[發明專利]光纖元件及其制造方法

無效

• 申請號: 94194098.5
• 申請日: 1994-11-07
• 公開（公告）號: CN1050825C
• 公開（公告）日: 2000-03-29
• 發明（設計）人: Ｊ·Ｃ·諾瓦克;Ｂ·Ｊ·克朗克;Ｊ·Ｗ·勞默;Ｔ·Ｒ·伍德沃德;Ｄ·Ａ·克羅恩
• 申請（專利權）人: 美國3M公司
• 主分類號: C03C25/10
• 分類號: C03C25/10;G02B6/44
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 林蘊和

發明領域

本發明涉及光纖元件，更具體地說，涉及包含光纖的光纖元件，該光纖有一粘合在其外表面上的保護涂層，當光纖連接時用其保護光纖。發明的技術背景

在玻璃類的光纖元件的結構中，通常在拉制玻璃光纖后立即在其上面涂覆涂料以保護玻璃表面免受可能會遇到的化學和/或機械損傷的有害作用。玻璃纖維對這種類型的損傷是特別敏感的，這將使光纖的機械強度大大下降并導致其過早失效。

一般，在光纖上涂覆幾層涂層，每一涂層有其特殊用處。一開始在里面涂覆軟涂層以保護光纖免遭微彎損耗，而在軟涂層上面涂覆較硬的第二層涂層使其耐磨損。

光纖元件連接作業(即，通過連接器或熔接裝置將一個光纖元件與另一個光纖元件或其它光學元件連接)一般需除掉所有涂層使得玻璃表面裸露出來。通常用已被異丙醇之類的醇沾濕的軟棉紙將玻璃表面擦干凈。然后用粘合劑(如環氧粘合劑，熱熔粘合劑或丙烯酸類粘合劑)將光纖固定到連接器的套圈或熔接裝置中。粘合劑一固化(或冷卻)就將光纖端面拋光，這樣就完成了光纖與連接器相接的作業。

在光纖元件的連接作業期間，光纖是很容易損壞的。最初，在剝離操作時，光纖可能被為除掉外面涂層而使用的工具的刀片劃出刻痕。剝離之后，裸光纖暴露于當地的自然環境之中。這些自然環境可能包括水蒸汽和塵埃。水對玻璃表面有化學作用而灰塵有磨損作用。這兩種作用都促使玻璃纖維損壞。光纖系統的大部分故障往往發生在連接器安裝部位。

美國專利第4,973,129中對于光纖連接時光纖剝離和裸露遇到的問題已提出一種解決方法。該專利公開一種光纖元件，在該光纖元件中將肖氏D硬度值為65或65以上(按日本工業標準，室溫下)的樹脂組合物涂覆在數值孔徑(NA)值為0.35或0.35以上的玻璃光纖表面，然后使該樹脂固化形成底涂層，這底涂層在光纖連接時不必從光纖上剝去。而是，在光纖連接時(和以后)底涂層仍保留在光纖上以防其受到上述的損害。據稱，可使用的光纖的NA值被限制在0.35或0.35以上，因為用這樣一種硬樹脂涂覆在光纖上使微彎所引起的光學損耗(“微彎損耗”)增大了。發現在NA值低于0.35的光纖中，微彎損耗大得使光通信變得不切實際。但是，當光纖的NA為0.35或0.35以上時，微彎損耗就不成為問題。

遺憾的是，要求光纖的NA值為0.35或0.35以上的光纖元件不能在工業上應用。眾所周知，NA是在光纖中會被接收和傳輸的光的角度的度量。NA值為0.35或0.35以上的光纖元件在通信、數據傳輸和其它高帶寬用途方面的應用很有限，其原因有兩個：1)有限的信息運載量以及2)與現行的、標準化的通信光纖(通常NA值小于0.29)不匹配。光纖的信息運載量通常用帶寬表示。帶寬是信息可通過光纖的最大速率的度量(通常以MH_z-Km表示)。帶寬與NA成反比，因為高階模(類似于入射光角度較高)在光纖中光程較長，這樣造成脈沖加寬或色散。當各個脈沖通過光纖時，由于色散而使它們不再能相互分辨，這時就出現光纖元件的帶寬限制。因此，光纖的NA值越大，光纖的帶寬就越小(而且信息運載量亦越小)。大部分工業應用的光纖的NA值為0.29或0.29以下。NA值為0.35或0.35以上的光纖在給定的時間內運載信息的量遠少于這些工業應用的光纖，因而它們是不理想的。

當將一個光纖元件與另一個光纖元件熔接或連接時，它們不匹配就成為問題。在這種情況下，重要的是使連接處的信號衰減為最小。當較高NA值的光纖元件被拼接到較低NA值的光纖元件上時，超過接收光纖NA值的所有的光都將衰減掉。光運載量與NA的平方成正比。這樣，例如，當光從NA值為0.35的光纖傳輸到NA值為0.275的光纖時，將損失38％的光。這種信號損失是大的，也是不能接受的。

因此，在本領域中需要在連接時可保護光纖并且也允許使用NA值在0.35以下的光纖的光纖元件。發明概述

本發明提供一種光纖元件，該光纖元件包括數值孔徑范圍為0.08-0.34的光纖和粘合在其外表面上的一層保護涂層，該保護涂層的肖氏D硬度值為65或65以上，在連接時該涂層仍保留在光纖上(即，不從光纖上剝離)，使得光纖既不會被剝離工具的刀片損傷也不會經受由如水蒸汽或塵埃引起的化學或物理方面的損害。

較佳的是光纖元件還包括一緩沖層，該緩沖層基本包住光纖和保護涂層。該緩沖層可包括一內部的彈性層和一外部的剛性層。內部彈性層的模量(如0.5-20MPa)最好低得足以使光纖能防止微彎損耗。外部剛性層的模量(如500-2500MPa)最好高得足以保護下面幾層免遭磨損和機械損傷。