CN101512404B - 光纤带状芯线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以抑制偏振模色散的恶化，有助于波分复用通信中通信容量的大容量化的光纤带芯线及光纤缆线。在具备呈束状的多根光纤芯线(12)及形成于多根光纤芯线周围以使多根光纤芯线一体化的带状被覆层(13)的光纤带芯线中，外皮的玻璃转变温度处于80～130℃的范围内，所述外皮的杨氏弹性模量处于800～2100MPa的范围内，并且，所述多根光纤的上下所涂布的被覆层厚度a与位于所述光纤带芯线的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b总满足1＜b/a≤2，并且，所述被覆层厚度a为10μm以下、且所述被覆层厚度b不足20μm。
Description
技术领域
本发明涉及光纤带状芯线。
背景技术
光纤通信技术由于以近年来的波分复用通信为代表的大容量化而要求严格管理色散特性。因此，对于光纤缆线也必须管理偏振色散特性等，这是当前的状况。
光纤的截面理想的为正圆，但实际上在光纤的截面内部存在该圆偏离正圆或偏芯等所谓的不对称性。由于该光纤内部的不圆度由制造设备或制造条件引起，因此存在不只限于在光纤的一个截面而在长度方向上连续的倾向。当光在具有这种不圆度的光纤内传输时，则在作为其传输模式的X偏振模与Y偏振模的传输速度上会产生偏差，因而产生色散。这就是偏振模色散(Poralization Mode Dispersion；PMD)。
对于光纤的偏振模色散，有人提出如下的光纤及其制造方法，即：在从光纤母材拉丝之际，通过用周期性地摆动的导引辊进行导引，对光纤施加规定的扭转，使得光纤截面内部存在的不圆度在长度方向不连续，从而使X偏振模与Y偏振模的传输速度大致相等，降低偏振模色散(参照专利文献1、专利文献2及专利文献3)。
一般的光纤带状芯线由并排放置的多根光纤芯线与被覆这些光纤芯线的带状树脂构成。光纤芯线具备由石英系列玻璃构成的玻璃纤维、1次被覆层及2次被覆层。光纤带状芯线具备如下的构造，即：将多根光纤芯线按带状排列而进行一体化，将光纤芯线以相互接触或非接触的状态排列，用带状被覆层统一被覆这些芯线。
这样，当构成带状芯线后，由于带状芯线的截面在厚度方向和宽度方向不对称，因此形成各个光纤所受到的应力因配置的位置而不同这样的构造特性。即，将多根光纤按带状排列而由外皮对周围进行一体化所得到的光纤带，各个光纤因配置的位置而受到来自在其制造工序中形成的外皮的应力，因此对于配置于带内侧的光纤与配置于端部的光纤，应力的大小及方向是不同的。
由于这种带状芯线截面的不对称性在长度方向持续，且各个光纤所受到的应力不同，因此由这些应力所引起的偏振色散之差对于各个光纤会变大，在光纤带状芯线和集中这些光纤带状芯线而制成的光纤缆线中存在偏振模色散恶化的倾向。
鉴于所述机理，有人曾进行如下试验，即：推测从光纤带状芯线的带状树脂及设置于各玻璃纤维的外周的1次被覆层和2次被覆层施加于玻璃纤维上的应力，以得到的应力的估计值为基础，估算各光纤的双折射(参照非专利文献1及非专利文献2)。
根据这些研究，作出这样的报告，即：以推定的应力值为基础而估算的双折射与捆束多根光纤而制成的光纤带状芯线内的各光纤芯线所显示的偏振模色散的倾向非常一致，由此可知在光纤被覆层及光纤带状芯线外皮内部存在的应力与偏振模色散密切相关。
专利文献1：日本特开平06-171970号公报
专利文献2：日本特开平08-295528号公报
专利文献3：美国专利第5822487号
非专利文献1：「Stress Distribution in Optical-Fiber Ribbons」A.Galtarossa等，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.9，No.3 March1997
非专利文献2：「Effect of Fiber Displacements on Stress Distributionin 8-Fiber Ribbons」A.Galtarossa等，ECOC97，22-25 ConferencePublication No.448
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种抑制偏振模色散的恶化，有助于波分复用通信中通信容量的大容量化的光纤带状芯线及光纤缆线。
解决课题的方案
本发明一个方案所提供的光纤带状芯线，具备：具有光纤及设置于所述光纤的包层外周的被覆层，呈束状的多根光纤芯线；及形成于所述多根光纤芯线的周围以使所述多根光纤芯线一体化的外皮，其特征在于：所述外皮的玻璃转变温度处于80～130℃的范围内，并且，所述外皮的杨氏弹性模量处于800～2100MPa的范围内，并且，所述多根光纤的上下所涂布的被覆层厚度a与位于所述光纤带状芯线的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b总满足1＜b/a≤2，并且，所述被覆层厚度a为10μm以下、且所述被覆层厚度b不足20μm。
发明效果
根据本发明，具有足够的强韧性，保持单芯分离性和被覆除去性，并且可把偏振模色散抑制得较低。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式中的光纤带状芯线的一实施方式的截面图。
图2是说明光纤的上下所涂布的被覆层厚度a与位于光纤带状芯线的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b的图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式。本发明的光纤带状芯线的一实施方式具有图1所示的截面构造。如图1所示，光纤带状芯线11由光纤芯线12与带状树脂13构成。光纤芯线内具备由石英系列玻璃构成的玻璃纤维14、1次被覆层15及2次被覆层16。光纤带状芯线11具备如下的构造，即：将多根光纤芯线12带状地排列而进行一体化，将光纤芯线12以相互接触或非接触的状态排列，用带状被覆层13统一被覆这些芯线12。再者，图1中是光纤芯线彼此接触的光纤带状芯线，表示光纤芯线12为4根的4芯带状芯线。
在该光纤带状芯线11中在带状地排列的4根光纤芯线12的外周，使用紫外线硬化树脂作为外皮13。作为紫外线硬化树脂以外的带状树脂13，也可以使用热可塑性树脂或热硬化性树脂等。
这里在使用紫外线硬化树脂作为被覆带状地排列的光纤芯线12的周围而进行一体化的带状树脂13的情况下，在其制造工序的初期阶段带状树脂13为液体状。将液体状的带状树脂涂布于已并排排列的光纤上，通过规定尺寸的模具用紫外线灯使其硬化，从而得到期望的形状、尺寸的光纤带状芯线11。
在利用该紫外线灯使带状树脂13硬化的过程中，树脂因自身的反应热而温度上升，体积膨胀，同时硬化。在硬化完成后，带状树脂13逐渐与室温达到平衡，但在该过程中带状树脂13的体积收缩，由此对光纤芯线12施加收缩应力。该应力在光纤带状芯线11的各截面是一定的，且在长度方向上是固定的，因此在光纤带状芯线11的各截面产生的X偏振模与Y偏振模的传输速度之差在长度方向不是随机的，而是会累积，光纤带状芯线11的偏振模色散会增高。
本发明者们着眼于所述的带状树脂13对光纤芯线12施加的收缩应力使偏振模色散增高的原因，反复研究的结果发现，通过使用带状树脂13的玻璃转变温度为80～130℃，且杨氏弹性模量为800～2100MPa的树脂，可把收缩应力抑制得较低，且可以得到兼备光纤带状芯线11所要求的强韧度及单芯分离性的光纤带状芯线。
即，在树脂的硬化过程中由于温度已上升的带状树脂达到一百几十度，因此最高到达温度会超过带状树脂的玻璃转变温度。包括紫外线硬化树脂的树脂材料在玻璃转变温度以上的温度范围内，在橡胶状态下，伴随温度变化的体积的膨胀率/收缩率是在玻璃状态即玻璃转变温度以下的温度范围内的约3倍。因而，在玻璃转变温度较高的树脂的情况下，上升至一百几十度完成硬化，其后，在冷却至室温的过程中，在收缩率较大的橡胶状态下存在的时间较短，与玻璃转变温度较低的材料比较，收缩量变小。根据这些观点，作为用于把带状树脂13的收缩应力抑制得较低并减小偏振模色散的带状树脂，优选玻璃转变温度较高的树脂。
但是，树脂的玻璃转变温度与树脂的硬度或强韧性等存在某种程度的关联，若过高，则带状树脂变硬变脆，仅受到很小的外力带状树脂层就会损坏，难于保持作为光纤带状芯线的形状的情况较多。另外，即使在满足光纤带状芯线所要求的被覆除去性和单芯分离性的基础上，对于又硬又脆的树脂，由于带状树脂很容易损坏，因此难于统一除去带状树脂层，不是优选的。另一方面，在玻璃转变温度较低且带状树脂的杨氏弹性模量较低的情况下，带状树脂的粘着性变得比较高，在单芯分离之际产生着色层剥落，或者难于除去带状树脂的问题。根据所述观点，适宜作为用于减小偏振模色散的带状树脂的树脂，玻璃转变温度为80～130℃的范围，更适宜的树脂为90～110℃的范围。进而考虑带状树脂材料所要求的强韧性和被覆除去性、单芯分离性，优选属于所述玻璃转变温度范围且杨氏弹性模量为800～2100MPa的范围的带状树脂材料，更适宜的范围为900～1500MPa的范围。
作为所述紫外线硬化树脂的一个例子，由光聚合性预聚物、光聚合性单体及光聚合引发剂组成，作为光聚合性预聚物可以例举氨基甲酸酯丙烯酸酯系列树脂、环氧丙烯酸酯树脂、多元醇丙烯酸酯树脂、丁二烯丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯系列树脂、有机硅丙烯酸酯系列树脂等。另外，作为光聚合用单体可以例举乙烯基吡咯烷酮、羟乙基丙烯酸酯、乙基己基丙烯酸酯等。并且，作为光聚合引发剂可以例举二苯甲酮系列化合物、酰基氧化磷系列化合物、苯乙酮系列化合物。
在对所述紫外线硬化树脂的调合进行配方之际，通过改变相光聚合用单体对光聚合预聚物的相溶性或调合比、调合多官能性光聚合用单体、混合聚合度(分子量)不同的多种光聚合预聚物等，在某种程度上可以把杨氏弹性模量或玻璃转变温度控制为期望值。例如，在日本特开2004-354889中公开了这样的方法，即：通过增加环氧乙烷改性双酚A二丙烯酸酯等2官能单体的调合量来增大杨氏弹性模量。另外，在日本特开平11-011986中公开了关于通过改变平均分子量不同的聚氨基甲酸酯低聚物的混合比来控制玻璃转变温度与杨氏弹性模量的方法。
另外，以上是对于适用紫外线硬化树脂的情况的说明，但即使在使用热可塑性树脂或热硬化性树脂的情况下，由带状树脂13产生收缩应力的作用也是相同的，带状树脂所要求的玻璃转变温度仍优选同样的范围。
本发明者们还发现，对于所述光纤带状芯线11，多根光纤的上下所涂布的被覆层厚度a与位于所述光纤带状芯线11的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b总满足1＜b/a≤2，并且，所述被覆层厚度a为10μm以下、且所述被覆层厚度b不足20μm。
如非专利文献1及2所示，光纤带状芯线内的各玻璃光纤受到光纤被覆层(1次被覆层15与2次被覆层16)及光纤带状芯线的外皮(带状树脂13)内部存在的应力的影响，具有各自的偏振模色散特性。这些偏振模色散的倾向根据由所述应力推定的双折射进行估算的情况已经叙述，但在专利文献1及2进行的研究中，以估算的应力乘一定的光弹性系数换算出双折射，实际上，推定的各光纤芯线上的应力值的倾向与偏振模色散的倾向一致。本发明者们着眼于这点，引用非专利文献1及2的方法，计算出在各种尺寸的光纤带状芯线截面内所存在的应力。
根据这里进行的分析可知，在所述带状树脂13具有本申请发明中优选的范围的特性的情况下，加在位于最外围与内侧的光纤芯线上的各自的应力相对于光纤带状芯线的厚度显示出相反的特性。即，若位于最外围的光纤芯线厚度增加，则从带状层受到的应力降低，与此相对，在位于内侧的光纤芯线上则增大。详细地验证这些相反的特性的结果可知，在多根光纤的上下所涂布的被覆层厚度a与位于光纤带状芯线11的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b满足1＜b/a≤2的情况下，加在最外壳或内侧的光纤带状芯线的其中之一上的应力不会突现出来，可分别使其最小化。
再使用几个实际制造的光纤带状芯线测定光纤带状芯线的偏振模色散，确认了通过分析得到的应力的推定值与偏振模色散的测定值密切相关的情况和位于内侧的光纤芯线上的推定应力值不超过0.2MPa时，光纤带状芯线的偏振模色散的最大值不超过0.2ps/km1/2的情况。另外，通过进一步详细地对照这里得到的偏振模色散的测定值与所述分析结果，发现优选的是在所述带状树脂13具有本申请发明中优选的范围的特性的情况下，多根光纤的上下所涂布的被覆层厚度a与位于所述光纤带状芯线11的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b总满足1＜b/a≤2，并且，所述被覆层厚度a为10μm以下、且所述被覆层厚度b不足20μm。
(实施例/Examples)
在本实施例中，在外径125μm的玻璃纤维14上被覆由氨基甲酸酯丙烯酸酯系列的紫外线硬化树脂构成的柔软的1次被覆层15与坚硬的2次被覆层16二种类的层所构成的保护被覆层，对其进行紫外线硬化，再在其上涂布紫外线硬化型着色材料而形成着色层17，对其进行紫外线硬化，从而制成外径250μm的光纤芯线12。然后，将4根该光纤芯线12按带状排列，由属于氨基甲酸酯丙烯酸酯系列的紫外线硬化树脂的带状树脂13统一被覆，从而制成光纤带状芯线11。
表1表示这样制成的光纤带状芯线11的偏振模色散的评价结果、单芯分离性及外观的评价结果，以及带状树脂13的玻璃转变温度与杨氏弹性模量的评价结果等。并且，引用非专利文献1及2所提示的方法，推定了加在包含于光纤带状芯线11的光纤芯线12上的应力。分析结果统一表示在表1中。表1中的各特性的测定方法及分析方法如下。
光纤带状芯线的偏振模色散的测定是将1km的光纤带状芯线捆束为直径30cm的圈状，对于4根光纤分别通过琼斯矩阵法进行测定。然后，把4根光纤中位于内侧的2根光纤的偏振模色散值中较高的一个作为该光纤带状芯线的偏振模色散值。
另外，作为有助于波分复用通信中通信容量的大容量化的光纤带状芯线，偏振模色散值优选0.2ps/km1/2以下，更优选的范围为0.1s/km1/2以下。
单芯分离性的评价是在室温状态下对于光纤带状芯线11用手除去带状树脂13后，评价是否能从光纤芯线12将带状树脂13剥干净。作为评价对象的光纤带状芯线的长度为200mm，以从其中心部分除去100mm时的状态、所需时间为基准进行判定。在光纤芯线12上残留带状树脂13的残渣，或者着色剥落、难于除去的情况为不合格。另外，带状树脂13在除去之际，希望能容易且连续地除去。因而，在除去之际带状树脂13容易断开，除去规定长度较花费时间的情况也为不合格。这里作为评价的基准，除去规定长度所需要的时间为3分钟以内，1分30秒以内为◎，3分钟以内为○，3分钟以上的情况为×，不合格。
外观的评价如下进行。进行将卷绕于滚筒上的光纤带状芯线11卷绕在另外的滚筒上的作业，此时通过光学式尺寸测定器测定全长的厚度的偏差。以目视确认表示厚度的振幅超过20μm的部位，确认带状层有无裂缝。确认有裂缝的情况为不合格。
接着对于玻璃转变温度的测定方法进行叙述。玻璃转变温度的测定方法使用动态粘弹性测定器(セイコ一インスツル(株)制DMS6100)，以频率1Hz在-100～200℃的温度范围测定温度色散，以损失正切最大的温度为玻璃转变温度。测定用的试样使用通过剃刀从光纤带状芯线11切下的东西，以试样长度为30mm进行测定。
杨氏弹性模量的测定如下进行。首先，使用通过剃刀从光纤带状芯线11切下带状树脂13所得的东西，制成试样长度为40mm的试样片。以JISK7113所规定的试验方法为标准，使用所述试样片，在标线间距离为25mm、拉伸速度1mm/min的条件下拉伸。此时根据伸长2.5％时的拉伸强度计算出拉伸割线弹性模量。另外，在计算出拉伸割线弹性模量之际，需要试验片的截面面积，可使用光学显微镜以100倍的放大率观察试样片截面，将该观察图像输入电脑，使用图像分析软件测定出截面面积。
推定加在包含于光纤带状芯线11的光纤芯线12上的应力是使用有限元法分析软件MSC-MARK(MSC Software Corporation制)，分析将4根光纤芯线12按带状排列，由属于氨基甲酸酯丙烯酸酯系列的紫外线硬化树脂的带状树脂13统一被覆而成的形状。在进行分析之际，将所述光纤带状芯线制品的宽度、厚度作为分析用模型来使用。另外，为使其在MSC-MARK上成为任意的宽度与厚度而加以改变，对于各自的情况进行分析。
虽然分析模型构筑为4芯的光纤带状芯线，但由于该光纤带状芯线的模型左右对称，因此在各芯线上估算的应力，在左右最外围的光纤芯线及位于内侧的左右的光纤芯线上一致。而且，如上所述，在位于内侧的光纤芯线上的推定应力值未超过0.2MPa时，由于光纤带状芯线的偏振模色散的最大值未超过0.2ps/km1/2，因此在表1中表示位于内侧的光纤芯线之一的值，根据该值进行判定。
另外，在表1中，在偏振模色散下记入了数值的东西是指实际进行了制造，测定了偏振模色散的东西，斜线是指仅进行了应力的推定。
表1
在例1～12中，光纤带状芯线的带状树脂具有80～130℃范围的玻璃转变温度，且具有800～2100MPa范围的杨氏弹性模量，而且使多根光纤的上下所涂布的被覆层厚度a与位于光纤带状芯线11的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b总满足1＜b/a≤2，并且，使所述被覆层厚度a为10μm以下、且使所述被覆层厚度b不足20μm。对于这些光纤带状芯线，加在位于内侧的光纤芯线上的应力的推定值全部不足0.2MPa。与供其分析的模型一致的实际制造的光纤带状芯线的偏振模色散的评价结果均为0.2ps/km1/2以下，为良好。另外，对于单芯分离性或外观也未发现问题。
再有，在例2中，带状树脂具有90～110℃范围的玻璃转变温度，且具有900～1500MPa范围的杨氏弹性模量，与相同被覆层厚度a及b的例1及例3的光纤带状芯线相比，加在位于内侧的光纤芯线上的应力的推定值估算为较低的值。
同样，在例8中，与例7及例9比较，加在位于内侧的光纤芯线上的应力的推定值较低，偏振模色散的评价结果也显示出较低的值。
与具有相同的a与b值的其它的光纤带状芯线比较，加在位于内侧的光纤芯线上的应力的推定值较低的倾向在例5及例11中也有显示，表示更优选的是带状树脂的玻璃转变温度处于90～110℃的范围内，且杨氏弹性模量处于900～1500MPa的范围内。
对于单芯分离性，由于带状层厚度设定得比较薄，因此若增加带状层树脂的硬度，则变得易于损坏，难于连续地除去。在例7的情况下，虽然在规定时间内可以实现单芯分离，但几乎都是完全使用限制时间即3分钟的情况。另一方面，在例2、8、9的情况下，可以在限制时间内有余量地实现单芯分离。并且，在例2、例8中偏振模色散的测定值为0.1ps/km1/2以下，表明是更为优选的。
另一方面，在比较例1～10中，虽然光纤带状芯线的带状树脂具有80～130℃范围的玻璃转变温度，且具有800～2100MPa范围的杨氏弹性模量，但由于多根光纤的上下所涂布的被覆层厚度a为11μm以上，且位于光纤带状芯线11的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b为20μm以上，因此内侧的光纤芯线上推定的应力值超过0.2MPa，另外，与供其分析的模型一致的实际制造的光纤带状芯线的偏振模色散的评价结果均超过0.2ps/km1/2。
在比较例11中，虽然光纤的上下所涂布的被覆层厚度a与位于光纤带状芯线11的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b分别为10μm以下及不足20μm，但由于光纤带状芯线的带状树脂的玻璃转变温度与杨氏弹性模量分别超过80～130℃的范围与800～2100MPa的范围，因此单芯分离性较差，外观上也出现了裂缝。
在比较例12～14中，虽然光纤的上下所涂布的被覆层厚度a与位于光纤带状芯线11的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b分别为10μm以下及不足20μm，但由于光纤带状芯线的带状树脂的玻璃转变温度与杨氏弹性模量分别低于80～130℃的范围与800～2100MPa的范围，因此内侧的光纤芯线上推定的应力值超过0.2MPa，另外，与供其分析的模型一致的实际制造的光纤带状芯线的偏振模色散的评价结果均超过了0.2ps/km1/2。
本发明不限于所述各实施方式，除此之外，在实施阶段在不脱离其主旨的范围内可以实施各种变形。并且，所述各实施方式中包含各个阶段的发明，通过所公开的多个构成要件的适当组合，可以提取各种发明。
另外，例如即使从各实施方式所示的全部构成要件中删除几个构成要件，在能解决在发明要解决的问题栏中叙述的课题，能取得发明的效果中所叙述的效果的情况下，也可以提取删除了该构成要件的构成作为发明。
Claims (2)
1.一种光纤带状芯线，具备：具有玻璃光纤及设置于所述玻璃光纤外周的被覆层，呈束状的多根光纤芯线；及形成于所述多根光纤芯线的周围以使所述多根光纤芯线一体化的外皮，其特征在于：所述外皮的玻璃转变温度处于80～130℃的范围内，并且，所述外皮的杨氏弹性模量处于800～2100MPa的范围内，并且，所述多根光纤芯线的上下所涂布的被覆层厚度a与位于所述光纤带状芯线的最外围的光纤的各外侧所涂布的被覆层厚度b总满足1＜b/a≤2，并且，所述被覆层厚度a为10μm以下、且所述被覆层厚度b不足20μm。
2.根据权利要求1所述的光纤带状芯线，其特征在于：所述外皮的玻璃转变温度处于90～110℃的范围内，并且，所述外皮的杨氏弹性模量处于900～1500MPa的范围内。
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