CN106233179A - 光纤 - Google Patents

Abstract

该光纤(1A)设置有：光传输部件(10)，其包括芯部(12)和包层(14)；主要树脂层(22)；以及次要树脂层(24)。光传输部件(10)的有效面积为130μm²以上。光传输部件(10)在波长为1550nm时的传输损耗为0.165dB/km以下。主要树脂层(22)的杨氏模量为0.7MPa以下，次要树脂层(24)的杨氏模量为600Mpa至1500Mpa。在以80g的张力将光纤(1A)卷绕在绕线筒上时所观察到的传输损耗与在捆扎状态下所观察到的传输损耗之差为1.0dB/km以下，绕线筒上卷绕有金属网格材料，该金属网格材料具有以150μm的间距间隔开的直径为50μm的竖直线材和直径为50μm的水平线材。

Description

光纤

技术领域

本发明涉及一种光纤。

背景技术

专利文献1披露了一种有效面积相对较大的光纤。具体而言，该文献中所描述的光纤包括中心芯部、光学包层和护套。该光纤在波长为1550nm时的有效面积为110μm²以上。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本已公开专利申请公报No.2013-122502

发明内容

技术问题

在支持100Gbit/s以上的传输速率的光传输网络中，对包括多调制技术在内的数字相干通信技术而言，需要较高的光信噪比(OSNR)，以扩展光纤的每个芯部的通信能力。作为提高OSNR的一种方法，存在增大光纤的有效面积Aeff并因此抑制光纤的传输损耗的方法。通用单模光纤(SMF)在波长为1550nm时的有效面积Aeff为约80μm²。然而，为了有效地提高OSNR，期望有效面积Aeff为130μm²以上。

然而，当有效面积Aeff变大时，光纤在抵抗横向压力方面变弱，并且卷绕在绕线筒上的光纤的传输损耗趋于增大。此外，因为弛豫速率较低，所以需要长时间来将卷绕在绕线筒上的光纤的传输损耗的大小改变成光纤本身的传输损耗(例如，光纤线圈的传输损耗)的大小。因此，短时间内的不合格率增加，或者装货之前的退火时间变长，从而使库存增加。

基于这些问题而作出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种可以在确保抵抗横向压力的能力的同时增大有效面积Aeff的光纤。

解决问题的技术方案

为了解决上述问题，根据本发明的光纤包括：光传输部件，其包括芯部和包层；主要树脂层，其与光传输部件接触，并包覆光传输部件；以及次要树脂层，其包覆主要树脂层。光传输部件的有效面积为130μm²以上。光传输部件在波长为1550nm时的传输损耗为0.165dB/km以下。主要树脂层的杨氏模量为0.7MPa以下。次要树脂层的杨氏模量为600MPa以上且1500MPa以下。主要树脂层的外径为185μm以上且220μm以下。次要树脂层的外径为225μm以上且260μm以下。在以80g的张力将光纤卷绕在绕线筒上时的传输损耗与光纤线圈的传输损耗之差为1.0dB/km以下，绕线筒上卷绕有金属网格部件，金属网格部件具有以150μm的间距间隔开的直径为50μm的竖直线材和直径为50μm的水平线材。

本发明的有益效果

根据本发明中的光纤，可以在确保抵抗横向压力的能力的同时增大有效面积Aeff。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施例的光纤的构造的横截面图，并示出了与光纤的中心轴线方向(光轴方向)垂直的截面。

图2中的(a)是示出了要在网格横向压力试验中使用的金属网格部件的构造的视图。图2中的(b)是图2中的(a)的局部放大视图。

图3是示出了对主要树脂层中所包含的双反应性末端低聚物和单反应性低聚物的含量比率进行不同的设定且进行网格横向压力试验的结果的图表。

图4是描述用于实例中的卷绕损耗的弛豫时间的计算方法的曲线图。

具体实施方式

[要求保护的本发明的各实施例的描述]

首先，列举并描述要求保护的本发明的各实施例的内容。(1)根据本发明的光纤，包括：光传输部件，其包括芯部和包层；主要树脂层，其与光传输部件接触，并包覆光传输部件；以及次要树脂层，其包覆主要树脂层。光传输部件的有效面积为130μm²以上。光传输部件在波长为1550nm时的传输损耗为0.165dB/km以下。主要树脂层的杨氏模量为0.7MPa以下。次要树脂层的杨氏模量为600MPa以上且1500MPa以下。主要树脂层的外径为185μm以上且220μm以下。次要树脂层的外径为225μm以上且260μm以下。在以80g的张力将光纤卷绕在绕线筒上时的传输损耗与光纤线圈的传输损耗之差为1.0dB/km以下，该绕线筒上卷绕有金属网格部件，该金属网格部件具有以150μm的间距间隔开的直径为50μm的竖直线材和直径为50μm的水平线材。

作为本发明的发明人的研究结果，已发现：即使当有效面积Aeff为130μm²以上时，如果主要树脂层和次要树脂层的杨氏模量和外径满足上述范围，则也可以在网格横向压力试验中将卷绕在绕线筒上的光纤的传输损耗与光纤线圈中的传输损耗之差抑制成1.0dB/km以下的较小值。也就是说，根据上述光纤，可以在确保抵抗横向压力的能力的同时增大有效面积Aeff。因此，卷绕在绕线筒上的光纤的传输损耗的弛豫时间较短，从而可以得到高质量的光纤。

(2)此外，在上述光纤中，光传输部件的有效面积可以为140μm²以上，并且主要树脂层的杨氏模量可以为0.5MPa以下。因此，可以进一步增大抵抗横向压力的能力。

(3)此外，在上述光纤中，光传输部件的有效面积可以为150μm²以上，并且主要树脂层的杨氏模量可以为0.3MPa以下。因此，可以更加增大抵抗横向压力的能力。

(4)此外，在上述光纤中，从光纤刚被卷绕在绕线筒上的时刻开始直到光纤与光纤线圈的传输损耗之差变为0.003dB/km以下为止的时间为2000小时以下。因此，根据上述光纤，可以缩短卷绕损耗的弛豫时间。

[要求保护的本发明的各实施例的细节]

在下文中，将参考附图对根据本发明各实施例的光纤的具体实例进行描述。这里，本发明不限于这些实例，并且意图包括权利要求所示范围以及与权利要求的范围等同的含义和范围内的所有变型。在以下描述中，附图描述中的相同的附图标记表示相同的元件，并且省略重复说明。

(实施例)

图1是示出了根据本发明实施例的光纤1A的横截面图，并示出了与光纤1A的中心轴线方向(光轴方向)垂直的截面。如图1所示，根据实施例的光纤1A包括：光传输部件10，其包括芯部12和包层14；以及包覆树脂涂层20，其包括主要(第一)树脂层22和次要(第二)树脂层24。

光传输部件10是由玻璃制成的部件，并例如由SiO₂玻璃构成。光传输部件10传输被引导到光纤1A中的光。在例如含有光传输部件10的中心轴线的区域中设置有芯部12。芯部12包含GeO₂并还可以包含氟。在包围芯部12的区域中设置有包层14。包层14的折射率比芯部12的折射率低。包层14可以由纯石英玻璃(SiO₂)构成，或可以由已添加有氟的石英玻璃构成。在一个实例中，光传输部件10的外径D1为125μm。如稍后说明的实例所示，光传输部件10的有效面积Aeff可以为130μm²以上、可以为140μm²以上或可以为150μm²以上。有效面积Aeff的上限值为例如180μm²。光传输部件10在波长为1550nm时的传输损耗为0.165dB/km以下。

如上所述，包覆树脂层20具有包括主要树脂层22和次要树脂层24的至少双层结构。主要树脂层22与光传输部件10的外周接触，并包覆整个光传输部件10。次要树脂层24与主要树脂层22的外周接触，并包覆主要树脂层22。在一个实例中，主要树脂层22的外径D2为185μm以上且220μm以下，并且主要树脂层22的层厚为30μm以上且50μm以下。此外，次要树脂层24的外径D3为225μm以上且260μm以下，并且次要树脂层24的层厚为例如10μm以上且35μm以下。

通过软化主要树脂层22(减小杨氏模量)，可以增强由包覆树脂层20产生的缓冲效果，并减小卷绕在绕线筒上的光纤的传输损耗。在实施例中，主要树脂层22的杨氏模量可以为0.7MPa以下，可以为0.5MPa以下或可以为0.3MPa以下。这里，主要树脂层22的杨氏模量的下限值为例如0.07MPa。此外，通过使次要树脂层24硬化(增大杨氏模量)，可以确保包覆树脂层20的机械强度。在实施例中，次要树脂层24的杨氏模量为600MPa以上且1500MPa以下。

如稍后描述的实例所示，即使当有效面积Aeff为130μm²以上时，如果主要树脂层22和次要树脂层24的杨氏模量和外径满足上述范围，则也可以在网格横向压力试验中将卷绕在绕线筒上的光纤的传输损耗(微弯损耗)与光纤线圈中的传输损耗之差抑制成1.0dB/km以下的较小值。此外，可以将如下时间(卷绕损耗的弛豫时间)减少至2000小时以下的短时间：从光纤刚被卷绕在绕线筒上的时刻开始直到光纤与光纤线圈的传输损耗之差变为0.003dB/km以下为止的时间。因此，根据实施例中的光纤1A，可以在确保抵抗横向压力的能力的同时增大有效面积Aeff。同时，可以缩短卷绕损耗的弛豫时间。此外，在实施例中，在光传输部件10的有效面积为140μm²以上且主要树脂层22的杨氏模量为0.5MPa以下的情况下，还可以进一步增大抵抗横向压力的能力。此外，在实施例中，在光传输部件10的有效面积为150μm²以上且主要树脂层22的杨氏模量为0.3MPa以下的情况下，还可以更加增大抵抗横向压力的能力。

这里，包覆树脂层20表面的静摩擦系数越小，卷绕损耗的弛豫时间越短。作为实例，优选的是，静摩擦系数为1.5以下。

例如如下所述那样进行网格横向压力试验。图2中的(a)是示出了要在网格横向压力试验中使用的金属网格部件30的构造的视图，而图2中的(b)是图2中的(a)的局部放大视图。如图2中的(a)和图2中的(b)所示，金属网格部件30具有如下网格形状：在竖直方向和水平方向中的每一者上设置有多条金属线材。竖直线材直径Φ₁和水平线材直径Φ₂为例如50μm。竖直线材的中心线之间和水平线材的中心线之间的间距P为例如150μm。竖直线材的突出长度L₁为例如100μm，并且水平线材的突出长度L₂为例如100μm。

通过如下步骤进行网格横向压力试验：例如以80g的张力将光纤1A卷绕在绕线筒上(在该绕线筒中，图2中的(a)和图2中的(b)所示的金属网格部件30以不具有间隙的方式被卷绕在绕线筒的圆筒上)，然后确定卷绕在绕线筒上的光纤的传输损耗值与光纤线圈(从绕线筒拆下的光纤1A)的传输损耗值之差。使用输出白光的光源作为光源。在白光源与光纤1A之间例如设置有激励用的光纤，该激励用的光纤具有与光纤1A大致相同的结构并具有100m的长度。然后，从白光源输出的光被输入至激励用的光纤的输入端，在光沿着激励用的光纤传播的同时，高次模被充分衰减，并且从激励用的光纤输出的基模光被输入至光纤1A的输入端。通过测量从光纤1A的输出端输出且波长为850nm的光的功率，确定卷绕在绕线筒上的光纤的传输损耗值。

因为构成主要树脂层22的树脂具有上述特性，所以包含作为组成物的双反应性末端低聚物和单反应性末端低聚物中的两者或任一者的树脂是适合的。此外，如稍后说明的实例所示，当包含50％以上的单反应性末端低聚物时，可以充分确保抵抗横向压力的能力。双反应性末端低聚物的实例包括以下材料。

H-(I-聚丙二醇^A)₂-I-H

H-(I-聚丙二醇^B)₂-I-H

H-(I-聚丙二醇^C)₂-I-H

此外，单反应性末端低聚物的实例包括以下材料。

H-(I-聚丙二醇^A)₂-I-X

H-(I-聚丙二醇^B)₂-I-X

H-(I-聚丙二醇^C)₂-I-X

这里，H表示丙烯酸羟乙酯的残基，I表示异佛尔酮二异氰酸酯的残基，X表示甲醇，并且聚丙二醇^A-C分别表示以下聚丙二醇的残基。也就是说，聚丙二醇^A表示ACCLAIM 4200(分子量：4000，不饱和度：0.003meq/g)的残基；聚丙二醇^B表示XS-3020C(分子量：3000，不饱和度：0.03meq/g)的残基；以及聚丙二醇^C表示EXCENOL 3020(分子量：3000，不饱和度：0.09meq/g)的残基。聚氨酯低聚物用H-(I-聚丙二醇)₂-I-H表示。

这里，双反应性末端低聚物和单反应性末端低聚物不限于上述材料。除了上述实例之外的实例包括聚丙二醇或聚丙二醇/聚乙二醇的共聚物(其中，分子量为1000至13000，优选地为2000至8000，并且不饱和度小于0.01meq/g，优选地为0.0001meq/g至0.009meq/g)，并且必要时包含如下聚氨酯化合物：该聚氨酯化合物具有至少一种其他多元醇以及从它们的混合物得到的至少一种(甲基)丙烯酸酯基。聚丙二醇或聚丙二醇/聚乙二醇的共聚物的实例包括1,2-聚丙二醇、1,3-聚乙二醇以及它们的混合物。其中，1,2-聚丙二醇是优选的。此外，允许实例为环氧丙烷和环氧乙烷的共聚物(其具有100/0至70/30的重量比)。

此外，构成具有上述特性的次要树脂层的树脂的实例包括以下材料。低聚物的实例包括通过使多元醇化合物、多异氰酸酯化合物和含羟基的丙烯酸酯化合物反应而得到的低聚物。

多元醇化合物的实例包括聚乙二醇和聚丙二醇。多异氰酸酯化合物的实例包括2,4-甲苯二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯。含羟基的丙烯酸酯化合物的实例包括2-羟乙基丙烯酸酯、2-羟丁基丙烯酸酯、1,6-己二醇单丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯。

单体的实例包括具有环形结构的N-乙烯基单体，例如N-乙烯基己内酰胺。因为固化速率提高，所以优选地包含这些单体。另外，使用诸如丙烯酸异冰片酯、丙烯酸苄酯、2-丙烯酸羟乙酯、苯氧基丙烯酸酯和聚丙二醇单丙烯酸酯等单功能单体以及诸如聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯或加有双酚A环氧乙烷的二醇二丙烯酸酯等多功能单体。

(实例)

主要树脂层22中所含的双反应性末端低聚物和单反应性末端低聚物的含量比率按照如下进行设定，并且进行上述网格横向压力试验。图3是示出了试验结果的图表。

·低聚物组成物A：100％单反应性末端低聚物和0％双反应性末端低聚物

·低聚物组成物B：50％单反应性末端低聚物和50％双反应性末端低聚物

·低聚物组成物C：20％单反应性末端低聚物和80％双反应性末端低聚物

这里，低聚物组成物A中的杨氏模量为0.1MPa，低聚物组成物B中的杨氏模量为0.4MPa，而低聚物组成物C中的杨氏模量为0.7MPa。也就是说，随着双反应性末端低聚物的百分比降低且单反应性末端低聚物的百分比提高，杨氏模量减小。此外，次要树脂的组成物S1是这样的组成物：杨氏模量为1200MPa至1300MPa，次要树脂的组成物S2是这样的组成物：杨氏模量为600MPa至800MPa，而次要树脂的组成物S3是这样的组成物：杨氏模量为400MPa至500Mpa。这些组成物S1至S3通过改变分子中的交联点的数量来使杨氏模量不同。

卷绕损耗的弛豫时间为2000小时以下的情况被判定成良好(OK)，而卷绕损耗的弛豫时间超过2000小时的情况被判定为不良(NG)。评估以80g的卷绕张力被卷绕在加衬垫的绕线筒上且间距为0.45mm的样品。此外，光传输部件10在波长为1550nm时的传输损耗为0.165dB/km以下。这里，当传输损耗为0.160dB/km以下时，可以更有效地提高OSNR，并得到更优异的光纤1A。

在主要树脂层22具有低聚物组成物C的情况下，因为主要树脂层22的杨氏模量较高，所以结果为不良(NG)。此外，在次要树脂层24具有组成物S3的情况下，因为次要树脂层24的杨氏模量较低，所以结果为不良(NG)。从图3中可以看出，当网格横向压力试验结果为1.0dB/km以下时，卷绕损耗的弛豫时间为2000小时以下。也就是说，在主要树脂层22具有低聚物组成物A或B而次要树脂层24具有组成物S1或S2的情况下，因为主要树脂层22的杨氏模量足够低且次要树脂层24的杨氏模量足够高，所以卷绕损耗的弛豫时间为良好(OK)。

这里，对次要树脂层24的杨氏模量的上限值而言，当二次树脂层24太硬时，难以弯曲光纤1A，并且包括光纤1A的电缆的布线是不容易的。因此，次要树脂层24的杨氏模量不需要过高，并且优选地应为1500MPa以下。

此外，在图3中，在一些情况下，即使当对主要树脂层22和次要树脂层24这两者而言树脂的组成物相同时，杨氏模量也不相同。这是因为杨氏模量随树脂的固化程度不同而不同。树脂的固化程度随紫外线照射量变化而变化。在实例中，对各个样品而言，紫外线灯的功率和紫外线照射时间(与线速度成反比)逐渐不同，因此，即使当树脂的组成物相同时，杨氏模量也不相同。

图4是描述用于计算实例中的卷绕损耗的弛豫时间的计算方法。在图4中，纵轴表示损耗(卷绕损耗)的增量Δα，而横轴表示时间的对数值ln(t)。通过以下步骤来适当地确定卷绕损耗的弛豫时间：紧接光纤1A被卷绕在绕线筒上之后测量光纤1A中的损耗减小量，并确定在损耗减小至0.003dB/km之前的时间。具体而言，在合适的时间t内测量光纤1A的传输损耗α(t)。此外，将一束光纤1A浸入到水中，在不存在横向压力的条件下(水中光纤束(in-water bundle))测量传输损耗α(t→∞)，并且差值{α(t)-α(t→∞)}被采用作为因回卷而造成的临时衰减增加值Δα。

Δα＝-a×ln(t_r)+Δα₀…(1)

如图4所示，通过绘制Δα与ln(t)之间的相关性并进行拟合来确定近似直线A1的斜率。这里，Δα₀表示卷绕损耗增量的初始值。然后，确定近似直线A1与横轴(ln(t))之间的交点。交点处的时间t_r被定义成卷绕损耗的弛豫时间。近似直线A1的公式用公式1表示。此外，具体而言，可以根据下述公式(2)来确定因回卷而造成的衰减弛豫时间t_r。

$t_r=\exp \left(\frac{{\mathrm{\Δ\α}}_0}{a}\right)\mathrm{...}\left(2\right)$

附图标记列表

1A...光纤，10...光传输部件，12...芯部，14...包层，20...包覆树脂层，22...主要树脂层，24...次要树脂层，30...金属网格部件，A1...近似直线。

Claims (4)

1.一种光纤，包括：

光传输部件，其包括芯部和包层；

主要树脂层，其与所述光传输部件接触，并包覆所述光传输部件；以及

次要树脂层，其包覆所述主要树脂层，

其中，所述光传输部件的有效面积是130μm²以上，所述光传输部件在波长为1550nm下时的传输损耗为0.165dB/km以下，

所述主要树脂层的杨氏模量为0.7MPa以下，所述次要树脂层的杨氏模量为600MPa以上且1500MPa以下，

所述主要树脂层的外径为185μm以上且220μm以下，所述次要树脂层的外径为225μm以上且260μm以下，并且

在以80g的张力将所述光纤卷绕在绕线筒上时的传输损耗与光纤线圈的传输损耗之差为1.0dB/km以下，所述绕线筒上卷绕有金属网格部件，所述金属网格部件具有以150μm的间距间隔开的直径为50μm的竖直线材和直径为50μm的水平线材。

2.根据权利要求1所述的光纤，

其中，所述光传输部件的所述有效面积为140μm²以上，并且所述主要树脂层的杨氏模量为0.5MPa以下。

3.根据权利要求1所述的光纤，

其中，所述光传输部件的所述有效面积为150μm²以上，并且所述主要树脂层的杨氏模量为0.3MPa以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤，

其中，从所述光纤刚被卷绕在所述绕线筒上的时刻开始直到所述光纤与所述光纤线圈的传输损耗之差变为0.003dB/km以下为止的时间为2000小时以下。