DE2428637A1

DE2428637A1 - Optische uebertragungsfaser

Info

Publication number: DE2428637A1
Application number: DE2428637A
Authority: DE
Inventors: Terumichi Ichiba; Munetaka Kawaguchi; Yutaka Yamamoto
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1974-06-14
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1976-07-15
Also published as: DE2428637C2

Description

Optische Ubertragungsfaser.
Die Erfindung bezieht sich auf optische t;bertragungsfasern und insbesondere auf eine verstärkte Verbundfaser oder abgeschirmte Faser oder zusammengesetzte Ubertragungsfaser, die in geeigneter Weise für optische Nachrichtenübertragung verwendet werden kann. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen optischen Ub ertragungsfaser.
Bls optische Nachrichtenübertragungssysteme für Nachrichtenübertragung unter Anwendung kohärenten Lichtes, beispielsweise eines Lasers, sind ein ßtrahlführungssystem mit Fokussierelementen wie optischen Linsen oder Reflektoren, die periodisch im Raum angeordnet werden, ein Raumübertragungssystem und ein System bekannt, welches eine optische Faser verwendet, die aus lichtdurchlässigem Material gebildet ist, beispielsweise aus Glas, Kunststoff usw.
Eine optische ffbertragungsfaser gemäß der Erfindung gehört zu derjenigen Art, die bei dem zuletzt genannten System der erwähnten drei optischen Nachrichtenübertragungssysteme verwendet wird. Im Unterschied zu den Ubertragungssystemen, die als Lichtführung oder Bildführung verwendet werden, erfolgt optische Nachrichtenübertragung allgemein durch Impulsübertragung, und demgemäß wird in einem optischen Nachrichtenübertragungssystem als Material für die Ubertragungsleitung ein Material benötigt, welches keine Verformung oder Verzerrung der Ubertragungswellenform hervorruft.
Die optischen Fasern, die bisher verwendet oder vorgeschlagen worden sind, sind in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt jeweils im Querschnitt und mit der Brechungsindexverteilung eine gewöhnliche optische Faser (a), eine für mehrere Arbeitsweisen dienende optische Verbundfaser bzw. abgeschirmte Faser (b), eine für eine einzige Arbeitsweise dienende optische Verbundfaser oder abgeschirmte Faser (c), eine optische Faser (d) in Form einer O-Führung, eine selbstfokussierende optische Faser (e), und eine aus einem einzigen Material bestehende optische Faser (f).
Eine optische Faser (a) wird hauptsächlich als Lichtführung oder als Bildführung verwendet. Wenn Jedoch eine solche optische Faser für optische Nachrichtenübertragung unter Verwendung kohärenten Laserlichtes verwendet wird, ist die Wellenoberfläche des übertragenen Lichtes instabil oder unbeständig, so daß sich demgemäß die Impulsbandbreite bei der Vbertragung des optischen Impulses allmählich vergrdßert, was es schwierig macht, Informationen richtig zu übertragen. Eine für eine einzige Arbeitsweise dienende Verbundfaser oder abgeschirmte Faser (c) ist aus einem Kern 1 und einer den Kern 1 umgebenden Abschirmung 2 zusammengesetzt, und, wenn n1 den Brechungsindex eines Kernes 1 mit einem Radius a.darstellt, und n2 den Brechungsindex der Abschirmung darstellt, müssen die nachstehenden Bedingungen erfüllt sein: fli > n2 (1,) worin A die Wellenlänge des Lichtes darstellt.
Bei einer solchen abgeschirmten optischen Faser wird die Lichtenergie lediglich über den Kern 1 übertragen, was bedeutet, daß das Licht durch den Kern 1 hindurchgeht und vollständig an der Zwischenfläche zwischen dem Kern 1 und der Abschirmung reflektiert wird. Durch Verringerung des Durchmessers des Kernes 1 kann die Wellenoberfläche des Ubertragungslichtes richtig eingestellt werden.
Det Kern 1 wird üblicherweise aus einem Material hergestellt, welches einen Brechungsindex hat, der um einige Prozente höher als der Brechungsindex der Abschirmung 2 ist.
Weiterhin werden Durchmesser des Kernes 1 und der Abschirmung E einer solchen Faser derart gewählt, wie es nachstehend erläutert wird. Wenn beispielsweise ein YAG-Laser verwendet wird, d.h. ein Laser, der erhalten ist durch Verwendung eines Kristalls, der aus Yttrium, Aluminium und Granat zusammengesetzt ist, wobei der Kristall mit dreiwertigem Neodym, Hohimium od.dgl. dotiert ist, mit einer Wellenlänge von 1,06 µ als Lichtquelle verwendet wird, muß der Durchmesser des Kernes 1 etwa 3 p betragen, um die Bedingungen der einzigen 1IE11-tertragungsarbeitsweise zu erfüllen und die Erstreckung oder das Ausmaß der Fokussierung der Ubertragungsenergie im Kern 1 höher als 40 ß zu halten.
In diesem Fall wird der Durchmesser der Abschirmung 2 derart gewählt, daß er einige wenige hundert Mikron beträgt, ublicherweise etwa 200 bis etwa 300 Mikron.
Eine optische Faser (d) in Form einer 0-Führung ist aus einem Kern 3 und einer äußeren Lage 5, die beide einen niedrigen Brechungsindex haben, und einer Zwischenlage 4 zusammengesetzt, die einen hohen Brechungsindex hat und zwischen dem Kern 3 und der äußeren Lage 5 angeordnet ist.
Eine selbstfokussierende optische Faser (e) hat eine Brechungsindexverteilung, wie sie in Fig. le dargestellt ist, woraus ersichtlich ist, daß eine solche Faser als eine Art Linse wirkt. Daher kann eine solche optische Faser Lichtenergie zur Mitte des Kernes fokussieren und sie ist demgemäß geeignet für Vbertragung auf langen Strecken.
Beispiele zusammengesetzter bzw. abgeschirmter Fasern (b) und (c) gemäß Fig. 1 sind 1. eine optische Faser, in welcher der Kern 1 und die Abschirmung 2 aus Glas gebildet sind, 2. eine optische Faser, in welcher der Kern 1 aus Glas und die Abschirmung 2 aus Kunststoff gebildet sind, 3. eine optische Faser, in welcher der Kern 1 aus Kunststoff und die Abschirmung 2 aus Glas gebildet sind, 4. eine optische Faser, in welcher der Kern 1 und die Abschirmung 2 aus Kunststoff gebildet sind, 5. eine optische Faser, in welcher der Kern 1 aus einer Flüssigkeit und die Abschirmung 2 aus Glas gebildet sind, und 6. eine optische Faser, in welcher der Kern 1 aus einer Flüssigkeit und die Abschirmung 2 aus einem gunststoff gebildet sind. Von diesen optischen Fasern sind die unter 1., 2., 5. und 6. genannten Fasern, bei denen wenigstens der Kern 1 aus Glas oder einer Flüssigkeit gebildet ist, im Fall der Verwendung der optischen Faser für optische Nachrichtenübertragung über lange Strecken bevorzugt, da die gegenwärtig bekannten Kunststoffe hinsichtlich der Durchlässigkeit für Licht gegenüber der Durchlässigkeit für Licht von Glas und einer Flüssigkeit viel schlechter sind. Weiterhin wird angenommen, daß die unter 1. und 5. genannten optischen Fasern vom Standpunkt des optischen Verlustes und der praktischen Verwendung die am meisten bevorzugten Fasern sind und tatsächlich ist die Anwendung optischer Fasern für optische Nachrichtenübertragung hauptsächlich mit Bezug auf die unter 1. und 5.
genannten optischen Fasern untersucht worden.
Auch bei der optischen Faser (d) in Form einer 0-Führung können der Kern 3, die Zwischenlage 4 und die Außenlage 5 aus irgendeinem der Materialien Glas, Eunststoff, Flüssigkeit usw. gebildet werden, wenn das Verhältnis des Brechungsindex gemäß Fig. 1d erfüllt wird, jedoch wird es aus den gleichen Gründen wie bei den zusammengesetzten oder abgeschirmten optischen Fasern bevorzugt, daß der Kern 3 aus Glas hergestellt wird, wenn die Faser für optische Nachrichtenübertragung über lange Strecken verwendet werden soll. Weiterhin wird es in einem solchen Fall am meisten bevorzugt, daß der Kern 3, die Zwischenlage 4 und die Außenlage 5 aus Glas gebildet werden.
Bei einer selbstfokussierenden optischen Faser (e) gemäß Fig. 1 kann die Faser aus Glas oder aus Kunststoff gebildet werden, jedoch wird es aus den gleichen Gründen wie bei der zusammengesetzten oder abgeschirmten optischen Faser ebenfalls bevorzugt, daß die Faser aus Glas gebildet wird, wenn die Faser für optische Nachrichtenübertragung über lange Strecken verwendet werden soll. Weiterhin wird unter den gegenwärtig bekannten Giasen Quarzglas vom Standpunkt des optischen Verlustes aus gesehen bevorzugt.
Jedoch kann eine optische Faser, die nur aus Glas oder aus Glas und einer Flüssigkeit zusammengesetzt ist, für eine optische Vbertragungsleitung aus praktischen Gründen nicht verwendet werden. Diese Gründe werden nachstehend angegeben: A. Zuerst ist festzustellen, daß in einer optischen Faser, die aus Glas oder aus Glas und einer Flüssigkeit gebildet ist, die Dehnung bis zum Bruch sehr gering ist, der Biegeradius bis zum Bruch sehr groß ist und daß die Festigkeit gegen Stoßkräfte und Verdrehung sehr gering ist.
Weiterhin kann die Zugfestigkeit einer solchen Faser im Durchschnitt sehr hoch sein, Jedoch sind große Abweichungen in der. Zugfestigkeit vorhanden, und der minimale Wert der Zugfestigkeit ist sehr niedrig. Daher besteht ein großer Nachteil einer solchen optischen Faser darin, daß sie insgesamt sehr spröde und wenig biegsam ist, und daß sie selbst bei geringfügiger Verformung bricht. Weiterhin ergeben sich bei der Herstellung einer solchen optischen Faser oder im Verlauf ihrer Handhabung nach der Herstellung leicht Fehler wie feine Risse an der Oberfläche der Faser, und, wenn dann eine äußere Kraft oder Verformung an den den Fehler tragenden Teil angelegt wird, wird die Beanspruchung auf den fehlerhaften Teil konzentriert, was zu einer Beschleunigung des Bestrebens des Bruchs der Faser führt. Demgemäß ist eine solche optische Faser gegenüber äußerer Kraft oder Verformung nicht widerstandsfähig, die während der Herstellung eines Kabels unter Verwendung einer einzelnen optischen Faser oder einer Mehrzahl von optischen Fasern oder während der Verlegung des Kabels aus der optischen Faser oder aus den optischen Fasern auftreten, und demgemäß kann eine solche optische Faser aus praktischen Gründen für optische Nachrichtenübertragung nicht verwendet werden, was weiterhin bedeutet, daß ein optisches Nachrichtenübertragungssystem mit ausgezeichneten Eigenschatten mit einer solchen optischen Faser nicht erhalten werden kann. Dies gilt im wesentlichen auch für eine optische Faser, die eine äußere Glaslage aufweist, oder auch für eine optische Faser, die aus Glas und Kunststoff zusammengesetzt ist.
8.< Zweitens mUß eine optische Faser, die für optische Nachrichtenübertragung verwendet wird, sehr transparent sein, was bedeutet, daß die-QuLlen, die Absorption und Streuung des Lichtes hervorrufen, aus dem Material so vollständig wie möglich entfernt werden müssen. Andererseits bewirken Fehler wie feine Risse, die an der Oberfläche der optischen Fasern gebildet sind, ein Streuen von Lecklicht oder Streulicht, wäs zu sehr großen nachteiligen Einflüssen auf die optische Nachrichtenübertragung führt. Die Bildung von Fehlern wie Rissen an der Oberfläche der optischen Faser ist bei einer optischen Faser ernsthaft, bei welcher wenigstens die äuBerste Lage aus Glas gebildet ist, Jedoch kann eine solche Schwierigkeit auch bei einer optischen Faser auftreten, bei welcher wenigstens die äußerste Lage aus Kunststoff gebildet ist.
C. Drittens ist festzustellen, daß, wenn Streulicht oder Lecklicht an der äußersten Fläche einer optischen Faser vollständig reflektiert wird und zum mittleren Kern zurückkehrt, oder wenn Licht von auBen in den mittleren Kern eintritt, in der optischen Nachrichtenübertragung "Geräusch" auftritt, so daß es demgemäß erwünscht ist, die Rückkehr von Lecklicht eoder Streulicht zur Innenseite der optischen Faser soweit wie möglich zu verhindern, indem das Streulicht durch irgendwelche Mittel zur Außenseite gefuhrt wird, wobei es weiterhin erwünscht ist, soweit wie möglich zu verhindern, daß äußeres Licht eintritt.
D. Viertens ist festzustellen, daß es beispielsweise bei den oben erwähnten zusammengesetzten oder abgeschirmten optischen Fasern unmöglich ist, die Lichtenergie vollständig in den Kern 1 zu fokussieren oder zu konzentrieren, und der Rest der Lichtenergie tritt in die Abschirmung 2 ein. Wenn der Kern 1 ein gegenüber Licht ideal durchlässiger Körper ist, ergeben sich keine Schwierigkeiten. Jedoch sind üblicherweise Verunreinigungen im Kern 1 vorhanden, oder die Zwischenfläche zwischen dem Kern 1 und der Abschirmung 2 ist uneben, wodurch, selbst wenn die genannten Fehler nur geringfügig vorhanden sind, ein Streuen von Licht hervorgerufen wird. Ein solches Streulicht bewirkt das "Ausleckenn von Licht. Bei Verwendung einer einzigen optischen Faser kann diese Schwierigkeit verhindert werden, indem das Streulicht in den umgebenden Raum freigegeben wird; wenn Jedoch ein Kabel unter Verwendung einer Mehrzahl von optischen Fasern hergestellt wird, tritt das Streulicht in die benachbarten optischen Fasern ein, so daß es erforderlich ist, das Streulicht einzufangen oder einzuschließen.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verstärkte optische Obertragungsfaser zu schaffen, die als optisches Ubertragungskabel für praktische Zwecke verwendet werden kann, und bei welcher die oben erwähnten Nachteile A., B., C. und D. nicht vorhanden sind.
Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer ausgezeichneten optischen Ubertragungsfaser zu schaffen.
Ein noch anderer Zweck der Erfindung besteht darin, ein optisches Ubertragungskabel zu schaffen, welches eine oder mehrere optische Fasern gemäß vorstehender Beschreibung enthält.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, ein optisches Ubertragungssystem zu schaffen unter Verwendung einer optischen Faser oder optischer Fasern gemäß vorstehender Beschreibung.
Gemäß der Erfindung ist eine optische Ubertragungsfaser geschaffen mit einer optischen Faser, über welche wenigstens eine Lage aus einer Zusammensetzung gebildet ist, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz mit funktionell« Gruppen aufweist, Die genannte optische Faser wird hergestellt gemäß einem Verfahren gemäß der Erfindung, d.h. beispielsweise durch Bilden eines Überzuges aus einer geschmolzenen Zusammensetzung an der Oberfläche des Kernes der optischen Faser, beispielsweise durch Extrusionsverfahren, wobei die Zusammensetzung hauptsächlich ein thermoplastisches Harz mit einer funktionellen Gruppe aufweist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein optisches Vbertragungskabel weiterhin vorgesehen, welches eine oder mehrere Fasern gemäß der Erfindung aufweist, die von einer äußeren Schutzschicht umgeben oder mit einer solchen Schicht überzogen sind.
Als Ergebnisse der Untersuchung hinsichtlich der Vberwindung der oben beschriebenen Nachteile A., B., c.
und D. ist erstaunlicherweise gefunden worden, daß diese Schwierigkeiten überwunden werden können, indem eine optische Ubertragungsfaser oder ein optisches Ubertragungskabel gemäß der Erfindung und gemäß vorstehender Beschreibung verwendet wird, d.h. durch Verwendung von optischen Fasern, bei denen die Oberfläche mit einem thermoplastischen Harz überzogen wird, welches eine funktionelle Gruppe in dem Molekül hat.
Gemäß der Erfindung umfaßt die Zusammensetzung hauptsächlich ein thermoplastisches Harz mit einer funktionellen Gruppe in dem Molekül, und diese Zusammensetzung wird als Material für die Verstärkungslage einer optischen Faser gemäß vorstehender Beschreibung verwendet, weil festgestellt worden ist, als Ergebnis verschiedener Versuche, daß die Verstärkung für eine optische Faser zum Uberwinden der oben genannten Nachteile bekannter optischer Fasern industriell und wirtschaftlich verwirklicht werden kann unter Verwendung eines thermoplastischen Harzes, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat. Ausgedehnte Vergleiche wurden durchgeführt und im Interesse von Kürze und Einfachheit werden die wichtigsten Ergebnisse nachstehend im einzelnen erläutert, d.h. ein Vergleich einer Zusammensetzung, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz mit einer funktionellen Gruppe aufweist, wie sie gemäß der Erfindung verwendet wird, mit einer Zusammensetzung, die hauptsächlich aus einem ähnlichen thermoplastischen Destent Har: welches keine funktionelle Gruppe hat, und mit einer Zusammensetzung, die hauptsächlich ein wärmehärtendes Harz aufweist Bei der Betrachtung der Sache wurde angenommen, daß ein wärmehärtendes Harz zur Verstärkung einer optischen Faser ein sehr zu bevorzugendes Material sein würde zufolge der hohen Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und dem hohen Druckelastizitätsmodul des wärmehärtenden Harzes, Jedoch wurde als Ergebnis verschiedener Untersuchungen unter Verwendung eines wärmehärtenden Harzes festgestellt, daß ein wärmehärtendes Harz keinen ausreichenden Verstärkungseffekt schafft, und daß eine optische Faser, die mit einem solchen Harz verstärkt ist, keine große Verbesserung hinsichtlich der Zugfestigkeit zeigt. Weiterhin wurde festgestellt, daß ein wärmehärtendes Harz Verbesserungen der Bruchdehnung der optischen Faser nur geringfügig hervorruft, und daß weiterhin eine optische Faser, die mit einem solchen wärmehärtenden Harz verstärkt ist, geringe Biegbarkeit und auch geringen Widerstand gegen Verdrehung hat.
Andererseits ist, obwohl angenommen werden konnte, daß ein thermoplastisches Harz für Verstärkung einer optischen Faser ungeeignet sein würde zufolge der niedrigen Zugfestigkeit, der niedrigen Biegefestigkeit und des niedrigen Druckelastizitätsmoduis des thermoplsstischen-Harzes und zufolge der leichten Verformbarkeit durch äußere Erafts gefunden worden als Ergebnis von Untersuchungen, das, wenn eine optische Faser mit einem thermoplastischen Harz,, welches eine funktionelle Gruppe indem Molekül hat, verstärkt oder zusammengesetzt wird, -eine positive Zusammensetzungswirkung erhalten wird, was bedeutet, daß eine auf diese Weise verstärkte optische Faser bemerkenswerte Verbesserungen hinsichtlich der Bruchdehnung, der Zugfestigkeit, der Biegefestigkeit, des Stoß- und Schlagwiderstandes, des Verdrehungswiderstandes und des minimalen Wertes der Zugfestigkeit hat, und es wird eine optische Vbertragungsfaser erhalten, die große Biegbarkeit hat und die ausreichende Verformungslebensdauer besitzt bei der Herstellung eines optischen Ubertragungskabels unter Verwendung einer optischen Ubertragungsfaser oder solcher Fasern oder beim Verlegen eines solchen optischen Ubertragungskabels.
Es ist weiterhin festgestellt worden, daß, wenn ein thermoplastisches Harz, welches keine funktionelle Gruppe im Molekül hat, für die Verstärkung einer optischen Faser verwendet wird, das Anhaften zwischen der Fläche der optischen Faser und der Vberzugslage aus dem thermoplastischen Harz sehr schlecht ist, und daß eine mit einem solchen thermoplastischen Harz verstärkte optische Faser in verschiedenen Eigenschaften viel schlechter ist, beispielsweise hansichtlich der Bruchdehnung, der Zugfestigkeit, der Biegefestigkeit und des Widerstandes gegen, Verdrehung, was bedeutet, daß eine mit diesem Harz verstärkte optische Faser viel schlechter als eine optische Faser ist, die mit einem thermoplastischen Harz, welches eine funktionelle Gruppe im MolekuVfrhsat,ri%tst und für praktische Zwecke nicht verwendet werden kann.
Im Verlauf der oben genannten Untersuchungen ist gefunden worden, daß im Fall der Verstärkung gewöhnlichen Kunststoffs ein wichtiger Gesichtspunkt die Lebensdauer bzw. die Länge der Haltbarkeit des verstärkten Kunststoffs ist, wenn eine äußere Kraft an den Kunststoff angelegt wird, während im Fall der Verstärkung einer optischen Faser ein wichtiger Gesichtspunkt in der Länge der Haltbarkeit bzw. der Lebensdauer der verstärkten optischen Faser liegt, wenn nicht nur eine äußere Kraft, sondern auch eine Verformung an die Faser angelegt wird. Es ist weiterhin festgestellt worden, daß das ausgezeichnete Haften des thermoplastischen Harzes, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, an der Oberfläche der optischen Faser, die verstärkt werden soll, ebenfalls ein wichtiger Gesichtspunkt hinsichtlich der ausgezeichneten mechanischen und optischen Verstärkungswirkungen ist, die durch die Erfindung erhalten werden. Insbesondere wird weiterhin angenommen, daß, wenn ein thermoplastisches Harz, welches eine funktionelle Gruppe in seinem Molekül hat, für eine optische Faser, die eine Glasoberfläche hat, verwendet wird, das auf diese Weise an die Oberfläche der optischen Faser aufgebrachte Harz di§Wirkung hat, zu verhindern, daß die angelegte Beanspruchung an Zeiten konzentriert wird, die Fehler wie feine Risse usw. an der Oberfläche der optischen Faser aufweisen.
Weiterhin können unter Verwendung einer Zusammensetzung, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, eine Harzzusammensetzung mit einem Brechungsindex, welcher gleich oder höher als der Brechungsindex des Oberflächenteils der optischen Faser gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, umfaßt, nicht nur die Schwierigkeiten A. und B., sondern auch die Schwierigkeiten C. beseitigt werden, d.h. die unerwünschten Einflüsse zufolge der Reflektion von Licht an der Zwischenfläche zwischen der optischen Faser und der darüber gebildeten Harzzusammensetzungslage beseitigt werden. Dies bedeutet, daß bei den Ausführungsformen von optischen Ubertragungsfasern gemäß der Erfindung, wie sie'in Fig. 2 dargestellt sind, die optischen Ubertragungsfasern aus einem mittleren Kern 1, einer Abschirmung 2, die über der Fläche des Kernes 1 gebildet ist, und einer weiteren Lage 6 zusammengesetzt sind, von denen die Lage 6 direkt an der Oberfläche der Abschirmung 2 gebildet ist und hauptsächlich ein thermoplastisches Harz aufweist, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat. Weiterhin kann die optische Vbertragungsfaser eine Lage 7 oder zwei oder mehrere solche Lagen aufweisen, deren Jede eine Zusammensetzung hat, welche die gleiche ist wie die der Lage 6 oder von deren Zusammensetzung verschieden ist. Die Lage 7 ist an der Oberfläche der Lage 6 gebildet.
Wenn bei der vorgenannten Konfiguration die Zusammensetzung der Lage 6 hauptsächlich ein thermoplastisches Harz aufweist, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, und wenn die Zusammensetzung der Abschirmung 2 so ausgewählt ist, daß der Brechungsindex n6 der Lage 6 und der Brechungsindex n2 der Abschirmung 2 der nachfolgenden Gleichung genügt n6 > n2 (4) die Reflektion von Streulicht von der Abschirmung 2 an der Zwischenfläche zwischen der Abschirmung 2 und der Lage 6 aus der thermoplastischen Harzzusammensetzung gemäß vorstehender Beschreibung Null ist oder falls überhaupt eine Reflektion vorhanden ist, nur eine geringe Oberflächenreflektion vorhanden ist und der Eintritt von Licht, welches in Winkeln einfällt, die größer als der Gesamtreflektionswinkel an der Zwischenfläche zwischen der Abschirmung 2 undder Lage 6 ist, bei von außen kommendem Licht durch totale Reflektion an der Zwischenfläche verhindert werden kann. Wenn zusätzlich die Brechungsindizes beider Zusammensetzungen der optischen Faser die Beziehung n6 <n2 erfüllen, wird von der Abschirmung 2 ausleckendes Licht an der Zwischenfläche zwischen der Abschirmung 2 und der Lage 6 vollständig reflektiert, und das reflektierte Licht tritt dann wiederum in den Kern 1 ein, was zu einer Erhöhung der Impulsbreite führt. Weiterhin tritt alles von der Außenseite kommende Licht von der Lage 6 in die Abschirmung 2 ein. Die obige Erläuterung gilt für zusammengesetzte bzw. abgeschirmte optische Fasern, sie gilt jedoch auch für andere Arten von optischen Fasern. Weiterhin werden durch Verwendung der Zusammensetzung, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz aufweist, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, und die die Funktion des Absorbierens von Licht aller Wellenlängen oder die Funktion des wahlweisen Absorbierens von Licht der Wellenlängen, die für optische Ubertragung verwendet werden, gemäß einem anderen besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht nur die Nachteile A. und B., sondern auch der Nachteil D. vermieden oder überwunden, d.h. der Nachteil des Eintretens von Streulicht von einer optischen Faser zu anderen benachbarten optischen Fasern in einem optischen Ubertragungskabel, welches aus einer Mehrzahl von optischen Fasern zusammengesetzt ist, oder der Nachteil des Eintretens von Licht von der Außenseite zu der optischen Faser.
Die Technik gemäß vorstehender Beschreibung kann realisiert werden durch Zugeben von Kohlenruß oder von irgendeinem anderen geeigneten Pigment oder Farbstoff in die Harzzusammensetzung.
Weiterhin können durch Verwendung einer Zusammensetzung für die Lage 6, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz umfaßt, welches eine funktionelle Gruppe hat, wobei die Zusammensetzung Lichtab s orptions charakt eristiken gemäß vorstehender Beschreibung hat und dem BrechungsindexverhäLtnis n6 > n2 entspricEt, alle Nachteile A., B., C. und D.
beseitigt werden, so daß es am meisten bevorzugt wird, eine thermoplastische Harzzusammensetsung zu verwenden, die beiden oben genannten Bedingungen genügt.
Eine optische Vbertragungsfaser gemäß der Erfindung, die eine optische Faser und eine Lage aus einer 2;1sammensetzung aufweist, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz enthält, welches eine funktionelle Gruppe hat, kann hergestellt werden unter Anwendung irgendeiner der nachstehend angegebenen Arbeitsweisen 1 bis 4: 1. Wie im Fall der Herstellung überzogener Drähte kann eine Lösung oder eine Dispersion der Earzzusammensetzung als Ueberzug auf die Oberfläche einer optischen Faser aufgebracht werden, wonach ein Backvorgang oder Härtevorgang erfolgt.
2. Eine optische Faser kann vorerhitzt werden und ein Harzzusammensetzungspulver wird auf die Oberfläche der vorerhitzten optischen Faser aufgebracht, so daß die Harzzusammensetzung an der Oberfläche der Faser schmilzt, oder eine optische Faser, an deren Oberfläche ein Harzzusammensetzungspulver anhaften gelassen wird, wird weiterhin auf eine Temperatur erhitzt, die höher als der Schmelzpunkt der Harzzusammensetzung ist, damit die Harzzusammensetzung geschmolzen wird.
3. Wie im Fall der Durchführung einer Dampfphasenreaktion von Polyparaxylylen, Polytetrafluoräthylen usw.
kann eine optische Faser in einer Atmosphäre eines gasförmigen Monomeren, welches eine funktionelle Gruppe hat, unter Reaktionsbedingungen angeordnet werden, so daß ein Film des thermoplastischen Polymeren direkt an der Oberfläche der optischen Faser gebildet wird.
4. Eine Zusammensetzung aus einem thermoplastischen Harz, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, kann geschmolzen werden, und die geschmolzene Harzzusammensetzung wird mittels Extrusion als Überzug auf die Oberfläche einer optischen Faser aufgebracht unter Verwendung eines Schneckenextruders, eines Faserüberziehens innerhalb des Bormkopfes, eines Faserüberziehens auf der Außenseite des Formkopfes (einschließlich Saugvorgang), eines Zahnpumpenextruders oder dergleichen.
Bei der unter 1. angegebenen Arbeitsweise muß die Harzzusammensetzung in einem Medium oder Lösungsmittel aufgelöst oder dispergiert werden, und demgemäß ist die Art der Harzzusammensetzung auf eine Zusammensetzung begrenzt, die in einem Lösungsmittel aufgelöst oder dispergiert werden kann. Weiterhin ist die Dicke des Überzugs, die bei einem Überzugsvorgang bei der Arbeitsweise 1. erhalten werden kann, üblicherweise auf einige wenige Mikron begrenzt, um Schwierigkeiten wie Blasenbildung od.dgl. zu verhindern.
Wenn daher ein Überzug einer Dicke von beispielsweise 500 Mikron erforderlich ist, müssen die Überzugsvorgänge und Backvorgänge mehrere zig Male wiederholt werden, so daß das Überziehen insgesamt kompliziert wird und auch eine große Installation erfordert. Weiterhin hat, da die Arbeitsweise 1. Wiederholungen des Uberzugs- und des Backvorgangs mehrere zig Male erfordert, die optische Faser das Bestreben, große Zug-, Dreh-, und Biegebeanspruchungen sowie Schlagkräfte zu erfahren, was ggf.
zu einem Bruch der optischen Faser oder zum Hervorrufen feiner Risse an der Oberfläche der optischen Faser führen kann. Jedoch kann selbst mit der Arbeitsweise 1. die gewünschte optische Ubertragungsfaser gemäß der Erfindung hergestellt werden durch Verbesserung der Genauigkeit der bei der Herstellung verwendeten Ausrüstung.
Eine optische Faser, wie sie gewöhnlich verwendet wird, hat einen Durchmesser unterhalb mehreren hundert Mikron.
Das heißt, da die optische Faser allgemein sehr fein oder dünn ist, bei der Arbeitsweise 2. ist die Wärmeenergie der Erhitzungstemperatur, die üblicherweise für Pulverüberziehen angewendet wird, nicht ausreichend, um ein Anhaften des Harzpulvers an der Oberfläche der optischen Faser und ein Schmelzen des Pulvers an der Faser hervorzurufen, so daß zur wirksamen Durchführung des Überziehens unter Anwendung der Arbeitsweise 2. die Wärmeenergie erhöht wird durch Erhitzung der optischen Faser auf eine sehr hohe Temperatur, wodurch oftmals diese Arbeitsweise vom praktischen Standpunkt aus schwierig wird.
Die Arbeitsweise 3. führt zu weniger Schwierigkeiten wie die Arbeitsweisen 1. und 2., Jedoch ist die Art von Monomeren, bei denen eine solche Arbeitsweise anwendbar ist, auf sehr wenige Arten begrenzt, und weiterhin ist eine vergleichsweise lange Zeitperiode erforderlich, um einen Film aus dem Polymeren mit der gewünschten Dicke zu bilden.
Dies bedeutet, daß auch die Wirksamkeit der Arbeitsweise 3.
niedrig oder gering ist, obwohl die Arbeitsweise für besondere Arten von Monomeren angewendet werden kann.
Bei der Arbeitsweise 4. kann die Harzzusammensetzung auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Harzzusammensetzung erhitzt werden und ein Überzug einer gewünschten Dicke kann in nur einem Oberzugsvorgang gebildet werden. Weiterhin kann ein mehrlagiger Uberzug erhalten werden unter Anwendung einer Anzahl von Uberzugsvorgängen gleich der Anzahl der gewünschten Lagen. Demgemäß kann bei der Arbeitsweise 4. eine Beschädigung oder das Auftreten von Fehlern in der optischen Faser beim Überziehen minimiert werden. Weiterhin bestehen bei der Arbeitsweise 4. weniger Begrenzungen hinsichtlich der Harzzusammensetzung wie beispielsweise hinsichtlich der Lösbarkeit oder Dispergierbarkeit der Harz zusammensetzung im Lösungsmittel, wie es bei der Arbeitsweise 1. vorhanden ist, und hinsichtlich der Möglichkeit der Bildung von Pulver gemäß Arbeitsweise 2. Dies bedeutet, daß Harzzusammenset zungen verwendet werden können, die durch Erhitzung geschmolzen werden können und die bei der Temperatur bei welcher das Überziehen ausgeführt wird, fließfähig sind.
Aus den oben beschriebenen Gründen ist die Arbeitsweise 4. die am meisten geeignete Arbeitsweise zur Herstellung einer optischen Itbertragungsfaser, die eine optische Faser aufweist, an welcher eine Lage aus einer Zusammensetzung gebildet ist, die hauptsächlich thermoplastisches Harz aufweist, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat. Die Arbeitsweise 1. ist dieJenigeArbeits weise, die danach die geeigneteste ist.
Die Zusammensetzung, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz aufweist, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, und die gemäß der Erfindung verwendet wird, kann weiterhin, falls es gewünscht wird, Additive enthalten, beispielsweise ein thermoplastisches Harz ohne funktionelle Gruppe, ein harzartiges Additiv, einen anorganischen Rullstoff, einen organischen Füllstoff, ein Pigment, einen Farbstoff usw..
Beispiele für geeignete thermoplastische Harze, die eine funktionelle Gruppe im Molekül haben, umfassen Polyamide, Polyester, Polycarbonate, Polgurethane, Polyharnstoffe, Polyimide, Polyhydantoine, Polysulfone, Polyäther, Polyesterimide, Polyvinylacetale, Polyacrylsäureester, ionomere Harze, Äthylenvinylacetatmischpolymerisate, Urethankautschuke, chlorsulfonierte Polyäthylene, Xthylenacrylsäuremischpolymerisate, Acrylkautscbuke usw..
Beispiele geeigneter Polyamide sind 6,6-Nylon, 6-Nylon, 11-Nylon, 12-Nylon, 6,10-Nylon, Nylonmiscbpolymerisate usw.
Beispiele für geeignete Polyester sind Polyäthylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyhexamethylenterephthalat, Polyäthylenterephthalat Isophthalatmischpolymerisate, Poly-1 ,4-cyclobexandicarbonylterephtbalat, Polycyclohexylendimethylen-terephthalat-isophthalatmischpolymerisate, Polyäthylennapbthalate usw.
Beispiele geeigneter Polyäther sind PPO Harz (Handelsname eines Polyphenylenoxids, hergestellt von General Electric Co.), ein Noryl Harz (Handelsname eines modifizierten Polyphenylenoxids, hergestellt von General Electric Cd.), ein Phenoxyharz, hergestellt von Union Carbide Corp., usw.. Beispiele von geeigneten Polysulfonen sind Polysulfon P 1700, P 1710, P 1720, P 3500 und P 3510 (Handelsnamen der Union Carbide Corp.), Ucardel P 4174 (Handelsname eines modifizierten Polysulfons, hergestellt von Union Carbide Corp.), Polymer 360 (Handelsname der 3 M Company), Polyäthersulfone 200P und 300P (Handelsnamen der JIC Co. in Großbritannien) usw. Beispiele von geeigneten ionomeren Harzen sind Sarlyn, hergestellt von du Pont de Nemours & Co. usw. Andere Beispiele von thermoplastischen Harzen sind Dumilan (Handelsname eines modifizierten Polymeren eines Äthylenvinylacetatmischpolymerisats derMitsui Polychemical Co.) und Dexon (Handelsname eines polyolefinen Mischpolymerisats von Exon Co.).
Von diesen Polymerisaten oder Mischpolymerisaten sind die am meisten bevorzugten Materialien Polyamide und Polyester, und danach Polyäther, Polysulfone, ionomere Harze und Xthylenvinylacetatmischpolymerisate.
Beispiele der Erfindung unter Verwendung von Polyamiden sind in den Beispielen 1, 6, 7, 8, 9 und 11 gegeben, und, wie aus den Beispielen ersichtlich ist, werden, wenn ein Polyamid verwendet wird, optische Übertragungsfasern erhalten mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften wie Dehnung, Bruchfestigkeit, Zähigkeit und Biegsamkeit, sowie optische Fasern, die leicht färbbar sind unter Verwendung eines Farbstoffs oder eines Pigments oder eines Füllstoffs. Da weiterhin der Reibungskoeffizient eines Polyamids sehr niedrig ist, zeigen bei der Herstellung einer optischen Übertragungsfaser unter Verwendung einer Kombination einer Mehrzahl von optischen Fasern, deren jede mit dem Polyamid überzogen ist, die optischen Fasern, die mit dem Polyamid überzogen sind, gute Gleiteigenschaften in bezug aufeinander bei dem Zusammenfügen des Kabels, so daß bei der Herstellung eines solchen optischen Kabels sich kaum Schwierigkeiten hinsichtlich eines Bruchs der optischen Fasern ergeben. In anderen Worten ausgedrückt, kann in einem solchen Fall eine optische Vbertragungsfaser mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten werden, und das Produkt ist ausgezeichnet im Vergleich mit einem Produkt, bei welchem andere thermoplastische Harze mit einer funktionellen Gruppe im Molekül, die keine Polyamide sind, verwendet werden.
Beispiele hinsichtlich der Verwendung von Polyestern sind in den Beispielen 2 und 5 gegeben. Wenn ein Polyester als das thermoplastische Harz mit einer funktionellen Gruppe im Molekül verwendet wird, wird, wie aus den Beispielen ersichtlich, eine optische Übertragungsfaser erhalten, die hinsichtlich der Biegbarkeit besser ist und die hinsichtlich des Reibungskoeffizienten nicht viel schlechter ist als im Fall der Verwendung eines Polyamids. Zusätzlich besitzt eine solche Faser die ausgezeichneten Eigenschaften, wie sie auch die optische Übertragungsfaser hat, die durch Verwendung eines Polyamids erhalten ist.
Beispiele von ionomeren Harzen und Athylenvinylacetatmischpolymerisaten sind in den Beispielen 3 und 4 gegeben.
In diesen Fällen kann die optische Ubertragungsfaser hinsichtlich des Bruchwiderstandes und der Dehnung geringfügig schlechter sein als eine Faser, bei der ein Polyamid oder ein Polyester als das thermoplastische Harz verwendet wird, Jedoch sind auch bei splchen Fasern sehr gute Biegbarkeit und minimaler Biegeradius vorhanden.
Es wird angenommen, daß die Verbesserung der Eigenschaften von optischen Fasern, die gebildet werden unter Verwendung von Polyamiden, Polyestern, ionomeren Harzen, Äthylenvinylacetatmischpolymerisaten usw. als das thermoplastische Harz, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, und welches die Hauptkomponente der Harzzusammensetzung ist, teilweise auf der Verbesserung der Haftung zwischen dem Harz und der Oberfläche des Glases zufolge des Vorhandenseins der in dem Harz enthaltenen funktionellen Gruppe abhängt, und die Verwendung der vorgenannten Harze führt zu großen Unterschieden in den Eigenschaften im Vergleich zu Fällen, in denen ein Harz verwendet wird, welches keine solche funktionelle Gruppe hat, beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Tetrafluoräthylenhexafluorpropylenmischpolymerisate, Polychlortrifluoräthylen usw..
Weiterhin ist der Brechungsindex jedes der Polyamide, Polyester, ionomeren Harze, Äthylenvinylacetatharze usw., die gemäß der Erfindung als thermoplastisches Harz verwendet werden, höher als der Brechungsindex (etwa 1,46) von Quarzglas, so daß der oben erwähnte Nachteil C durch Verwendung eines solchen thermoplastischen Harzes überwunden werden kann.
Wie oben beschrieben, kann der Nachteil D. überwunden werden durch Zugabe beispielsweise von Kohlenruß zu der Harzzusammensetzung als eine Komponente oder durch Zugabe eines Additivs, welches das Licht in der für optische Nachrichtenübertragung zu verwendenden Wellenlänge wahlweise absorbieren kann, beispielsweise eines Pigmentes, eines Farbstoffs, eines organischen oder eines anorganischen Füllstoffs, eines Harzes usw. zu der Harzzusammensetzung.
Die Wellenlänge des für optische Nachrichtenübertragung verwendeten Lichtes beträgt gegenwärtig etwa 1,06 Mikron im Fall der Verwendung eines YAG-Lasers als Lichtquelle, und etwa 0,85 Mikron im Fall der Verwendung eines GaAs-Halbleiterlasers als Lichtquelle oder Lichtsender. Andererseits hat im Fall der Verwendung eines Polyamids als die Hauptkomponente der Harzzusammensetzung, die für die Überzugslage der optischen Faser verwendet wird, das Polyamid zusätzlich zu den Absorptionen der zweiten Oberschwingung und der dritten Oberschwingung der Kohlenstoff-Wasserstoffgruppe nahe 1,1 Mikron und 0,85 Mikron, Absorption der zweiten Oberschwingung der Stickstoff-Wasserstoffgruppe nahe 0,95 Mikron und der fünften Oberschwingung der Carbonylgruppe nahe 1,0 Mikron. Da sie Oberschwingungen sind, sind die Absorptionen nicht immer groß, Jedoch tritt weniger Streulicht oder Becklicht auf. Daher trägt die aus dem Polyamid zusammengesetzte Überzugslage zu der Absorption von Licht bei, welches die für die Lichtübertragung verwendete Wellenlänge hat. Es ist somit als Ergebnis des Vorstehenden zu verstehen, daß Polyamide bei der Erfindung ausgezeichnet sind. Es ist weiterhin zu verstehen, daß Polyester, Äthylenvinylacetatmischpolymerisate, ionomere Harze usw. eine Carbonylgruppe enthalten, und daß-demgemäß diese Harze ebenfalls als lichtabsorbierende Lage wie im Fall der Verwendung von Polyamid wirken, jedenfalls in gewissem Ausmaß.
Es ist weiterhin gefunden worden, daß, wenn eine optische Faser mittels Extrusion mit einer geschmolzenen Harzzusammensetzung überzogen wird, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz enthält, welches eine funktionelle Gruppe.im Molekül hat, Kristallisation des Harzes verhindert werden kann und der glasige Zustand des Harzes aufrechterhalten werden kann, wodurch die Dehnung und die Biegbarkeit der auf diese Weise erhaltenen optischen Ubertragungsfaser in groBem Ausmaß verbessert werden kann. Dies kann durchgeführt werden durch ;Abschrecken der optischen Faser direkt nach dem-Uberziehen auf Temperaturen unterhalb Raumtemperatur unter Verwendung von Wasser, einer geeigneten Flüssigkeit oder eines Gases niedriger Temperatur.
Diese Arbeitsweise ist besonders wirksam,. wenn ein hochkristallines Harz verwendet wird, dessen Glasübergangstemperatur höher als die Raumtemperatur ist. Der vorerwähnte Fall ist in Beispiel 11 erläutert, gemäß welchem eine optische Faser mit einem 12-Nylon durch Extrusion wie in Beispiel 1 überzogen und langsam in Luft abgekühlt wurde.
Dieses Beispiel demonstriert, daß eine auf diese Weise überzogene optische Faser das Aussehen einer weißen Trübe hat, hohe Elastizität hat, jedoch im Verlauf der Herstellung geringfügig geringelt oder gekräuselt wird.
Beim Vergleich der Zugfestigkeitsdaten in Tabelle 1 zwischen Beispiel 1 und 11 ist ersichtlich, daß die optische Übertragungsfaser gemäß Beispiel 1 bessere Eigenschaften hat, insbesondere besser ist hinsichtlich der Dehnung und der Biegbarkeit der überzogenen Faser.
Wie oben beschrieben, ist es im Fall eines optischen Ubertragungskabels, welches aus einem Material hoher Elastizität Jedoch außerordentlich geringer Biegbarkeit, beispielsweise Glasfasern, hergestellt ist, wichtiger, daß das Kabel Verformungen und der Wirkung äußerer Kraft widerstehen kann. Von diesem Gesichtspunkt aus gesehen ist es bei der Herstellung einer solchen optischen Übertragungsfaser besonders wirksam, die als Überzug aufgebrachte geschmolzene Harzzusammensetzung direkt nach dem Überziehen abzuschrecken. Wie im Fall der Verwendung eines 12-Nylon als das thermoplastische Harz kann die optische Ubertragungsfaser hinsichtlich ihrer Biegbarkeit und ihrer Zugfestigkeit stark verbessert werden, indem Kristallisation des Harzes durch Abschrecken verhindert wird, weil durch Abschrecken das Harz im glasigen Zustand gehalten wird.
Demgemäß wird die Biegsamkeit des Harzes selbst größer und auch das Haftvermögen zwischen Harz und Glas an deren Zwischenfläche wird besser, was zur Verbesserung der Eigenschaften der optischen Übertragungsfaser insgesamt führt.
Es ist weiter gefunden worden, daß, wenn eine optische Faser, insbesondere eine optische Faser aus Glas, durch Sohmelzextrusion mit einer Zusammensetzung überzogen wird, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz enthält, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, die Haftung zwischen der optischen Faser und der Harzzusammen-Setzung verbessert werden kann durch Vorerhitzen der optischen Faser auf eine Temperatur, die gleich oder höher als die Temperatur der geschmolzenen Harzzusammensetzung ist. Es wird angenommen, daß der Grund hierfür folgender ist. Erstens ergibt sich, wenn die optische Faser kalt ist, wenn sie mit der geschmolzenen Harzzusammensetzung in Berührung gebracht wird, eine Wärmeschrumpfung des geschmolzenen Harzes, und diese Schrumpfung führt zu geringerer Haftung der beiden Komponenten an ihrer Zwischenfläche, und zweitens wird irgendwelches Fremdmaterial, welches an der Oberfläche der optischen Faser anhaften kann, von der Hitze flüchtig gemacht, so daß eine saubere Oberfläche geschaffen ist.
Wenn weiterhin die äußerste Lage oder Oberfläche einer optischen Faser aus Glas gebildet ist, kann die Haftung zwischen der optischen Faser und einer Zusammensetzung, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz enthält, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, verbessert werden durch Behandlung der Oberfläche der optischen Faser vor der Herstellung der optischen Übertragungsfaser gemäß der Erfindung mit Wasserstofffluorsäure oder einem Silankopplungsmittel wie rglycidoxypropyl trimethoxysilan, y -aminopropyltriäthoxysilan usw., oder weiterhin mit Methacrylatchromchlorid (beispielsweise Boran, Handelsname) oder einem Tetraalkyltitanat. Die optischen Transmissionsfasern, die nach Anwendung einer solchen Oberflächenbehandlung hergestellt werden, liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
Beispiele von anorganischen oder organischen Füllstoffen, die verwendet werden können, sind Pulver von mio2, MnO, ZnO, Al20D, SiO2, Al (OH)3, Kohlenstoff usw..
Weiterhin müssen bei der Herstellung eines optischen Übertragungskabels unter Verwendung einer Mehrzahl von optischen Ubertragungsfasern die optischen Übertragungsfasern oftmals gefärbt werden, um die einzelnen Fasern voneinander unterscheiden zu können. Dies kann erreicht werden beispielsweise durch Zugabe eines Pigmentes, eines Farbstoffs, eines gefärbten Füllstoffs usw. zu der Lage aus der Zusammensetzung des thermoplastischen Harzes, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, wenn eine Faser mit nur einer einzigen Lage vorhanden ist, oder durch Zugabe solcher Mittel zu wenigstens einer der Lagen, welche die Lage oder die Lagen aus der Zusammensetzung des thermoplastischen Harzes umfassen, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat, z.B. im Fall mehrlagiger optischer Übertragungsfasern.
Als andere Arbeitsweise zum Färben einer optischen Ubertragungsfaser kann die Oberfläche der Faser mittels eines Farbstoffs gefärbt werden, mit einer Überzugszusammensetzung, die ein Färbmittel enthält, überzogen werden oder mit einer gefärbten Harzzusammensetzung überzogen werden, beispielsweise mit einer Zusammensetzung aus einem thermoplastischen Harz, welches keine funktionelle Gruppe hat, oder mit einem wärmehärtenden Harz.
Weiterhin kann ein optisches Übertragungskabel, welches aus einer oder mehreren optischen Ubertragungsfasern gemäß der Erfindung zusammengesetzt ist, falls es gewünscht wird, einen Zubringer (feeder), einen Prüfdraht, eine Verstärkungsleitung, eine Notverbindungsleitung usw. enthalten.
In den nachstehenden Beispielen sind die Bruchlast und die Dehnung gemessen unter Verwendung einer Instron-Zugfestigkeitsprüfmaschine an einem Abstand von 40 mm zwischen den Spannfuttern und einer Zuggeschwindigkeit von 5 mm Je Minute. Der minimale Biegeradius ist der Wert, der bei Messung im spannungsfreien Zustand erhalten wurde.
Die Bruchlast, die Dehnung und der minimale Biegeradius sind die Werte, bei denen eine optische Faser und die an ihr gebildete Lage aus einer Zusammensetzung aus einem thermoplastischen Harz, welches eine funktionelle brechen Gruppe im Molekül hat, gleichzeitig/oder nur einer der Teile von ihnen zuerst gebrochen ist. Allgemein Jedoch brach nur die optische Faser oder die optische Faser und die Überzugslage aus der Harzzusammensetzung brachen gleichzeitig.
Beispiel 1 Eine vorerhitzte zusammengesetzte oder abgeschirmte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 p wurde mittels Extrusion unter verringertem Druck außerhalb des Ausstoßkopfes mit 12-Nylon (hergestellt von Hüls AG, Deutschland) überzogen und dann unmittelbar mit Wasser abgekühlt, um eine optische Übertragungsfaser gemäß der Erfindung zu schaffen. Die Uberzugsschicht war farblos und transparent. Die erhaltene Faser war sehr biegsam und konnte leicht gehandhabt werden.
Die Werte von Zugfestigkeit und minimalem Biegeradius der erhaltenen Faser wurden gemessen und die Werte sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 2 Eine vorerhitzte zusammengesetzte oder abgeschirmte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 11 wurde mittels Extrusion mit einem Polybutylenterephthalat harz (ein Polyesterharz, hergestellt von Toray Co.) überzogen und dann unmittelbar mit Wasser gekühlt, um eine Faser gemäß der Erfindung zu schaffen. Die Lage aus Polybutylenterephthalatharz war transparent.
Die Werte für Zugfestigkeit und minimalen Biegeradius der Faser wurden gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 3 Eine vorerhitzte zusammengesetzte oder abgeschirmte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 p wurde mittels Extrusion (Faserüberziehen außerhalb des Extrusionskopfes oder Formkopfes unter verringertem Druck) mit Sarlyn Kr. 1652 (Handelsname eines ionomeren Harzes von du Pont de Nemours & Co.) überzogen und dann unmittelbar mit Wasser gekühlt, um eine optische Ubertragungsfaser gemäß der Erfindung zu schaffen. Die Sarlynlage war farblos und transparent. Die Faser war sehr biegsam, und konnte bequem und leicht gehandhabt werden.
Die Werte für Zugfestigkeit und minimalen Biegeradius der Faser wurden gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 4 Eine vorerhitzte zusammengesetzte oder abgeschirmte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 ji wurde mittels Extrusion (Faserüberziehen außerhalb des Formkopfes unter verringertem Druck) mit Evatate (Handelsname eines Äthylenvinylacetatmischpolymerisats, hergestellt von Sumitomo Chemical Industries Co.) überzogen und dann unmittelbar mit Wasser abgekühlt, um eine optische Übertragungsfaser gemäß der Erfindung zu schaffen. Die erhaltene Faser war sehr biegsam und konnte leicht gehandhabt werden.
Die Werte für Zugfestigkeit und minimalen Biegeradius der Faser wurden gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 5 Eine zusammengesetzte oder abgeschirmte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 p wurde über eine Form mit geschmolzenem zenit 7 DR OF (Handelsname eines Polycyclohexylendimethylenterephthalatisophthalatmischpolymerisats von Eastman Chemical Products Inc.) überzogen und dann unmittelbar mit Wasser abgekühlt, um eine optische Ubertragungsfaser gemäß der Erfindung zu schaffen.
Die erhaltenen Werte für Zugfestigkeit der Faser sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 6 Eine vorerhitzte zusammengesetzte oder abgeschirmte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 p wurde mittels Extrusion (Faserüberziehen außerhalb des Formkopfes unter verringertem Druck) mit Amilan CM 2001 (Handelsname von 610-Nylon von Toray Co.) überzogen und dann unmittelbar mit Wasser abgekühlt, um eine optische Übertragungsfaser gemäß der Erfindung zu schaffen. Die gebildete Lage aus 610-Nylon war farblos und transparent.
Die Faser war sehr biegsam und konnte leicht gehandhabt werden.
Die Werte für Zugfestigkeit der Faser wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 7 Eine vorerhitzte zusammengesetzte oder abgeschirmte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 p wurde durch Extrusion (Faserüberziehen auBerhalb des Formkopfes unter verringertem Druck) mit 11-Nylon (hergestellt von Aquitaine Organico S.A., Frankreich) überzogen und dann unmittelbar mit Wasser abgekühlt, um eine optische Ubertragungsfaser gemäß der Erfindung zu schaffen. Die Überzugslage war farblos und transparent. Die erhaltene Faser war sehr biegsam und konnte leicht gehandhabt werden.
Die Werte für Zugfestigkeit und minimalen Biegeradius der Faser wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 8 Eine zusammengesetzte oder abgeschirmte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 p wurde mit einer Methacresollösung aus 25 ffi 12-Nylon (hergestellt von Hüls AG, Deutschland) überzogen, wonach ein Backvorgang folgte, um eine optische Übertragungsfaser gemäß der Erfindung zu schaffen. Die Backbehandlung wurde in einem Ofen einer Länge von 1,2 m, einer Durchfahrgeschwindigkeit von 0,55 m/min und einer Ofentemperatur von 2500 C ausgeführt. Durch zehnmaliges Wiederholen der Uberzieh- und Backbehandlungen wurde eine Faser eines Durchmessers von 456 p erhalten.
Die Werte für Zugfestigkeit und minimalen Biegeradius der Faser wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Beispiel 9 Eine zusammengesetzte oder abgeschirmte rohrförmige optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 220 p (eine mit Flüssigkeit gefüllte zusammengesetzte optische Faser) wurde über eine Form mit geschmolzenem 12-Nylon (hergestellt von Hüls AG) überzogen und dann unmittelbar mit Wasser abgekühlt, um eine optische UbertragungsSaser gemäß der Erfindung zu erhalten. Die Vberzugslage war farblos und transparent. Die Faser war sehr biegsam und konnte leicht gehandhabt werden.
Die Werte für Zugfestigkeit der Faser sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 10 Leicht unterscheidbare optische Ubertragungsfasern wurden gemäß Beispiel 1 hergestellt unter Verwendung von gefärbtem 12-Nylon und 610-Nylon (Amilan, hergestellt von Toray Co.). Die hergestellten Fasern und die gemäß Beispiel 1 hergestellten Fasern (Gesamtanzahl sieben Fasern) wurden verdreht und die Außenseite des Gebildes wurde mit einem Lumirror-Band (Handelsname von Toray Co.) überz-ogen, um eine Einheit der optischen Fasern zu schaffen.
Dann wurden'sechs solche Einheiten mit einem Betriebsdraht an der Mitte miteinander verdreht. Die Außenseiten des Gebildes der Einheiten wurden in Längsrichtung mit einem mit Vorsprüngen versehenen Band überzogen, danach mit einem Lümirror-Band überzogen, dann mit einem Aluminiumband umwickelt und schließlich durch Extrusion mit einer schwarzen Polyvinylchloridverbindung überzogen, um ein optisches Ubertragungskabel zu schaffen.
Beispiel 11 Eine vorerhitzte zusammengesetzte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 , die aus der gleichen Partie, die für die Herstellung der optischen Faser gemäß Beispiel 1 verwendet wurde, hergestellt wurde, wurde mittels Extrusion (Faserüberziehen außerhalb des Formkopfes unter verringertem Druck) mit 12-Nylon überzogen und in Luft abkühlen gelassen, um eine optische Faser gemäß der Erfindung zu schaffen. Die Überzugslage hatte geringfügig weißes trübes Aussehen. Die erhaltene Faser hatte höhere Elastizität, Jedoch-niedrigere Biegbarkeit als eine optische Faser gemäß Beispiel 1. Die Werte für Zugfestigkeit der Faser sind ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt.
VergleichsbeisPiel 1 Die Werte für Zugfestigkeit und minimalen Biegeradius der gemäß den Beispielen 1 bis 9 hergestellten optischen Fasern und von Fasern gemäß Vergleichsbeispielen 2, 3 und 5 wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Vergleichsbeisniel 2 Eine zusammengesetzte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 p wurde mit Sumiliteharz PR-961A (Handelsname eines Phenolharzes von Sumitomo Durez Co.) überzogen, wonach ein Backvorgang erfolgte, um eine Vergleichsfaser zu schaffen. Der Backvorgang wurde in einem Ofen einer Länge von 2,2 m, mit einer Durchfahrgeschwindigkeit von 1,0 m/min und bei einer Ofentemperatur von 1900 C ausgeführt. Der Überzugsvorgang und der Backvorgang wurden zehnmal wiederholt.
Die erhaltene Faser hatte hohe Elastizität und schlechte Biegbarkeit, und es würde schwierig sein, ein Kabel herzustellen durch Kombinieren einer Mehrzahl solcher Fasern. Die Werte der Zugfestigkeit der Faser sind in Tabelle 2 dargestellt.
VergleichsbeisDiel 3 Eine zusammengesetzte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 p wurde mit einer Uberzugszusammensetzung überzogen, die hergestellt wurde, indem zu Polylite 8010 (Handelsname eines ungesättigten Polyesterharzes von Dai-Nippon Ink Co.) 20 ffi Styrolmonomeres und 1 % t-butylperbenzoat als Härtungsmittel zugegeben wurden. Nach dem Überziehen erfolgte ein Backvorgang.
Die Backbehandlung wurde in einem Ofen einer Länge von 2,2 m, bei einer Durchfahrgeschwinligkeit von 0,85 m/min und bei einer Ofentemperatur von 1400 C ausgeführt. Der Uberziehvorgang und der Backvorgang wurden achtmal wiederholt.
Die erhaltene Faser hatte hohe Elastizität und schlechte Biegbarkeit, und es würde schwierig sein, ein Kabel herzustellen durch Kombinieren einer Mehrzahl solcher optischen Fasern. Die Werte für die Zugfestigkeit der Faser sind in Tabelle 2 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 4 Die Werte für Zugfestigkeit und minimalen Biegeradius einer rohrförmigen zusammengesetzten oder abgeschirmten optischen Faser aus Quarzglas (eine flüssigkeitsgefüllte Glasfaser), wie sie als Kern gemäß Beispiel 9 verwendet wurde, wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
VerEleichsbeispiel 5 Eine zusammengesetzte oder abgeschirmte optische Faser aus Quarzglas eines Durchmessers von 200 p wurde durch Extrusion mit Sumikathene (Handelsname von Polyäthylen von Sumitomo Chemical Industries Co.) überzogen und dann unmittelbar mit Wasser gekühlt, um eine Vergleichsfaser zu schaffen. Die Überzugs schicht war in gewissem Ausmaß undurchsichtig. Die Werte für Zugfestigkeit der Faser sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 1 Beispiel Außendurch- Bruchlast Dehnung minimaler Biegemesser radius (u) (kg) (%) (mm) 1 600 5,53 2,8 5,5 2 535 4,02 2,2 6,0 3 645 2,86 1,7 4,0 4 650 3,11 1,9 5,0 5 512 3,11 1,7 6 605 4X81 2,5 6,0 7 610 4,93 2,6 5,5 8 456 4,70 1,7 9,° 9 505 4,86 2,6 11 600 4,40 1,9 Tabelle 2 Vergleichs- Außendurch- Bruchlast Dehnung minimaler Biegebeispiel messer radius (µ)(kg) (%) (mm) 1 200 0,84 0,64 25 2 500 2,54 1,10 3 470 1,99 1,00 4 220 0,80 0,48 27 5 1000 0,93 0,74

Claims

Patentansprüche Optische Übertragungsfaser, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser auf der Außenseite wenigstens eine Lage aus einer Komposition aufweist, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz enthält, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat.
2. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzzusammensetzung einen Brechungsindex hat, der gleich oder höher als der Brechungsindex des äußeren Teiles der optischen Faser ist.
3. Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzzusammensetzung Licht aller Wellenlängen oder wahlweise nur das für optische Nachrichtenübertragung verwendete Licht absorbiert.
4. Paser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Harz ein Polyamidharz ist.
5. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Harz ein Polyesterharz ist.
6. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Harz ein Xthylenvinylacetatmiscbpolymerisat, ein Äthylenacrylsäuremischpolymerisat oder ein ionomeres Harz ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer optischen Vbertragungsfaser, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche einer optischen Faser mit einer geschmolzenen Zusammensetzung mittels Extrusion überzogen wird, die hauptsächlich ein thermoplastisches Harz enthält, welches eine funktionelle Gruppe im Molekül hat.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser vor dem Überziehen mit der geschmolzenen Harzzusammensetzung auf eine Temperatur erhitzt wird, die gleich oder höher als die Temperatur des geschmolzenen Harzes ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geschmolzene Harzzusammensetzung an der optischen Faser nach dem Überziehen unmittelbar abgeschreckt wird, so daß die Harzzusammensetzung in glasigem Zustand gehalten wird.
10. Verfahren zur Herstellung einer optischen Vbertragungsfaser, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Faser mit einer Lösung oder einer Dispersion aus einer Zusammensetzung eines eine funktionelle Gruppe im Molekül aufweisenden thermopiastischen Harzes in einem Lösungsmittel überzogen wird, und daß die überzogene Faser einem Backvorgang unterworfen wird.
11. Optische Ubertragungsfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusammen mit weiteren Fasern und eine die Gesamtheit der Fasern abdeckenden Schutzlage zu einem optischen Übertragungskabel gebildet ist.