專利名稱：具有密封剝離部分的雙包層光纖的制作方法
具有密封剝離部分的雙包層光纖本申請要求享有申請人于2010年I月15日遞交的發(fā)明名稱為“EnvironmentallyRobust Optical Fiber Protection Assembly” 的美國臨時專利申請 No. 61/295，353 的優(yōu)先權(quán)，這里以引用的方式結(jié)合其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
圖I示出了雙包層光纖11的示例。雙包層光纖11通常包括具有芯折射率12的波導(dǎo)芯10、位于所述芯周圍具有內(nèi)包層折射率16的內(nèi)波導(dǎo)包層14，和位于所述內(nèi)包層14周圍并且具有外包層折射率20的外波導(dǎo)包層18，以及位于所述外波導(dǎo)包層18周圍具有典型地高于外包層折射率20的套層折射率24的套層22。在高功率光學(xué)信號的傳送中并且在高功率纖維激光器和放大器的制造中，芯10可以是摻雜ニ氧化硅，內(nèi)包層14能夠具有ニ氧化硅玻璃或者摻雜ニ氧化硅玻璃的ー個或者多個層，并且非ニ氧化硅材料的外包層18能夠具有防止光逃離芯10和內(nèi)包層14的明顯較低的折射率20。外包層18能夠由諸如硅樹脂、こ烯-環(huán)氧化脂肪取代こ烯的氟化共聚物(fluormated ethylemc-cyclo oxyaliphatic substituted ethylenic copolymer；或者另ー材料的低折射率聚合物制成，但是通常使用以第二波導(dǎo)包層18的材料為氟化丙烯酸酯(例如由SSCP CO.制造的產(chǎn)品號碼PC363、PC373、PC375或PC409或者由DSM Desotech制造的產(chǎn)品DeSolite DF0007)的事實為特征的氟化丙烯酸酯光纖。在某些情況下，芯10和內(nèi)包層14具有相同的材料并且因此能夠具有相同的折射率。為了提供完整的示例，保護性套層能夠由高折射率丙烯酸酯(例如DSM Desotech的產(chǎn)品號碼DS-2015、產(chǎn)品號碼 3471-2-136或者SSCP CO.的產(chǎn)品號碼UVF-HTS-OOI)制成。套層的主要功能在于改善纖維的機械性能。

發(fā)明內(nèi)容
在一些情況中，雙包層光纖具有沿著其部分外包層和套層被去除的部分，其可以被稱為剝離部分26，例如如圖2所示，其在剝離部分26的相對應(yīng)端部處留下外包層的兩個表面28、30。這例如發(fā)生在接合點和剝離窗點處。在一些情況中，所述部分例如如圖2所示留下裸露。在其它情況中，所述部分能夠如圖3所示在使用之前利用重新涂覆材料31進行重新涂覆，例如以提供更好的機械抵抗。通常使用與外包層相同的材料進行重新涂覆。我們觀察到，具有沿著其ー個或者多個部分外包層和套層被去除的部分的ー些氟化丙烯酸酯雙包層光纖，無論是進行了重新涂覆或者沒有進行重新涂覆，呈現(xiàn)高的光衰減量。以科學(xué)的方式研究了該問題，并且隨后的實驗得出衰減會由外包層的氟化丙烯酸酯到水的暴露導(dǎo)致的假設(shè)。為了確認該假設(shè)，我們將剝離的雙包層光纖暴露于85°C和85%相對濕度的環(huán)境中429小吋。圖4示出了所誘發(fā)的光學(xué)損失。分析該問題導(dǎo)致理解水能夠通過兩種主要方式滲入氟化丙烯酸酯中，即沿橫切纖維長度的方向的徑向擴散34以及沿與纖維長度平行的方向的縱向擴散32。這在圖5中示意性示出。其表現(xiàn)出典型地由防水材料制成的套層產(chǎn)生顯著地保護氟化丙烯酸酯免受過早退化的顯著水屏障效果。然而，在光纖留下裸露時，位于所述部分的相對端部處的外包層的表面暴露于水并且因而暴露于其到外包層的縱向擴散。進而，其表現(xiàn)出即使在其中剝離部分被重新涂覆有氟化丙烯酸酯的情況中，例如在圖3中，水也能夠首先通過徑向擴散滲入氟化丙 烯酸酯重新涂覆層31中，并且然后通過縱向擴散從氟化丙烯酸酯重新涂覆層31遷移到外包層中。在這種情況中，氟化丙烯酸酯重新涂覆層31和外包層將由于水暴露而退化。發(fā)現(xiàn)水到外包層的入侵能夠通過按照在剝離部分的端部處阻擋水到外包層的兩個表面的接入的方式應(yīng)用密封劑而被顯著阻止，這在光纖用于其中暴露于顯著量的水的環(huán)境中時顯著降低了衰減量。以下，根據(jù)ー個方面，提供ー種具有波導(dǎo)芯、位于所述芯周圍具有內(nèi)包層折射率的內(nèi)波導(dǎo)包層和位于所述內(nèi)包層周圍具有低于所述內(nèi)包層折射率的外包層折射率的外波導(dǎo)包層以及位于所述第二波導(dǎo)包層周圍具有套層折射率的套層的雙包層光纖，所述光纖具有沿著其長度延伸的部分，所述第二波導(dǎo)包層和所述套層沿著所述部分缺失，所述部分在兩個縱向相対的端部處具有所述第二波導(dǎo)包層的相對應(yīng)表面，并且在所述部分處具有密封齊U，所述密封劑阻止環(huán)境水經(jīng)過所述第二波導(dǎo)包層的所述表面的縱向擴散。根據(jù)另一方面，提供一種保護具有波導(dǎo)芯、位于所述芯周圍的內(nèi)波導(dǎo)包層和位于所述內(nèi)包層周圍由氟化丙烯酸酯制成的外波導(dǎo)包層以及位于所述第二波導(dǎo)包層周圍的套層的雙包層光纖的方法，所述光纖具有沿著其長度延伸的部分，所述第二波導(dǎo)包層和所述保護性套層沿著所述部分缺失，所述部分在兩個縱向相対的端部處具有所述第二波導(dǎo)包層的相對應(yīng)表面，所述方法包括按照防止水影響所述第二波導(dǎo)包層的所述表面的方式在所述部分處應(yīng)用密封劑。根據(jù)另一方面，提供一種用于暴露的光纖的環(huán)境穩(wěn)健的光纖封裝，所述暴露的光纖具有具有芯折射率的芯區(qū)域，所述芯區(qū)域由摻雜ニ氧化硅制成；內(nèi)包層區(qū)域，所述內(nèi)包層區(qū)域由ニ氧化硅或者摻雜ニ氧化硅之一制成，具有外包層折射率的外包層區(qū)域?qū)?，所述外包層區(qū)域?qū)佑傻驼凵渎实姆钎搜趸璨牧现瞥桑约氨Ｗo性套層；所述外包層區(qū)域?qū)泳哂斜┞恫糠?，對于所述暴露部分所述保護性套層缺失，所述暴露部分允許污染物到所述外包層區(qū)域?qū)拥慕尤?；所述封裝包括通過具有密封劑折射率的密封層至少覆蓋所述暴露部分的蓋帽，所述密封劑折射率是低于和等于所述外包層折射率的ー種，所述密封層具有防止所述污染物到達所述包層區(qū)域?qū)拥钠琳蠈傩?。在該說明書中，表述水指代液態(tài)和氣態(tài)形式的h2o。


在附圖中，圖IA(現(xiàn)有技木)示出了雙包層光纖的示例；圖IB (現(xiàn)有技木)示出了雙包層光纖的典型折射率分布；圖2示出了具有剝離部分的雙包層光纖的示例；圖3示出了具有剝離部分的雙包層光纖的示例，所述剝離部分具有重新涂覆層；圖4是表示在氟化丙烯酸酯暴露于水之后涂覆有氟化丙烯酸酯的光纖的光學(xué)衰減的圖形；
圖5示意性示出了水到外包層的滲入；圖6示出了具有密封劑的光纖 的第一示例，其中所述密封劑被應(yīng)用于重新涂覆層上；圖7示出了具有密封劑的光纖的第二示例，其中所述密封劑被直接應(yīng)用于裸露的剝離部分上；圖8示出了所應(yīng)用的密封劑的第三示例，其中所述密封劑被直接應(yīng)用到外包層的暴露表面上；并且圖9是表示剝離部分留下裸露時并且應(yīng)用密封劑時進行的測試結(jié)果的圖。將注意到，在整個附圖中，類似的特征由類似的附圖標記標識。
具體實施例方式諸如如圖2所示的剝離部分例如出現(xiàn)在接合點處。為了接合兩個纖維，首先剝離所述纖維，其能夠通過機械、熱或者化學(xué)進行。機械剝離能夠例如利用微帶纖維剝離器去除保護性套層22和外包層18進行。熱剝離與機械剝離類似，除了在爐中加熱剝離刀片或者加熱涂覆。化學(xué)剝離通過將纖維浸入諸如ニ氯甲烷或者丙酮的化學(xué)制劑中進行。也能夠采用諸如激光或者熱空氣的其它剝離方法。在完成剝離之后，然后例如使用異丙醇清洗暴露的玻璃的兩個部分，以去除諸如灰塵或者涂覆層/包層剩余物的污染物。使用諸如York FKll的纖維劈開器劈開兩個纖維的玻璃端部。之后，使用諸如Fujikura FSM-45F的標準融合接合器將纖維接合到一起。其它應(yīng)用即使在不存在接合的情況中具有剝離部分，例如窗帶應(yīng)用。在窗帶應(yīng)用中，纖維不需要劈開和接合；在纖維的一部分上簡單地剝離窗。在諸如以功率組合器為例的應(yīng)用中，剝離部分典型地留下裸露。然而，在其它應(yīng)用中，能夠優(yōu)選的是例如重新涂覆剝離部分以實現(xiàn)更好的機械抵抗。暴露的玻璃表面能夠使用諸如以Vytran PTR-200為例的纖維重新涂覆器被重新涂覆有UV可固化氟化丙烯酸酷。如上面詳細描述的，氟化丙烯酸酯層的光學(xué)性能能夠受到暴露于水的影響。這能夠由諸如分層或者結(jié)晶的現(xiàn)象導(dǎo)致。在纖維的未剝離部分中，保護性套層能夠被認為在提供減緩水的滲入并且降低氟化丙烯酸酯層的退化的屏障中起到重要的環(huán)境作用。圖4闡釋了退化，其示出了在暴露于水時在典型的氟化丙烯酸酯光纖中誘發(fā)的光學(xué)衰減。結(jié)果在Yb、YbEr和Er纖維激光器的典型泵浦波長帶中示出。圖4中可見兩個主要的退化分量，首先在955nm處存在峰值，可能起源于經(jīng)過氟化丙烯酸酯層擴散的OH的分子吸收，并且還存在可能由氟化丙烯酸酯層的分層或者結(jié)晶產(chǎn)生的散射分量。圖5示出了氟化丙烯酸酯層中的兩個主要的水滲入機制。第一機制是水經(jīng)過允許水到達外包層的保護性套層的徑向擴散34。該機制能夠相當(dāng)緩慢，如果保護性套層處于良好條件下，則可能是可忽略的。第二機制是通過外包層表面到水的直接暴露的縱向滲入32。滲入機制的該后ー種類型能夠在接合點處、剝離窗點處、由氟化丙烯酸酯重新涂覆的重新涂覆部分處或者在保護性套層被去除的位置處等等發(fā)生。水然后能夠經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)直接襲擊外包層但是也能夠通過毛細管作用滲入并且使外包層分層。圖6示出了第一示例性實施例。在這種情況中，暴露的玻璃40隨后被重新涂覆有UV可固化氟化丙烯酸酯重新涂覆層42。這能夠使用諸如Vytran PTR-200的纖維重新涂覆器進行。在其中重新涂覆層與水直接接觸的位置處，添加密封劑蓋帽44以顯著阻止水到外包層和重新涂覆層的滲入。而且，密封劑蓋帽是防熱的，在這種意義上，其光學(xué)和機械參數(shù)對于高達85°C的溫度不顯著退化。密封劑蓋帽在暴露于從_40°C到85°C范圍溫度中的水時還化學(xué)穩(wěn)定。下面的材料是能夠用于密封劑蓋帽的示例諸如DSM DS-2015、3471-2-136或者SSCP CO. UVF-HTS-OOI的丙烯酸酯，硅樹脂(諸如Nusil Lightspan LS-3)、こ烯-環(huán)氧化脂肪取代こ烯的氟化共聚物(諸如可從Dupont獲得的Teflon AF)、具有低折射率的光學(xué)環(huán)氧樹脂(諸如人ngstrGmBond EX 1128)等等。一旦重新涂覆層被固化,就應(yīng)用該密
封劑材料。隨后將重新涂覆層放置在能夠被填充有密封劑材料的模具中。在一些情況中，將密封劑材料放置在爐中或者使用紅外(IR)源能夠加速固化。來自IRPhotonics的ICureIR源是示例?？蛇x地，ー些材料能夠利用UV光源固化，例如以Dymax 5000-EC固化系統(tǒng)為例。圖7示出了其中所述部分沒有被重新涂覆有氟化丙烯酸酯材料而是被重新涂覆有具有例如以低折射率光學(xué)環(huán)氧樹脂、硅樹脂或者こ烯-環(huán)氧化脂肪取代こ烯的氟化共聚物為例的材料的更加穩(wěn)定的密封劑蓋帽46。這能夠按照與上面描述的類似方式進行。在這種情況中，密封劑蓋帽的折射率應(yīng)該等于或者低于外包層48的折射率并且應(yīng)該對于在內(nèi)包層14和芯10中行進的光透明。圖8示出了其中剝離區(qū)域50留下未被涂覆的再一示例性實施例。在這樣的情況中，能夠使用由諸如具有正確環(huán)境屬性的低折射率環(huán)氧樹脂的密封劑材料制成的密封劑蓋帽54密封外包層，同時確保接合點或者窗留下被暴露。能夠利用注射器將一滴密封劑材料應(yīng)用到暴露的外包層。在這種情況中，密封劑材料的折射率應(yīng)該等于或者低于外包層52的折射率并且應(yīng)該對于在內(nèi)包層14和芯10中行進的光透明。在全部實施例中，然后將密封的纖維放置在用于機械、熱和環(huán)境保護的包圍件中。圖9示出了利用5cm剝離的125微米標準氟化丙烯酸酯纖維進行的測試結(jié)果。首先這樣的纖維被留下完全未重新涂覆。其次利用氟化丙烯酸酯重新涂覆這樣的纖維，并且應(yīng)用具有與纖維的套層的丙烯酸酯的相同類型的密封劑蓋帽層。將兩個纖維放置在85%相對濕度和85°C的實驗室中300小時。結(jié)果顯示對于未重新涂覆的纖維有.4dB數(shù)量級的 衰減，而密封纖維不顯示明顯的衰減。上面描述的實施例g在僅是示例。因此本發(fā)明的范圍g在僅由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種具有波導(dǎo)芯、位于所述芯周圍具有內(nèi)包層折射率的內(nèi)波導(dǎo)包層、和位于所述內(nèi)包層周圍具有低于所述內(nèi)包層折射率的外包層折射率的外波導(dǎo)包層、以及位于所述第二波導(dǎo)包層周圍具有套層折射率的套層的雙包層光纖，所述光纖具有沿著其長度延伸的部分，所述第二波導(dǎo)包層和所述套層沿著所述部分缺失，所述部分在兩個縱向相對的端部處具有所述第二波導(dǎo)包層的相對應(yīng)表面，并且在所述部分處具有密封劑，所述密封劑阻止環(huán)境水經(jīng)過所述第二波導(dǎo)包層的所述表面的縱向擴散。
2.如權(quán)利要求I的雙包層光纖，其中所述第二波導(dǎo)包層是氟化丙烯酸酯包層。
3.如權(quán)利要求I或者2的雙包層光纖，其中所述密封劑被直接應(yīng)用在所述第二波導(dǎo)包層的所述兩個表面上并且完全覆蓋所述第二波導(dǎo)包層的所述兩個表面。
4.如權(quán)利要求3的雙包層光纖，其中所述密封劑沿著所述部分的整個長度延伸、完全覆蓋所述第一波導(dǎo)包層、并且具有至少與所述外包層折射率一樣低的折射率。
5.如權(quán)利要求2的雙包層光纖，其中氟化丙烯酸酯重新涂覆層被直接應(yīng)用在所述第二波導(dǎo)包層的所述兩個表面以及沿著所述部分的整個長度的所述第一波導(dǎo)包層的每一個上并且完全覆蓋所述第二波導(dǎo)包層的所述兩個表面以及沿著所述部分的所述整個長度的所述第一波導(dǎo)包層的每一個，并且所述密封劑被直接應(yīng)用到所述氟化丙烯酸酯重新涂覆層上并且完全覆蓋所述氟化丙烯酸酯重新涂覆層。
6.如權(quán)利要求5的雙包層光纖，其中所述密封劑與所述套層具有相同的材料。
7.如權(quán)利要求I到5中的任意一項的雙包層光纖，其中所述密封劑是PTFE、硅樹脂、丙烯酸酯和環(huán)氧樹脂中的一種。
8.一種保護具有波導(dǎo)芯、位于所述芯周圍的內(nèi)波導(dǎo)包層、和位于所述內(nèi)包層周圍由氟化丙烯酸酯制成的外波導(dǎo)包層、以及位于所述第二波導(dǎo)包層周圍的套層的雙包層光纖的方法，所述光纖具有沿著其長度延伸的部分，所述第二波導(dǎo)包層和所述保護性套層沿著所述部分缺失，所述部分在兩個縱向相對的端部處具有所述第二波導(dǎo)包層的相對應(yīng)表面，所述方法包括 按照防止水影響所述第二波導(dǎo)包層的所述表面的方式在所述部分處應(yīng)用密封劑。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中所述應(yīng)用的步驟包括直接在所述第二波導(dǎo)包層的所述兩個表面上并且按照完全覆蓋所述第二波導(dǎo)包層的所述兩個表面的方式應(yīng)用所述密封劑。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中所述應(yīng)用的步驟進一步包括沿著所述部分的整個長度直接在所述內(nèi)包層上并且按照完全覆蓋所述內(nèi)包層的方式應(yīng)用所述密封劑。
11.如權(quán)利要求8的方法，進一步包括利用重新涂覆氟化丙烯酸酯材料直接在所述第二波導(dǎo)包層的所述兩個表面以及沿著所述部分的整個長度的所述內(nèi)包層的每一個上并且按照完全覆蓋所述第二波導(dǎo)包層的所述兩個表面以及沿著所述部分的所述整個長度的所述內(nèi)包層的每一個的方式進行重新涂覆，其中所述應(yīng)用的步驟包括直接在所述重新涂覆氟化丙烯酸酯材料上并且按照完全覆蓋所述重新涂覆氟化丙烯酸酯材料的方式應(yīng)用所述密封劑。
12.一種用于暴露的光纖的環(huán)境穩(wěn)健的光纖封裝，所述暴露的光纖具有具有芯折射率的芯區(qū)域，所述芯區(qū)域由摻雜二氧化硅制成；內(nèi)包層區(qū)域，所述內(nèi)包層區(qū)域由二氧化硅或者摻雜二氧化硅之一制成，具有外包層折射率的外包層區(qū)域?qū)?，所述外包層區(qū)域?qū)佑傻驼凵渎实姆嵌趸璨牧现瞥?，以及保護性套層；所述外包層區(qū)域?qū)泳哂斜┞恫糠?，對于所述暴露部分所述保護性套層缺失，所述暴露部分允許污染物到所述外包層區(qū)域?qū)拥慕尤耄? 所述封裝包括 通過具有密封劑折射率的密封層至少覆蓋所述暴露部分的蓋帽，所述密封劑折射率是低于所述外包層折射率的折射率和等于所述外包層折射率的折射率中的一種，所述密封層具有防止所述污染物到達所述包層區(qū)域?qū)拥钠琳蠈傩浴?br> 13.如權(quán)利要求12的封裝，其中所述污染物是水。
14.如權(quán)利要求12或者13的封裝，其中所述暴露部分是在所述光纖的剝離窗部分的邊緣處的所述外包層區(qū)域?qū)拥亩瞬勘砻妫渲幸欢蝿冸x長度的所述外包層區(qū)域?qū)雍退霰Ｗo性套層被去除以暴露所述內(nèi)包層區(qū)域。
15.如權(quán)利要求12或者13的封裝，其中所述暴露部分是其中所述保護性套層被去除的所述外包層區(qū)域?qū)拥谋砻娌糠帧?br> 16.如權(quán)利要求12到15中的任意一項的封裝，其中所述密封劑是具有水屏障屬性的低折射率環(huán)氧樹脂。
17.如權(quán)利要求12到15中的任意一項的封裝，其中所述密封劑由硅樹脂制成。
18.如權(quán)利要求12到15中的任意一項的封裝，其中所述密封劑由乙烯-環(huán)氧化脂肪取代乙烯的氟化共聚物制成。
19.如權(quán)利要求12到18中的任意一項的封裝，其中所述蓋帽適于被提供在至少覆蓋所述暴露部分的包層區(qū)域?qū)又匦峦扛矊由戏健?br> 20.如權(quán)利要求12到19中的任意一項的封裝，其中所述芯區(qū)域和所述內(nèi)包層區(qū)域被提供在單個摻雜二氧化硅區(qū)域中。
全文摘要
一種具有沿著其長度延伸的部分的雙包層光纖，外波導(dǎo)包層和保護性套層沿著所述部分缺失，并且在兩個縱向相對的端部處具有所述第二波導(dǎo)包層的表面，其中應(yīng)用防水密封劑以阻止水經(jīng)過所述第二波導(dǎo)包層的所述表面的縱向擴散。
文檔編號G02B6/036GK102713711SQ201180006178
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者S·查泰尼 申請人:科拉克蒂夫高科技公司