CN1214266C - 光纤及使用它的光缆和光纤线圈 - Google Patents

光纤及使用它的光缆和光纤线圈 Download PDF

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Abstract

一种光纤(1)，包括具有纤芯(2)和包层(3)的玻璃部分(2、3)、和在玻璃部分(2、3)周围形成的至少一层覆盖层(4a、4b)，其特征是：除去玻璃部分(2、3)后的覆盖层(4)在23℃时杨氏模量在400MPa以下，且覆盖层的最外层的滑动摩擦系数为0.20以下，不易受作用的侧压的影响，可以实现优良的传送特性。覆盖层(4)的杨氏模量的测量，可以通过对从光纤(1)中取出玻璃部分(2、3)后剩下的覆盖层(4)进行拉伸试验来进行。

Description

光纤及使用它的光缆和光纤线圈
技术领域
本发明涉及传送特性优良、很适合在光缆和光纤线圈中使用的光纤及使用它的光缆和光纤线圈。
背景技术
光纤在其内部具有由纤芯和包层构成的玻璃部分，在该包层的再往外一侧具有由1层或多层构成的树脂覆盖层。大家知道光纤会因受侧压而产生局部的弯曲，且传送损耗会因该弯曲而恶化。由弯曲引起的传送损耗被称之为‘弯曲损耗’。弯曲损耗有起因于光纤彼此间互相重叠彼此加上侧压等形成的局部的微小弯曲部分发生的‘微弯曲损耗’和在光纤布线时因光纤本身弯成弧状而发生的‘宏弯曲损耗’。另外，如果光纤本身弯曲成弧的弧的曲率半径大则不会发生微弯曲损耗(或者说小到可以忽略不计的程度)。
这样的弯曲损耗，由于会在光传送通路上的各个位置发生，故即使在一个地方的损耗不怎么大，在整个光传送通路上也会大到不能忽视。为此，人们要求一种不怕弯曲损耗的光纤。此外，对于那些在内部具有光纤的光缆来说同样也要求不怕弯曲损耗的光缆。
此外，通过把光纤环状地卷绕成多圈成线圈束状而形成的光纤线圈，是一种弯曲损耗易于增加的状态。光纤线圈是一种可以在光放大器、模式色散补偿器、光纤陀螺仪等中使用的光学部件。在这样的光纤线圈中，特别是具有为使处于卷绕状态的光纤小型化而把上述树脂覆盖层减薄的倾向，在这样的情况下，更易于发生微弯曲损耗。为此，光纤线圈有易于发生由弯曲损耗引起的传送损耗恶化的倾向。
另外，作为光纤线圈，已公知在日本专利特开平10-123342号公报中讲述的光纤线圈。此外，作为具体的产品，有住友电器工业株式会社生产的产品型号为DCFM-340、DCFM-680、DCFM-1020、DCFM-1360等的产品。光纤线圈在其光路径上对信号发挥所希望的作用。例如，在光放大器中使用的光纤线圈是使掺入了铒的EDF(掺铒光纤)线圈化的光纤线圈，在光纤线圈的光路径上放大光信号。
在这里，由于为了对光进行放大，需要某种程度的长度的EDF，故为了效率良好地收纳于光放大器的内部，要把光纤作成线圈束。对于那些在除光纤线圈光放大器以外的波长色散补偿器、模式色散补偿器、光纤陀螺仪等其它光学部件中使用的光纤线圈来说也是同样的。现有的光纤线圈一般是把光纤绕制在绕线管上构成的。
但是，在重叠绕起来的光纤内残存有张力，因此会发生微弯曲损耗。此外，由于因绕线管与光纤之间的线膨胀系数不同而向光纤加上因绕线管变形产生的应力，故传送损耗将随着温度变化而变化。于是，就象在上述公报中所述的产品那样，人们正认真研究无绕线管的光纤线圈或可以得到与此同等效果的绕线管的构造。
即使借助于这些种种钻研，也不可能完全除去因光纤的微小的弯曲而发生的弯曲损耗(微弯曲损耗)。于是，光纤线圈也要求进行进一步提高传送特性的改良。
发明内容
本发明的光纤包括：具有纤芯和包层的玻璃部分、和在玻璃部分的周围形成的至少一层覆盖层，其特征是：除去玻璃部分后的覆盖层在23℃时的杨氏模量在400MPa以下，且覆盖层的最外层的滑动摩擦系数为0.20以下。另外，这里所说的光纤，不仅仅是单芯的光纤，也包括多芯的光纤(例如带状光纤)。
另外，上述滑动摩擦系数是关于在内部具有玻璃部分的光纤的覆盖层的滑动摩擦系数。至于滑动摩擦系数的测量方法，将在后边讲述。
在这里，理想的是把覆盖层作成为内层覆盖和外层覆盖两层，用PIM法测量的该内层覆盖的杨氏模量为0.8MPa以下。如果这样，借助于使内覆盖层吸收加在外层覆盖上的侧压，使得不能到达光纤的玻璃部分的效果，就可以降低传送损耗的增加。
借助于此，相邻的光纤彼此间的接触部位就易于相互滑动，对光纤的表面的法线成分以外的侧压成分被减轻，互相施加的侧压减小。结果是，倘采用本发明的光纤，就可以抑制传送损耗的增加。
再有，在内部具有上述的光纤的光缆是理想的。另外，这里所说的光缆，指的是在内部具有光纤，在其外侧具有保护用的覆盖铠装的光缆。有时候在光缆内，除去光纤以外，还配置有用来承受作用到光缆上的张力的钢丝(抗张力线)或收容光纤的沟的衬垫。此外，这里所说的光缆，既包括内部有多条光纤的光缆，也包括只有一根光纤的光缆，这些光纤单芯多芯都可以。
此外，理想的是光缆的内部光纤是色散补偿光纤。另外，这里所说的色散补偿光纤(Dispersion Compensating optical-Fiber；以下，也叫做DCF)，是具有与单模光纤等的传送通道用光纤符号相反的波长色散特性的光纤，是可以抵消光传送通道的波长色散的光纤。通常在组件化后作为DCFM(Dispersion Compensating optical-Fiber Module)使用。
另外，DCFM可以在色散补偿器等中使用。色散补偿器，由于要使用在1.3微米波段具有0色散波长的单模光纤，进行在波长1.55微米波段下的长距离大容量的光传送，故要抵消在1.55微米波段中的波长色散。这样的色散补偿器，是采用把具有与在1.3微米波段内具有0色散波长的单模光纤在1.55微米波段下的波长色散符号相反的波长色散的很长的DCF，绕制到直径小的绕线管上等的办法作成为线圈束状而小型化的色散补偿器。
此外，通过把上述的光纤环状地多圈卷绕起来来形成的光纤线圈是理想的。此外，在该光纤线圈中，理想的是光纤是色散补偿光纤。至于使用色散补偿光纤的光缆，与上述的相同。
此外，在这样的光纤线圈中，理想的是，已向线圈束状的光纤的周围填充进填充材料，填充材料是其由JIS K2220规定的贮藏稠度在测量温度-40℃～100℃的全范围内处于5～200的范围内的树脂，把线圈束状的整个光纤的周围都包起来以保持线圈束状的状态。至于贮藏稠度，由日本工业标准的JIS K2220-1993规定[JIS K2220-1993的2.(14)、5.3.1(4)5.3.6等]。但是，在JIS K2220中，虽然测量温度定为25℃，但是在这里，使用在测量温度-40℃～100℃的全范围内，贮藏稠度处于上述范围内的树脂。
附图说明
图1A是本发明的光纤的实施形态的剖面图。
图1B的模式图示出了本发明光纤的一个实施形态的一个剖面上的折射率分布。
图2是图1所示的光纤的斜视图。
图3A是说明用PIM法测量杨氏模量的样品的制作方法的斜视图。
图3B是用来用PIM法测量杨氏模量的样品的斜视图。
图4A是说明求解向图3B所示样品中的任意光纤玻璃部分加上荷重时的荷重与位移之间关系的剖面图(负荷荷重前)。
图4B是说明求解向图3B所示样品中的任意光纤玻璃部分加上荷重时的荷重与位移之间的关系的剖面图(正在负荷荷重)。
图5A是在测量滑动摩擦系数时使用的夹具的平面图。
图5B是在测量滑动摩擦系数时使用的夹具的平面图。
图5B是在测量滑动摩擦系数时使用的夹具的平面图。
图6A是在光纤线圈中使用的绕线管(绕上线圈前)的斜视图。
图6B是在光纤线圈中使用的绕线管(绕上线圈后)的斜视图。
图7是光缆的斜视图。
图8是光纤组件的平面图(打开盖的状态)。
图9是光纤组件的剖面图。
具体实施方式
参看附图对本发明的光纤的实施形态进行说明。
图1A示出了本实施形态的光纤1的剖面图。本实施形态的光纤1，在其内部具有由石英系玻璃构成的玻璃部分(纤芯2、包层3)。在该石英系玻璃部分的外侧，形成有树脂覆盖层4，树脂覆盖层4保护内部的石英系玻璃部分。
包层3由位于纤芯2的紧接外侧的抑制(depress)包层3a和位于该抑制包层3a外侧的外层包层3b构成。就是说，本实施形态的光纤1是两层包层型的DCF。纤芯2的直径为2.7微米，抑制光纤3a的外径为6.6微米，外层包层3b的外径(即，玻璃部分的外径)为120微米。
树脂覆盖层4由位于包层3的紧接外侧的一次覆盖层4a、位于该一次覆盖层4a再外侧的二次覆盖层4b构成。一次覆盖层4a的厚度为10微米，二次覆盖层4b的厚度为20微米。就是说，二次覆盖层4b的外径(光纤1的外径)为180微米。此外，光纤1上的覆盖层4的一次覆盖层4a和二次覆盖层4b，分别由尿烷丙烯酸酯树脂等的紫外线硬化型树脂构成，一次覆盖层4a用比较柔软的树脂构成，二次覆盖层4b由比较硬的树脂构成。
图1B示出了本实施形态的光纤1的折射率分布。图1B的分布图，示出了纤芯2和抑制包层3a对外层包层3b的折射率的增减。如图1B所示，纤芯2对外层包层3b的相对折射率差(增量)Δ+为1.9％。另一方面，抑制包层3a对外层包层3b的相对折射率差(减量)Δ-为-0.4％。
该光纤1在1.55微米波段的波长色散为-120ps·nm-1·km-1，在1.55微米波段的波长色散斜率为-0.28ps·nm-2·km-1。所谓波长色散斜率，表示波长色散值对波长的依赖性，是横轴为波长(nm)、纵轴为波长色散值(ps·nm-1·km-1)的曲线上的波长色散值曲线(或直线)的斜率。此外，在1.55微米波段中的传送损耗为0.40dB/km。图2是上述光纤1的斜视图。
此外，用后边讲述的测量方法测量本实施形态的光纤1的覆盖层4在23℃时的杨氏模量，得知在400MPa以下。以下说明杨氏模量的测量方法。另外，若是以下的测量方法，则只要是光纤的实物，就可以测量其覆盖层的杨氏模量，无须为了进行测量而准备覆盖层的薄片材料。
首先，把想要测量覆盖层的杨氏模量的光纤切断成8cm的长度，切断后的光纤放入到已放入了丙酮∶乙醇＝7∶3的混合溶液(溶剂)的试管内。把该试管放入已放入水的超声波清洗机内清洗30秒到3分钟。该时间的长度，定为可从覆盖层的内部拔出光纤玻璃部分的最短长度。这是因为为了可从从覆盖层的内部拔出光纤玻璃部分，如果放入超声波清洗机内更长时间，就会使覆盖层受到破坏。
接着，从已经从超声波清洗机中取出的试管中，再取出光纤，从覆盖层的内部拔出玻璃部分。这时，要十分注意不要伤及覆盖层。在覆盖层已受伤的情况下，要再重来一次。把已拔出了玻璃部分的覆盖层，在保持气压10kPa(76mmHg)以下，温度60℃以下的状态的真空恒温槽内保存30分钟，使溶剂挥发掉。然后，把覆盖层保管在干燥器内，隔一个晚上之后在下述条件下进行拉伸试验。拉伸试验的条件为标线(拉伸力起作用的样品上的长度)25mm、拉伸速度1mm/分、试验气氛温度和样品温度23℃，试验气氛相对湿度50％RH，用2.5％割线式求解。
另外，该杨氏模量的测量方法，目的是用光纤的实物测量其覆盖层的杨氏模量。如果覆盖层是一层，则由上述的测量方法的结果得到的杨氏模量与先准备好薄片状的样品再进行测量的杨氏模量大体上相等。此外，在光纤中覆盖层为从内层到外层的多层构造的情况下，则变成与最外层一侧的最硬的覆盖层的杨氏模量大体上相等。其理由如下。
通常，内层一侧覆盖层的杨氏模量比外层一侧的杨氏模量小。这是为了减轻作用到光纤的玻璃部分上的外力，且为了使玻璃部分不受温度变化带来的影响。为此，内层一侧的覆盖层的杨氏模量与外层一侧的覆盖层的杨氏模量有100倍左右的差异，结果变成用上述的测量方法测量的杨氏模量可以反映外层一侧的硬层的杨氏模量。就是说，倘采用上述的测量方法，只要覆盖层是单层的，就与构成该覆盖层的材料的薄片试验值基本相等，若是多层，就与该层中构成最硬的外层一侧的覆盖层的材料的薄片试验值大体上相等。
此外，用后边要讲的测量方法，用PIM法测量本实施形态的光纤1的一次覆盖层(内层覆盖)4a的杨氏模量，得知在0.8Pma以下。以下说明用PIM法进行的杨氏模量测量方法。另外，在这种情况下，如果是以下的测量方法，则只要是光纤的实物，就可以测量其覆盖层的杨氏模量，而无须为了进行测量而准备覆盖层的薄片材料。
图3A是说明用来用PIM法进行的杨氏模量测量的样品的制作方法的斜视图，图3B是样品的斜视图。17是作为测量对象的光纤，18是管子，19是样品。管子18用丙烯酸树脂制造，向该管子18内插入大体上满满地程度的条数的光纤，向光纤17的间隙内和管子18的内壁与光纤17之间注入由环氧树脂构成的粘接剂使之硬化。然后，在管子18的中间部分处与管子的轴垂直地在2个地方切断，制作圆盘状的样品19。另外，研磨样品19的两面。样品19的尺寸为厚度L为2mm管子内径D1为4mm，管子外径D2为8mm。
图4的剖面图说明求样品19中的多条集合在一起的光纤中的任意一条的荷重与位移之间的关系的方法，图4A示出了附加荷重前的状态，图4B示出了附加荷重中的状态。20是光纤，20a是光纤的玻璃部分，20b是内层覆盖，20c是外层覆盖，21是附加荷重销钉，21a是顶端面。附加荷重销钉21是倒台面形，其顶端面21 a的直径为59微米。光纤20的玻璃部分20a的外径Df通常为100微米，覆盖层20b的外径Dp，通常为140微米。
使样品19的切断研磨面保持水平，使附加荷重销钉21的顶端面21a触碰到其中的任意光纤20的玻璃部分20a的上侧端面上，加上荷重。玻璃部分20a和外层覆盖20c，由与内层覆盖20b比较其变形可以小到忽略不计的硬材质构成，此外，由于由被加上的荷重产生的变形量足够地小，归因于用附加荷重销钉21加上的荷重，仅仅内层覆盖20b的部分发生变形。结果如图4B所示，附加荷重销钉21和玻璃部分20a向下方位移。
从该附加荷重销钉21的荷重和位移的值，用下式求内层覆盖的杨氏模量。另外，在荷重S下，由于位移Z与荷重S不成比例，故在Z与S的关系大体上为直线的地方，在例如荷重S为从5mN到75mN(荷重的变化量ΔS＝70mN)的范围内研究位移Z的变化量ΔZ，使用该值。
E＝(1+v)ΔS×ln(Dp/Df)(πLΔZ)
其中，E：内层覆盖的杨氏模量(N/mm2)
ΔS：附加荷重销钉的荷重的变化量(mN)
(在该情况下，75mN-5mN＝70mN)
Dp：内层覆盖的外径(微米)＝140微米
Df：光纤的外径(微米)＝100微米
L：样品的厚度(mm)＝2mm
ΔZ：荷重销钉的位移的变化量(μm)
v：泊松比(在该情况下，为0.45)
此外，用后边要讲的测量方法，测量本实施形态的光纤1的覆盖层4的最外层(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数，得知在0.20以下。另外，在该情况下，如果是以下的测量方法，则只要是光纤的实物，就可以测量其覆盖层的杨氏模量，而无须为了进行测量而准备覆盖层的薄片材料。
作为使二次覆盖层4b的滑动摩擦系数为0.20以下的具体方法，有向二次覆盖层4b中添加进硅酮丙烯酸酯树脂等的反应性硅酮或硅酮系油等使表面变得易于滑动的方法。例如，通过使现有的光纤最外层覆盖层含有重量比5％的硅酮系油，就可以使滑动摩擦系数变成0.18。对于在最外层覆盖层中不含有硅酮系油(含有率为0％)的光纤，滑动摩擦系数为0.33。所以，反应性硅酮或硅酮系油等的含有率理想的是3％以上。若不足3％，则要有效地使覆盖层表面易于滑动是困难的。
说明最外层覆盖的滑动摩擦系数的测量方法。图5A到图5C是说明滑动摩擦系数的测量方法的说明图，图5A是俯视图，图5B是正视图，图5C是侧视图。11的基座构件，12是基座侧光纤，13是滑动构件，14是滑动侧光纤，15是重物，16是绳子。基座构件11上表面是水平的平面，由铝等的金属、硬质塑料等的硬的材质构成。滑动构件13是长度77mm×宽度28mm×厚度1mm、质量为4.9g的板玻璃。此外，重物15是质量50g的砝码。
在进行测量时，用作为测量对象的光纤，准备长度20cm的光纤60条，长度28cm的光纤30条。其中，长度20cm的光纤分成每组30条的2组，作为基座侧的光纤。此外，长度28cm的光纤，分成每组15条的2组作为滑动侧的光纤。基座侧的光纤12，在基座构件11的上表面上在各个组内紧密附着地平行地排列起来，使用两面粘贴带或粘接剂粘贴到基座构件11上。另外，2个组的间隔定为10mm。滑动侧光纤14，以其长边方向为滑动构件13的宽度方向，在各个组内无间隙地平行排列起来，使用两面粘贴带或粘接剂粘贴到滑动构件13的单侧的面上。另外，滑动侧光纤14的2个组，配置在分别离开滑动构件13的长边方向的两端5mm的位置上。
接着，以滑动侧光纤14一侧为下侧，把滑动构件13载置到已粘贴到基座构件11上的基座侧光纤12的上。这时，使滑动侧光纤14的长边方向与基座侧光纤12垂直，而且，使滑动侧光纤14的长边方向的中央变成为基座侧光纤的2个组的中间。然后，把重物15载置到滑动构件13的上表面中央，在滑动构件13的长边方向一端的中央，固定用来牵动滑动构件13的绳子16。
如上所述，在基座构件11上，通过在彼此垂直方向上配置的基座侧光纤12和滑动侧光纤14，载置滑动构件13和重物15，用未画出来的拉伸试验机，向基座侧光纤12的长边方向即箭头方向牵引固定在该滑动构件113上的绳子16。这时的拉伸速度为60mm/分，周围温度为23℃±2℃。然后，求用相当于滑动构件13和滑动侧光纤14和重物15的质量总和的重力，即用0.54N除此时的最大拉伸强度(N)的值。
接着，使滑动侧光纤和基座侧光纤进行交换，再次进行与上述同样的测量。反复进行10次这样的测量后，把10次的最大拉伸强度(N)/质量总和(0.54N)的值的平均值，当作作为测量对象的光纤的最外层覆盖的滑动摩擦系数。就是说，在用上述的试验装置进行的试验中的最大静摩擦系数的平均值就是滑动摩擦系数。
光纤1由于覆盖层的上述的杨氏模量已被定为400MPa以下，故在光纤1被弯曲时，可以减轻树脂覆盖层4给予由纤芯和包层构成的石英部分的力，可以降低弯曲损耗。当杨氏模量超过了400MPa时，就不能降低上述的弯曲损耗。
此外，本实施形态的光纤1，由于覆盖层4的最外层(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数已被定为0.20以下，故相邻的光纤1彼此间的接触部位易于互相滑动，因而可以减轻对光纤1的表面的法线成分以外的侧压成分，减小彼此施加的侧压。结果是倘采用光纤1，就可以降低由侧压产生的微弯曲损耗，可以抑制传送损耗的增加。当滑动摩擦系数超过0.20时，由于光纤1彼此间的接触部位不滑动，故在该部位处易于加上侧压，发生微弯曲损耗，结果是不能降低传送损耗。
为了确认把上述的覆盖层4的杨氏模量作成400MPa以下的效果和把最外层(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数作成0.20以下的效果，用上述的光纤1形成光纤线圈来测量传送损耗。通过使光纤线圈化，由于易于产生微弯曲损耗或宏弯曲损耗等的弯曲损耗，故在这里要使光纤线圈化后再进行测量。
在这里，虽然是在把光纤1作成光纤线圈之后再进行测量，但是在具有图6A所示的那种铝制光纤卷绕部分8a的绕线管8上绕制5km量的光纤1，在作成图6B所示的那种光纤线圈9之后，去掉绕线管8变成线圈束状态。在测量中使用波长1.6微米的信号光在常温(23℃)和-20℃下测量传送损耗。
另外，光纤卷绕部分8a的外径为120mm。在试验中使用的光纤，其覆盖层4的杨氏模量和最外层覆盖(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数，如[表1]所示那样地变化，[表1]所示的实施例1到3是本发明的光纤1，为了与之进行比较也对比较例1和2进行了试验。试验结果都示于[表1]
[表1]
杨氏模量(MPa) 滑动摩擦系数     传送损耗(dB/km)
  常温(23℃)     -20℃
  实施例1     400     0.18     0.33     0.38
  实施例2     200     0.18     0.33     0.35
  实施例3     400     0.25     0.35     0.39
  比较例1     800     0.25     0.50     1.0
  比较例2     800     0.18     0.33     0.83
由[表1]所示的结果可知，覆盖层4的杨氏模量为400MPa以下时传送特性优良(实施例3和比较例1，实施例1、2和比较例2)。此外，还得知最外层的覆盖层(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数为0.20以下时，传送特性优良(实施例1和比较例3，比较例1和比较例2)。虽然是理所当然的，但理想的是，把覆盖层4的杨氏模量作成400MPa以下，把最外层的覆盖层(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数作成0.20以下，这种情况下成为传送损耗最优良的光纤(实施例1、2)。
此外，对仅仅把覆盖层4的最外层(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数作成0.20以下的效果(覆盖层4的杨氏模量不一定在400MPa以下的情况下)，也进行了以下的测量。这里使用的光纤是DCF光纤，在测量时已作成线圈束状。
该DCF的截面虽然与图1所示的截面是同样的，但是尺寸与上述的截面不同。光纤1的外径(即，二次覆盖层4b的外径)为180微米，一次覆盖层4a的外径为140微米，玻璃部分的外径(即，包层3的外径)为100微米，一次覆盖4a和二次覆盖层4b的各层的厚度为20微米。此外，纤芯2的外径为2.65微米，抑制包层3a的外径为7.85微米，外层包层3b的外径为100微米。此外，纤芯2对外层包层3b的相对折射率差(增量)Δ+为2.1％，抑制包层3a对外层包层3b的相对折射率差(减量)Δ-为-0.4％。在波长1.55微米的情况下，该光纤的波长色散和波长色散斜率分别为-100ps·nm-1·km-1和-0.29ps·nm-2·km-1。
光纤上的覆盖层为2层，内层覆盖和外层覆盖的材料如以下的[表2]所示。此外，覆盖树脂的不同种类的材料如下。
UV树脂a：比较柔软的尿烷丙烯酸酯树脂
(用PIM法测量的杨氏模量为1.2MPa)
UV树脂b：比UV树脂a更为柔软的尿烷丙烯酸酯树脂
(用PIM法测量的杨氏模量为0.7MPa)
UV树脂A：向比较硬的尿烷丙烯酸酯树脂内
添加硅酮丙烯酸酯树脂
UV树脂B：向比较硬的尿烷丙烯酸酯树脂内
添加硅酮系油
UV树脂C：比较硬的尿烷丙烯酸酯树脂
(未添加硅酮丙烯酸酯树脂、硅酮系油)
[表2]
    覆盖材料   外层覆盖表面的滑动摩擦系数     束状态  传送损耗增加量(dB/km)
  内层覆盖   外层覆盖
参考例1  UV树脂a  UV树脂A     0.18     有绕线管     0.08
参考例2  UV树脂a  UV树脂A     0.18 无绕线管，有填充材料     0.03
参考例3  UV树脂b  UV树脂A     0.18 无绕线管，有填充材料     0.02
参考例4  UV树脂a  UV树脂B     0.18 无绕线管，有填充材料     0.03
比较例3  UV树脂a  UV树脂C     0.25     有绕线管     0.35
比较例4  UV树脂a  UV树脂C     0.25     无绕线管     0.15
另外，对上述的比较硬的尿烷丙烯酸酯树脂，从把该树脂作成厚度250微米的薄片后照射紫外线使之硬化的树脂上采取2号哑铃(dumb-bell)片的样品，根据JIS 7113，在1mm/分的拉伸速度下测量杨氏模量，其值为700MPa。
对于改变覆盖树脂的种类制作的每一种光纤用先前说明的方法测量最外层覆盖(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数，得到了上述[表2]所示的结果。根据该表，参考例1到4的光纤，所有的摩擦系数都在0.20以下。此外，比较例3、4的光纤，摩擦系数大到0.25。
接着，把各个长度5km的光纤以0.4N的卷拉力绕制到直径120mm的绕线管上，作成线圈束状态。此外，线圈束状态为如表2所示，选自下述的3种。
带绕线管：保持卷绕到绕线管上的原状的状态
无绕线管：在卷绕到绕线管上之后，从绕线管上取下来成为线圈的状态(比较例4的线圈束状态即使从绕线管上取下来，状态也不会坍塌)
无绕线管有填充材料：在卷绕到绕线管上之后，从绕线管上取下来作成为线圈，向其周围填充上硅酮系凝胶状填充材料的状态(参考例2到4的线圈束状态，在从绕线管是取下变成线圈的阶段，该束稍有坍塌)
对于所例举出来的参考例1到4，比较例3、4的各个例子，测量来自卷绕到直径120mm的绕线管前的状态在波长1.6微米下的传送损耗的增加量，得到了上述的[表2]的结果。由于在波长1.55微米下的传送损耗的增加即使很小，在通常波长1.6微米的情况下传送损耗的增加也比较大，故考虑到比较的容易性，在这里用波长1.6微米下的传送损耗的增加进行比较。由以上的参考例1到4和比较例3、4的比较可知，最外层覆盖(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数低时波长1.6微米下的传送损耗的增加少。此外如果摩擦系数为0.18，则即使保持卷绕到绕线管上的原状，波长1.6微米下的传送损耗的增加也可以作成0.08dB/km这么小的值。此外，由参考例1和参考例2之间的比较得知，比起保持卷绕到绕线管上的原状来，在卷绕到绕线管上之后，从绕线管上取下来作成线圈，向其周围填充硅酮系凝胶状填充材料的状态下，传送损耗的增加少。
此外，由参考例2与参考例3的比较可知，如果把内层覆盖(一次覆盖层4a)作成为更为柔软的光纤，则可以进一步抑制传送损耗的增加。此外，由参考例2与参考例4的比较可知，向外层覆盖(二次覆盖层4b)的材料内添加硅酮丙烯酸酯树脂或硅酮系油，具有同等程度地抑制传送损耗增加的效果。
[表3]
外层覆盖表面的滑动摩擦系数     传送损失(dB/km)
  常温(23℃)     -20℃
    参考例5     0.18     0.33     0.40
    参考例6     0.17     0.33     0.39
    比较例5     0.25     0.50     0.53
此外，作为仅仅把覆盖层4的最外层(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数作成0.20以下的效果(覆盖层4的杨氏模量不一定是400MPa的情况)，还要进行以下的测量。在测量中使用的光纤是DCF，其截面虽然与图1所示的截面是同样的，但是尺寸与上述的截面不同。
纤芯2的直径为2.7微米，抑制包层3a的外径为6.6微米，外层包层3b的外径(即，石英系玻璃部分的外径)为120微米。一次覆盖层4a的厚度为40微米，二次覆盖层4b的厚度为20微米。就是说，光纤1的外径(二次覆盖层4b的外径)为240微米。
该光纤1的折射率分布虽然也与图2所示的光纤相同，但是，纤芯2对外层包层3b的相对折射率差(增量)Δ+为1.9％。另一方面，抑制包层3a对外层包层3b的相对折射率差(减量)Δ-为-0.4％。此外，20℃下一次覆盖层4a的杨氏模量为0.98MPa，二次覆盖层4b的杨氏模量为784MPa(在这里，杨氏模量是用使用薄片样品的测量法测量的)。
该光纤1的在1.55微米波段下的波长色散为-120ps·nm-1·km-1，在1.55微米波段下的波长色散斜率为-0.28ps·nm-2·km-1。此外，在1.55微米波段下的传送损耗为0.33dB/km。
改变上述的光纤1的最外层覆盖(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数，进行了实验。实验测量在把改变了滑动摩擦系数的5km的光纤卷绕到直径120mm的绕线管上之后，仅仅去掉绕线管，变成线圈束状的光纤的传送损耗。在传送损耗的测量中使用的信号光是1.6微米，测量时的温度为常温(23℃)和-20℃。
试验结果示于[表3]。由[表3]可知，若最外层覆盖(二次覆盖层4b)的滑动摩擦系数为0.20以下，则可以把传送损耗抑制得低。
其次，对使用上述的光纤的光缆进行说明。图7示出了该光缆10。光缆10是内部具有上述的光纤1的光缆。此外，本实施形态的光缆10是在其内部具有一条上述的光纤1，也叫光纤索(fiber cord).
光缆10，在其中心具有上述的光纤1，在其周围形成有缓冲层10a。缓冲层10a用纤维等构成，在再往外的外侧具有由合成树脂等形成的覆盖层10b。另外，在这里，作为光缆的例子虽然举出的是内部具有一条光纤的光缆，但是有的情况下，还配置有用来承受作用到光缆上的张力的钢丝(抗张力线)或收容光纤的沟的衬垫。此外，光缆，有时候内部有多条光纤带，有时候内部具有的光纤是多芯的光纤(带状光纤和光纤带)。
光缆常常因其覆盖铠装或钢丝等给光纤加上侧压或应力。在内部具有多条光纤的情况下，光纤之间也有时候也互相产生侧压。但是，如上所述，由于光纤1难于受到因侧压产生的传送损耗的降低，具有优良的传送特性，故本实施形态的光缆10也具有优良的传送特性。
其次，对使用上述的光纤1的光纤线圈进行说明。如图8和图9所示，该光纤线圈，把卷绕应力基本上消除的线圈束状态的光纤1收纳在具有矩形底面的收纳壳体80内。光纤1的两端，用焊接部分44分别连接到柔韧光纤45上。在收纳壳体80内填充填充材料84，把光纤1包进去，向收纳壳体80加盖，进行密封。
线圈束状的光纤1埋没在填充材料84的内部。光纤1本身，除了难于降低因侧压产生的传送损耗之外，光纤线圈即使被作成为从绕线管上取下来的状态也能防止传送特性的降低。由于已从绕线管上取下来，故还易于消除因卷绕张力把光纤1推到绕线管上或因卷绕张力使得光纤1之间互相施加侧压而发生的微弯曲。此外，由于还可以借助于填充材料84保持线圈束状态，故也不会发生因光纤1的坍塌等引起的传送特性的变化。
填充材料84，如图9所示，由液体部分84a和弹性固体部分84b构成。与光纤1接连的部分被作成液态或半液态的液体部分84a，该液态部分84a的外侧，作成具有某种程度的弹性的弹性固体部分84b。在这里所说的液态或半液态，指的是光纤1在内部可以自由地变更其位置的状态，指的是在变更状态之后，实质上不会受到从其液态或半液态的部分回到原来位置上去的力的状态。
在这里，液态部分84a和弹性固体部分84b虽然可以用同一素材形成，但是其硬化度却不同。在上述的光纤线圈的制造中，把线圈束状的光纤1埋没到已填充到收纳壳体80的内部的液态或半液态的填充材料84内，之后，使该填充材料84硬化。或者，在预先把线圈束状的光纤1载置到收纳壳体80的内部中之后，向收纳壳体80内填充填充材料84，然后，使填充材料84硬化。
在这里，采用把光纤1的周围的硬化度作成为比其外侧还小的办法，形成上述的液态部分84a和弹性固体部分84b。另外，在图9中，为了方便起见，虽然明确地示出了液态部分84a与弹性固体部分84b之间的边界，但是在本实施形态中，液态部分84a与弹性固体部分84b之间的边界，并没有明确地形成，而是一种硬化度渐渐地变化的那种边界。
光纤1的波长色散值和波长色散斜率值，被定为与对于该光纤线圈进行连接的传送通道用光纤的上述的值符号相反。就是说，通过使用该光纤线圈，就可以对由传送通道的光纤产生的波长色散进行补偿。此外，作为波段传送用来说，采用使波长色散斜率变成为相反的符号的办法，就可以在整个波段范围内对波长色散进行补偿。
作为填充材料84，可以使用热硬化性或紫外线硬化性的硅酮树脂、或用硅酮、环烷等的溶剂使丁二烯、硅酮等的橡胶进行膨润，根据需要再添加上别的树脂等的高黏性泥浆状混合物，或硅油等的油等。如上所述，在这里采用改变填充材料84的硬化度的办法形成液态部分84a与弹性固体部分84b。至于改变硬化度的方法，将在以下进行说明。
在填充材料84中，作为硬化反应用的触媒，含有白金。该白金触媒的功能会受到异氰酸盐混合物的阻碍。就是说，可以把异氰酸盐混合物用做硬化阻碍物质。在这里，在光纤1的外侧的二次覆盖层4b中就含有该异氰酸盐化合物。另外，异氰酸盐化合物不仅仅在光纤1的二次覆盖层4b中，即使在一次覆盖层4a中含有也没什么关系。
通过这样地处理，由填充材料84接连的部分，硬化会受到在二次覆盖层4b中含有的异氰酸盐化合物的阻碍，得以形成液态部分84a。某种程度远离光纤1的部分，则进行通常的硬化，硬化不会受到在二次覆盖层4b含有的异氰酸盐化合物的阻碍，形成弹性固体部分84b。如上所述，如果通过在液态部分84a与弹性固体部分84b中使用同一素材，改变其硬化度，形成液态部分84a与弹性固体部分84b，则可以效率更为良好地进行光纤线圈的制造。
此外，在这里，通过在光纤1的二次覆盖层4b中含有硬化阻碍物质，就可以容易地仅仅降低要想形成的液态部分84a的部分的硬化度，在光纤线圈的制造方面非常合适。此外，这时，作为硬化反应触媒，使填充材料84中含有白金，作为硬化阻碍物质，使用异氰酸盐化合物。这样一来，使硬化反应触媒和消除该触媒作用的硬化阻碍物质的组合，可以有效地利用光纤线圈的填充材料84的硬化过程，可以形成合适的液态部分84a。当用通常的粘接剂或树脂固定线圈束状态的光纤1时，由于硬化时的树脂的杨氏模量将达到500MPa以上，故将给光纤1加上过大的推压力，发生伴随于此的弯曲应力，是不理想的。通过如上所述在光纤1的周围形成液态部分84a，就不会给构成光纤线圈的光纤1加上弯曲应力那样的过大的推压力，可以确实地固定光纤。
此外，光纤1已成为在液态部分84a的内部难于受拘束的状态。为此，即使光纤1与填充材料84(弹性固体部分84b)之间的热膨胀系数不同，光纤1也可以使得越是液态部分84a的内部位置变化得越大，因而可以防止因温度变化而给光纤1加上外力。就是说，该光纤线圈也具有优良的温度特性。为了确认在光纤的周围形成液态部分或半液态部分，同时仅仅用填充材料保持光纤的效果(覆盖层4的杨氏模量不一定在400MPa以下的情况)，进行了在-20到70℃下各保持6个小时5次循环的热循环试验。
这里使用的光纤，其截面与图1A所示的光纤一样，是线芯2直径2.7微米，抑制包层3a直径6.6微米的双重包层型DCF。此外，玻璃部分的外径为120微米，一次覆盖层4a的厚度d为15微米，二次覆盖层4b的厚度e也是15微米，整个光纤的外径f为180微米。纤芯2、抑制包层3a分别相对于外层包层3b的折射率的增减Δ+、Δ-分别为1.9％和-0.4％。该DCF的波长色散、波长色散斜率，在1.55微米下，分别为-120ps·nm-1·km-1，-0.28ps·nm-2·km-1，传送损耗为0.40dB/km。但是，这里使用的光纤1，其覆盖层4的杨氏模量并不一定是在400MPa以下，一次覆盖层4a的用PIM法测量的杨氏模量也不一定在0.8MPa以下。
把在-20℃下的5次的损耗测量值和在70℃下的5次的损耗测量值的共计10次的损耗测量值的最大值和最小值之差作为损耗变动量进行计算。结果在测量波长1.6微米时损耗变动量为0.1dB/km。为了与上述光纤线圈进行比较，使用在光纤1的周围不形成液态部分84a，使填充材料84完全硬化的光纤线圈，并进行了同样的测量。其结果是损耗变动量，在测量波长为1.6微米时为1.2dB/km。由该结果可知，具有形成这样的液态部分或半液态部分的填充材料的光纤线圈具有非常优良的温度特性。
另外，硬化后的弹性固体部分84b的由JIS K2220规定的贮藏稠度，在测量温度-40℃～100℃的全范围内处于5～200的范围内。另外，-40℃～100℃的温度范围是光纤线圈的实际使用温度。通过形成液态部分84a，虽然可以防止对光纤1加上过大的力，但是由于存在着光纤1与弹性固体部分84b接触的可能性，故通过使弹性固体部分84b具有上述的物理性质，就可以进一步防止加往光纤1的外力的负荷。
这时，如果弹性固体部分84b的贮藏稠度不到5，则光纤1因微弯曲产生的长波长一侧的损耗会变得过大，不实用。此外，当贮藏稠度超过200时，由于液态部分84a的形状及其内部的光纤1的线圈状的形态不能用弹性固体部分84b进行保持，故在使用内液态部分84a不能维持或线圈束状态因卷绕而坍塌等，不能使传送特性稳定。
收纳壳体的形态，也可以是面包圈型或底面为曲面而不是平面的形态等。此外，若可以形成液态部分，其制造方法也可以不使用上述实施形态那样的制造方法。例如，也可以是把已作成为线圈状的全部光纤都浸泡到油中使光纤的周围附着油，用通常的填充材料成模封装。或者，也有改变填充材料的基体剂或硬化剂的调合量，易于制作作为液态部分的未硬化状态的方法。
此外，液态部分的形成形态，也如上所述，既可以仅仅使离光纤非常近的部分变成为液态部分，也可以形成可以收纳线圈状的全部光纤的一个大的面包圈状的液态部分。使用具有上述的液态部分或半液态部分的填充材料的光纤线圈，不论什么样的光纤，都可以改善光纤的传送特性。
另外，本发明并不受限于上述的实施形态。例如，光纤1并不受限于具有双重包层型的折射率分布的光纤。也可以作成具有称为多包层型、双重纤芯型、分段纤芯型的折射率分布的光纤。此外，还可以采用中央纤芯与分段纤芯之间的沟的部分的折射率比包层部分小的构造。此外，在以上的说明中，虽然说明的是在波长1.55微米下色散补偿光纤具有负的波长色散的光纤，但是在波长1.55微米波段下单模光纤的波长色散为负的情况下，也可以使色散补偿光纤的波长色散变成为其相反的符号，就是说变成为正的波长色散。
再有，上述的光纤1虽然是色散补偿光纤(DCF)，但是，也可以是其它种类的光纤。例如也可以是单模光纤、波长色散漂移光纤、NZ型波长色散漂移光纤，掺铒光纤，偏振模式保持光纤。即使使用这些光纤，也可以得到具有优良的传送特性的光纤线圈。
单模光纤(也叫做SMF：Single Mode optical-Fiber)，是以在1.3波段进行光信号的传送为主要目的而设计的光纤。若使用该光纤在1.55波段进行光信号的传送，则将产生波长色散现象。该波长色散，可以用上述的CDFM等进行补偿。与此相反，SMF则可以在用其自身的正的波长色散对归因于上述的DCF等变成负的波长色散的光信号进行补偿等的情况下使用。在该情况下，在使用时常常要组件化。
波长色散漂移光纤(也叫做DSF：Dispersion Shifted optical-Fiber)是以在1.55波段进行光信号的传送为主要目的而设计的光纤。虽然具有对1.55微米波段的波长色散值为0的特性，但是在用波分多路传送技术(以下也叫做WDM：Wavelength Division Multiplexing)施行的传送时，在上述波段的长、短波长侧将产生波长色散现象。DSF有时候可以用做喇曼散射激励用光纤。在使用时常常要组件化。
NZ型波长色散漂移光纤(也叫做NZ-DSF：Non Zero DispersionShifted optical-Fiber)，是一种为了降低在上述的情况下产生的非线性效应，使使波长色散变成为0的中心波长多少偏离1.55微米而设计的光纤。在用WDM进行传送时产生波长色散现象，与上述的DSF是一样的。在使用时常常要组件化。
掺铒光纤(也叫做EDF：Erbium Doped optical-Fiber)是一种向纤芯内掺入了铒的光纤。在吸收波长0.98微米、1.48微米的光的状态下，使1.66微米波段的信号光入射进来时，产生感应发射，因而可以放大信号光的功率。通常，可以以组件化的状态，在光放大器(也叫做EDFA：Erbium Doped optical-Fiber Amplifier)。
偏振模式保持光纤(也叫做PMF：Polarization Maintainingoptical-Fiber)，是一种保持直线偏振波的原状不变地进行传送的光纤，可以在光陀螺仪或偏振模式色散补偿器等中使用。通常在组件化后作为PMFM(Polarization Maintaining optical-Fiber Module，偏振模式保持光纤组件)使用。
倘采用本发明的光纤，由于覆盖层的杨氏模量为400MPa以下，故可以用覆盖层缓和加到光纤上的侧压，并缓和侧压向玻璃部分的传达。因此，可以防止由侧压引起的传送损耗的恶化，可以实现优良的传送特性。
在这里把光纤的覆盖层作成为两层，用PIM法测量的其内层的杨氏模量为0.8MPa以下，由于加在外层覆盖上的侧压被内层覆盖吸收而难于向光纤的玻璃部分传达，故线圈化时的传送损耗的增加可以进一步减小。
或者，若把最外层的覆盖层的滑动摩擦系数作成为0.20以下，则光纤彼此间在其接触表面上易于滑动，可以减小彼此施加的外力。因此，可以降低加在光纤内部的玻璃部分上的力，可以实现更为优良的传送特性。

Claims (12)

1.一种光纤，包括具有纤芯和包层的玻璃部分、和在上述玻璃部分的周围形成的至少一层覆盖层，
其特征是：除去上述玻璃部分之后的所述覆盖层在23℃时的杨氏模量在400MPa以下，且上述覆盖层的最外层的滑动摩擦系数为0.20以下。
2.权利要求1所述的光纤，其特征是：上述覆盖层由内层覆盖和外层覆盖这两层构成，用PIM法测量的上述内层覆盖的杨氏模量为0.8MPa以下。
3.权利要求1所述的光纤，其特征是：上述覆盖层的最外层，由添加了硅酮系油或硅酮丙烯酸酯树脂中的一者或两者的紫外线硬化型树脂构成。
4.一种光缆，其特征是：在其内部具有权利要求1所述的光纤。
5.权利要求4所述的光缆，其特征是：上述光纤是色散补偿型光纤。
6.一种光纤线圈，其特征是：通过把权利要求1所述的光纤环状地卷绕多圈作成线圈束状来形成。
7.权利要求6所述的光纤线圈，其特征是：上述光纤是色散补偿型光纤。
8.权利要求6所述的光纤线圈，其特征是：在线圈束状的上述光纤的周围填有填充材料，上述填充材料是其由JIS K2220规定的贮藏稠度在测量温度-40℃～100℃的全范围内为5～200的树脂，把线圈束状的整个上述光纤的周围都包起来以保持线圈束状的状态。
9.一种光纤线圈，包括权利要求1所述的光纤、收纳被卷绕成线圈束状态的光纤的收纳壳体和填充到上述收纳壳体内的填充材料，
其特征是：上述填充材料的与上述光纤接连的部分作成液态或半液态的液态部分。
10.权利要求9所述的光纤线圈，其特征是：上述填充材料的上述液态部分的外侧作成弹性固体部分。
11.权利要求10所述的光纤线圈，其特征是：上述填充材料的液态部分和上述弹性固体部分是同一种材料，各自的硬化度不同。
12.权利要求11所述的光纤线圈，其特征是：上述光纤具有覆盖层，在上述覆盖层内含有阻碍上述填充材料硬化的硬化阻碍物质。
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