CN114746783A - 在大弯曲直径下具有低宏弯损耗的光纤 - Google Patents

在大弯曲直径下具有低宏弯损耗的光纤 Download PDF

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Abstract

本公开提供了在大于40mm的弯曲直径下，展现出在1550nm下的低宏弯损耗的光纤。光纤的相对折射率分布包括具有沟槽体积的沟槽包层区，所述沟槽体积被构造成使得在大的弯曲直径下的宏弯损耗最小化。对沟槽包层区的厚度和/或深度进行控制以将沟槽体积减小到符合在大于40mm的弯曲直径下减少宏弯损耗的程度。光纤包括包围并直接毗邻沟槽包层区的外包层区，以及任选地，在沟槽包层区与芯体区之间的偏移包层区。在一些实施方式中，芯体区是分区的芯体区，其包括内芯体区和外芯体区。可从光纤获得的低损耗弯曲使得这些光纤特别适于海底电信系统中的应用。

Description

在大弯曲直径下具有低宏弯损耗的光纤
本申请要求2019年11月25日提交的系列号为62/939,828的美国临时申请以及2019年12月10日提交的系列号为62/945,930的美国临时申请的优先权权益，本申请以它们的内容为基础，并通过参考将其全文纳入本文。
技术领域
本公开涉及光纤和光缆。更具体地，本公开涉及被构造用于海底环境的光纤和光缆。更具体地，本公开涉及在大的弯曲直径下具有低宏弯损耗的光纤和光缆。
背景技术
电信系统需要能够在高数据速率下以低损耗在长距离内传输光学信号的光纤。通过波分复用和调制格式方面的进步，传输容量已经得到了改进。波分复用增加了传输通道的数目，而先进的调制格式提高了每个通道的数据速率。信号损耗的主要来源是衰减损耗和弯曲损耗。衰减损耗可通过使纤芯中的瑞利(Rayleigh)散射最小化来减少，而该瑞利散射最小化可通过用纯度高且组成高度均匀材料制造光纤芯体来实现。
弯曲损耗包括因微弯和宏弯导致的损耗。微弯损耗由高频机械扰动引起，该高频机械振动源自光纤部署环境中的外部刺激。实例包括光纤与光缆中的表面(例如，管壁)的侧向接触。物理上，微弯对应于沿着光纤长度起作用的随机定位的小半径弯曲(小于约1mm)。微弯导致光纤中的模式耦合，以及单模光纤中的基模的功率耗散变为高阶模式。宏弯损耗是由于光纤的弯曲或翘曲导致的信号损耗。为了满足现场的安装要求(例如，在角落周围)，常需要物理弯曲光纤。弯曲直径大(大于约2mm并且常是约几十毫米)，并且该损耗机制是光泄漏。随着光纤弯曲，一部分光学信号从芯体折射出并且在包围光纤的保护性涂层中耗散。随着光纤弯曲得更急(更小的弯曲直径)，损耗的信号量增加。
目前，对用于海底应用的光纤和光缆的需求有所增加。该需求受到不同洲之间的互联网流量快速增长的推动。海底光缆被设计成保护内部光纤免受水损伤和其他机械损伤。深海光缆的尺寸通常是直径为约17-20mm。目前在海底应用中使用针对陆地系统来设计的光纤。然而，部署在海底系统中的光纤所经历的力学环境不同于陆地应用，而且在海底系统中，宏弯损耗尤其高得离谱。
因此，需要在海底传输系统的部署环境中具有减小的宏弯损耗的光纤。
发明内容
本公开提供了在海底传输系统的部署环境中具有低宏弯损耗的光纤。所述光纤具有相对折射率分布，该相对折射率分布被设计成在海底系统中常遇到的弯曲直径下，宏弯损耗最小化。相对折射率分布包括具有沟槽的包层，其被构造成使得在大于40mm的弯曲直径下的宏弯损耗最小化。特别地，相对于标准海底光纤而言，沟槽体积的减小显示出导致宏弯损耗减少。
本说明书延伸至：
一种光纤，其包含：
芯体区，所述芯体区具有半径r1和相对折射率分布Δ1，所述半径r1在4.0μm至10.0μm的范围内，所述相对折射率分布Δ1具有在-0.05％至0.05％的范围内的最大相对折射率Δ1最大；
包围并直接毗邻芯体区的包层区，所述包层区包括：
包围芯体区的沟槽包层区，所述沟槽包层区具有半径r3，相对折射率Δ3，以及小于35％μm2的沟槽体积；和
包围且直接毗邻沟槽包层区的外包层区，所述外包层区具有半径r4以及在-0.45％至-0.15％范围内的相对折射率Δ4；并且
其中，如使用直径为50mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.001dB/圈的宏弯损耗。
在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言是容易理解的，或通过实施书面说明书和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。
应理解，上文的一般性描述和下文的具体实施方式都仅仅是示例性的，并且旨在提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。
所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图是对本公开的所选方面的例示，其与说明书一起用于解释本公开所包含的方法的原理和操作、产品以及组成。
附图说明
图1是根据一个实施方式所述的经涂覆的光纤的示意图。
图2是代表性的光纤带的示意图。
图3是代表性光纤光缆的示意图。
图4A描绘了一种光纤的截面图，所述光纤具有芯体区，沟槽包层区，外包层区，一次涂层和二次涂层。
图4B描绘了一种光纤的截面图，所述光纤具有芯体区，偏移包层区，沟槽包层区，外包层区，一次涂层和二次涂层。
图5A描绘了玻璃光纤的相对折射率分布，所述玻璃光纤具有芯体区，沟槽包层区和外包层区。
图5B描绘了玻璃光纤的相对折射率分布，所述玻璃光纤具有芯体区，偏移包层区，沟槽包层区和外包层区。
图6A描绘了所制造的玻璃光纤的示例性相对折射率分布。
图6B描绘了所制造的玻璃光纤的示例性相对折射率分布。
图7A示出了对于具有图6A所示的相对折射率分布的玻璃光纤，1550nm下的宏弯损耗对弯曲直径的依赖性。
图7B示出了对于具有图6B所示的相对折射率分布的玻璃光纤，1550nm下的宏弯损耗对弯曲直径的依赖性。
具体实施方式
本公开作为能够实施的教导来提供，并且参考以下描述、附图、实施例、权利要求书，可以更容易地理解本公开。为此，本领域技术人员应当意识和体会到，可以对本文所述的实施方式的各个方面进行各种改变，同时仍然能够获得有益效果。还显而易见的是，本实施方式的期望益处中的一部分可以通过选择一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域技术人员应认识到，许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是希望的，并且是本公开的一部分。因此，应理解，本公开不限于公开的具体的组合物、制品、装置和方法，另有说明的除外。还应当理解，本文所使用的术语仅仅是为了描述特定的方面而不是旨在起限制作用。
在本说明书和所附权利要求书中将提到许多术语，这些术语应具有以下意思：
“包括”、“包含”或类似术语意为包括但不限于，即内含而非排他。
如本文所用，术语“约”指量、尺寸、公式、参数和其他数量和特征不是精确的且无需精确的，但可按照要求是大致的和/或更大或者更小，如反映公差、转化因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员所知的其他因子。当数值被称作约为某个数字或约等于某个数字时，该数值与该数字相差在±10％以内。例如，约10的数值是指在9至11之间的数值，包括本数。当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开包括所参考的具体值或者端点。无论说明书中的范围的数值或端点是否使用“约”列举，范围的数值或端点旨在包括两种实施方式：一种用“约”修饰，另一种未用“约”修饰。还应理解，每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是重要的。
术语“约”涉及所有范围内的项，另有说明的除外。例如，约1、2或3相当于约1、约2或约3，并且还包括约1至3，约1至2以及约2至3。组合物、组分、成分、添加剂和类似方面的公开的具体数值和优选数值及其范围仅用于说明，它们不排除其他限定的数值或所限定的范围内的其他数值。本公开的组合物和方法包括具有本文所述的任何数值或数值的任何组合、具体数值、更具体的数值和优选数值的组合物和方法。
除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其对应的定冠词“该(所述)”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。
如果本文中列出包含上限值和下限值的数值范围，则除非在特定情形下另外指出，否则该范围旨在包括范围的端点以及该范围之内的所有整数和分数。权利要求的范围并不限于定义范围时所列举的具体值。另外，当数量、浓度或其他数值或参数以范围、一个或多个优选范围或优选上限值和优选下限值的列表的形式给出时，这应当被理解为明确公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任何配对形成的所有范围，而无论这些配对是否被单独公开。最后，当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开包括所参考的具体值或者端点。当范围的数值或端点不使用“约”列举时，范围的数值或端点旨在包括两种实施方式：一种用“约”修饰，另一种未用“约”修饰。
如在权利要求书中所使用的，“包含”是开放式的连接词。跟在连接词“包含”后面的要素列表是非排他性列表，因此还可以存在除列表中明确列举的那些之外的要素。
术语“其中”作为开放的连接词使用，以介绍结构的一系列特征的列举。
术语“包括”和“包含”，例如，“A包含B”，旨在包括作为特殊情形的“由……组成”的构思，如在“A由B组成”中那样。
如本文所用，术语“或”是包含性的；更具体来说，短语“A或B”意为“A、B或者既有A又有B”。排他性的“或”例如在本文中通过术语如“A或B中的任一种”和“A或B中的一种”来表示。
如本文中所使用的，接触是指直接接触或间接接触。直接接触是指不存在中间材料的接触，间接接触是指通过一种或多种中间材料进行的接触。直接接触的元件彼此触碰。间接接触的元件彼此不触碰，而是通过一种或多种中间物质刚性或挠性连接。接触是指将两个元件直接接触或间接接触地放置。直接(间接)接触的元件可以说成彼此直接(间接)接触。
如本文中所使用的，“直接毗邻/相邻”意为直接接触，并且“间接毗邻/相邻”意为间接接触。术语“毗邻/相邻”涵盖了元件彼此直接或间接毗邻/相邻。
“光纤”是指一种波导，其具有被涂层包围的玻璃部分。所述玻璃部分包括芯体和包层，并且所述玻璃部分在本文中被称为“玻璃光纤”。
“径向位置”、“半径”或径向坐标“r”是指相对于玻璃光纤的中心线(r＝0)的径向位置。
术语“模式”是指导引模式。单模光纤是指被设计成在大的光纤长度内(例如，至少几米)仅支持LP01基模，但是在某些情况下可在短距离内(例如，几十厘米)支持多模的光纤。本文公开的光纤在1550nm的波长下优选是单模光纤。
光纤的“工作波长”λop是光纤工作时所处的波长。工作波长对应于导引模式的波长。代表性的工作波长包括850nm、980nm、1060nm、1310nm和1550nm，它们常用于电信系统，光学数据连接和数据中心。虽然针对光纤可以规定具体的工作波长，但应理解，具体的光纤可在多个工作波长处和/或连续的工作波长范围内工作。诸如模带宽和模场直径之类的特征可随着工作波长而变化，并且具体光纤的相对折射率分布可被设计成在具体的工作波长，具体的工作波长的组合，或者具体的工作波长的连续范围下提供最佳性能。
“折射率”是指在1550nm的波长下的折射率。
“折射率分布”是折射率或相对折射率与半径之间的关系。对于在本文中描述成在相邻芯体和/或包层区之间具有阶梯边界的相对折射率分布，一般的加工条件变化可能妨碍在相邻区域的界面处获得清晰的阶梯边界。应理解，虽然折射率分布的边界在本文中可以被描述成折射率的阶梯变化，但是在实际中，边界可能是圆化的或以其他方式偏离完美的阶梯函数特征。还应理解，相对折射率的数值可随着芯体区和/或任一包层区内的径向位置而变化。当相对折射率随着在光纤的特定区域(例如，芯体区和/或任一包层区)中的径向位置而变化时，该相对折射率依据实际或近似的函数依赖性来表示，或者依据其在该区域内的具体位置处的数值来表示，或者其依据可适用于整个区域的平均值来表示。除非另有规定，否则如果某区域(例如，芯体区和/或任一包层区)的相对折射率以可适用于整个区域的参数(例如Δ或Δ％)或单个数值来表示时，应理解，该区域中的相对折射率是常数，或者近似常数，并且对应于单个数值，或者该单个数值或参数代表了与该区域中的径向位置具有依赖性的非恒定的相对折射率的平均值。例如，如果“i”是玻璃光纤的区域，则参数Δi是由以下方程(2)中给出的Δave所限定的该区域中的相对折射率的平均值，另有规定的除外。无论是通过设计还是正常的制造变化的结果，相对折射率对径向位置的依赖性可以是倾斜的，弯曲的或其他方式非恒定的。
如本文中所使用的，“相对折射率”在方程(1)中定义为：
Figure BDA0003662029600000061
其中，除非另有规定，否则ni是玻璃光纤中的径向位置ri处的折射率，并且除非另有规定，否则nref是纯二氧化硅玻璃的折射率。因此，如本文所用，相对折射率百分比是相对于纯二氧化硅玻璃而言。除非另有规定，否则，本文所用的相对折射率用Δ(或“德尔塔”)或Δ％(或“德尔塔％)表示，并且其数值以单位“％”给出。相对折射率也可以表示为Δ(r)或Δ(r)％。
光纤的某区域的平均相对折射率(Δave)根据方程(2)来确定：
Figure BDA0003662029600000062
其中，r内是该区域的内半径，r外是该区域的外半径，并且Δ(r)是该区域的相对折射率。
术语“α-分布”是指具有方程(3)所定义的函数形式的相对折射率分布Δ(r)：
Figure BDA0003662029600000063
其中，ro是Δ(r)为最大值时的径向位置，rz>r0是Δ(r)减小到其最小值时的径向位置，并且r在ri≤r≤rf的范围内，其中，ri是α-分布的初始径向位置，rf是α-分布的最终径向位置，并且α是实数。α-分布的Δ(r0)在本文中可被称为Δ最大，或者，当涉及光纤的特定区域i时，其可被称为Δi,最大。当光纤芯体区的相对折射率分布通过α-分布描述，其中r0出现在中心线(r＝0)处且rz对应于芯体区的外半径r1，并且Δ1(r1)＝0时，方程(3)简化为方程(4)：
Figure BDA0003662029600000071
光纤的“有效面积”定义为：
Figure BDA0003662029600000072
其中，f(r)是导引的光学信号的电场的横向分量，并且r是光纤中的径向位置。“有效面积”或“Aeff”取决于光学信号的波长，并且在本文中应理解为涉及1550nm的波长，另有规定的除外。
光纤的“模场直径”或“MFD”在方程(5)中定义为：
Figure BDA0003662029600000073
其中，f(r)是导引的光学信号的电场分布的横向分量，并且r是光纤中的径向位置。“模场直径”或“MFD”取决于光学信号的波长，并且在本文中针对1550nm波长来报告，另有规定的除外。当本文中提到针对1550nm波长以外的模场直径时，将具体指示波长。除非另有规定，否则模场直径涉及规定波长下的LP01模。
“沟槽”或“沟槽区”或“沟槽包层区”是指被外包层区包围且与之直接相邻的包层部分。沟槽位于芯体的外半径r1与外包层区的内半径r3之间，并且具有相对折射率Δ3，该相对折射率Δ3小于外包层区的相对折射率Δ4。在一些实施方式中，沟槽直接毗邻芯体。在另一些实施方式中，偏移包层区包围且直接毗邻芯体，而沟槽包围且直接毗邻偏移包层区，其中，所述偏移包层区具有相对折射率Δ2，该相对折射率Δ2大于或等于外包层区的相对折射率Δ4。
“沟槽体积”定义为：
Figure BDA0003662029600000081
其中，r沟槽,内是沟槽区的内半径，r沟槽,外是沟槽区的外半径，Δ沟槽(r)＝Δ3(r)是沟槽区的相对折射率，并且Δ4(r)是玻璃光纤的外包层的相对折射率。在沟槽直接毗邻芯体的实施方式中，r沟槽,内是r1，r沟槽,外是r3，并且Δ沟槽是Δ3。在沟槽直接毗邻偏移包层区的实施方式中，r沟槽,内是r2，r沟槽,外是r3，并且Δ沟槽是Δ3。沟槽体积定义为绝对值，并且具有正值。沟槽体积在本文中用单位％Δ-微米2、％Δ-μm2或％-微米2、％-μm2表示，因此这些单位在本文中可互换使用。
除非另有说明，否则光纤的“色度色散”在本文中被称为“色散”，其是材料色散、波导色散和模间色散的总和。在单模波导光纤的情况中，模间色散为零。双模方案中的色散值假定模间色散为零。在本文中，色散是在1550nm的波长下报告并且用单位ps/nm-km来表示。
光纤的截止波长是光纤仅会支持一种传播模式时的最小波长。截止波长在本文中将作为光纤截止波长来报告。光缆截止波长基于22米成缆光纤长度。光缆截止波长基于电信产业协会(Telecommunications Industry Association,TIA)的TIA-455-80:FOTP-80IEC-60793-1-44 Optical Fibres–Part 1-44:Measurement Methods and TestProcedures–Cut-off Wavelength(光纤——1-44部分：测量方法和测量程序——截止波长)(2003年5月21日)中规定的22米成缆光纤长度。
术语“弯曲直径”是指利用电信产业协会(TIA)的标准TIA-455-62:FOTP-62 IEC-60793-1-47 Optical Fibres–Part 1-47:Measurement Methods and Test Procedures–Macrobending Loss(光纤——第1-47部分：测方法和测量程序——宏弯损耗)中所规定的心轴缠绕测试，用于确定宏弯损耗的心轴的直径。
本文公开的光纤包括芯体区，包围芯体区的包层区，以及包围包层区的涂层。芯体区和包层区是玻璃。包层区包括相对折射率不同的多个区域。多个包层区优选是同心区域。在优选的实施方式中，包层区包括沟槽区。沟槽区包围芯体区并且被外包层区包围且直接毗邻外包层区。在一些实施方式中，沟槽区直接毗邻芯体区。在另一些实施方式中，沟槽区直接毗邻偏移包层区，而偏移包层区直接毗邻芯体区。芯体区、包层区、沟槽区和外包层区也被分别称为芯体、包层、沟槽和外包层。偏移包层区是任选的并且在本文中也可称为偏移。
无论何时用于本文，径向位置r1和相对折射率Δ1或Δ1(r)涉及芯体区，径向位置r2和相对折射率Δ2或Δ2(r)涉及偏移包层区，径向位置r3和相对折射率Δ3或Δ3(r)涉及沟槽包层区，径向位置r4和相对折射率Δ4或Δ4(r)涉及外包层区，径向位置r5涉及一次涂层，径向位置r6涉及二次涂层，并且径向位置r7涉及任选的三次涂层。
相对折射率Δ1(r)具有最大值Δ1最大和最小值Δ1最小。相对折射率Δ2(r)具有最大值Δ2最大和最小值Δ2最小。相对折射率Δ3(r)具有最大值Δ3最大和最小值Δ3最小。相对折射率Δ4(r)具有最大值Δ4最大和最小值Δ4最小。在相对折射率在某个区域内是恒定或近似恒定的实施方式中，相对折射率的最大值和最小值相等或近似相等。除非另有规定，否则如果某个区域的相对折射率以单个数值报告，则该单个数值对应于该区域的平均值。
应理解，芯体区是玻璃光纤的中心区域且形状基本上为圆柱形，并且包围的任选偏移包层区、包围的沟槽包层区、包围的外包层区、包围的一次涂层、包围的二次涂层和包围的三次涂层的形状基本上为环形。环形区域可以根据内半径和外半径来表征。径向位置r1、r2、r3、r4、r5、r6和r7在本文中分别指芯体的最外半径，偏移包层的最外半径，沟槽包层的最外半径，外包层的最外半径，一次涂层的最外半径，二次涂层的最外半径，以及三次涂层的最外半径。在不具有三次涂层的实施方式中，半径r6也对应于光纤的外半径。当存在三次涂层时，半径r7对应于光纤的外半径。半径r4对应于玻璃光纤的外半径。在一些实施方式中，芯体区是分区的芯体区，其具有半径ra<r1的内芯体区，以及具有半径r1的外芯体区，该外芯体区包围并且直接毗邻内芯体区。
当两个区域彼此直接毗邻时，这两个区域中的内区域的外半径与这两个区域中的外区域的内半径重合。在一个实施方式中，例如，玻璃光纤包括沟槽包层区，该沟槽包层区被外包层区包围并且直接毗邻外包层区。在这样的实施方式中，半径r3对应于沟槽包层区的外半径以及外包层区的内半径。在相对折射率分布包括直接毗邻芯体的沟槽包层区的实施方式中，径向位置r1对应于芯体的外半径和沟槽包层区的内半径。
以下术语适用于相对折射率分布包括包围并直接毗邻芯体区的偏移包层区，包围并直接毗邻偏移包层区的沟槽包层区，包围并直接毗邻沟槽包层区的外包层区，包围并直接毗邻外包层区的一次涂层，以及包围并直接毗邻一次涂层的二次涂层的实施方式。径向位置r2与径向位置r1之间的差在本文中被称为偏移包层区的厚度。径向位置r3与径向位置r2之间的差在本文中被称为沟槽包层区的厚度。径向位置r4与径向位置r3之间的差在本文中被称为外包层区的厚度。径向位置r5与径向位置r4之间的差在本文中被称为一次涂层的厚度。径向位置r6与径向位置r5之间的差在本文中被称为二次涂层的厚度。
以下术语适用于沟槽包层区直接毗邻芯体区，并且外包层区直接毗邻沟槽包层区的实施方式。径向位置r3与径向位置r1之间的差在本文中被称为沟槽包层区的厚度。径向位置r4与径向位置r3之间的差在本文中被称为外包层区的厚度。径向位置r5与径向位置r4之间的差在本文中被称为一次涂层的厚度。径向位置r6与径向位置r5之间的差在本文中被称为二次涂层的厚度。
如将在下文进一步描述的，芯体区、偏移包层区、沟槽包层区和外包层区的相对折射率不相同。每个区由掺杂或未掺杂的二氧化硅玻璃形成。通过使用本领域技术人员已知的技术来加入不同水平的正掺杂剂或负掺杂剂以提供目标折射率或折射率分布，实现了折射率相对于未掺杂的二氧化硅玻璃的变化。正掺杂剂是相对于未掺杂的玻璃组合物而言，使玻璃的折射率增加的掺杂剂。负掺杂剂是相对于未掺杂的玻璃组合物而言，使玻璃的折射率减小的掺杂剂。在一个实施方式中，未掺杂的玻璃是纯二氧化硅玻璃。当未掺杂的玻璃是纯二氧化硅玻璃时，正掺杂剂包括Cl、Br、Ge、Al、P、Ti、Zr、Nb和Ta，并且负掺杂剂包括F和B。恒定折射率区域可以通过不掺杂或者通过以均匀浓度掺杂来形成。折射率可变的区域通过掺杂剂的不均匀空间分布和/或通过在不同的区域中包含不同掺杂剂来形成。折射率随着正掺杂剂或负掺杂剂的浓度大致线性变化。例如，二氧化硅玻璃中的作为掺杂剂的每1重量％Cl使相对折射率增加约0.083％，而二氧化硅玻璃中的作为掺杂剂的每1重量％F使相对折射率减小约0.32％。
在玻璃光纤上形成的涂层由可固化的涂料组合物形成。可固化的涂料组合物包括一种或多种可固化组分。如本文所使用，术语“可固化”旨在指当将组分暴露于合适的固化能来源时，组分包括一个或多个可固化官能团，所述可固化官能团能够形成参与组分自身连接或与涂料组合物的其他组分连接的共价键。通过对可固化的涂料组合物进行固化而获得的产物在本文中被称为组合物的固化产物。固化产物优选是聚合物。固化过程由能量诱导。能量的形式包括辐射能或热能。在一个优选的实施方式中，固化通过辐射发生，其中，辐射是指电磁辐射。通过辐射诱导的固化在本文中被称为辐射固化或光固化。可辐射固化的组分是当暴露于强度合适的合适波长辐射下足够的时间段时，可被诱导以经历固化反应的组分。合适的波长包括在电磁波谱的红外、可见或紫外部分中的波长。辐射固化反应在光引发剂的存在下发生。可辐射固化的组分也可以是可热固化的。类似地，可热固化的组分是当暴露于足够强度的热能下足够的时间段时，可被诱导以经历固化反应的组分。可热固化的组分也可以是可辐射固化的。
可固化组分包括一个或多个可固化官能团。仅具有一个可固化官能团的可固化组分在本文中被称为单官能可固化组分。具有两个或更多个可固化官能团的可固化组分在本文中被称为多官能可固化组分。多官能可固化组分包括两个或更多个在固化过程期间能够形成共价键的官能团，并且可以将交联引入到固化过程期间形成的聚合网络中。多官能可固化组分在本文中也可以被称为“交联剂”或“可固化的交联剂”。可固化组分包括可固化的单体和可固化的低聚物。下文鉴定了在固化过程中参与共价键形成的官能团的实例。
术语“(甲基)丙烯酸酯”意为甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、或者甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯的组合。
现将具体参考本说明书的说明性实施方式。
本说明书涉及在大于40mm的弯曲直径下具有低的宏弯损耗的玻璃光纤和光纤。在海底光纤的部署环境中常遇到大于40mm的弯曲直径。如本文中所述，宏弯损耗可通过对光纤的折射率分布进行适当设计来减轻。特别地，在芯体区与包层区之间包括沟槽包层区减少了宏弯损耗。本文公开的沟槽包层区被设计成了使得在大于40mm的弯曲直径下，宏弯损耗最小化。已经对常规用于海底系统的光纤进行了优化，以使得在小的弯曲直径(例如，小于或等于20mm)下，使宏弯损耗最小化。然而，已经确定的是，被设计成使在小弯曲直径下的宏弯损耗最小化的光纤在大弯曲直径(例如，大于或等于40mm)下表现出高的宏弯损耗。也就是说，光纤的宏弯损耗取决于光纤的部署环境中的普遍弯曲直径，因此需要根据普遍的弯曲直径来对光纤的相对折射率分布进行定制。本文公开的相对折射率分布包括沟槽包层区，其使在大于或等于40mm的弯曲直径下的宏弯损耗最小化。特别地，证明了相对于使得在小于或等于20mm的弯曲直径下的宏弯损耗最小化的光纤，减小沟槽包层区的沟槽体积减少了在大于或等于40mm的弯曲直径下的宏弯损耗。
一个实施方式涉及一种光纤。一种光纤包括玻璃光纤，所述玻璃光纤被涂层包围。图1的截面示意图中示出了光纤的一个实例。光纤10包括玻璃光纤11，其被一次涂层16和二次涂层18包围。下文提供了玻璃光纤11、一次涂层16和二次涂层18的进一步描述。
图2例示了光纤带30。带30包括多个光纤20以及包封多个光纤的基质32。如上所述，光纤20包括芯体区、包层区、一次涂层和二次涂层。如上所述，光纤20还可以包括三次涂层。二次涂层可以包括颜料。光纤20以基本上平面且平行的关系相对于彼此排列。光纤带中的光纤通过制造光纤带的常规方法，由带基质32以任何已知构造包封(所述构造例如边缘结合的带、薄包封的带、厚包封的带或多层带)。在图2中，光纤带30包含十二(12)个光纤20；然而，对于本领域技术人员来说应当显而易见的是，任何数目的光纤20(例如两个或更多个)可以用于形成为特定用途而设置的光纤带30。带基质32可以由用于制备二次涂层的相同组合物形成，或者带基质32可以由在其他方面可与用途相容的不同组合物形成。
图3例示了光纤光缆40。光缆40包括被护套42包围的多个光纤20。光纤20可以被致密或疏松地封装到由护套42的内表面44所包封的导管中。放置在护套42中的光纤数目被称为光纤光缆40的“光纤数”。护套42由挤出的聚合物材料形成并且可以包括多个同心的聚合物或其他材料层。光纤光缆40可以包括一个或多个强化构件(未示出)，该强化构件被嵌在护套42内或者被放置在内表面44所限定的导管内。强化构件包括刚性比护套42更大的纤维或棒。强化构件由金属、纺织钢、玻璃增强的塑料、纤维玻璃或其他合适的材料制成。光纤光缆40可以包括被护套42包围的其他层(例如，铠装层、防潮层、剥离索等)。光纤光缆40可以具有绞合的松管芯体或其他光纤光缆构造。
玻璃光纤。本文公开的光纤包括玻璃光纤，所述玻璃光纤具有芯体区和包围芯体区的包层区，以及包围包层区的涂层。芯体区和包层区是玻璃。如本领域技术人员所熟知，玻璃光纤11包括芯体区12和包层区14。芯体区12比包层区14具有更高的折射率，并且玻璃光纤11起到波导的作用。
在许多应用中，芯体区和包层区具有可识别的芯体-包层边界。或者，芯体区和包层区可以不具有明显的边界。一种类型的光纤是阶跃折射率光纤。另一种类型的光纤是渐变折射率光纤，其芯体区的折射率随着离光纤中心的距离变化而变化。渐变折射率光纤的实例是芯体区的相对折射率分布具有上文方程(3)限定的α-分布的光纤。
图4A和4B示出了光纤的截面示意图。在图4A中，光纤46包括芯体区48、包层区50、一次涂层56和二次涂层58。包层区50包括沟槽包层区53和外包层区55。在图4B中，光纤46包括芯体区48、包层区50、一次涂层56和二次涂层58。包层区50包括偏移包层区51、沟槽包层区53和外包层区55。
在一个实施方式(例如，图4A)中，光纤包括：包围芯体的沟槽包层区，包围沟槽包层区的外包层区，包围外包层区的一次涂层，以及包围一次涂层的二次涂层。沟槽包层区直接毗邻芯体区，外包层区直接毗邻沟槽包层区，一次涂层直接毗邻外包层区，并且二次涂层直接毗邻一次涂层。任选地，在前述实施方式中，三次层(例如油墨层)包围或直接毗邻二次涂层。
在另一个实施方式(例如，图4B)中，光纤包括：包围芯体的偏移包层区，包围偏移包层区的沟槽包层区，包围沟槽包层区的外包层区，包围外包层区的一次涂层，以及包围一次涂层的二次涂层。偏移包层区直接毗邻芯体区，沟槽包层区直接毗邻偏移包层区，外包层区直接毗邻沟槽包层区，一次涂层直接毗邻外包层区，并且二次涂层直接毗邻一次涂层。任选地，在前述实施方式中，三次层(例如油墨层)包围或直接毗邻二次涂层。
图5A和5B示出了玻璃光纤的代表性相对折射率分布。图5A示出了玻璃光纤60的渐变折射率分布，所述玻璃光纤60具有芯体区(1)、沟槽包层区(3)和外包层区(4)，所述芯体区(1)具有外半径r1和相对折射率Δ1并具有最大相对折射率Δ1最大，沟槽包层区(3)从径向位置r1延伸到径向位置r3并具有相对折射率Δ3，外包层区(4)从径向位置r3延伸到径向位置r4并具有相对折射率Δ4。图5B示出了玻璃光纤60的渐变折射率分布，所述玻璃光纤60具有芯体区(1)、偏移包层区(2)、沟槽包层区(3)和外包层区(4)，所述芯体区(1)具有外半径r1和相对折射率Δ1并具有最大相对折射率Δ1最大，偏移包层区(2)从径向位置r1延伸到径向位置r2并具有相对折射率Δ2，沟槽包层区(3)从径向位置r2延伸到径向位置r3并具有相对折射率Δ3，外包层区(4)从径向位置r3延伸到径向位置r4并具有相对折射率Δ4。
在图5A和5B的分布中，沟槽包层区(3)具有恒定或平均相对折射率Δ3，该恒定或平均相对折射率Δ3小于外包层区(4)的相对折射率Δ4。芯体区(1)具有分布中的最高平均和最高的最大相对折射率。芯体区(1)在中心线处或附近可以包括较低的折射率区(在本领域中称为“中心线下倾”)(未示出)。
在图5A和5B所示的实施方式中，玻璃光纤的芯体区(1)的相对折射率通过α-分布来描述。α-分布的径向位置r0(对应于Δ1最大)对应于光纤的中心线(r＝0)，并且α-分布的径向位置rz对应于芯体半径r1。在具有中心线下倾的实施方式中，径向位置r0略微从光纤的中心线偏移(未示出)。在其他实施方式中，图5A和5B所示的芯体区(1)是阶跃折射率相对折射率分布，而不是α-分布。在其他实施方式中，芯体区(1)具有不通过α-分布或阶跃折射率分布中的任一种限定的相对折射率分布。在一些实施方式中，相对折射率Δ1在远离中心线的径向方向上连续减小。在另一些实施方式中，相对折射率Δ1在中心线与r1之间的一些径向位置上是变化的，而在中心线与r1之间的其他径向位置上还包括恒定或大致恒定的数值。
在图5A中，从芯体区(1)到沟槽包层区(3)的过渡区62以及从沟槽包层区(3)到外包层区(4)的过渡区64显示为阶梯变化。在图5B中，从偏移包层区(2)到沟槽包层区(3)的过渡区62以及从沟槽包层区(3)到外包层区(4)的过渡区64显示为阶梯变化。应理解，阶梯变化是一种理想化情况，在实际中，过渡区62和过渡区64可能不是严格垂直的。取而代之的是，过渡区62和/或过渡区64可能具有斜率或曲率。当过渡区62和/或过渡区64不垂直时，沟槽包层区(3)的内半径(r1或r2)以及外半径(r3)分别对应于过渡区62和64的中点。中点对应于沟槽包层区(3)的深度67的一半。
图5A和5B所示的相对折射率分布中的相对折射率Δ1、Δ3和Δ4的相对排序满足下列条件：Δ1最大>Δ4>Δ3。
芯体区包含二氧化硅玻璃。芯体区的二氧化硅玻璃是未掺杂的二氧化硅玻璃，正掺杂的二氧化硅玻璃，和/或负掺杂的二氧化硅玻璃。在一个实施方式中，芯体区的二氧化硅玻璃不含Ge；即，芯体区包含无Ge的二氧化硅玻璃。在另一个实施方式中，芯体区包含掺杂二氧化锗(GeO2)的二氧化硅玻璃。正掺杂的二氧化硅玻璃的实施方式包含掺杂有碱金属氧化物(例如，Na2O、K2O、Li2O、Cs2O或Rb2O)的二氧化硅玻璃。负掺杂的二氧化硅玻璃包含掺杂F的二氧化硅玻璃。在一些实施方式中，芯体区被碱金属氧化物和氟共掺杂。芯体中的K2O浓度根据K的量来表示，其在20ppm至1000ppm的范围内，或者35ppm至500ppm，或者50ppm至300ppm的范围内，其中，ppm是指以重量计的百万分之份。除K2O之外的碱金属氧化物存在的量对应于如上文所述的根据K的量来确定的K2O的摩尔当量。
在一些实施方式中，芯体区域包括正掺杂剂和负掺杂剂，其中，正掺杂剂的浓度在中心线(r＝0)处最高(在不具有中心线下倾的实施方式中)或者在中心线(r＝0)附近最高(在具有中心线下倾的实施方式中)，并且在半径r1处最低，而负掺杂剂的浓度在中心线(r＝0)处最低，并且在半径r1处最高。在这样的实施方式中，相对折射率Δ1在中心线(r＝0)附近可具有正值，并且在半径r1处减小到负值。
在一个实施方式中，芯体区是分区的芯体区，其包括被具有半径r1的外芯体区包围的具有半径ra的内芯体区，其中，内芯体区包括正掺杂或未掺杂的二氧化硅玻璃并且具有最大相对折射率Δ1最大，并且外芯体区包括负掺杂的二氧化硅玻璃并且具有负的最小相对折射率Δ1最小，其中，Δ1最大>Δ1最小。内芯体区的正掺杂的二氧化硅玻璃包括正掺杂剂，或者正掺杂剂和负掺杂剂的组合。在内芯体区包括正掺杂剂和负掺杂剂的组合的实施方式中，调整正掺杂剂和负掺杂剂的相对浓度，以提供最大相对折射率Δ1最大的净正值或净零值。在外芯体区包括正掺杂剂和负掺杂剂的组合的实施方式中，调整正掺杂剂和负掺杂剂的相对浓度，以提供相对折射率Δ1最小的净负值。在一个实施方式中，内芯体区是掺杂有碱金属氧化物的二氧化硅玻璃，并且外芯体区是掺杂有F的二氧化硅玻璃。在另一个实施方式中，内芯体区是掺杂有碱金属的二氧化硅玻璃，并且外芯体区是掺杂有F和Cl的二氧化硅玻璃。
在具有分区芯体的实施方式中，Δ1(以及Δ1最大和Δ1最小)涉及整个芯体区，包括内芯体区和外芯体区，r1对应于外芯体区的外半径，并且ra对应于内芯体区的外半径。内芯体区与外芯体区之间的边界出现在径向位置ra处，其中，ra<r1。在芯体区具有中心线下倾的实施方式中，芯体区是分区的芯体区，其相对折射率从r＝0处的值增加到ra处的最大值Δ1最大，并且从ra处的最大值Δ1最大减小到在大于ra且小于或等于r1的径向位置处的最小值Δ1最小。
在一些实施方式中，玻璃光纤的芯体区的相对折射率通过α-分布来描述，其中α值在1.5至10的范围内，或在1.7至8.0的范围内，或在1.8至6.0的范围内，或在1.9至5.0的范围内，或在1.95至4.5的范围内，或在2.0至4.0的范围内，或在10至100的范围内，或在11至40的范围内，或在12至30的范围内。随着α的值增加，相对折射率分布更紧密地接近阶跃折射率分布。在具有分区芯体区的一些实施方式中，内芯体区和外芯体区中的一者或两者具有通过α-分布来描述的相对折射率，并且α值如本文所述。
芯体区的外半径r1在4.0μm至10.0μm的范围内，或在5.0μm至9.5μm的范围内，或在6.0μm至9.0μm的范围内。在一些实施方式中，芯体区包括分区芯体区，该分区芯体区具有恒定或大致恒定的相对折射率的部分，该部分在径向方向上的宽度为至少1.0μm，或至少2.0μm，或至少3.0μm，或至少4.0μm，或至少5.0μm，或在1.0μm至6.0μm的范围内，或在2.0μm至5.0μm的范围内。在一个实施方式中，具有恒定或大致恒定的相对折射率的分区芯体区的部分是外芯体区并且具有Δ1最小相对折射率。在具有分区芯体区的实施方式中，内芯体区的半径ra在0.5μm至3.5μm的范围内或者在1.0μm至3.0μm的范围内。
芯体区的相对折射率Δ1或Δ1最大在-0.05％至0.05％的范围内，或者在-0.04％至0.04％的范围内，或者在-0.03％至0.03％的范围内，或者在-0.02％至0.02％的范围内，或者在-0.01％至0.01％的范围内。芯体的最小相对折射率Δ1最小在-0.40％至-0.10％的范围内，或者在-0.35％至-0.15％的范围内，或者在-0.30％至-0.20％的范围内。Δ1最大与Δ1最小的差大于0.15％，或大于0.20％，或大于0.25％，或在0.15％至0.35％的范围内，或在0.20％至0.30％的范围内。
在具有分区芯体区的实施方式中，内芯体区的相对折射率Δ1或Δ1最大在-0.05％至0.05％的范围内，或者在-0.03％至0.03％的范围内，或者在-0.01％至0.01％的范围内。外芯体区的最小相对折射率Δ1最小在-0.40％至-0.10％的范围内，或者在-0.35％至-0.15％的范围内，或者在-0.30％至-0.20％的范围内。Δ1最大与Δ1最小的差大于0.15％，或大于0.20％，或大于0.25％，或在0.15％至0.35％的范围内，或在0.20％至0.30％的范围内。
在一些实施方式中，芯体区或内芯体区的相对折射率通过阶跃折射率分布来描述，该阶跃折射率分布具有对应于Δ1最大的恒定或大致恒定的值。
在一些实施方式中，包层包括直接毗邻芯体区的偏移包层区以及直接毗邻偏移包层区的沟槽包层区。偏移包层区具有如上文定义的内半径r1和外半径r2。偏移包层区的厚度r2-r1在0.5μm至5.0μm的范围内，或者在1.0μm至4.0μm的范围内。偏移包层区的相对折射率Δ2小于或等于Δ1最小并且/或者大于或等于Δ4。
沟槽包层区包括负掺杂的二氧化硅玻璃。优选的负掺杂剂是F(氟)。F(氟)的浓度在0.5重量％至2.0重量％的范围内，或者在0.6重量％至1.5重量％的范围内，或者在0.7重量％至1.2重量％的范围内。
沟槽包层区的相对折射率Δ3或Δ3最小在-0.20％至-0.50％的范围内，或者在-0.25％至-0.45％的范围内，或者在-0.30％至-0.40％的范围内。相对折射率Δ3优选是恒定的或大致恒定的。Δ1最大与Δ3的差(或Δ1最大与Δ3最小的差，或Δ1与Δ3的差，或Δ1与Δ3最小的差)大于0.20％，或大于0.25％，或大于0.30％，或大于0.40％，或在0.20％至0.50％的范围内，或在0.25％至0.45％的范围内。
沟槽包层区的内半径为r1(在不具有偏移包层区的实施方式中)或r2(在具有偏移包层区的实施方式中)，并且具有上文规定的数值。沟槽包层区的外半径r3在12.0μm至30.0μm的范围内，或在15.0μm至27.5μm的范围内，或在17.5μm至25.0μm的范围内。沟槽包层区的厚度r3–r1(在不具有偏移包层区的实施方式中)或r3–r2(在具有偏移包层区的实施方式中)小于20.0μm，或小于15.0μm，或小于12.5μm，或小于10.0μm，或在5.0μm至20.0μm的范围内，或在6.0μm至15.0μm的范围内，或在7.0μm至12.0μm的范围内。
沟槽包层区具有下述沟槽体积：小于35％μm2，或小于30％μm2，或小于25％μm2，或小于20％μm2，或小于15％μm2，或小于10％μm2，或在5％μm2至35％μm2的范围内，或在10％μm2至30％μm2的范围内，或在10％μm2至25％μm2的范围内，或在12％μm2至22％μm2的范围内。沟槽体积可通过改变沟槽包层区的厚度，沟槽包层区的相对折射率和/或外包层区的相对折射率与沟槽包层区的相对折射率之间的差来控制。
外包层区的相对折射率Δ4或Δ4最小在-0.45％至-0.15％的范围内，或在-0.40％至-0.20％的范围内，或在-0.35％至-0.25％的范围内。相对折射率Δ4优选是恒定的或大致恒定的。Δ4-Δ3的差(或Δ4-Δ3最小的差，或Δ4最大-Δ3的差，或Δ4最大-Δ3最小的差)小于0.15％，或小于0.10％，或小于0.05％，或在0.01％至0.15％的范围内，或在0.02％至0.10％的范围内。
外包层区的内半径为r3并且具有上文规定的值。外包层区的外半径r4在57.5μm至67.5μm的范围内，或在60.0μm至65.0μm的范围内，或在61.0μm至64.0μm的范围内，或为约62.5μm。外包层区的厚度r4–r3在10.0μm至50.0μm的范围内，或在15.0μm至45.0μm的范围内，或在20.0μm至40.0μm的范围内，或在25.0μm至35.0μm的范围内。
在一个实施方式中，相对折射率分布的芯体区是分区芯体区，其中，半径r1对应于外芯体区的外半径，并且具有内芯体区，所述内芯体区具有外半径ra，使得ra<r1。在一个实施方式中，内芯体区和外芯体区各自具有通过α-分布来描述的相对折射率分布。在一个实施方式中，内芯体区的α值小于20，或小于10，或小于5.0，或小于3.0，或小于2.0，或在1.0至20的范围内，或在1.5至10的范围内，或在1.7至5.0的范围内，或在1.8至3.0的范围内，并且外芯体区的α值大于10，或大于20，或大于50，或大于100，或大于150，或大于200，或在20至300的范围内，或在50至250的范围内，或在100至200的范围内。在另一个实施方式中，内芯体区具有通过α-分布来描述的相对折射率分布，并且外芯体区具有通过阶跃折射率分布来描述的相对折射率分布。在另一个实施方式中，内芯体区具有通过α-分布来描述的相对折射率分布，并且外芯体区具有通过圆化阶跃折射率分布来描述的相对折射率分布。
在一个实施方式中，内芯体区是碱金属掺杂的二氧化硅，并且外芯体区是卤化物掺杂的二氧化硅。卤化物掺杂的二氧化硅包括掺杂有Cl、F和Br中的一种或多种的二氧化硅。在一个实施方式中，内芯体区是掺杂有K2O的二氧化硅，并且外芯体区掺杂有F或者F与Cl的组合。
在内芯体区和外芯体区各自具有通过α-分布来描述的相对折射率分布时，半径ra通过使方程(7)中给出的函数χ2最小化来确定：
Figure BDA0003662029600000181
其中，f(ri)是内芯体区的α-分布函数，g(rj)是外芯体区的α-分布函数，g(ra)是rj＝ra处的g(rj)的值，Δ(ri)是内芯体区的测得的相对折射率分布，Δ(rj)是外芯体区的测得的相对折射率分布，指数“i”指示内芯体区中的径向位置ri，指数“j”指示外芯体区中的径向位置rj，0<ri<ra，ra≤rj≤rb，指数“a”是对应于ri＝ra的指数“i”的值，指数“b”是对应于rj＝r1的指数“j”的值。
光纤涂层。光穿过光纤的透射率很大程度取决于施涂于玻璃光纤的涂层的性质。涂层通常包括一次涂层和二次涂层，其中二次涂层包围一次涂层，并且一次涂层接触玻璃光纤(其包括被包层区包围的中心芯体区)。二次涂层是比一次涂层更硬[杨氏模量更高(例如，大于1400MPa)]的材料，且被设计用于保护玻璃光纤不受加工、搬运和安装光纤期间产生的磨损或外力导致的损伤。一次涂层是比二次涂层更软[杨氏模量更低(例如，小于1MPa)]的材料，且被设计用于缓冲或消散由施加于二次涂层的外表面的力所产生的应力。一次涂层内的应力消散衰减了应力并将到达玻璃光纤的应力降至最低。一次涂层在消散由于微弯所产生的应力方面尤为重要，当将光纤部署在光缆中时，光纤经历微弯。需要使传输到玻璃光纤的微弯应力最小化，因为微弯应力在玻璃光纤的折射率分布中产生局部扰动。局部的折射率扰动导致传输通过玻璃光纤的光的强度损耗。通过消散应力，一次涂层最大程度地减少了微弯诱导的强度损耗。
优选地，一次涂层16的折射率高于玻璃光纤的包层区的折射率，以使其能够从芯体区除去错误的光学信号。所述一次涂层在热和水解老化期间应当保持对玻璃光纤足够的粘合性，但是又可以从玻璃光纤剥离以进行接续。
一次涂层和二次涂层通常通过将作为粘性液体的可固化涂料组合物施涂于玻璃光纤并且进行固化来形成。光纤还可以包括包围二次涂层的三次涂层(未示出)。三次涂层可以包括颜料、油墨或其他着色剂，以出于识别的目的来标记光纤，并且通常具有与二次涂层的杨氏模量近似的杨氏模量。
一次涂料组合物。一次涂层是可固化的一次涂料组合物的固化产物。可固化的一次涂料组合物为光纤提供了一次涂层，其展现出低的杨氏模量、低的拉拔力和强的内聚力。可固化的一次涂料组合物还能够形成具有以下特征的一次涂层，所述特征为干净的可剥离性以及剥离操作期间高度抵抗缺陷形成。低的拉拔力促进了一次涂层得到干净的剥离并且具有最少残留，而强的内聚力使得当一次涂层经受剥离力时，抑制缺陷在一次涂层内引发和扩展。
一次涂层是可辐射固化的一次涂料组合物的固化产物，所述可辐射固化的一次涂料组合物包括低聚物、单体、光引发剂，以及任选的添加剂。以下公开内容描述了用于下述的低聚物：可辐射固化的一次涂料组合物，包含至少一种低聚物的可辐射固化的一次涂料组合物，包含至少一种低聚物的可辐射固化的一次涂料组合物的固化产物，涂覆有可辐射固化的一次涂料组合物并且所述组合物包含至少一种低聚物的玻璃光纤，以及涂覆有可辐射固化的一次涂料组合物的固化产物并且所述涂料组合物包含至少一种低聚物的玻璃光纤。
所述低聚物优选包括聚醚型氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物，或者聚醚型氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物和二元加成化合物的组合。在一个实施方式中，聚醚型氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物具有线性分子结构。在一个实施方式中，所述低聚物由二异氰酸酯化合物、多元醇化合物和羟基丙烯酸酯化合物之间的反应形成，其中，所述反应产生了作为主产物(多数产物)的聚醚型氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物和作为副产物(少数产物)的二元加成化合物。当二异氰酸酯化合物的异氰酸酯基团与多元醇的醇基团反应时，所述反应形成氨基甲酸酯连接。羟基丙烯酸酯化合物反应以淬灭残余的异氰酸酯基团，这些异氰酸酯基团存在于由二异氰酸酯化合物与多元醇化合物反应所形成的组合物中。如本文所用，术语“淬灭”是指异氰酸酯基团通过与羟基丙烯酸酯化合物的羟基进行化学反应而发生的转化。利用羟基丙烯酸酯化合物淬灭残余的异氰酸酯基团将末端的异氰酸酯基团转化成末端的丙烯酸酯基团。
将二异氰酸酯化合物、羟基丙烯酸酯化合物和多元醇同时合并并反应，或者依次(以任何顺序)合并并反应。在一个实施方式中，低聚物通过使二异氰酸酯化合物与羟基丙烯酸酯化合物反应，以及使得到的产物组合物与多元醇反应来形成。在另一个实施方式中，低聚物通过使二异氰酸酯化合物与多元醇化合物反应，以及使得到的产物组合物与羟基丙烯酸酯化合物反应来形成。
低聚物由二异氰酸酯化合物、羟基丙烯酸酯化合物和多元醇的反应形成，其中，在反应过程中，二异氰酸酯化合物与羟基丙烯酸酯化合物与多元醇的摩尔比为n:m:p。n、m和p在本文中分别被称为二异氰酸酯、羟基丙烯酸酯和多元醇的摩尔数或摩尔比例。摩尔数n、m和p是正整数或正的非整数。在实施方式中，当p为2.0时，n在3.0至5.0的范围内，或在3.2至4.8的范围内，或在3.4至4.6的范围内，或在3.5至4.4的范围内，或在3.6至4.2的范围内，或在3.7至4.0的范围内；并且m在1.5至4.0的范围内，或在1.6至3.6的范围内，或在1.7至3.2的范围内，或在1.8至2.8的范围内，或在1.9至2.4的范围内。对于除了2.0以外的p值，摩尔比n:m:p按比例缩放。例如，摩尔比n:m:p＝4.0:3.0:2.0等于摩尔比n:m:p＝2.0:1.5:1.0。
可固化的一次涂料组合物还包括一种或多种单体。对所述一种或多种单体进行选择，以与低聚物相容，以控制一次涂料组合物的粘度从而促进加工，并且/或者以影响作为一次涂料组合物的固化产物形成的涂层的物理或化学性质。单体包括可辐射固化的单体，例如，烯键式不饱和化合物、乙氧基化丙烯酸酯、乙氧基化烷基苯酚单丙烯酸酯、环氧丙烷丙烯酸酯、正环氧丙烷丙烯酸酯、异环氧丙烷丙烯酸酯、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以及它们的组合。
代表性的可辐射固化的烯键式不饱和单体包括具有一个或多个丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团的烷氧基化单体。烷氧基化单体是包括一个或多个亚烷氧基的单体，其中，亚烷氧基具有–O-R-的形式，并且R是直链或支链亚烷基。亚烷氧基的实例包括亚乙氧基(-O-CH2-CH2-)、正亚丙氧基(-O-CH2-CH2-CH2-)、异亚丙氧基(-O-CH2-CH(CH3)-，或–O-CH(CH3)-CH2-)等。如本文中所使用的烷氧基化度是指单体中亚烷氧基的数目。在一个实施方式中，亚烷氧基在单体中连续键合。
在一些实施方式中，一次涂料组合物包括具有式R4—R5—O—(CH(CH3)CH2—O)q—C(O)CH＝CH2的烷氧基化单体，其中，R4和R5是脂族、芳族或这两者的混合物，且q＝1至10；或者包括具有式R4—O—(CH(CH3)CH2—O)q—C(O)CH＝CH2的烷氧基化单体，其中，C(O)是羰基，R1是脂族或芳族，且q＝1至10。
在一些实施方式中，一次涂料组合物的单体组分包括多官能(甲基)丙烯酸酯。多官能烯键式不饱和单体包括多官能丙烯酸酯单体和多官能甲基丙烯酸酯单体。多官能丙烯酸酯是每个分子具有两个或更多个可聚合的丙烯酸酯部分，或者每个分子具有三个或更多个可聚合的丙烯酸酯部分的丙烯酸酯。
在一些实施方式中，一次涂料组合物包括N-乙烯基酰胺单体，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。
除了可固化单体和可固化的低聚物之外，可固化的一次涂料组合物还包括聚合引发剂。所述聚合引发剂促进了与涂料组合物固化形成涂层相关的聚合过程的引发。聚合引发剂包括热引发剂、化学引发剂、电子束引发剂和光引发剂。光引发剂包括酮光引发剂和/或氧化膦光引发剂。当用于涂料组合物的固化时，光引发剂以足够进行快速辐射固化的量存在。
可固化的一次涂料组合物任选地包括一种或多种添加剂。添加剂包括附着力促进剂、增强剂、抗氧化剂、催化剂、稳定剂、光亮剂、性质增强剂、胺增效剂、蜡、润滑剂和/或增滑剂。一些添加剂可用于控制聚合过程，从而影响由涂料组合物形成的聚合产物的物理性质(例如模量、玻璃化转变温度)。其他添加剂影响一次涂料组合物的固化产物的完整性(例如保护其不发生解聚或氧化降解)。
二次涂层——组合物。二次涂层是可固化的二次涂料组合物的固化产物，所述可固化的二次涂料组合物包括单体、光引发剂、任选的低聚物和任选的添加剂。本公开描述了用于可辐射固化的二次涂料组合物的任选的低聚物，可辐射固化的二次涂料组合物，可辐射固化的二次涂料组合物的固化产物，被可辐射固化的二次涂料组合物涂覆的光纤，以及被可辐射固化的二次涂料组合物的固化产物涂覆的光纤。
二次涂层作为可辐射固化的二次涂料组合物的固化产物形成，所述可辐射固化的二次涂料组合物包括具有一种或多种单体的单体组分。单体优选包括烯键式不饱和化合物。在一个实施方式中，二次涂层是包含氨基甲酸酯丙烯酸酯单体的二次涂料组合物的辐射固化产物。
单体包括作为可聚合基团和/或促进或能够实现交联的基团的官能团。单体是单官能单体或多官能单体。在具有两种或更多种单体的组合中，成分的单体是单官能单体、多官能单体或者单官能单体和多官能单体的组合。在一个实施方式中，可固化的二次涂料组合物的单体组分包括烯键式不饱和单体。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、酸性酯及其组合。
在一个实施方式中，可固化的二次涂料组合物的单体组分包括烯键式不饱和单体。单体包括作为可聚合基团和/或促进或能够实现交联的基团的官能团。单体是单官能单体或多官能单体。在具有两种或更多种单体的组合中，成分的单体是单官能单体、多官能单体或者单官能单体和多官能单体的组合。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、酸性酯及其组合。
代表性的可辐射固化的烯键式不饱和单体包括具有一个或多个丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团的烷氧基化单体。烷氧基化单体是包括一个或多个亚烷氧基的单体，其中，亚烷氧基具有–O-R-的形式，并且R是直链或支链烃。亚烷氧基的实例包括亚乙氧基(-O-CH2-CH2-)、正亚丙氧基(-O-CH2-CH2-CH2-)、异亚丙氧基(-O-CH2-CH(CH3)-)等。如本文中所使用的烷氧基化度是指单体中亚烷氧基的数目。在一个实施方式中，亚烷氧基在单体中连续键合。
可固化的二次涂料组合物的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，其烷氧基化度为2或更大。二次涂料组合物的单体组分可以包括乙氧基化度为2至约30的乙氧基化双酚A二丙烯酸酯，或者丙氧基化度大于或等于2(例如在2至约30的范围内)的丙氧基化双酚A二丙烯酸酯；烷氧基化及未烷氧基化的羟甲基丙烷多丙烯酸酯，例如乙氧基化度为3或更大的乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
可固化的二次涂料组合物还包括光引发剂，并且任选地包括添加剂，例如，上文结合可固化的一次涂料组合物所述的抗氧化剂、光亮剂、胺增效剂、增粘剂、催化剂、载体或表面活性剂、以及稳定剂。
光纤拉制过程。在连续的光纤制造过程中，由经加热的预制件拉制玻璃光纤并将其尺寸调整到目标直径(通常是125μm，对应于r4＝62.5μm)。然后冷却玻璃光纤并将其引导到涂覆系统，所述涂覆系统将液体一次涂料组合物施涂于玻璃光纤。在将液体一次涂料组合物施涂于玻璃光纤后，有两种可行的工艺选项。在一个工艺选项(湿对干工艺)中，固化液体一次涂料组合物以形成经固化的一次涂层，将液体二次涂料组合物施涂于经固化的一次涂层，并且固化液体二次涂料组合物以形成经固化的二次涂层。在第二工艺选项(湿对湿工艺)中，将液体二次涂料组合物施涂于液体一次涂料组合物，并且同时固化这两种液体涂料组合物以提供经固化的一次和二次涂层。在光纤离开涂覆系统后，收集光纤并室温储存光纤。光纤的收集通常涉及将光纤缠绕在卷轴上并储存卷轴。
在一些过程中，所述涂覆系统还将三次涂料组合物施涂于二次涂层，并且固化三次涂料组合物以形成经固化的三次涂层。通常，所述三次涂层是用于标记光纤以用于识别目的的油墨层，并且其组合物包含颜料，而其他方面类似于二次涂层。将三次涂料施涂于二次涂层/涂料并进行固化。在施涂三次涂料时，二次涂料常经过了固化。可在共同的连续制造过程中施涂和固化一次涂料组合物、二次涂料组合物和三次涂料组合物。或者，在共同的连续制造过程中施涂和固化一次涂料组合物和二次涂料组合物，收集经涂覆的光纤，并且在单独的离线过程中施涂和固化三次涂料组合物以形成三次涂层。
固化辐射的波长是红外波长、可见波长或紫外(UV)波长。代表性的波长包括在250nm至1000nm的范围内，或在250nm至700nm的范围内，或在250nm至450nm的范围内，或在275nm至425nm的范围内，或在300nm至400nm的范围内，或在320nm至390nm的范围内，或在330nm至380nm的范围内，或在340nm至370nm的范围内的波长。固化可利用光源来实现，所述光源包括灯源(例如Hg灯)、LED源(例如UVLED、可见LED或红外LED)或激光源。
一次组合物、二次组合物和三次组合物各自可利用上文所述的任何波长和任何光源来固化。可使用相同的波长或光源来固化一次组合物、二次组合物和三次组合物中的每一者，或者可使用不同的波长和/或不同的光源来固化一次组合物、二次组合物和三次组合物。一次组合物、二次组合物和三次组合物的固化可利用单个波长或者两个或更多个波长的组合来实现。
为了提高工艺效率，期望增加光纤沿着工艺路径的拉制速度，所述工艺路径从预制件延伸到收集点。然而，随着拉制速度增加，涂料组合物的固化速度必需增加。本文公开的涂料组合物可与在大于35m/s，或大于40m/s，或大于45m/s，或大于50m/s，或大于55m/s，或大于60m/s，或大于65m/s，或大于70m/s的拉制速度下操作的光纤拉制工艺相容。
实施例
以下实施例例示了具有包层区并且所述包层区具有沟槽包层区的光纤，所述沟槽包层区被构造成使得在大于40mm的弯曲直径下的宏弯损耗最小化。所例示的光纤的沟槽包层区具有相对折射率Δ3和/或厚度r3–r1(在不具有偏移包层区的实施方式中)或者r3–r2(在具有偏移包层区的实施方式中)，其被构造成提供有利于使大于40mm的弯曲直径下的宏弯损耗最小化的沟槽体积。
宏弯：宏弯损耗利用电信产业协会(TIA)的标准TIA-455-62:FOTP-62 IEC-60793-1-47 Optical Fibres–Part 1-47:Measurement Methods and Test Procedures–Macrobending Loss(光纤——第1-47部分：测方法和测量程序——宏弯损耗)中所规定的心轴缠绕测试来确定。在心轴缠绕测试中，围绕具有规定直径的光滑圆柱心轴缠绕光纤一次或多次，并且确定由于弯曲导致的规定波长下的衰减的增加。心轴缠绕测试中的衰减以dB/圈为单位来表示，其中，dB是指分贝，并且一圈是指光纤围绕心轴旋转一圈。使用直径在20mm至70mm之间的心轴来确定所选择的实施例在1550nm波长下的宏弯损耗，如下所述。
光纤样品：制备并分析具有分区芯体的一系列光纤样品。所选样品的相对折射率分布示于图6A和6B，并且其具有表1和2中所列的参数值。表3中列出了光纤样品的选定光学性质。在每个样品中，外芯体区包围并直接毗邻内芯体区，沟槽包层区包围并直接毗邻分区芯体的外芯体区，并且外包层区包围并直接毗邻沟槽包层区，一次涂层包围并直接毗邻外包层区，并且二次涂层包围并直接毗邻一次涂层。二次涂层的外直径为约240μm。样品均不包括偏移包层区。每个样品包括中心线下倾，并且具有0.0％的中心线相对折射率Δ(r＝0)，符合Δ1最大的ra值，出现在r1处的Δ1最小值，以及具有半径r4＝62.5μm的外包层区。在表1和2中，Δ3和Δ3最小分别指r1与r3之间的沟槽包层区的相对折射率的平均值和最小值。记录外包层区的最大相对折射率Δ4最大。列中标记为“迹线”的条目对应于图6A、6B、7A和7B中的附图标记，它们与各个样品相对应。
表1
样品 迹线 r<sub>a</sub>(μm) r<sub>1</sub>(μm) r<sub>3</sub>(μm) r<sub>4</sub>(μm)
1 80 2.50 6.845 23.50 62.5
2 82 2.50 6.845 21.65 62.5
3 84 2.50 6.845 19.61 62.5
4 86 2.50 6.845 17.02 62.5
5 90 3.15 8.60 23.68 62.5
6 92 2.96 8.32 19.06 62.5
7 94 2.97 8.36 19.43 62.5
表2
Figure BDA0003662029600000241
Figure BDA0003662029600000251
表3中列出了光纤样品的选定光学性质。MFD是指在1550nm下的模场直径，色散是指在1550nm下的色散，光缆截止是指光缆截止波长，并且Aeff是指在1550nm下的有效面积。
表3
Figure BDA0003662029600000252
图7A和7B示出了在各种弯曲直径下，每种样品在1550nm时的宏弯损耗。样品1-4具有相同的芯体特征，而沟槽体积不同。如图6A的迹线80、82、84和86所示，通过减小半径r3，沟槽包层区厚度r3–r2，以及外包层区的相对折射率(Δ4和Δ4最大)，样品1-4发生沟槽体积的逐渐减小。图7A显示随着沟槽体积减小，宏弯损耗减少。在大的弯曲直径下，宏弯损耗的减少尤其显著。在小于约30mm的弯曲直径下，样品1-4表现出相似的宏弯损耗。当弯曲直径增大超过30mm时，随着沟槽体积减小，在宏弯损耗方面得到了显著改进[例如，比较样品1(迹线80)和样品2(迹线86)]。在图6B和7B中对样品5-7观察到类似结果。
样品1和5是与目前用于海底电信系统的光纤一致的对照样品。样品1和5均表现出大的沟槽体积。样品2-4和6-7是具有根据本公开所述的沟槽体积的示例性光纤。结果显示，虽然相对折射率分布具有大沟槽体积的光纤在小的弯曲直径下具有低的宏弯损耗，但是在较大的弯曲直径下，宏弯损耗很高。具有本文公开的沟槽体积的光纤在大弯曲直径下的宏弯损耗方面提供了优异性能。
如使用直径为50mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，本文公开的光纤在1550nm下的宏弯损耗小于0.001dB/圈，或小于0.0005dB/圈，或小于0.0001dB/圈，或小于0.00005dB/圈，或小于0.00001dB/圈。
如使用直径为55mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，本文公开的光纤在1550nm下的宏弯损耗小于0.0001dB/圈，或小于0.00005dB/圈，或小于0.00003dB/圈，或小于0.00001dB/圈。
如使用直径为60mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，本文公开的光纤在1550nm下的宏弯损耗小于0.0001dB/圈，或小于0.00005dB/圈，或小于0.00003dB/圈，或小于0.00001dB/圈。
如使用直径为65mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，本文公开的光纤在1550nm下的宏弯损耗小于0.0001dB/圈，或小于0.00005dB/圈，或小于0.00003dB/圈，或小于0.00001dB/圈。
如使用直径为70mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，本文公开的光纤在1550nm下的宏弯损耗小于0.0001dB/圈，或小于0.00005dB/圈，或小于0.00003dB/圈，或小于0.00001dB/圈。
本文公开的光纤在1550nm下的模场直径大于11.0μm，或大于11.5μm，或大于12.0μm，或大于12.5μm，或大于13.0μm，或大于13.5μm，或大于14.0μm，或在11.0μm至15.0μm的范围内，或在12.0μm至15.0μm的范围内，或在12.5μm至14.5μm的范围内。
本文公开的光纤在1550nm下的有效面积大于110μm2，或大于120μm2，或大于130μm2，或大于140μm2，或大于150μm2，或在110μm2至165μm2的范围内，或在120μm2至150μm2的范围内。
本文公开的光纤在1550nm下的色散小于25.0ps/ns-km，或小于23.0ps/ns-km，或小于21.0ps/ns-km，或在小于20.0ps/ns-km至25.0ps/ns-km的范围内。
本文公开的光纤的光缆截止波长小于1530nm、或小于1500nm、或小于1450nm、或小于1400nm、或小于1350nm，或者在1250nm至1500nm的范围内，或者在1300nm至1450nm的范围内。
本说明书的方面1为：
一种光纤，其包含：
芯体区，所述芯体区具有半径r1和相对折射率分布Δ1，所述半径r1在4.0μm至10.0μm的范围内，所述相对折射率分布Δ1具有在-0.05％至0.05％的范围内的最大相对折射率Δ1最大；
包围并直接毗邻芯体区的包层区，所述包层区包括：
包围芯体区的沟槽包层区，所述沟槽包层区包含二氧化硅玻璃并具有半径r3，相对折射率Δ3，以及小于35％μm2的沟槽体积；和
包围且直接毗邻沟槽包层区的外包层区，所述外包层区包括二氧化硅玻璃，具有半径r4以及在-0.45％至-0.15％范围内的相对折射率Δ4；并且
其中，如使用直径为50mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.001dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面2为：
方面1的光纤，其中，半径r1在5.0μm至9.5μm的范围内。
本说明书的方面3为：
方面1的光纤，其中，半径r1在6.0μm至9.0μm的范围内。
本说明书的方面4为：
方面1-3中任一方面的光纤，其中，最大相对折射率Δ1最大在-0.03％至0.03％的范围内。
本说明书的方面5为：
方面1-3中任一方面的光纤，其中，最大相对折射率Δ1最大在-0.01％至0.01％的范围内。
本说明书的方面6为：
方面1-5中任一方面的光纤，其中，芯体区是分区的芯体区，该分区的芯体区包括内芯体区以及包围并直接毗邻内芯体区的外芯体区，内芯体区具有在0.5μm至3.5μm的范围内的半径ra，并且包括最大相对折射率Δ1最大，外芯体区包括半径r1并且具有在-0.40％至-0.10％的范围内的最小相对折射率Δ1最小。
本说明书的方面7为：
方面6的光纤，其中，内芯体区包括通过α-分布限定的相对折射率分布并且α值小于10，并且外芯体区包括通过α-分布来描述的相对折射率分布且α值大于10。
本说明书的方面8为：
方面6或7的光纤，其中，内芯体区包括掺杂有碱金属氧化物的二氧化硅玻璃。
本说明书的方面9为：
方面6-8中任一方面的光纤，其中，外芯体区包括掺杂有氟的二氧化硅玻璃。
本说明书的方面10为：
方面1-5中任一方面的光纤，其中，芯体区包括未掺杂的二氧化硅玻璃。
本说明书的方面11为：
方面1-5中任一方面的光纤，其中，芯体区包括掺杂有碱金属氧化物的二氧化硅玻璃。
本说明书的方面12为：
方面1-5中任一方面的光纤，其中，芯体区包括掺杂有氧化锗的二氧化硅玻璃。
本说明书的方面13为：
方面1-12中任一方面的光纤，其中，沟槽包层区包围且直接毗邻偏移包层区，偏移包层区包围且直接毗邻芯体区，偏移包层区具有半径r2和相对折射率Δ2，该相对折射率Δ2大于或等于相对折射率Δ4。
本说明书的方面14为：
方面13的光纤，其中，偏移包层区的厚度r2-r1在0.5μm至5.0μm的范围内。
本说明书的方面15为：
方面1-12中任一方面的光纤，其中，沟槽包层区直接毗邻芯体区。
本说明书的方面16为：
方面15的光纤，其中，沟槽包层区的厚度r3–r1小于20.0μm。
本说明书的方面17为：
方面15的光纤，其中，沟槽包层区的厚度r3–r1小于15.0μm。
本说明书的方面18为：
方面15的光纤，其中，沟槽包层区的厚度r3–r1小于10.0μm。
本说明书的方面19为：
方面1-18中任一方面的光纤，其中，半径r3在12.0μm至30.0μm的范围内。
本说明书的方面20为：
方面1-18中任一方面的光纤，其中，半径r3在15.0μm至27.5μm的范围内。
本说明书的方面21为：
方面1-18中任一方面的光纤，其中，半径r3在17.5μm至25.0μm的范围内。
本说明书的方面22为：
方面1-21中任一方面的光纤，其中，相对折射率Δ3在-0.20％至-0.50％的范围内。
本说明书的方面23为：
方面1-21中任一方面的光纤，其中，相对折射率Δ3在-0.25％至-0.45％的范围内。
本说明书的方面24为：
方面1-21中任一方面的光纤，其中，相对折射率Δ3在-0.30％至-0.40％的范围内。
本说明书的方面25为：
方面1-24中任一方面的光纤，其中，沟槽体积小于30％μm2.。
本说明书的方面26为：
方面1-24中任一方面的光纤，其中，沟槽体积小于25％μm2。
本说明书的方面27为：
方面1-24中任一方面的光纤，其中，沟槽体积小于20％μm2。
本说明书的方面28为：
方面1-24中任一方面的光纤，其中，沟槽体积小于15％μm2。
本说明书的方面29为：
方面1-28中任一方面的光纤，其中，相对折射率Δ4在-0.40％至-0.20％的范围内。
本说明书的方面30为：
方面1-28中任一方面的光纤，其中，相对折射率Δ4在-0.35％至-0.25％的范围内。
本说明书的方面31为：
方面1-30中任一方面的光纤，其中，相对折射率Δ4与相对折射率Δ3的差小于0.15％。
本说明书的方面32为：
方面1-30中任一方面的光纤，其中，相对折射率Δ4与相对折射率Δ3的差小于0.10％。
本说明书的方面33为：
方面1-30中任一方面的光纤，其中，相对折射率Δ4与相对折射率Δ3的差小于0.05％。
本说明书的方面34为：
方面1-33中任一方面的光纤，其中，如使用直径为50mm的心轴，通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.0005dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面35为：
方面1-33中任一方面的光纤，其中，如使用直径为50mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.0001dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面36为：
方面1-33中任一方面的光纤，其中，如使用直径为50mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.00005dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面37为：
方面1-36中任一方面的光纤，其中，如使用直径为55mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.0001dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面38为：
方面1-36中任一方面的光纤，其中，如使用直径为55mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.00005dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面39为：
方面1-36中任一方面的光纤，其中，如使用直径为55mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.00003dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面40为：
方面1-39中任一方面的光纤，其中，如使用直径为60mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.0001dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面41为：
方面1-39中任一方面的光纤，其中，如使用直径为60mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.00005dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面42为：
方面1-39中任一方面的光纤，其中，如使用直径为60mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.00003dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面43为：
方面1-42中任一方面的光纤，其中，如使用直径为65mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.0001dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面44为：
方面1-42中任一方面的光纤，其中，如使用直径为65mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.00005dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面45为：
方面1-42中任一方面的光纤，其中，如使用直径为65mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.00003dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面46为：
方面1-45中任一方面的光纤，其中，如使用直径为70mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.0001dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面47为：
方面1-45中任一方面的光纤，其中，如使用直径为70mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.00005dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面48为：
方面1-45中任一方面的光纤，其中，如使用直径为70mm的心轴通过心轴缠绕测试所确定的，所述光纤在1550nm下具有小于0.00003dB/圈的宏弯损耗。
本说明书的方面49为：
方面1-48中任一方面的光纤，其中，光纤在1550nm下的模场直径大于12.0μm。
本说明书的方面50为：
方面1-48中任一方面的光纤，其中，光纤在1550nm下的模场直径大于14.0μm。
本说明书的方面51为：
方面1-48中任一方面的光纤，其中，光纤在1550nm下的有效面积大于110μm2。
本说明书的方面52为：
方面1-48中任一方面的光纤，其中，光纤在1550nm下的有效面积大于140μm2。
本说明书的方面53为：
方面1-48中任一方面的光纤，其中，光纤具有小于1530nm的光缆截止波长。
本说明书的方面54为：
一种光纤带，其包括方面1-53中任一方面的光纤。
本说明书的方面55为：
一种光纤光缆，其包括方面1-53中任一方面的光纤。
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。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本发明的范围或精神的情况下对本发明进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims (29)

1.一种光纤，其包含：
芯体区，所述芯体区具有半径r1和相对折射率分布Δ1，所述半径r1在4.0μm至10.0μm的范围内，所述相对折射率分布Δ1具有在-0.05％至0.05％的范围内的最大相对折射率Δ1最大；
包围并直接毗邻芯体区的包层区，所述包层区包括：
包围芯体区的沟槽包层区，所述沟槽包层区包含二氧化硅玻璃并具有半径r3，相对折射率Δ3，以及小于35％μm2的沟槽体积；和
包围且直接毗邻沟槽包层区的外包层区，所述外包层区包括二氧化硅玻璃，具有半径r4以及在-0.45％至-0.15％范围内的相对折射率Δ4；并且
其中，当使用直径为50mm的心轴，通过心轴缠绕测试来确定时，所述光纤在1550nm下具有小于0.001dB/圈的宏弯损耗。
2.如权利要求1所述的光纤，其中，半径r1在6.0μm至9.0μm的范围内。
3.如权利要求1或2所述的光纤，其中，最大相对折射率Δ1最大在-0.01％至0.01％的范围内。
4.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其中，芯体区是分区的芯体区，该分区的芯体区包括内芯体区以及包围并直接毗邻内芯体区的外芯体区，内芯体区具有在0.5μm至3.5μm的范围内的半径ra，并且包括最大相对折射率Δ1最大，外芯体区包括半径r1并且具有在-0.40％至-0.10％的范围内的最小相对折射率Δ1最小。
5.如权利要求4所述的光纤，其中，内芯体区包括通过α-分布限定的相对折射率分布且α值小于10，并且外芯体区包括通过α-分布限定的相对折射率分布且α值大于10。
6.如权利要求4或5所述的光纤，其中，内芯体区包括掺杂有碱金属氧化物的二氧化硅玻璃。
7.如权利要求4-6中任一项所述的光纤，其中，外芯体区包括掺杂有氟的二氧化硅玻璃。
8.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其中，芯体区包括未掺杂的二氧化硅玻璃。
9.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其中，芯体区包括掺杂有碱金属氧化物的二氧化硅玻璃。
10.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其中，芯体区包括掺杂有氧化锗的二氧化硅玻璃。
11.如权利要求1-10中任一项所述的光纤，其中，沟槽包层区包围且直接毗邻偏移包层区，偏移包层区包围且直接毗邻芯体区，偏移包层区具有半径r2和相对折射率Δ2，该相对折射率Δ2大于或等于相对折射率Δ4。
12.如权利要求11所述的光纤，其中，偏移包层区的厚度r2-r1在0.5μm至5.0μm的范围内。
13.如权利要求1-10中任一项所述的光纤，其中，沟槽包层区直接毗邻芯体区。
14.如权利要求13所述的光纤，其中，沟槽包层区的厚度r3–r1小于20.0μm。
15.如权利要求1-14中任一项所述的光纤，其中，半径r3在12.0μm至30.0μm的范围内。
16.如权利要求1-15中任一项所述的光纤，其中，相对折射率Δ3在-0.20％至-0.50％的范围内。
17.如权利要求1-16中任一项所述的光纤，其中，沟槽体积小于25％μm2。
18.如权利要求1-17中任一项所述的光纤，其中，相对折射率Δ4在-0.35％至-0.25％的范围内。
19.如权利要求1-18中任一项所述的光纤，其中，相对折射率Δ4与相对折射率Δ3的差小于0.10％。
20.如权利要求1-19中任一项所述的光纤，其中，当使用直径为50mm的心轴，通过心轴缠绕测试来确定时，所述光纤在1550nm下具有小于0.0001dB/圈的宏弯损耗。
21.如权利要求1-20中任一项所述的光纤，其中，当使用直径为55mm的心轴，通过心轴缠绕测试来确定时，所述光纤在1550nm下具有小于0.0001dB/圈的宏弯损耗。
22.如权利要求1-21中任一项所述的光纤，其中，当使用直径为60mm的心轴，通过心轴缠绕测试来确定时，所述光纤在1550nm下具有小于0.0001dB/圈的宏弯损耗。
23.如权利要求1-22中任一项所述的光纤，其中，当使用直径为65mm的心轴，通过心轴缠绕测试来确定时，所述光纤在1550nm下具有小于0.0001dB/圈的宏弯损耗。
24.如权利要求1-23中任一项所述的光纤，其中，当使用直径为70mm的心轴，通过心轴缠绕测试来确定时，所述光纤在1550nm下具有小于0.0001dB/圈的宏弯损耗。
25.如权利要求1-24中任一项所述的光纤，其中，光纤在1550nm下的模场直径大于12.0μm。
26.如权利要求1-25中任一项所述的光纤，其中，光纤在1550nm下的有效面积大于110μm2。
27.如权利要求1-26中任一项所述的光纤，其中，光纤具有小于1530nm的光缆截止波长。
28.一种光纤带，其包括如权利要求1-27中任一项所述的光纤。
29.一种光纤光缆，其包括如权利要求1-27中任一项所述的光纤。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113608298B (zh) * 2021-10-11 2021-12-31 长飞光纤光缆股份有限公司 一种大模场直径弯曲不敏感单模光纤
US12032200B2 (en) * 2021-12-28 2024-07-09 Sterlite Technologies Limited Trench assisted multi-core optical fiber with reduced crosstalk
US20230213698A1 (en) * 2022-01-05 2023-07-06 Sterlite Technologies Limited Ultra-low loss optical fibers for long haul communications
WO2024158560A1 (en) * 2023-01-25 2024-08-02 Corning Incorporated Low-diameter optical fiber with low bend loss at large and small bend diameter, and intermediate effective area
CN117347014B (zh) * 2023-12-04 2024-02-13 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 光纤基模及高阶模弯曲损耗测试方法及系统

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102301262A (zh) * 2009-01-30 2011-12-28 康宁股份有限公司 具有无锗纤芯的大有效面积光纤
CN102959438A (zh) * 2010-06-30 2013-03-06 康宁股份有限公司 具有渐变折射率的无Ge芯的大有效面积光纤
US20140169748A1 (en) * 2012-08-13 2014-06-19 Ofs Fitel, Llc Optimized ultra large area optical fibers
US20140241684A1 (en) * 2013-02-28 2014-08-28 Corning Incorporated Low attenuation optical fibers with an f-graded index core
CN104160310A (zh) * 2011-11-04 2014-11-19 康宁股份有限公司 耐弯曲损耗的多模光纤
CN104169761A (zh) * 2011-11-30 2014-11-26 康宁股份有限公司 低弯曲损耗光纤
CN105229507A (zh) * 2013-03-28 2016-01-06 康宁股份有限公司 具有低弯曲损耗的大有效面积光纤
US9477037B1 (en) * 2015-04-22 2016-10-25 Corning Incorporated Optical fiber for silicon photonics
US20170017032A1 (en) * 2015-05-29 2017-01-19 Corning Incorporated Optical fiber with macrobend loss mitigating layer
CN107850728A (zh) * 2015-06-30 2018-03-27 康宁股份有限公司 具有大有效面积和低弯曲损耗的光纤
US20180252866A1 (en) * 2015-09-16 2018-09-06 Corning Incorporated Low-loss and low-bend-loss optical fiber
US20190162896A1 (en) * 2017-11-30 2019-05-30 Corning Incorporated Low bend loss optical fiber with graded index core
CN110073257A (zh) * 2016-07-29 2019-07-30 康宁股份有限公司 具有氯掺杂纤芯的低损耗单模光纤

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102301262A (zh) * 2009-01-30 2011-12-28 康宁股份有限公司 具有无锗纤芯的大有效面积光纤
CN102959438A (zh) * 2010-06-30 2013-03-06 康宁股份有限公司 具有渐变折射率的无Ge芯的大有效面积光纤
CN104160310A (zh) * 2011-11-04 2014-11-19 康宁股份有限公司 耐弯曲损耗的多模光纤
CN104169761A (zh) * 2011-11-30 2014-11-26 康宁股份有限公司 低弯曲损耗光纤
US20140169748A1 (en) * 2012-08-13 2014-06-19 Ofs Fitel, Llc Optimized ultra large area optical fibers
US20140241684A1 (en) * 2013-02-28 2014-08-28 Corning Incorporated Low attenuation optical fibers with an f-graded index core
CN105229507A (zh) * 2013-03-28 2016-01-06 康宁股份有限公司 具有低弯曲损耗的大有效面积光纤
US9477037B1 (en) * 2015-04-22 2016-10-25 Corning Incorporated Optical fiber for silicon photonics
US20170017032A1 (en) * 2015-05-29 2017-01-19 Corning Incorporated Optical fiber with macrobend loss mitigating layer
CN107850728A (zh) * 2015-06-30 2018-03-27 康宁股份有限公司 具有大有效面积和低弯曲损耗的光纤
US20180252866A1 (en) * 2015-09-16 2018-09-06 Corning Incorporated Low-loss and low-bend-loss optical fiber
CN110073257A (zh) * 2016-07-29 2019-07-30 康宁股份有限公司 具有氯掺杂纤芯的低损耗单模光纤
US20190162896A1 (en) * 2017-11-30 2019-05-30 Corning Incorporated Low bend loss optical fiber with graded index core

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