CN105452917A - 具有大模场直径和低微弯曲损耗的光纤 - Google Patents

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Abstract

光纤具有1310nm处至少8.8μm的模场直径，1550nm处小于0.03dB/km的丝网覆盖鼓微弯曲损耗，以及小于1320nm的2m截止波长。光纤可包括中心纤芯区域、内包层区域、外包层区域、原位模量小于0.20MPa且玻璃转化温度小于-35℃的第一涂层以及原位模量大于1500MPa的第二涂层。光纤还可包含凹陷折射率包层区域。中心纤芯区域的相对折射率可以大于外包层区域的相对折射率，外包层区域的相对折射率可以大于内包层区域的相对折射率。可以大于或等于30m/s的拉制速度生产光纤。

Description

具有大模场直径和低微弯曲损耗的光纤
本申请根据35U.S.C.§119，要求2013年5月2日提交的美国临时申请系列第61/818608号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
本发明一般地涉及光纤，更具体地，涉及具有大模场直径、低光缆截止波长和低弯曲损耗的单模光纤。
技术背景
存在对于低弯曲损耗的光纤的需求，特别是用于所谓的“接入(acces)”的光纤以及前提(FTTx)光学网络的光纤。通常在此类网络中以诱发传输通过光纤的光信号中的弯曲损耗的方式配置光纤。一些施加诱发弯曲损耗的物理需求(例如紧弯曲半径、光纤的压缩等)的应用包括光纤在光学下降电缆组件中的配置，具有工厂安装终端系统(FITS)和膨胀圈的分布电缆，位于连接馈电线和分布电缆的机柜内的小弯曲半径多端口，以及分配器和下降电缆之间的网络接入点中的跳线。难以在一些光纤设计中同时实现低弯曲损耗和低光缆截止波长。
高功率系统经常遭受非线性光学效应的影响，所述非线性光学效应包括自相位调制、四波混频、交叉相位调制和非线性散射过程，所有这些非线性光学效应都会造成高功率系统的信号下降。在一些应用中，等于或小于1mW的光学功率等级对非线性效应是敏感的，因此在较低功率系统中，非线性效应仍然是一个很重要的考量因素。此外，其他光纤属性，例如衰减，也对信号下降产生影响。通常来说，具有大有效面积(Aeff)或者大模场直径(MFD)的光波导光纤降低了信号下降非线性光学效应。但是，增加光波导光纤的有效面积通常导致宏弯曲诱发的损耗和微弯曲诱发的损耗增加，这使得通过光纤传输的信号衰减。对于长传输距离(例如大于或等于100km)和再生器、放大器、发射器和/或接收器之间具有大间隔的系统，对于低的微弯曲损耗的需求变得越来越重要。希望开发一种具有大有效面积(Aeff)和低弯曲损耗的光纤。
发明内容
本发明提供了具有大模场直径、低光缆截止波长和低弯曲损耗的光纤。光纤可包括中心纤芯区域、围绕了中心纤芯区域的包层区域以及围绕了包层区域的涂层。包层区域可包括内包层区域和围绕了内包层区域的外包层区域。可以在内包层区域和外包层区域之间插入凹陷折射率包层区域。中心纤芯区域、包层区域、内包层区域、凹陷折射率包层区域和外包层区域可以是基于石英的玻璃，其可以包含掺杂剂和/或组成改性剂。涂层可包括环绕了包层区域的第一涂层和环绕了第一涂层的第二涂层。第一涂层的原位模量可低于第二涂层的原位模量。
光纤可包括中心纤芯区域(其具有外半径r1和相对折射率Δ1)、包层区域(其包括内包层区域和外包层区域，所述内包层区域的外半径r2>8μm并且具有相对折射率Δ2(其具有最小值Δ2最小值和最大值Δ2最大值)，所述外包层区域具有相对折射率Δ4(其中，Δ1>Δ4>Δ2(或Δ2最小值)))，并且Δ4和Δ2(或Δ2 最小值)之间的差异大于0.002％。r1/r2之比可以大于或等于0.25，或者大于0.30，或者大于0.40。Δ4和Δ2(或Δ2最小值)之间的差异可以大于0.005％，或者大于0.010％，或者是0.030-0.060％，或者是0.070-0.10％。优选地，Δ4可以大于0.0％，或者大于0.010％，或者大于0.020％。光纤可以展现出小于或等于1360nm的2m截止波长。光纤可以展现出小于或等于1260nm的22m光缆截止波长。光纤可展现出>7.0的MAC数。光纤可展现出<7.5的MAC数。
本文还揭示了这样的光纤，其包括中心纤芯区域(其具有外半径r1和相对折射率Δ1)、包层区域(其包括内包层区域和外包层区域，所述内包层区域的外半径r2>8μm并且具有相对折射率Δ2(其具有最小值Δ2最小值和最大值Δ2最大 值)，所述外包层区域围绕内包层区域并且具有相对折射率Δ4(其中，Δ1>Δ4>Δ2(或Δ2最小值))),其中，Δ4和Δ2(或Δ2最小值)之间的差异大于0.010％，并且中心纤芯区域基本展现出α-分布，α小于10或者小于6或者小于4，并且或者是1-4。
本文还揭示了这样的光纤，其包括中心纤芯区域(其具有外半径r1和相对折射率Δ1)、包层区域(其包括内包层区域和外包层区域，所述内包层区域的外半径r2>8μm并且具有相对折射率Δ2(其具有最小值Δ2最小值和最大值Δ2最大 值)，所述外包层区域围绕内包层区域并且具有相对折射率Δ4(其中，Δ1>Δ4>Δ2(或Δ2最小值)))，其中，纤芯区域包括相对折射率，其至少基本符合超高斯分布，该分布至少基本符合等式Δ1(r)＝Δ1最大值·EXP(-((r/a)γ))，其中r是距离光纤中心的径向距离，a是径向换算参数，使得当r＝a时，Δ1＝Δ1最大值/e(其中，e是自然对数的底数(约为2.71828…))，γ是正数。参数a可以大于4.0或者大于4.6或者大于4.7。
本文还揭示了这样的光纤，其包括中心纤芯区域(其具有外半径r1和相对折射率Δ1)、包层区域(其包括内包层区域，所述内包层区域的外半径r2>8μm并且具有相对折射率Δ2(其具有最小值Δ2最小值和最大值Δ2最大值)，其中，Δ1>Δ2(或Δ2最小值))，其中，纤芯区域包括相对折射率分布，其至少基本符合超高斯分布，即，至少基本符合等式Δ1(r)＝Δ1最大值·EXP(-((r/a)γ))的分布，其中r是距离光纤中心的径向距离，a是径向换算参数，使得当r＝a时，Δ1＝Δ1最大值/e(其中，e是自然对数的底数(约为2.71828…))，γ是正数。参数a可以大于4.5。
包层区域可以包含围绕纤芯的凹陷折射率包层区域。凹陷折射率包层区域在本文中也可称作凹槽区域或者下陷区域。凹陷折射率包层区域可布置在包层内，并且可以布置在内包层区域和外包层区域之间。具有凹陷折射率包层区域的光纤可具有降低的微弯曲损耗。凹陷折射率包层区域可具有相对折射率Δ3，Δ3<Δ4，其中，相对折射率Δ3比外包层区域的相对折射率Δ4小0.002-0.15％。凹陷折射率包层区域的绝对体积可以约为0.3％-μm2至80％-μm2。凹陷折射率包层区域可以通过对包层区域的凹槽部分进行负掺杂形成(例如通过氟掺杂或者掺杂有非周期性空穴)，或者通过对外包层区域进行正掺杂形成。光纤可同时包括凹陷折射率包层区域和相对于石英正掺杂的外包层区域；例如，外包层区域包含正掺杂剂，例如氧化锗或氯，其含量足以显著提升石英的折射率。
第一涂层可以由包含低聚物和单体的可固化组合物形成。低聚物可以是氨基甲酸酯丙烯酸酯或具有丙烯酸酯取代的氨基甲酸酯丙烯酸酯。具有丙烯酸酯取代的氨基甲酸酯丙烯酸酯可以是氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯。低聚物可以包含氨基甲酸酯基团。低聚物可以是包含一个或多个氨基甲酸酯基团的氨基甲酸酯丙烯酸酯。低聚物可以是包含一个或多个氨基甲酸酯基团的具有丙烯酸酯取代的氨基甲酸酯丙烯酸酯。可以作为异氰酸酯基团和醇基团的反应产物形成氨基甲酸酯基团。
第一涂层的原位弹性模量可以小于或等于1MPa，或者小于或等于0.5MPa，或者小于或等于0.25MPa，或者小于或等于0.20MPa，或者小于或等于0.19MPa，或者小于或等于0.18MPa，或者小于或等于0.17MPa，或者小于或等于0.16MPa，或者小于或等于0.15MPa。
第一涂层的玻璃转化温度可以小于或等于-15℃、或者小于或等于-25℃、或者小于或等于-30℃、或者小于或等于-40℃。第一涂层的玻璃转化温度可以大于-60℃、或者大于-50℃、或者大于-40℃。第一涂层的玻璃转化温度可以是-60℃至-15℃，或者-60℃至-30℃，或者-60℃至-40℃，或者-50℃至-15℃，或者-50℃至-30℃，或者-50℃至-40℃。
第一涂层的外直径可以小于195μm、或者小于190μm、或者小于185μm、或者小于180μm。
第二涂层可以由包含一种或多种单体的可固化第二组合物形成。所述一种或多种单体可以包括双酚A二丙烯酸酯、或者取代的双酚A二丙烯酸酯、或者烷氧基化的双酚A二丙烯酸酯。烷氧基化的双酚A二丙烯酸酯可以是乙氧基化的双酚A二丙烯酸酯。可固化第二组合物还可包含低聚物。低聚物可以是氨基甲酸酯丙烯酸酯或具有丙烯酸酯取代的氨基甲酸酯丙烯酸酯。第二组合物可以不含氨基甲酸酯基团、氨基甲酸酯丙烯酸酯化合物、氨基甲酸酯低聚物或者氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物。
第二涂层可以是弹性模量和玻璃转化温度高于第一涂层的材料。第二涂层的原位弹性模量可以大于或等于1200MPa，或者大于或等于1500MPa，或者大于或等于1600MPa，或者大于或等于1700MPa，或者大于或等于1800MPa，或者大于或等于1900MPa，或者大于或等于2100MPa，或者大于或等于2400MPa，或者大于或等于2700MPa。第二涂层的原位模量可以约为1500-3000MPa，或者1500-2100MPa。第二涂层的原位玻璃转化温度可以至少为50℃，或者至少55℃，或者至少60℃，或者55-65℃。
第二涂层的外直径可以小于250μm、或者小于240μm。
本文所揭示的光纤可具有符合G.652和/或G.657的光学性质。光纤的模场直径(MFD)可以在1310nm处大于8.6μm，或者在1310nm处大于8.8μm，或者在1310nm处大于9.0μm，或者在1310nm处大于9.1μm，或者在1310nm处为9.0-9.4μm。
本文所揭示的光纤的2m截止波长可以小于或等于1360nm，或者小于或等于1340nm，或者小于或等于1320nm，或者小于或等于1300nm。本文所揭示的光纤的22m光缆截止波长可以小于或等于1260nm，或者小于或等于1240nm，或者小于或等于1220nm，或者小于或等于1200nm。
本文所揭示的光纤的丝网覆盖鼓微弯曲损耗可以是在1550nm处小于0.030dB/km，或者在1550nm处小于0.025dB/km，或者在1550nm处小于0.020dB/km，或者在1550nm处小于0.015dB/km，或者在1550nm处小于0.010dB/km，或者在1550nm处小于0.005dB/km。
本文所揭示的光纤在1310nm处的模场直径(MFD)可以大于8.6μm，或者大于8.8μm，或者大于9.0μm，或者大于9.1μm；或者22m光缆截止波长小于或等于1320nm，或者小于或等于1300nm，或者小于或等于1280nm，或者小于或等于1260nm；以及在1550nm处的丝网鼓微弯曲损耗小于0.30dB/km，或者小于0.25dB/km，或者小于0.20dB/km，或者小于0.15dB/km，或者小于0.10dB/km，或者小于0.05dB/km。
光纤可包括以下的一个或多个特征：
中心纤芯区域具有半径r1和相对折射率Δ1(r)，其以相对于纯石英测得的％表示，所述相对折射率Δ1(r)具有最小值Δ1最小值；
包层，所述包层包括围绕纤芯区域的内包层区域和围绕所述内包层区域的外包层区域，所述内包层区域的外半径r2>8μm并且具有相对折射率Δ2(r)，其以相对于纯石英测得的％表示，所述相对折射率Δ2(r)具有最大值Δ2最大值和最小值Δ2最小值，所述外包层区域具有相对折射率Δ4，其相对于纯石英测得的％表示，所述相对折射率Δ4是正的，并且小于或等于所述最小值Δ1最小值，所述相对折射率Δ4超过所述最小值Δ2最小值至少为0.002％；
第一涂层，其围绕所述外包层区域，所述第一涂层的原位模量小于0.20MPa并且原位玻璃转化温度小于-35℃；以及
第二涂层，其围绕所述第一涂层，所述第二涂层的原位模量大于1500MPa；
其中，所述相对折射率Δ1(r)、Δ2(r)和Δ4以及所述第一和第二涂层配置成使得所述光波导光纤展现出在1310nm波长处大于8.8μm的模场直径，小于1360nm的2m截止波长，以及在1550nm波长处小于0.03dB/km的丝网覆盖鼓微弯曲损耗。
附图说明
图1显示对应于根据本发明的代表性光纤的折射率分布。
图2显示根据本发明具有超高斯纤芯分布的代表性光纤的折射率分布。
图3显示根据本发明具有超高斯纤芯分布的代表性光纤的折射率分布，该代表性光纤围绕有折射率上升的外包层区域。
图4显示根据本发明具有超高斯纤芯分布的代表性光纤的折射率分布，该代表性光纤围绕有凹陷折射率包层区域和折射率上升的外包层区域。
图5显示根据本发明的代表性样品光纤的折射率分布。
图6显示对比商业光纤的折射率分布。
具体实施方式
在以下详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、摘要、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本发明的示例，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本发明的各种实施方式，并与说明书一起用来解释本发明的原理和操作。附图中所示的特征是所选择的本发明的实施方式的示意，不必按比例绘制。
下面给出所选择的本文所用术语的解释：
“折射率分布”是折射率或相对折射率与光纤半径之间的关系。
“相对折射率”定义如下：
&Delta; = 100 n 2 ( r ) - n s 2 2 n 2 ( r )
其中，n(r)是光纤在距离光纤的中心线的径向距离r处的折射率，除非另有说明，并且ns是1.444，这是石英在波长为1550nm处的折射率。除非另有说明，否则，本文所用的相对折射率用Δ(或“Δ”)或者Δ％(或“Δ％”)表示，其数值的单位是“％”。本文中的术语“Δ”、Δ、“Δ％”和Δ％可互换使用。Δ的量纲是％，在本文可称作“相对于纯石英的％”或者“相对于纯石英测得的％”。折射率小于石英的折射率的区域的Δ<0，折射率大于石英的折射率的区域的Δ>0。
术语“超高斯分布”或者超高斯分布指的是相对折射率分布，表述为Δ(r)，其中r是相对于光纤的中心线的半径，其符合如下等式：
其中，Δ最大值是分布的最大折射率，a是径向换算参数，使得当r＝a时，Δ＝Δ最大值/e(其中，e是自然对数的底数(约为2.71828…))，γ是正数。
术语“α-分布”指的是相对折射率分布，表述为Δ(r)，其中r是相对于光纤的中心线的半径，其符合如下等式：
其中，Δ最大值是分布的最大折射率值，rm是Δ(r)＝Δ最大值的半径，rz是Δ(r)为零的半径，r的范围是ri≤r≤rf，其中Δ(r)如上文所定义，ri是α-分布的起点，rf是α-分布的终点，α是指数，为实数。
模场直径(MFD)采用彼得曼II方法测量，如下方式确定：
MFD＝2w
w 2 = 2 &Integral; 0 &infin; ( f ( r ) ) 2 rdr &Integral; 0 &infin; ( df ( r ) dr ) 2 rdr
其中，f(r)是导光的电场分布的横向分量，r是光纤中的径向位置。除非另有说明，否则“模场直径”或“MFD”指的是1310nm处的模场直径。
光纤的MAC数是1310nm处的模场直径除以2m截止波长(nm)。
波导光纤的抗弯曲性可以通过对规定测试条件下所诱发的衰减进行测量来评估。在本文中使用丝网覆盖鼓测试(WMCD)来测量微弯曲损耗。微弯曲损耗是由于对光纤的扰动(例如，应力、应变、作用力)所导致的存在于短的长度规格(例如，小于或等于1mm)上的导光强度的损耗。
光缆截止波长或者“光缆截止”(也称作“22米截止”或“22m截止”)是光纤仅会支持一个传播模式的最小波长。对于低于截止波长的波长，可能发生多模传输，并且可能产生额外的分散源来限制光纤的信息运载能力。22m光缆截止波长通常小于2m截止波长。
本发明提供具有单独的大模场直径、低光缆截止波长和低微弯曲诱发衰减(损耗)或者组合特征的光纤。本发明的光纤可包括：纤芯区域、围绕纤芯区域的包层区域、围绕包层区域的第一涂层和围绕第一涂层的第二涂层。包层区域可包含内包层区域和外包层区域。包层还可包含凹陷折射率包层区域。凹陷折射率包层区域可围绕内包层区域和/或被外包层区域围绕。纤芯区域的折射率分布可设计成使得衰减损耗最小化同时维持光纤的大模场直径。可以对第一和第二涂层进行选择，以保护纤芯和包层的机械完整性，并且使得外部机械扰动对于光纤中引导的光的特性的影响最小化。第一和第二涂层可确保由于弯曲和其他扰动作用力所导致的损耗的最小化。
如本文所用，半径r1和相对折射率Δ1(r)涉及纤芯区域，半径r2和相对折射率Δ2(r)涉及内包层区域，半径r3和相对折射率Δ3(r)涉及凹陷折射率包层区域，以及半径r4和相对折射率Δ4(r)涉及外包层区域。在本文中，径向位置r1、r2、r3和r4分别总是涉及中心纤芯区域、内包层区域、凹陷折射率包层区域和外包层区域的最外半径。
如下文进一步详述，中心纤芯区域、内包层区域、凹陷折射率包层区域和外包层区域的折射率可以是不同的。每个区域可分别由石英玻璃或者基于石英的玻璃形成。可以采用本领域技术人员已知的技术，通过结合正掺杂剂或负掺杂剂，以已知的水平提供目标折射率或折射率分布，从而完成折射率的变化。
下面将详细参见所选择的本发明示意性实施方式。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。
示例性光纤10的相对折射率分布如图1所示。相对折射率分布显示相对折射率(纵坐标)与径向位置(横坐标)的关系。光纤10包括具有相对折射率Δ1的中心纤芯区域1，相对折射率Δ1具有最大值Δ1最大值和最小值Δ1最小值。在光纤10中，中心纤芯区域1的相对折射率分布包括恒定或基本恒定的折射率区域(其具有相对折射率Δ1最大值)以及从Δ1最大值到Δ1最小值＝0的阶梯式下降。内包层区域2具有相对折射率Δ2，并且其围绕中心纤芯区域1。外包层区域3围绕内包层区域2，并且其具有相对折射率Δ4。相对折射率Δ1、Δ4和Δ2可配置成使得Δ1>Δ4>Δ2。
注意的是，对于本文所示的在相邻区域之间具有加工条件下垂直变化的阶梯式边界的所有分布，可排除在相邻区域的界面处获得锋利阶梯式边界。应理解的是，虽然边界可能显示为锋利阶梯式，但是实际上，边界可能是圆化的或者任意其他方式偏离完美阶梯式功能特性。
在示例性光纤10中，区域1、2、3是相互直接相邻的。但是，中心纤芯区域1、内包层区域2和外包层区域3的直接相邻不是必需的，并且可以包含额外的、插入纤芯和/或包层区域，而不背离本发明的范围。例如，(未示出的)外覆区域可以围绕外包层区域3，并且其可以具有小于Δ4的较低折射率。又例如，可以在内包层区域2和外包层区域3之间放置凹陷折射率包层区域，并且其可以具有小于Δ3的相对折射率，所述Δ3小于Δ4。
中心纤芯区域1具有外半径r1。外半径r1定义为从中心线(r＝0)向外径向移动到Δ(r)＝Δ4处的第一半径。
中心纤芯区域1的相对折射率分布可以是阶梯式折射率分布，例如如图1所示的那样，其中，Δ1最大值可以约为0.3-0.7％，或者约为0.3-0.5％，或者约为0.32-0.48％，或者约为0.36-0.46％，或者小于0.4％。中心纤芯区域的半径r1可以是3-10μm或者4-7μm。
中心纤芯区域1的相对折射率分布可以是具有最大值Δ1最大值的α-分布，其中，α的值可以小于7.5，或者小于6，或者小于5，或者小于4，或者小于3，或者0.5-10，或者10-100，或者15-40。中心纤芯区域1的相对折射率分布可以是具有最大值Δ1最大值的α-分布，所述最大值Δ1最大值是0.38-0.48％，并且α的值小于7.5，或者小于5，或者小于3，或者0.5-10。中心纤芯区域1可具有4-7μm的半径r1，相对折射率分布(其是α-分布，具有0.38-0.70％的最大值Δ1最大 值，并且α的值小于7.5、或者小于5、或者小于3、或者是0.5-10、或者是1-3)。中心纤芯区域1可具有4-7μm的半径r1，相对折射率分布(其是α-分布，具有0.38-0.70％的最大值Δ1最大值，并且α的值是1.5-3.5，包括端点)。
在图1的光纤10中，内包层区域2围绕了中心纤芯区域1。内包层区域2的相对折射率Δ2可以具有最大值Δ2最大值和最小值Δ2最小值。当Δ2恒定或基本恒定时，Δ2最大值＝Δ2最小值。内包层区域2具有内半径r内,2和外半径r外,2。在光纤10中，内包层区域2的内半径与中心纤芯区域1的半径r1一致，内包层区域2的外半径是r2。在光纤10中，内包层区域2的相对折射率随径向位置的增加变得恒定，r2对应于相对折射率在与外包层区域4的边界处展现出阶梯式变化的点。
内包层区域2的相对折射率Δ2可以是基本恒定的，或者可以单调变化。例如，在图3的光纤30中，内包层区域2的相对折射率Δ2单调下降，并且随着径向位置的增加，在Δ2最小值＝0％值处变平。在Δ2不是恒定的情况下，可以通过下式确定Δ2的值：
内包层区域2的宽度定义为外半径与内半径之差。内包层区域2的宽度可以是3-13μm，或者4-12μm，或者7-9μm。内包层区域2的外半径r2可以大于8μm，或者大于9μm，或者大于10μm，或者大于20μm，或者大于23μm。内包层区域2的外半径r2可以小于16μm，或者小于14μm，或者小于12μm，或者8-16μm，或者小于8-14μm，或者8-12μm。中心纤芯区域1的半径r1与内包层区域2的半径r2之比可以大于0.15，或者大于0.20，或者大于0.25，或者大于0.30，或者大于0.4，或者0.30-0.55，或者0.15-0.25。
外包层区域4围绕内包层区域2，并且具有相对折射率Δ4和外半径r4。外包层区域4的相对折射率Δ4可以高于内包层区域2的相对折射率Δ2。相对折射率Δ4可以大于内包层区域2的最小相对折射率Δ2最小值，至少大0.002％，或者至少大0.005％，或者至少大0.010％，或者至少大0.020％，或者至少大0.030％。
外包层区域4的半径r4可以至少是25μm，或者至少是30μm，或者至少是35μm，或者至少是40μm，或者至少是45μm，或者至少是50μm。外包层区域4的半径r4可以使得至少90％、或者至少95％、或者至少98％、或者至少99％的传输通过光纤的光功率被限制在半径r4内。
内包层区域2和外包层区域4的体积V2和V4分别通过如下方式计算：在V2的情况下，对r1和r2之间的Δ4(r)-Δ2最小值进行积分；在V4的情况下，对r2和r30(30微米处的半径)之间的Δ4(r)-Δ2最小值进行积分；从而定义如下：
V 2 = 2 &Integral; r 1 r 2 &Delta; 2 ( r ) r d r
其中，r1是中心纤芯区域1的外半径，r2是内包层区域2的外半径，以及r30是30μm的半径。选择半径r30作为V4计算的上限，因为在大多数光纤中，导光的大部分光功率被限制在30μm的半径内。我们注意到半径r30可以与外包层区域4的物理边界的半径r4相一致或者不一致。V2和V4的大小为“％Δμm2”，其也可表述为“Δ％μm2”或者“％-μm2”。
本文所记录的所有体积都表示为绝对大小(即，V2＝|V2|、V3＝|V3|、V4＝|V4|等)。内包层区域2的体积V2可以大于2％-μm2，或者大于5％-μm2，或者大于10％-μm2，或者小于20％-μm2。相比于(30μm内的)外包层区域4的体积V4，内包层区域2的体积V2可以大于0.7％-μm2，或者大于2％-μm2，并且或者大于10％-μm2，并且或者大于20％-μm2。
体积V4可以至少是2.5％-μm2，或者至少是5％-μm2，或者至少是10％-μm2，或者至少是20％-μm2，或者至少是40％-μm2，或者小于80％-μm2。相比于内包层区域2的体积V2，(30μm内的)外包层区域4的体积V4可以大于5％-μm2，或者大于7％-μm2，或者大于10％-μm2，或者大于20％-μm2。
图2显示示例性光纤20，其包含中心纤芯区域1和外包层区域4。中心纤芯区域1展现出如下等式的超高斯相对折射率分布Δ1：
其中，Δ1最大值是中心纤芯区域1中分布的最大折射率值，a是径向换算参数，使得当r＝a时，Δ＝Δ最大值/e(其中，e是自然对数的底数(约为2.71828…))，指数γ是正数。径向换算参数a可以大于4.5或者大于4.6或者大于4.7。包含具有超高斯纤芯分布的中心纤芯区域的光纤可导致光纤中引导强度衰减的下降。下降可能是由于折射率的连续而非阶梯式变化以及玻璃从中心纤芯区域转变为包层区域的粘度变化。改善的衰减可能是由于较小角度散射的结果。
图3显示示例性光纤30，其包括中心纤芯区域1、内包层区域2和外包层区域4，其中，中心纤芯区域1的相对折射率分布Δ1是超高斯纤芯分布。外包层区域4的相对折射率Δ4可以大于0.0％，或者大于0.010％，或者大于0.020％。相对折射率Δ4可以大于内包层区域2的相对折射率Δ2(或者Δ2最小值)，至少大0.002％，或者至少大0.005％，或者至少大0.010％，或者至少大0.020％，或者至少大0.040％，或者至少大0.060％，或者至少大0.080％。相对折射率Δ4和相对折射率Δ2(或者Δ2最小值)之间的差异可以是0.03-0.06％，或者0.07-0.10％。
图4显示示例性光纤40，其包含中心纤芯区域1(其具有超高斯分布Δ1，具有最大值Δ1最大值和最小值Δ1最小值，以及外半径r1)、内包层区域2(其具有相对折射率Δ2，具有最大值Δ2最大值和最小值Δ2最小值，以及外半径r2)、凹陷折射率包层区域3(其具有相对折射率Δ3，以及外半径r3)以及外包层区域4(其具有相对折射率Δ4，以及外半径r4)。外包层区域4围绕凹陷折射率包层区域3，所述凹陷折射率包层区域3围绕内包层区域2，所述内包层区域2围绕中心纤芯区域1。相对折射率Δ4和Δ2(或者Δ2最小值)之间的差异可以如上文所述，凹陷折射率包层区域3的相对折射率Δ3可以低于Δ2(或者Δ2最小值)。相对折射率Δ2、Δ3和Δ4可配置成使得Δ4>Δ2(Δ2最小值)>Δ3。虽然如图4所示是恒定的，但是相对折射率Δ3可以具有最大值Δ3最大值和最小值Δ3最小值。当Δ3恒定或基本恒定时，Δ3最大值＝Δ3最小值。加工条件的变化可排除凹陷折射率包层区域3与内包层区域2或者其与外包层区域4之间的界面处的锋利阶梯式边界，并导致边界处的分布的圆化。
相对折射率Δ3(或者Δ3最小值)可以小于相对折射率Δ2(或者Δ2最小值)，至少小0.005％，或者至少小0.010％，或者至少小0.020％，或者至少小0.050％，或者至少小0.10％，或者至少小0.20％。相对折射率Δ3(或者Δ3最小值)可以小于相对折射率Δ4，或者至少小0.010％，或者至少小0.020％，或者至少小0.050％，或者至少小0.10％，或者至少小0.20％，或者至少小0.30％。
关于根据本发明的折射率分布的其他信息可参见美国专利申请公开第20130044987号，其全文通过引用结合入本文。
可以从采用常规制造技术以及使用已知光纤拉制方法和设备制造的光纤预成形件拉制得到本文所述的光纤，例如，如美国专利第7,565,820号、第5,410,567号、第7,832,675号、第6,027,062号，其说明书通过引用结合入本文。
第一涂层的模量可以低于第二涂层。第一涂层可以由包含可固化低聚物的第一组合物形成。可固化的第一组合物还可包含单体、聚合引发剂以及一种或多种添加剂。除非本文另有说明或暗示，否则可固化第一组合物中的特定组分的重量百分比(重量％)指的是以不含添加剂计，可固化第一组合物中组分存在的量。通常，单体、低聚物和引发剂的重量％加和至100％。当存在时，添加剂的量在本文中记录为相对于单体、低聚物和引发剂的总量的每百份份数(pph)的单位。例如，以1pph水平存在的添加剂是对于每100g的单体、低聚物和引发剂的总量，存在1g的量。
可固化第一组合物的低聚物可以是：氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，或者包含一个或多个异氰酸酯基团的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，或者包含一个或多个脂族氨基甲酸酯基团的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，或者包含单个氨基甲酸酯基团的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，或者包含单个脂族氨基甲酸酯基团的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物。可以通过异氰酸酯基团和醇基团之间的反应形成氨基甲酸酯基团。
低聚物可以是丙烯酸酯封端的低聚物。用于第一可固化组合物的优选的丙烯酸酯封端的低聚物包括：购自Dymax低聚物和涂料公司(DymaxOligomers&Coatings)的BR3731、BR3741、BR582和KWS4131；聚醚氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(例如，CN986，购自沙多玛公司(SartomerCompany))；聚酯氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(例如，CN966和CN973，购自沙多玛公司，以及BR7432，购自Dymax低聚物和涂料公司)；聚醚丙烯酸酯低聚物(例如，GENOMER3456，购自拉姆AG公司(RahnAG))；以及聚酯丙烯酸酯低聚物(例如，EBECRYL80、584和657，购自赛泰克工业有限公司(CytecIndustriesInc))。其他低聚物参见美国专利第4,609,718号、第4,629,287号和第4,798,852号所述，其全文通过引用结合入本文。
第一可固化组合物的低聚物可包含数均分子量(Mn)约为大于或等于4000g/摩尔的软嵌段。此类低聚物的例子参见美国专利申请系列第09/916,536号所述，其全文通过引用结合入本文。低聚物可具有柔性主链、低多分散性和/或可以提供低交联密度的固化涂层。
低聚物可以单独使用，或者组合使用以控制涂层性质。第一可固化组合物的低聚物总含量可以约为5-95重量％，或者约为25-65重量％，或者约为35-55重量％。
可以选择第一可固化组合物的单体组分与低聚物相容，以提供低粘度制剂和/或增加第一涂层的折射率。还可以对单体进行选择，以提供具有降低的凝胶时间和低模量的可固化组合物。第一可固化组合物可含有单一单体或单体的组合。单体可包括烯键式不饱和化合物、乙氧基化丙烯酸酯、乙氧基化烷基酚单丙烯酸酯、环氧丙烷丙烯酸酯、n-环氧丙烷丙烯酸酯、环氧异丙烷丙烯酸酯、单官能丙烯酸酯、单官能脂族环氧丙烯酸酯、多官能丙烯酸酯、多官能脂族环氧丙烯酸酯，及其组合。单体组分可包括：具有如下通式的化合物，R2-R1-O-(CH2CH3CH-O)n-COCH＝CH2，其中R1和R2是脂族、芳族或者这两种的混合物，以及n＝1-10，或者R1-O-(CH2CH3CH-O)n-COCH＝CH2，其中R1是脂族或芳族，以及n＝1-10。代表性例子包括：烯键式不饱和单体，例如丙烯酸月桂酯(例如，购自沙多玛有限公司(SartomerCompany,Inc)的SR335、购自巴斯夫公司(BASF)公司的AGEFLEXFA12，以及购自IGM树脂公司(IGMResins)的PHOTOMER4812)；乙氧基化壬基酚丙烯酸酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR504，以及购自IGM树脂(IGMResins)公司的PHOTOMER4066)；己内酯丙烯酸酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR495，以及购自陶氏化学品公司(DowChemical)的TONEM-100)；丙烯酸苯氧基乙酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR339，购自巴斯夫公司的AGEFLEXPEA，以及购自IGM树脂公司的PHOTOMER4035)，丙烯酸异辛基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR440，以及购自巴斯夫公司的AGEFLEXFA8)；丙烯酸十三烷基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR489)；丙烯酸异冰片基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR506，以及购自CPS化学品公司(CPSChemicalCo)的AGEFLEXIBOA)；丙烯酸四氢化糠基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR285)；丙烯酸硬脂基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR257)；丙烯酸异癸基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR395，以及购自巴斯夫公司的AGEFLEXFA10)；丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR256)；环氧丙烯酸酯(例如，购自沙多玛有限公司的CN120，以及购自赛泰克工业有限公司的EBECRYL3201和3604)；丙烯酸月桂氧基缩水甘油基酯(例如，购自沙多玛公司的CN130)；以及丙烯酸苯氧基缩水甘油基酯(例如，购自沙多玛公司的CN131)，及其组合。
第一可固化组合物的单体组分还可包含多官能(甲基)丙烯酸酯。本文所用术语“(甲基)丙烯酸酯”表示丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。多官能(甲基)丙烯酸酯是每个分子具有两个或更多个可聚合的(甲基)丙烯酸酯部分的(甲基)丙烯酸酯。多官能(甲基)丙烯酸酯可以每个分子具有三个或更多个可聚合的(甲基)丙烯酸酯部分。多官能(甲基)丙烯酸酯的例子包括：五丙烯酸二季戊四醇单羟基酯(例如，购自IGM树脂公司的PHOTOMER4399)；烷氧基化和没有烷氧基化的羟甲基丙烷聚丙烯酸酯，例如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯(例如，IGM树脂公司的PHOTOMER4355)；三丙烯酸烷氧基化甘油基酯，例如丙氧基化大于或等于3的三丙烯酸丙氧基化甘油基酯(例如，IGM树脂公司的PHOTOMER4096)；以及烷氧基化和没有烷氧基化的赤藓醇聚丙烯酸酯，例如季戊四醇四丙烯酸酯(例如，购自宾夕法尼亚州威彻斯特市(Westchester,Pa.)的沙多玛有限公司的SR295)；乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯(例如，沙多玛有限公司的SR494)；二季戊四醇五丙烯酸酯(例如，IGM树脂公司的PHOTOMER4399和沙多玛有限公司的SR399)；二(甲基)丙烯酸三丙二醇酯,二(甲基)丙烯酸丙氧基化己二醇酯、二(甲基)丙烯酸四丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸五丙二醇酯。第一可固化组合物中存在的多官能(甲基)丙烯酸酯的浓度可以是0.05-15重量％或者0.1-10重量％。
第一可固化组合物的单体组分可包含N-乙烯基酰胺，例如N-乙烯基内酰胺或N-乙烯基吡咯烷酮或N-乙烯基己内酰胺。第一可固化组合物中存在的N-乙烯基酰胺单体的浓度可以是0.1-40重量％或者2-10重量％。
可固化第一涂料组合物可包含一种或多种单官能(甲基)丙烯酸酯单体，含量为5-95重量％、或者30-75重量％、或者40-65重量％。可固化第一涂料组合物可包含一种或多种单官能脂族环氧丙烯酸酯单体，含量为5-40重量％、或者10-30重量％。
第一可固化组合物的单体组分可包含羟基官能单体。羟基官能单体是除了其他反应性官能度(例如(甲基)丙烯酸酯)之外，还具有侧接羟基部分的单体。包含侧接羟基基团的羟基官能单体的例子包括：己内酯丙烯酸酯(购自陶氏化学品公司，TONEM-100)；聚(亚烷基二醇)单(甲基)丙烯酸酯，例如聚(乙二醇)单丙烯酸酯、聚(丙二醇)单丙烯酸酯和聚(丁二醇)单丙烯酸酯(分别购自单体、聚合物和Dajac实验室(Monomer,Polymer&DajacLabs))；(甲基)丙烯酸2-羟乙基酯、(甲基)丙烯酸3-羟丙基酯和(甲基)丙烯酸4-羟丁基酯(分别购自艾尔德瑞奇公司(Aldrich))。
羟官能单体存在的量可以足以改善第一涂层与光纤的粘附。在第一可固化组合物中存在的羟官能单体的量可约为0.1-25重量％，或者约为5-8重量％。使用羟官能单体可以降低使得第一涂层与光纤的充分粘附所需的粘合促进剂的量。使用羟官能单体还会倾向于增加第一涂层的亲水性。羟官能单体参见美国专利第6,563,996号更详细描述，其全文通过引用结合入本文。
第一可固化组合物的单体总含量可以约为5-95重量％，或者约为30-75重量％，或者约为40-65重量％。
第一可固化组合物中存在的单体可包含浓度为0.1-40重量％或2-10重量％的N-乙烯基酰胺单体结合含量为5-95重量％或25-65重量％或35-55重量％的一种或多种二官能氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物。
第一涂层组合物可包含：含量约为5-95重量％的一种或多种单官能(甲基)丙烯酸酯单体；含量约为0.1-40重量％的N-乙烯基酰胺单体；以及一种或多种二官能氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，其包含多元醇与异氰酸酯反应形成氨基甲酸酯，其中低聚物存在的量约为5-95重量％。多元醇可以是聚丙二醇，异氰酸酯可以是脂族二异氰酸酯。
第一涂层组合物可包含：一种或多种单官能(甲基)丙烯酸酯单体，其含量约为40-65重量％；N-乙烯基酰胺单体，其含量约为2-10重量％；以及一种或多种基于聚丙二醇的二官能氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，其含量约为35-60重量％。
第一涂层的玻璃转化温度会影响光纤在低温的微弯曲性能。可能希望第一涂层的玻璃转化温度低于经涂覆的光纤的最低预计使用温度。第一涂层的玻璃转化温度可以小于或等于-15℃、或者小于或等于-25℃、或者小于或等于-30℃、或者小于或等于-40℃。第一涂层的玻璃转化温度可以大于-60℃、或者大于-50℃、或者大于-40℃。第一涂层的玻璃转化温度可以是-60℃至-15℃，或者-60℃至-30℃，或者-60℃至-40℃，或者-50℃至-15℃，或者-50℃至-30℃，或者-50℃至-40℃。
第一涂层的弹性模量可以低于第二涂层。低模量可以允许第一涂层通过有效地消散内应力来保护纤芯和包层，所述内应力是当光纤外部被弯曲或者经受外部作用力的时候产生的。
第一涂层的原位模量可以小于或等于1MPa，或者小于或等于0.50MPa，或者小于或等于0.25MPa，或者小于或等于0.20MPa，或者小于或等于0.19MPa，或者小于或等于0.18MPa，或者小于或等于0.17MPa，或者小于或等于0.16MPa，或者小于或等于0.15MPa，或者0.01-1.0MPa，或者0.01-0.05MPa，或者0.01-0.20MPa。
第一可固化组合物还可包含聚合引发剂、抗氧化剂和本领域技术人员熟悉的其他添加剂。
聚合引发剂可促进与第一组合物的固化相关的聚合过程的引发，以形成第一涂层。聚合引发剂可包括热引发剂、化学引发剂、电子束引发剂和光引发剂。对于许多基于(甲基)丙烯酸酯的涂料制剂，可以采用光引发剂，例如酮类光引发添加剂和/或氧化膦添加剂。当用于本发明的第一涂层的光成形时，光引发剂存在的量可足以提供快速紫外固化。
合适的光引发剂可以包括：1-羟基环己基苯基酮(例如，购自巴斯夫公司的IRGACURE184)；二(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基膦氧化物(例如，购自巴斯夫公司的商用掺混物IRGACURE1800、1850和1700)；2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(例如，购自巴斯夫公司的IRGACURE651)；二(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基膦氧化物(IRGACURE819)；(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基膦氧化物(购自德国慕尼黑巴斯夫公司的LUCIRINTPO)；乙氧基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基膦氧化物(购自巴斯夫公司的LUCIRINTPO-L)；及其组合。
第一可固化组合物中的光引发剂组分可以由单一的光引发剂或者两种或更多种光引发剂的组合构成。第一可固化组合物的光引发剂的总含量可以高至约10重量％，或者约为0.5-6重量％。
除了单体、低聚物和聚合引发剂之外，第一可固化组合物可包含其他添加剂，例如粘合促进剂、强度添加剂、反应性稀释剂、抗氧化剂、催化剂、稳定剂、光学增亮剂、性能强化添加剂、胺协合剂、蜡、润滑剂和/或滑爽剂。一些添加剂可以具有控制聚合过程的作用，从而影响由第一可固化组合物形成的聚合产物的物理性质(例如模量、玻璃转化温度)。其它添加剂可影响第一可固化组合物的聚合产物的整体性(例如保护免受解聚或氧化劣化)。例如，第一可固化组合物可包含载剂，如美国专利第6,326,416号和第6,539,152号所述，其全文通过引用结合入本文。
可能希望在第一可固化组合物中包含粘合促进剂。粘合促进剂是可促进第一涂层和/或第一组合物与包层的粘附的化合物。合适的粘合促进剂包括烷氧基硅烷、有机钛酸盐和锆酸盐。代表性的粘合促进剂包括：3-巯基丙基-三烷氧基硅烷(例如购自宾夕法尼亚州塔利镇的格勒斯特公司(Gelest(Tullytown,Pa.))的3-MPTMS)；二(三烷氧基甲硅烷基-乙基)苯；丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷(例如，购自格勒斯特公司的(3-丙烯酰氧基丙基)-三甲氧基硅烷)；甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷、乙烯基三烷氧基硅烷、二(三烷氧基甲硅烷基乙基)己烷、烯丙基三烷氧基硅烷、苯乙烯基乙基三烷氧基硅烷和二(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯(购自宾夕法尼亚州布里斯托尔的联合化学品科技公司(UnitedChemicalTechnologies(Bristol,Pa.))；参见美国专利第6,316,516号，其全文通过引用结合入本文。
在第一组合物中存在的粘合促进剂的量可约为0.02-10pph，或者约为0.05-4pph，或者约为0.1-2pph，或者约为0.1-1pph。
第一涂层组合物还可包含强度添加剂，如美国公开专利申请第20030077059号所述，其全文通过引用结合入本文。代表性的强度添加剂包括：巯基官能化合物，例如N-(叔丁氧基羰基)-L-巯基丙氨酸甲基酯、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷；(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和十二烷基硫醇。在第一可固化组合物中存在的强度添加剂的量可小于约1pph，或者小于约0.5pph，或者约为0.01-0.1pph。
代表性的抗氧化剂是硫代二亚乙基二[3-(3,5-二叔丁基)-4-羟基-苯基)丙酸酯(例如，购自巴斯夫公司的IRGANOX1035)。
可能希望在第一可固化组合物中包含光学增亮剂。代表性的光学增亮剂包括TINOPALOB(购自巴斯夫公司)；BlankophorKLA(购自拜耳公司(Bayer))；双苯并噁唑化合物；苯基香豆素化合物；以及二(苯乙烯基)二苯基化合物。第一可固化组合物中存在的光学增亮剂的浓度可以是0.005-0.3pph。
还可能希望在第一可固化组合物中包含胺协合剂。代表性的胺协合剂包括：三乙醇胺、1,4-二氮杂二环-[2.2.2]辛烷(DABCO)、三乙基胺和甲基二乙醇胺。胺协合剂存在的浓度可以是0.02-0.5pph。
第二涂层可保护光纤免受机械损坏和外部环境。第二涂层可以由包含一种或多种单体的可固化第二组合物形成。单体可包括烯键式不饱和化合物。可固化第二组合物还可包含一种或多种低聚物、一种或多种聚合引发剂以及一种或多种添加剂，如本文详述。
除非本文另有说明或暗示，否则可固化第二组合物中的特定组分的重量百分比(重量％)指的是以不含添加剂计，可固化第二组合物中组分存在的量。通常，单体、低聚物和引发剂的重量％加和至100％。当存在时，添加剂的量在本文中记录为相对于单体、低聚物和引发剂的总量的每百份份数(pph)的单位。例如，以1pph水平存在的添加剂是对于每100g的单体、低聚物和引发剂的总量，存在1g的量。
为了降低成本，可以使第二组合物的低聚物含量、氨基甲酸酯含量或氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物含量最小化。相对于现有技术中已知的主流的第二组合物，本发明的第二组合物中的低聚物含量、氨基甲酸酯低聚物含量或氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物含量特别低。本发明的第二组合物中，低聚物、氨基甲酸酯低聚物或氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物可作为次要组分存在或者完全不存在。第二组合物中存在的低聚物、氨基甲酸酯低聚物或氨基甲酸酯丙烯酸酯的量可以小于或等于约3重量％，或者小于或等于约2重量％，或者小于或等于约1重量％。第二组合物还可以不含低聚物、氨基甲酸酯低聚物或氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物。
可固化第二组合物的单体组分可包含一种或多种单体。第二组合物中存在的一种或多种单体的量可以大于或等于50重量％，或者约为75-99重量％，或者约为80-99重量％，或者约为85-98重量％。
可固化第二组合物的单体组分可包含烯键式不饱和化合物。烯键式不饱和单体可以是单官能或者多官能的。官能团可以是可聚合基团和/或促进或实现交联的基团。在两种或更多种单体的组合中，组成单体可以是单官能、多官能或者单官能和多官能化合物的组合。烯键式不饱和单体的合适的官能团包括但不限于，(甲基)丙烯酸酯、丙烯酰胺、N-乙烯基酰胺、苯乙烯、乙烯基醚、乙烯基酯、酸酯，及其组合。
示例性单官能烯键式不饱和单体包括但不限于，丙烯酸羟烷基酯，例如2-羟乙基-丙烯酸酯、2-羟丙基-丙烯酸酯和2-羟丁基-丙烯酸酯；长链和短链丙烯酸烷基酯，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸十一烷基酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八烷基酯和丙烯酸硬脂基酯；丙烯酸氨基烷基酯，例如丙烯酸二甲基氨基乙基酯、丙烯酸二乙基氨基乙基酯和丙烯酸7-氨基-3,7-二甲基辛基酯；丙烯酸烷氧基烷基酯，例如丙烯酸丁氧基乙基酯、丙烯酸苯氧基乙基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR339)和丙烯酸乙氧基乙氧基乙基酯；单环和多环的环状芳族或非芳族丙烯酸酯，例如丙烯酸环己基酯、丙烯酸苄基酯、双环戊二烯丙烯酸酯、丙烯酸二环戊烷酯(dicyclopentanylacrylate)、丙烯酸三环癸烷酯、丙烯酸保米磷酯(bomylacrylate)、丙烯酸异冰片酯(例如，SR423，沙多玛有限公司)、丙烯酸四氢糠基酯(例如，SR285，沙多玛有限公司)、己内酯丙烯酸酯(例如，SR495，沙多玛有限公司)和丙烯酰吗啉；基于醇的丙烯酸酯，例如聚乙二醇单丙烯酸酯、聚丙二醇单丙烯酸酯、甲氧基乙二醇丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、乙氧基二乙二醇丙烯酸酯，以及各种烷氧基化的烷基酚丙烯酸酯，例如乙氧基化(4)壬基酚丙烯酸酯(例如，Photomer4066，IGM树脂公司)；丙烯酰胺，例如双丙酮丙烯酰胺、异丁氧基甲基丙烯酰胺、N,N’-二甲基-氨基丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N二乙基丙烯酰胺和叔辛基丙烯酰胺；乙烯基化合物，例如N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基己内酰胺；以及酸酯，例如马来酸酯和富马酸酯。对于上文所列的长链和短链丙烯酸烷基酯，短链丙烯酸烷基酯是具有小于或等于6个碳的烷基，长链丙烯酸烷基酯是具有大于或等于7个碳的烷基。
许多合适的单体是市售可得或者采用本领域已知的反应方案易于合成的。例如，上文所列的大部分单官能单体可以通过合适的醇或酰胺与丙烯酸或丙烯酰氯的反应合成。
代表性多官能烯键式不饱和单体包括但不限于，烷氧基化双酚A二丙烯酸酯，例如乙氧基化双酚A二丙烯酸酯，烷氧基化程度大于或等于2。第二组合物的单体组分可包括：乙氧基化程度是2至约30的乙氧基化双酚A二丙烯酸酯(例如，购自宾夕法尼亚州西切斯特市沙多玛有限公司的SR349和SR601和购自IGM树脂公司的Photomer4025和Photomer4028)或者丙氧基化程度大于或等于2(例如2至约30)的丙氧基化双酚A二丙烯酸酯；烷氧基化和没有烷氧基化的羟甲基丙烷聚丙烯酸酯，例如乙氧基化程度大于或等于3(例如3至约30)的乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如，Photomer4149，IGM树脂公司，和SR499，沙多玛有限公司)；丙氧基化程度大于或等于3(例如3-30)的丙氧基化-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如，Photomer4072，IGM树脂和SR492，沙多玛公司)；二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯(例如，Photomer4355，IGM树脂公司)；烷氧基化甘油基三丙烯酸酯，例如丙氧基化程度大于或等于3的丙氧基化甘油基三丙烯酸酯(例如，Photomer4096，IGM树脂公司和SR9020，沙多玛公司)；烷氧基化和没有烷氧基化的赤藓醇聚丙烯酸酯，例如季戊四醇四丙烯酸酯(例如，购自宾夕法尼亚州西切斯特市沙多玛有限公司的SR295)，乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯(例如，SR494，沙多玛有限公司)和二季戊四醇五丙烯酸酯(例如，Photomer4399，IGM树脂公司和SR399，沙多玛有限公司)；通过合适官能的异氰脲酸酯与丙烯酸或丙烯酰氯反应形成的异氰脲酸酯聚丙烯酸酯，例如三-(2-羟乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯(例如，SR368，沙多玛有限公司)和三-(2-羟乙基)异氰脲酸酯二丙烯酸酯；烷氧基化和没有烷氧基化的醇聚丙烯酸酯，例如三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯(例如，CD406，沙多玛有限公司)和乙氧基化程度大于或等于2(例如约2-30)的乙氧基化聚乙二醇二丙烯酸酯；通过双酚A二缩水甘油醚等与丙烯酸酯的加合形成的环氧丙烯酸酯(例如，Photomer3016，IGM树脂公司)；以及单环和多环环状芳族或非芳族聚丙烯酸酯，例如二环戊二烯二丙烯酸酯和二环戊烷二丙烯酸酯。
除了作为可聚合部分，单官能单体还可出于其他目的被包含在可固化第二组合物中。例如，单官能单体组分可影响固化的产物吸收水的程度、与其他涂层材料的粘附程度或者应力下的行为。
第二组合物可以包含或不包含低聚组分。如上文所述，如果存在的话，低聚物可作为第二组合物中的次要组分存在。第二组合物中可以存在一种或多种低聚物。可以包含在第二组合物中的一类低聚物是烯键式不包含低聚物。当使用的时候，合适的低聚物可以是单官能低聚物、多官能低聚物，或者单官能低聚物和多官能低聚物的组合。如果存在的话，第二组合物的低聚组分可包括：脂族和芳族氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸低聚物、脲(甲基)丙烯酸酯低聚物、聚酯和聚醚(甲基)丙烯酸酯低聚物、丙烯酸酯化丙烯酸低聚物、聚丁二烯(甲基)丙烯酸酯低聚物、聚碳酸酯(甲基)丙烯酸酯低聚物以及三聚氰胺(甲基)丙烯酸酯低聚物，或其组合。第二组合物可以不含氨基甲酸酯基团、氨基甲酸酯丙烯酸酯化合物、氨基甲酸酯低聚物或者氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物。
第二组合物的低聚组分可包括二官能低聚物。二官能低聚物可具有如下化学式(I)的结构：
F1-R1-[氨基甲酸酯-R2-氨基甲酸酯]m-R1-F1(I)
其中，F1可以独立地是反应性官能团，例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、N-乙烯基酰胺、苯乙烯、乙烯基醚、乙烯基酯或者本领域已知的其他官能团；R1可以独立地包括-C2-12O-、-(C2-4-O)n-、-C2-12O-(C2-4-O)n-、-C2-12O-(CO-C2-5O)n-或者-C2-12O-(CO-C2-5NH)n-，其中n是1-30的整数，包括例如1-10；R2可以是聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚氨酯、聚脲，或其组合；以及m是1-10的整数，包括例如1-5。在化学式(I)的结构中，氨基甲酸酯部分可以是二异氰酸酯与R2和/或R1反应形成的残基。本文所用术语“独立地”表示每个F1可以与另一个F1是不同的，这对于每个R1也是如此。
可固化第二组合物的低聚物组分可包含多官能低聚物。多官能低聚物可以具有如下化学式(II)、化学式(III)或化学式(IV)的结构：
多氨基甲酸酯-(F2—R1—F2)x(II)
多元醇-[(氨基甲酸酯-R2-氨基甲酸酯)m-R1-F2]x(III)
多氨基甲酸酯-(R1-F2)x(IV)
其中，F2可以独立地表示1-3个官能团，例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、N-乙烯基酰胺、苯乙烯、乙烯基醚、乙烯基酯或者本领域已知的其他官能团；R1可以包括-C2-12O-、-(C2-4-O)n-、-C2-12O-(C2-4-O)n-、-C2-12O-(CO-C2-5O)n-或者-C2-12O-(CO-C2-5NH)n-，其中n是1-10的整数，包括例如1-5；R2可以是聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚氨酯、聚脲，或其组合；x是1-10的整数，包括例如2-5；以及m是1-10的整数，包括例如1-5。在化学式(II)的结构中，多氨基甲酸酯基团可以是多异氰酸酯与R2反应形成的残基。类似地，化学式(III)的结构中的氨基甲酸酯基团可以是二异氰酸酯与R2和/或R1键合形成的反应产物。
氨基甲酸酯低聚物可通过如下方式制备：脂族或芳族二异氰酸酯与二氢聚醚或聚酯，最典型的是聚氧化亚烷基二醇如聚乙二醇反应得到。可以类似的方式合成抗湿性低聚物，不同之处在于，避免极性聚醚或聚酯二醇，有利的主要是饱和以及主要是非极性脂族二醇。这些二醇可包括具有约2-250个碳原子的烷烃二醇或亚烷基二醇，并且可以基本上没有醚或酯基团。
可将聚脲元素结合到通过这些方法制备的低聚物中，例如通过在合成过程中用二胺或多胺代替二醇或多元醇。只要合成中使用的二胺或多胺具有充分的非极性和饱和性，以免损及体系的抗湿性，就可以认为第二涂层组合物中存在少量聚脲无害于涂覆性能。
第二涂料组合物还可含有聚合引发剂，以促进第二组合物在其施加到玻璃光纤或预先涂覆了第一层或其他层的玻璃光纤之后的聚合(固化)。适用于本发明的组合物的聚合引发剂可包括热引发剂、化学引发剂、电子束引发剂、微波引发剂、光化辐射引发剂和光引发剂。对于许多基于丙烯酸酯的涂料制剂，可以采用光引发剂，例如已知的酮类光引发添加剂和/或氧化膦添加剂。当用于本发明的组合物中时，光引发剂的含量可足以提供快速紫外线固化。光引发剂存在的量约为0.5-10重量％、或者约为1.5-7.5重量％、或者约为3重量％。
可以将光引发剂的量调节至促进辐射固化，以提供合理的固化速度而不造成涂料组合物的过早凝胶化。所希望的固化速度可以是足以引起大于约90％(或者大于95％)的涂料组合物的固化的速度。如在剂量相对于模量曲线中所测量，对于厚度约为75μm的涂层而言，固化速度可以是例如小于1.0J/cm2，或者小于0.5J/cm2。
合适的光引发剂可包括但不限于，2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基膦氧化物(例如，LucirinTPO)；1-羟基环己基苯基酮(例如，购自巴斯夫公司的Irgacure184)；(2,6-二乙氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基膦氧化物(例如，市售可得掺混物Irgacure1800、1850和1700，巴斯夫公司)；2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(例如，Irgacure,651，巴斯夫公司)；二(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基膦氧化物(例如，Irgacure819，巴斯夫公司)；(2,4,6-三乙基苯甲酰基)二苯基膦氧化物(例如，市售可得掺混物Darocur4265，巴斯夫公司)；2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(市售可得掺混物Darocur4265，巴斯夫公司)，及其组合。
除了上文所述的组分，本发明的第二涂层组合物可任选地包含添加剂或者添加剂的组合。代表性添加剂包括但不限于，抗氧化剂、催化剂、润滑剂、低分子量非交联树脂、粘合促进剂和稳定剂。添加剂可以具有控制聚合过程的作用，从而影响由组合物形成的聚合产物的物理性质(例如模量、玻璃转化温度)。添加剂可影响组合物的聚合产物的整体性(例如防止解聚或氧化劣化)。
第二组合物可包含硫代二亚乙基二(3,5-二叔丁基)-4-羟基氢化肉桂酸酯(例如，购自巴斯夫公司的Irganox1035)作为抗氧化剂。第二组合物可包括丙烯酸酯化的酸粘合促进剂(例如，Ebecryl170(购自佐治亚州士麦那市拉德固化公司(UCBRadcure(SmyrnaGa.)))。用于第二涂层材料的其他合适材料以及与这些材料的选择相关的考虑是本领域众所周知的，参见美国专利第4,962,992号和第5,104,433号所述，其全文通过引用结合入本文。
即使具有低的低聚物含量，本发明的第二组合物可产生具有高拉伸强度和高的弹性模量(杨氏模量)的第二涂层材料。第二涂层可具有比第一涂层高的弹性模量和玻璃转化温度。
当以固化棒的形式制备时，本发明的第二组合物的聚合产物的拉伸强度可以是至少50MPa。当在室温(约21℃)在固化的涂层棒上测量时，第二组合物的固化产物的弹性模量可以约为1400-2200MPa，或者约为1700-2100Mpa，或者约为1600-3000MPa。第二涂层的原位弹性模量可以大于或等于1200MPa，或者大于或等于1500MPa，或者大于或等于1800MPa，或者大于或等于2100MPa，或者大于或等于2400MPa，或者大于或等于2700MPa。
高模量的第二涂层可以为光纤提供更好的保护免受机械损坏和更好的微弯曲性能。但是，在拉制塔中高模量的第二涂层的高速加工可能是挑战，原因在于，拉制过程在第二涂层中产生缺陷(例如扁平点和风致点缺陷(WIPD))的趋势的增加，这最终危害了光纤性能。
在不含低聚物的涂层、不含氨基甲酸酯低聚物的涂层以及不含氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物的涂层的发展过程中，发现从制剂去除低聚物而不改性其他组分，导致模量高于2000MPa的第二涂层。可能难以在拉制塔中以高速对此类第二涂层进行加工。因此，可能希望通过配制第二组合物以包含在官能团之间具有长的挠性(例如，乙氧基化)链的单体，来补偿去除低聚物的影响。长的挠性链可增加交联之间的距离，可降低交联密度并且可最终降低固化的第二涂层的模量。此类单体的潜在缺陷在于，它们可能具有较低的玻璃转化温度(Tg)并且可能倾向于降低固化的第二涂层的Tg。具有低Tg的第二涂层可能是不合乎希望的，因为低Tg可能导致在施涂时过于柔软的材料，并且可能导致高速加工过程中的缺陷。较高Tg的第二涂层可能在室温下较硬，并且可以为光纤提供更好的机械保护。但是，如果Tg过高，则涂层可能足够僵硬，使得光纤在加工过程中更倾向于具有缺陷。
可以将本发明的第二涂层设计成实现如下第二涂层，其具有中等的Tg，该中等的Tg赋予光纤足够机械保护和弯曲不敏感性，同时仍允许光纤在高速拉制塔中无缺陷地进行加工。
由第二涂层组合物的固化产物制备的固化棒的Tg可以至少约50℃，或者至少约55℃，或者至少60℃，或者55-65℃。
第二组合物可以不含低聚组分、氨基甲酸酯低聚组分或氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚组分，并且单体组分可包含乙氧基化(4)双酚A二丙烯酸酯单体、乙氧基化(30)双酚A二丙烯酸酯单体和环氧二丙烯酸酯单体。乙氧基化(4)双酚A二丙烯酸酯单体存在的量可以约为50-90重量％，或者约为60-80重量％，或者约为70-75重量％。乙氧基化(30)双酚A二丙烯酸酯单体存在的量可以约为5-20重量％，或者约为7-15重量％，或者约为8-12重量％。环氧二丙烯酸酯单体存在的量可以约为5-25重量％，或者约为10-20重量％，或者约为12-18重量％
第二组合物可以不含低聚组分、氨基甲酸酯低聚组分或氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚组分，并且单体组分可包含乙氧基化(4)双酚A二丙烯酸酯单体、乙氧基化(10)双酚A二丙烯酸酯单体和环氧二丙烯酸酯单体。乙氧基化(4)双酚A二丙烯酸酯单体存在的量可以约为30-80重量％，或者约为40-70重量％，或者约为50-60重量％。乙氧基化(10)双酚A二丙烯酸酯单体存在的量可以约为10-50重量％，或者约为20-40重量％，或者约为25-35重量％。环氧二丙烯酸酯单体存在的量可以约为5-25重量％，或者约为10-20重量％，或者约为12-18重量％
第二组合物可以不含低聚组分、氨基甲酸酯低聚组分或氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚组分，并且单体组分可包含乙氧基化(4)双酚A二丙烯酸酯单体、乙氧基化(10)双酚A二丙烯酸酯单体、乙氧基化(30)双酚A二丙烯酸酯单体和环氧二丙烯酸酯单体。乙氧基化(4)双酚A二丙烯酸酯单体存在的量可以约为40-80重量％，或者约为60-70重量％。乙氧基化(10)双酚A二丙烯酸酯单体存在的量可以约为1-30重量％，或者约为5-10重量％。乙氧基化(30)双酚A二丙烯酸酯单体存在的量可以约为5-20重量％，或者约为10重量％。环氧二丙烯酸酯单体存在的量可以约为5-25重量％，或者约为15重量％。
第二组合物可以不含低聚组分、氨基甲酸酯低聚组分或氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚组分，并且单体组分可包含乙氧基化(10)双酚A二丙烯酸酯单体、三丙二醇二丙烯酸酯单体、乙氧基化(4)双酚A二丙烯酸酯单体和环氧二丙烯酸酯单体。乙氧基化(10)双酚A二丙烯酸酯单体存在的量可以约为10-50重量％。三丙二醇二丙烯酸酯单体存在的量可以约为5-40重量％。乙氧基化(4)双酚A二丙烯酸酯单体存在的量可以约为10-55重量％。环氧二丙烯酸酯单体存在的量可以高至约15重量％。
第二组合物可包含：约40-80重量％的乙氧基化(4)双酚A单体、约0-30重量％的乙氧基化(10)双酚A单体、约0-25重量％的乙氧基化(30)双酚A单体、约5-18重量％的环氧丙烯酸酯、约0-10重量％的三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯单体、约0.1-40重量％的一种或多种光引发剂，约0-5重量pph的滑爽添加剂，以及0至约5重量pph的抗氧化剂。第二组合物还可包含小于或等于3％的低聚物，或者小于或等于1％的低聚物，或者可以不含低聚物。环氧丙烯酸酯可以是环氧丙烯酸酯单体。环氧丙烯酸酯可以是双酚A环氧二丙烯酸酯。环氧丙烯酸酯可以是未改性的环氧丙烯酸酯，例如，没有被脂肪酸、胺、酸或芳族官能改性的环氧丙烯酸酯。此类组合物在45℃的粘度可以至少约为3泊，并且当固化时，可展现出约为1400-2100MPa的杨氏模量。组合物可展现出至少约55℃的玻璃转化温度。单体组分可包含具有至少10个烷氧基团的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯单体。
从预成形件进行拉制，之后将第一和第二可固化组合物施涂到经涂覆的光纤的玻璃部分。可以在冷却之后立即施涂第一和第二组合物。然后，可以使得可固化组合物固化以产生经涂覆的光纤。固化方法可以是热固化、化学固化或辐射感应固化，例如使玻璃纤维上施涂的可固化组合物暴露于紫外光、光化辐射、微波辐射或电子束，这取决于涂层组合物的性质和所用的聚合引发剂。在拉制过程之后依次施加第一可固化组合物和第二可固化组合物可能是有利的。美国专利第4,474,830号和第4,585,165号揭示了对移动的玻璃光纤施涂双层可固化组合物的方法，其全文通过引用结合入本文。或者，可以施涂并固化第一可固化组合物以形成第一涂层材料，然后施涂并固化第二可固化组合物以形成第二涂层。
可以高拉制速度工艺实现本文所述的具有低弯曲损耗、低光缆截止波长和高模场直径的涂覆光纤。涂覆光纤生产的拉制速度可以大于25m/s，或者大于30m/s，或者大于40m/s，或者大于45m/s。
实施例
制造并测试根据本发明的代表性的经涂覆的光纤，以证实其所选的优势。对该实施例制备一系列10根光纤。可以将光纤称作样品光纤，并且在下文中用数字1-10表示。出于比较目的，还考虑了5种商用的经涂覆的光纤。商用光纤是购自康宁有限公司(CorningIncorporated)的光纤。在下文中，商用光纤用数字11-15表示。
样品光纤1-10的相对折射率分布基本相同。光纤中的一根所测得的代表性分布如图5所示。该分布类似于图3所示的示意性分布，Δ2最小值<0％，Δ4＝0％。如图5所示，r＝0对应于光纤的中心线。正半径值和负半径值对应于相对于中心线的相对方向的径向尺寸上的位置。样品光纤1-10的玻璃部分包括中心纤芯区域1、内包层区域2和外包层区域4。外包层区域4延伸到62.5μm的外半径r4。样品光纤1-10还包括第一涂层和第二涂层。第一涂层的外直径为190μm，第二涂层的外直径为242μm。如下文所述，该系列的样品光纤的涂层特性和拉制速度不同。商业光纤11-15具有如图6所示的折射率分布，以及具有下文所述特性的第一涂层和第二涂层。
光纤涂层
在常规拉制工艺中，以42-50m/s的速度制备光纤。在拉制过程中，施涂第一和第二涂层组合物并用UV辐射固化。拉制工作站装配有两个第二UV灯和一个第一UV灯来固化第一和第二组合物，以制造涂层。
用于根据本发明的第一涂层的代表性可固化组合物A-H如下所示。
Photomer4003是购自IGM树脂公司的乙氧基化壬基酚丙烯酸酯(现作为Photomer4066销售)。Photomer4096是购自IGM树脂公司的丙氧基化壬基酚丙烯酸酯。BR3741是购自Dymax低聚物和涂料公司的脂族聚醚氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物。N-乙烯基己内酰胺购自ISP科技有限公司。TPO是购自巴斯夫公司的光引发剂。IRGANOX1035是购自巴斯夫公司的抗氧化剂。(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷是购自格勒斯特公司的粘合促进剂。季戊四醇巯基丙酸酯购自艾尔德瑞奇公司。UVITEXOB是购自巴斯夫公司的光学增亮剂。
将可固化第一组合物F施涂到样品光纤1-8。将低聚物和单体在60℃掺混在一起，持续至少10分钟。然后加入光引发剂和添加剂，继续掺混1小时。最后，加入粘合促进剂，掺混持续30分钟。将所得到的溶液施涂到光纤并UV固化，以形成第一涂层。样品光纤9-10以及商用光纤11-15采用DSM提供的CPC6系列的商用第一组合物。CPC6第一组合物的组成是卖主私有且是本发明的发明人未知的。
用于根据本发明的第二涂层的代表性可固化组合物J-L如下所示。
组分 J K L
SR601/Photomer4028(重量％) 72 52 72
CD9038(重量％) 10 0 10
Photomer3016(重量％) 15 15 15
SR602(重量％)，30重量％ 0 30 0
KWS4131(重量％) 0 0 0
Irgacure 184(重量％) 1.5 1.5 1.5
TPO(重量％) 1.5 1.5 1.5
DC190流体滑爽添加剂(pph) 0 0 1
Irganox 1035(pph) 0.5 1 1
SR601/Photomer4028是购自沙多玛公司或IGM树脂公司的乙氧基化(4)双酚A单体。CD9038是购自沙多玛公司的乙氧基化(30)双酚A单体。Photomer3016是购自IGM树脂公司的环氧二丙烯酸酯单体。SR602是购自沙多玛公司的乙氧基化(10)双酚A单体。KWS4131是购自Dymax低聚物和涂料公司的聚醚-氨基甲酸酯二丙烯酸酯低聚物。IRGACURE184是购自巴斯夫公司的光引发剂。TPO是购自巴斯夫公司的光引发剂。DC190是购自道康宁公司(DowCorning)的流体滑爽添加剂。IRGANOX1035是购自巴斯夫公司的抗氧化剂。
将可固化的第二组合物J施涂到该实施例的样品光纤1-8。采用商用掺混设备，由所列出的组分制备组合物。称重单体组分，引入到加热的釜中，在约为50-65℃的温度掺混到一起。持续掺混直至获得均匀混合物。接着，称重光引发剂并引入到均匀溶液中，同时掺混。最后，称重余下组分并引入到溶液中，同时掺混。持续掺混直至再次获得均匀溶液。将均匀溶液施涂到光纤并UV辐射固化，以形成第二涂层。样品光纤9-10以及商用光纤11-15采用DSM提供的CPC6系列的商用第二组合物。CPC6第二组合物的组成是卖主私有且是本发明的发明人未知的。CPC6第一涂层和第二涂层的原位模量以及CPC6第一涂层的玻璃转化温度(Tg)是已知的，记录如下。
测试方法
在该实施例中，记录第一涂层、第二涂层和经涂覆的光纤的所选择的特性。经涂覆的光纤所记录的特性包括：1310nm处的模场直径，22m光缆截止波长，1310nm处的MAC#，以及采用丝网覆盖鼓测试的1310nm、1550nm和1625nm处微弯曲诱发的衰减。第一涂层所记录的特性包括：原位模量和玻璃转化温度。第二涂层所记录的特性包括原位模量。采用上文所述的彼得曼II方法测量模场直径。下面描述用于确定余下记录的特性的方法。
截止波长
可以通过标准2m光纤截止测试(FOTP-80(EIA-TIA-455-80))测量2m光纤截止波长，得到“光纤截止波长”，也被称作“2m光纤截止”或者“测量截止”或者“2m截止”。通过进行FOTP-80标准测试从而使用受控量的弯曲提取出较高级的模式，或者将光纤的光谱响应标准化至多模光纤的光谱响应。
22m截止波长可以用EIA-445光纤光学测试步骤所述的光缆截止测试近似化，所述测试步骤是EIA-TIA光纤光学标准的一部分(电子工业联盟-电信工业联盟光纤光学标准(ElectronicsIndustryAlliance--TelecommunicationsIndustryAssociationFiberOpticsStandards)，更常称为FOTP)。光缆截止测量参见EIA-455-170所述，通过透射功率测量单模光纤的光缆截止波长(CableCutoffWavelengthofSingle-modeFiberbyTransmittedPower)，或者“FOTP-170”所述。光缆截止波长记录的是LP01模式的。
微弯曲损耗-丝网覆盖鼓测试
在丝网覆盖的鼓测试中，用丝网缠绕400mm直径的铝鼓。网是在没有拉伸情况下的紧密缠绕。丝网应该是完好的，没有孔、下沉或损坏。用于本文所述的测量的丝网材料由抗腐蚀型304不锈钢编织丝布制造，具有如下特征：每线性英寸网为165x165，丝直径为0.0019”，宽度开口为0.0041”，开放区域％为44.0。将规定长度(750m)的波导光纤以1m/s绕到丝网鼓上，当施加80(+/-1)克的张力时，具有0.050cm的拉紧间距。规定长度光纤的端部胶带固定，以维持张力，并且没有光纤交叉。在选定的波长(通常在1200-1700nm范围内，例如，1310nm或1550nm或1625nm)测量光纤的衰减。测量绕到光滑鼓(即没有丝网的鼓)上的光纤的参比衰减。在具有丝网的鼓上所进行的测量中，相对于在光滑鼓上进行测量的光纤衰减的增加(单位dB/km)记录作为光纤在选定的波长处的丝网覆盖鼓衰减。
第一涂层-原位模量
六英寸的光纤样品用于该测量。六英寸样品中心处的一英寸区段窗口剥离，并用异丙醇擦拭。将样品安装到装配有10mmx5mm铝片的样品支架/对准站，将样品粘合到所述铝片。放置两个片从而水平平放了10mm长度，两个片之间具有5mm的间隙。光纤水平平放在样品支架上，横跨片。光纤的涂覆端放在一个片上并延伸一半进入片之间的5mm间距中，剥离的玻璃放置在5mm间距的另一半上和另一片上。样品对直(lineup)，然后移出(moveoutoftheway)，使得可以向每个片最靠近5mm间距的那一半施加胶的小点。然后使得光纤回到片上和中心。然后提升对准站直至胶刚好接触光纤。然后通过胶牵拉涂覆端，使得片之间的5mm间距中的大部分的样品是剥离的玻璃。使涂覆端的最顶端延伸超过片上的胶，使得暴露于待测量的区域。干燥样品。将与片固定的光纤的长度修整成5mm。测量嵌入胶中的涂覆长度、未嵌入长度(片之间)和端面第一直径(primarydiameter)。
在RheometricsDMTAIV仪器上，以恒定的9e-61/s的应变进行测量，持续45分钟的时间，室温(约21℃)。量规长度为15mm。记录作用力和长度变化，用于计算第一模量。通过从片去除任意会干扰15mm夹持长度的环氧化物来制备样品，以确保与光纤之间没有接触，并且样品与夹具方形地固定。一旦仪器作用力归零，将非涂覆端安装到下夹具(测量探针)。含光纤的涂覆端的片安装到上(固定)夹具。然后进行测试，一旦完成分析取出样品。
第一涂层-玻璃转化温度(Tg)
采用由第一涂层组合物形成的固化膜形式的样品，来测量第一涂层的玻璃转化温度。通过确定由诸如RheometricsDMTAIV之类的仪器获得的拉伸中的tanδ曲线的峰，来测量玻璃转化温度。将样品的宽度、厚度和长度输入到程序的“样品几何形貌”部分。安装样品，然后冷却到约-85℃。一旦稳定，采用如下参数运行升温：
频率：1Hz
应变：0.3％
加热速率：2℃/分钟
最终温度：150℃
初始静力＝20.0[g]
静态力比动态力大10.0[％]
Tg定义为tanδ峰的最大值，其中tanδ峰定义如下：
tanδ＝E”/E'
其中，E”是损耗模量，随着变形循环中的加热，其与能量损耗成比例，以及E’是储能模量或弹性模量，其与变形循环中储存的能量成比例。
第二涂层-原位模量
采用由经涂覆的光纤制备的光纤脱管(fibertube-off)样品来测量第二涂层的原位模量。将0.0055英寸米勒剥离器(millerstripper)夹持到涂覆光纤的端部下方约1英寸处。将光纤的该1英寸区域浸入液氮流中，并保持3秒。然后取出光纤并快速进行剥离。然后检查光纤的剥离端。如果涂层留在光纤的玻璃端上，则脱管样品视作有缺陷的，并制备新的脱管样品。合适的脱管样品是清楚地剥离了玻璃并且由第一和第二涂层的中空管构成的那种。从未剥离光纤的端面测量玻璃、第一和第二涂层的直径。
采用RheometricsDMTAIV仪器，以11mm的样品量规长度运行光纤截止样品，以获得第二涂层的原位模量。确定宽度、厚度和长度，并作为输入提供到仪器的操作软件。安装样品，并采用时基扫描程序在环境温度(21℃)运行，参数如下：
频率：1转/秒
应变：0.3％
总时间＝120秒。
每次测量的时间＝1秒
初始静力＝15.0[g]
静态力比动态力大10.0[％]
一旦完成，对最后5个E’(储存模量)数据点取平均值。每个样品运行3次(每次运行新鲜样品)，总共15个数据点。记录3次运行的平均值。
结果
表1总结了样品光纤1-10和商用光纤11-15的光纤拉制速度和涂层特性。样品光纤1-8的第一涂层的原位模量为0.085MPa，样品光纤9-10和商用光纤11-15的第一涂层的原位模量为0.4MPa。样品光纤1-8的玻璃转化温度(Tg)为-55℃，样品光纤9-10和商用光纤11-15的玻璃转化温度(Tg)为-32℃。样品光纤1-8的第二涂层的原位模量为1700MPa，样品光纤9-10和商用光纤11-15的第二涂层的原位模量为1000MPa。样品光纤1-10的拉制速度为42-50m/s。
表1：涂层属性
表2总结了光纤所测得的属性。样品光纤1-8包括具有根据本发明的相对折射率分布的玻璃部分以及根据本发明的第一和第二涂层。样品光纤9-10包括具有根据本发明的相对折射率分布的玻璃部分以及商用第一和第二涂层。商用光纤11-15包括商用折射率分布以及商用第一和第二涂层。表2中的结果表明样品光纤1-8展现出比商用光纤11-15明显降低的丝网覆盖鼓微弯曲衰减损耗。样品光纤9-10展现出中等水平的微弯曲衰减损耗。除了良好的微弯曲性能，样品光纤1-10还观察到1310nm处的大模场直径和低的22m光缆截止波长。在该实施例中，对于整个拉制速度范围，样品光纤1-10都观察到改善的性能。
表2：光纤属性
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下对本发明进行各种修改和变动。因此，本发明人的意图是本发明覆盖本发明的修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求书和其等同内容的范围之内。

Claims (19)

1.一种光波导光纤，其包括：
中心纤芯区域，其具有半径r1和相对折射率Δ1(r)，其以相对于纯石英测得的％表示，所述相对折射率Δ1(r)具有最大值Δ1最大值；
包层，所述包层包括围绕所述中心纤芯区域的内包层区域和围绕所述内包层区域的外包层区域，所述内包层区域的外半径r2>8μm并且具有相对折射率Δ2(r)，其以相对于纯石英测得的％表示，所述相对折射率Δ2(r)具有最大值Δ2最 大值和最小值Δ2最小值，所述外包层区域具有相对折射率Δ4，其以相对于纯石英测得的％表示，所述相对折射率Δ4是正的，并且小于所述最大值Δ1最大值，所述相对折射率Δ4超过所述最小值Δ2最小值至少0.002％；
第一涂层，其围绕所述外包层区域，所述第一涂层的原位模量小于0.20MPa并且原位玻璃转化温度小于-35℃；以及
第二涂层，其围绕所述第一涂层，所述第二涂层的原位模量大于1500MPa；
所述光波导光纤展现出在1310nm波长处大于8.8μm的模场直径，小于1360nm的2m截止波长，以及在1550nm波长处小于0.030dB/km的丝网覆盖鼓微弯曲损耗。
2.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述相对折射率百分比分布Δ1(r)是超高斯分布，所述超高斯分布基本如下式所述：
式中，γ>0且a>4.5。
3.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述相对折射率百分比分布Δ1(r)是α-分布，所述α-分布基本如下式所述：
式中，rm是Δ(r)＝Δ最大值处的半径，rz是Δ(r)＝0处的半径，并且α为0.5-10。
4.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其特征在于，所述相对折射率Δ4至少为0.010％。
5.如权利要求1-4中任一项所述的光纤，其特征在于，所述内包层区域的宽度为3-13μm。
6.如权利要求1-5中任一项所述的光纤，其特征在于，所述相对折射率Δ4超过所述最小值Δ2最小值至少0.02％。
7.如权利要求1-6中任一项所述的光纤，其特征在于，所述包层在所述内包层区域和所述外包层区域之间还包括凹陷折射率包层区域，所述凹陷折射率包层区域的相对折射率Δ3(r)具有最小值Δ3最小值，所述Δ3最小值比所述最小值Δ2最 小值至少小0.005％，所述最小值Δ3最小值比所述相对折射率Δ4至少小0.010％。
8.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第一涂层的原位玻璃转化温度小于-45℃。
9.如权利要求1-7中任一项所述的光纤，其特征在于，所述第一涂层的外直径小于185μm。
10.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第一涂层是第一组合物的固化产物，所述第一组合物包含：氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物以及选自(甲基)丙烯酸酯、N-乙烯基酰胺和环氧丙烯酸酯的单体。
11.如权利要求10所述的光纤，其特征在于，所述第一组合物包括：一种或多种单官能(甲基)丙烯酸酯单体，其含量约为5-95重量％；N-乙烯基酰胺单体，其含量约为0.1-40重量％；以及一种或多种二官能氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，其包含多元醇和异氰酸酯，所述低聚物存在的量约为5-95重量％，所述低聚物中的所述多元醇是聚丙二醇，所述低聚物中的所述异氰酸酯是脂族二异氰酸酯。
12.如权利要求10所述的光纤，其特征在于，所述第一涂层组合物包含：一种或多种单官能(甲基)丙烯酸酯单体，其含量约为40-65重量％；N-乙烯基酰胺单体，其含量约为2-10重量％；以及一种或多种基于聚丙二醇的二官能氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，其含量约为35-60重量％。
13.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第二涂层的原位模量大于或等于1800MPa。
14.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第二涂层是第二组合物的固化产物，所述第二组合物不含有含氨基甲酸酯的低聚物。
15.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述第二组合物包括选自下组的单体：烷氧基化双酚A二丙烯酸酯、亚烷基二醇丙烯酸酯和环氧二丙烯酸酯。
16.如权利要求15所述的光纤，其特征在于，所述第二组合物包括：
约40-80重量％的乙氧基化(4)双酚A单体；
约0-30重量％的乙氧基化(10)双酚A单体；
约0-25重量％的乙氧基化(30)双酚A单体；以及
约5-18重量％的环氧丙烯酸酯。
17.如权利要求1-7中任一项所述的光纤，其特征在于，所述模场直径在1310nm处大于9.0μm，所述2m截止波长小于1320nm，以及所述丝网覆盖鼓微弯曲损耗在1550nm波长处小于0.020dB/km。
18.如权利要求17所述的光纤，其特征在于，所述丝网鼓微弯曲损耗在1550nm波长处小于0.010dB/km。
19.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，形成所述光纤的拉制速度至少为40m/s。
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