脂的玻璃转变温度(℃)	-17	-38	-5	-5	-5	-20	-20	-5
二次被覆树脂的玻璃转变温度(℃)	87	78	84	92	92	102	102	119
									素线中的热膨胀量之差(μm)	1.1	1.0	1.3	1.6	1.6	1.9	1.9	2.0
传输损耗增量测定时的状态	带状芯线	带状芯线	带状芯线	芯线	带状芯线	芯线	带状芯线	带状芯线
									传输损耗增量(dB/km)60℃×30日后，1.55μm	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.2	0.4	0.3
判定	○	○	○	○	○	×	×	×

由以上说明可知，根据本发明的光纤芯线，在比较了光纤素线在-100～100℃的热膨胀量与从该光纤素线抽出玻璃光纤后的被覆层在-100～100℃的热膨胀量时，可以确认通过使用各热膨胀量之差为1.8μm以下的光纤素线，即使浸入60℃的温水30天，传输损耗也不增大。

另外，可以确认无论是光纤芯线的状态(表1的实施例4)，还是光纤带状芯线的状态(实施例1、2、3、5)，均有效果。

另一方面，根据比较例1～3的测定结果，可以认为上述热膨胀量之差为1.9μm以上时，传输损耗的增加为0.1dB/km以上。

在本实施例中，虽然使用通常的具有阶跃型的折射率分布的单模纤维，但对于具有其它分布的光纤，也可以适用本发明，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。

另外，在本发明的光纤芯线的评价方法中，热膨胀量的测定温度范围不限定于-100～+100℃。由于被覆层的外径在被覆层的玻璃转变点附近变化较大，所以优选设定于包含所有被覆层的玻璃转变点的范围，只要设定成可观察到图3所示的最大值即可。此时热膨胀量定义为测定温度范围内的最低温度时的最外径的值与测定温度范围内的最外径的最大值之差。

如上所述，根据本发明，可以得到即使浸水，传输损耗也不易增加的光纤芯线及光纤带状芯线。

Claims (6)

1.一种光纤芯线，于在玻璃光纤外周具有至少2层被覆层的光纤素线的外周具有着色被覆层，其特征在于，

所述光纤素线与从所述光纤素线除去所述玻璃光纤所得的被覆层在-100～100℃的温度范围的外径方向的各热膨胀量之差为1.0μm以上1.8μm以下。

2.根据权利要求1所述的光纤芯线，其特征在于，

所述被覆层及所述着色被覆层由紫外线硬化型树脂构成。

3.一种光纤带状芯线，其特征在于，是将多根权利要求1所述的光纤芯线按平面状排列，由带状树脂统一被覆。

4.根据权利要求3所述的光纤带状芯线，其特征在于，

所述被覆层、所述着色被覆层及所述带状树脂由紫外线硬化型树脂构成。

5.一种光纤芯线的评价方法，是于在玻璃光纤外周具有至少2层被覆层的光纤素线的外周具有着色被覆层的光纤芯线的评价方法，其特征在于，包括：

测定所述光纤素线与从所述光纤素线除去所述玻璃光纤所得的被覆层在规定的温度范围的外径方向的各热膨胀量的步骤；

算出所述光纤素线与除去所述玻璃光纤所得的所述被覆层的各热膨胀量之差的步骤；及

基于该算出了的各热膨胀量之差来推断所述光纤芯线伴随使用环境的传输损失的增加量的步骤。

6.根据权利要求5所述的光纤芯线的评价方法，其特征在于，还具有如下步骤：在所述规定的温度范围为-100～100℃时，在所述算出的各热膨胀量之差为1.8μm以下的情况下，判定为伴随使用环境的所述光纤芯线的传输损失的增加量足够小。

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