DE3883851T2

DE3883851T2 - Beschichtung für optisches Fiberband.

Info

Publication number: DE3883851T2
Application number: DE88108822T
Authority: DE
Inventors: Masaaki C O Yokohama Nakasuji; Akira C O Yokohama W Nishimura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1988-06-01
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2008-06-02
Also published as: EP0293886A3; DE3883851D1; EP0293886A2; US4953945A; AU604328B2; EP0293886B1; CA1307144C; AU1734188A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges optisches Faserband, das vorteilhaft auf solchen Gebieten wie Lichtwellenübertragung hoher Dichte angewendet werden kann. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein beschichtetes optisches Faserband, das mit einer Beschichtungsschicht versehen ist, die leichte Handhabung bei solchen Arbeiten wie Spleißen ermöglicht, und die hohe Widerstandsfähigkeit gegen seitliche Drücke aufweist.
Aufgrund der in jüngster Zeit gemachten Fortschritte auf dem Gebiet der Informationsübertragung besteht ein wachsender Bedarf, Signale mit höherer Geschwindigkeit zu übertragen. Eine der Ausführungen dieser Hochgeschwindigkeit-Signalübertragungsverfahren ist die industrielle Anwendung von Lichtwellennachrichtenverbindungen. Neben der Möglichkeit, Hochgeschwindigkeitsübertragung aufgrund der Natur des Lichts selbst durchzuführen, nutzt die optische Signalübertragung nicht nur das geringe Gewicht optischer Fasern, die als Lichtleiter dienen, sondern bietet auch ausgesprochene Vorteile bei der Nachrichtenübertragung, wie beispielsweise Unempfindlichkeit gegenüber magnetischen und elektrischen Feldern. Trotz dieser Möglichkeiten erfüllen herkömmliche optische Fasern als Lichtleiter noch nicht vollständig das Bedürfnis, eine größere Menge von Signalen zu übertragen, und die Forschung reagiert auf dieses Bedürfnis mit verschiedenen Verbesserungen von signalübertragenden optischen Fasern.
Beschichtetes optisches Faserband ist eines der Anwendungsgebiete der unter diesen Umständen bisher vorgeschlagenen Verfahren. Beschichtetes optisches Faserband besteht aus einer Anordung von als Lichtleiter dienenden optischen Fasern, die mit einer gemeinsamen Beschichtungsschicht versehen sind und so eine einheitliche Anordnung bilden, mit der es möglich ist, bei einfacher Handhabung Signalübertragung hoher Dichte auszuführen.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die die Zusammensetzung eines typischen beschichteten optischen Faserbandes darstellt. Lichtübertragende optische Fasern 1, die mit einer individuellen Beschichtung 2 versehen sind, sind in Bandform nebeneinander angeordnet und mit einer gemeinsamen Beschichtungsschicht 4 versehen. Nach dem Stand der Technik werden die einzelnen Faserbeschichtungen 2 und die gemeinsame Beschichtungsschicht 4 normalerweise aus einem mit ultravioletter Strahlung aushärtbarem Polyurethan-Acrylharz hergestellt.
Bei der industriellen Anwendung muß derartiges beschichtetes optisches Faserband an andere Teile, wie beispielsweise einzeln beschichtete optische Fasern angespleißt werden. In diesem Falle kommt es, wenn die beschichteten optischen Fasern, die gespleißt werden müssen, in Bandform bleiben, zu Problemen bei der Handhabung und zum Verlust beim Spleißen. Um diese Probleme zu lösen, muß die gemeinsame Beschichtungsschicht 4 abgezogen werden, woraufhin die einzelnen Fasern 1 verarbeitet werden können.
Um dieses Problem zu lösen, ist vorgeschlagen worden, eine abschälbare, ausgehärtete Beschichtungsschicht zwischen den Beschichtungen 2 der einzelnen Fasern 1 und der gemeinsamen Beschichtungsschicht 4 aufzubringen, um zu verhindern, daß die gemeinsame Beschichtungsschicht 4 mit den Faserbeschichtungen 2 verbunden oder auf sie gedrückt wird. Beschichtete optische Faserbänder dieser Bauart sind beispielsweise in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 126584/1986 beschrieben.
Ein Hauptproblem bei dieser Art von beschichteten optischen Faserbändern ist, daß die physikalischen Eigenschaften des Materials, aus dem die abschälbare, ausgehärtete Beschichtungsschicht besteht, nicht vollständig berücksichtigt worden sind. Als Folge davon verursacht die Aufbringung einer solchen abschälbaren ausgehärteten Beschichtungsschicht oft eine Verschlechterung der Eigenschaften, insbesondere des seitlichen Druckwiderstands des beschichteten optischen Faserbandes, und das führt zu einer unerwünschten Erscheinung, wie beispielsweise zu erhöhten Übertragungsverlusten, wenn eine Vielzahl von Faserbändern zu einem Kabel zusammengesetzt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein beschichtetes optisches Faserband mit verbesserten seitlichen Druckwiderstandseigenschaften zu schaffen. Dieses Band ist auf der Basis sowohl der theoretischen als auch der experimentellen Untersuchungen der Erfinder hergestellt worden, bei denen die Tatsache nachgewiesen wurde, daß, wenn die abschälbare ausgehärtete Beschichtungsschicht aus einem Material mit Druck-Elastizitätsmodulen innerhalb eines bestimmten Bereiches hergestellt wurde, sich die seitlichen Druckwiderstandseigenschaften des Faserbandes erheblich verschlechtern.
Um das erwähnte Problem beim Stand der Technik auf der Grundlage dieser Erkenntnis zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein beschichtetes optisches Faserband, bei dem eine abschälbare, ausgehärtete Beschichtungsschicht mit einem Druck-Elastizitätsmodul von wenigstens 5 kg/mm², jedoch nicht über 300 kg/mm² zwischen die Beschichtungen der einzelnen Fasern und die gemeinsame Beschichtungsschicht, die die Anordnung beschichteter optischer Fasern umgibt, aufgebracht wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines beschichteten optischen Faserbandes gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Druckmodul einer abschälbaren ausgehärteten Beschichtungsschicht und dem relativen Wert der sich in Glasfasern aufbauenden Spannung darstellt;
Figuren 3a und 3b veranschaulichen ein Seitendruckversuchsverfahren, das mit einem beschichteten optischen Faserband durchgeführt wird;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Seitendruckversuches darstellt, der mit den in den Beispielen 1 - 7 der vorliegenden Erfindung hergestellten beschichtetn optischen Faserbändern durchgeführt wurde;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines beschichteten optischen Faserbandes nach dem Stand der Technik.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Wenn Seitendruck auf ein beschichtetes optisches Faserband ausgeübt wird, wird die wirkende Kraft durch die verschiedenen Beschichtungsschichten auf die optischen Glasfasern übertragen, was zur Mikrobiegung führt, die die in den betroffenen Bereichen auftretenden Übertragungsverluste erhöht. Theoretisch kann die Zunahme der Übertragungsverluste, die in den Mikrobiegungsabschnitten der optischen Fasern unter seitlichem Druck auftritt, bewertet werden, indem die Spannungen bestimmt werden, die sich in den Glasfasern aufbauen, wenn eine äußere Kraft auf das beschichtete optische Faserband wirkt. (siehe beispielsweise, Collected Papers for 1984 of the Light & Electric Wave Section, No. 2256, The Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan).
Die Erfinder haben vor allem zwei Tatsachen festgestellt: Erstens sind keine Untersuchungen zu den physikalischen Eigenschaften einer abschälbaren ausgehärteten Beschichtungsschicht in einem beschichteten optischen Faserband zwischen den Beschichtungen einzelner optischer Fasern und der gemeinsamen Beschichtungsschicht, die die Anordnung dieser optischen Fasern umgibt, angestellt worden;
zweitens hängt der Druck-Elsastizitätsmodul der abschälbaren ausgehärteten Beschichtungsschicht eng mit den Seitendruckwiderstandseigenschaften des Faserbandes zusammen. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse untersuchten die Erfinder die Beziehung zwischen dem Druck-Elastizitätsmodul der abschälbaren ausgehärteten Beschichtungsschicht eines beschichteten optischen Faserbandes und dem sich in den Glasfasern aufbauenden Spannungen mittels der Finit-Element-Methode unter Anwendung des Spannungsanalyseprogramms MSC/NASTRAN. Die Ergebnisse dieser Analyse sind in Fig. 2 dargestellt. Die Abmessungen und physikalischen Eigenschaften der einzelnen Bestandteile der untersuchten Faser, die die Basis für die angestellten Berechnungen zur Erlangung der in Fig. 2 dargestellten Ergebnisse bildeten, waren die folgenden:
Durchmesser der Glasfaser : 0,125 mm
Druckmodul der Glasfaser : 7000 kg/mm²
Dicke der ersten Schicht auf der Glasfaser : 0,0375 mm
Druckmodul der ersten Schicht auf der Glasfaser : 0,15 kg/mm²
Dicke der zweiten Schicht auf der Glasfaser : 0,02 mm
Druckmodul der zweiten Schicht auf der Glasfaser : 70 kg/mm²
Minimale Dicke der geineinsamen Beschichtungsschicht : 0,06 mm
Druckmodul der gemeinsamen Beschichtungsschicht : 70 kg/mm²
Fig. 2 zeigt, daß die sich in den Glasfasern aufbauende Spannung weitgehend vom Druckmodul der abschälbaren ausgehärteten Beschichtung abhängt. Bei einem Druckmodul von 0,5 kg/mm² kommt es zu einer Maximalspannung in den Glasfasern, und bei Druckmodulen entweder über oder unter 0,5 kg/mm² kommt es zu geringeren Spannungen. Um also zu gewährleisten, daß die Aufbringung einer abschälbaren ausgehärteten BeSchichtungsschicht nicht zu mehr als 20% Anstieg der sich in den Glasfasern aufbauenden Spannung führt, muß eine abschälbare ausgehärtete Beschichtungsschicht mit einem Druck-Elastizitätsmodul von wenigstens 5 kg/mm² oder nicht über 0,04 kg/mm² eingesetzt werden. Angemerkt sei hier, daß ähnliche Ergebnisse wie die in Fig. 2 dargestellten auch dann erreicht wurden, wenn andere Werte für die Abmessungen und die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Bestandteile des beschichteten optischen Faserbandes gewählt wurden.
Die abschälbare ausgehärtete Beschichtungsschicht, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann aus jedem Harz hergestellt werden, das lichthärtbar (z.B.: UV-härtbar) oder wäremehärtbar ist und leicht geformt werden kann, und das weder an die gemeinsame Beschichtungsschicht noch an die Beschichtungen der einzelnen optischen Fasern gedrückt oder mit ihnen verbunden wird.
Ein typisches Beispiel eines solchen Harzes, das zum Einsatz als Material für die abschälbare ausgehärtete Beschichtungsschicht geeignet ist, ist ein Trennmittel, das hauptsächlich aus einem UV-härtbaren Silikon- oder Fluorharz besteht. Das Silikon- oder Fluorharz ist eine organische Verbindung mit Silizium (Si) - oder Fluor (F) - Atomen im Molekül, das durch die Wirkung von Wärme oder Licht ausgehärtet werden kann und ein ausgehärtetes Produkt mit guten Trenneigenschaften ergibt.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, sind jedoch keinesfalls als einschränkend zu verstehen.

Beispiele 1 - 7

Fig.1 ist eine Schnittansicht, die den grundlegenden Aufbau der in den Beispielen 1 - 7 erfindungsgemäß hergestellten beschichteten optischen Faserbänder darstellt. Jedes der optischen Faserbänder besteht, wie dargestellt, aus optischen Fasern 1, einer zweischichtigen Beschichtung 2 auf jeder Faser, die sich aus der inneren, ersten Schicht und der äußeren, zweiten Schicht zusammensetzt, einer abschälbaren ausgehärteten Beschichtungsschicht 3 auf jeder beschichteten Faser sowie einer gemeinsamen Beschichtungsschicht 4.
In den Beispielen 1 - 7 wurden beschichtete optische Faserbänder, mit dem in Figur 1 dargestellten Aufbau hergestellt, deren Abmessungen und physikalische Eigenschaften in der folgenden Tabelle dargestellt sind. In der Tabelle sind folgende Parameter aufgeführt: der Außendurchmesser, der Kerndurchmesser, Brechungsindexprofil und Differentialbrechungsindex der Glasfasern, die jede der optischen Fasern 1 bilden; die Dicken und die Druck-Elastizitätsmodule der ersten und der zweiten Schicht, die jede der Faserbeschichtungen 2 bilden; die Dicke und der Druck-Elastizitätsmodul jeder abschälbaren ausgehärteten Beschichtungsschicht 3; die minimale Dicke und der Druck-Elastizitätsmodul der gemeinsamen Beschichtungsschicht 4; und die Querschnittsabmessungen des beschichteten optischen Faserbandes. Es wurde ein Versuch zur Bewertung der Seitendruckeigenschaften dieser sieben Faserbänder durchgeführt.
Die erste und die zweite Schicht der Faserbeschichtungen 2 und die gemeinsame Beschichtungsschicht 4 wurden aus einem UV-härtbarem Urethan-Acrylharz hergestellt, wohingegen die abschälbaren ausgehärteten Beschichtungsschichten aus einem UV-härtbarem Silikon-Acrylharz hergestellt wurde. Tabelle Parameter: Beispiel Glasfaser: Faseraußendurchmesser Kerndurchmesser Brechungsindexprofil Differentialindex Erste Schicht: Dicke Druckmodul Zweite Schicht: abschälbare, angehärtete Beschichtungsschicht: Gemeinsame Beschichtungsschicht: Mindestdicke Querschnittsmaße des Faserbandes Gradientenindex
Die seitendruckeigenschaften der im Beispiel 1 - 7 hergestellten Faserbänder wurden mit der in Fig. 3 a und 3 b dargestellten Versuchsmethode bewertet. Die Versuchsvorrichtung bestand, wie in Fig. 3 a dargestellt, aus einer Lichtquelle 5, einer Erregungsattrappe 6, einem beschichteten optischen Faserband 7, einem Paar flacher Metallplatten (50 x 50 mm²) 8, zwischen denen das Faserband gehalten und seitlichem Druck ausgesetzt wurde, sowie aus einem Leistungsmesser 9. Fig. 3 b stellt den Hauptteil eines Querschnitts der Metallplatten 8 dar, zwischen denen ein Faserband 7 gehalten und unter Druck gesetzt wird.
Die Ergebnisse des mit dem Faserbändern der Beispiele 1 - 7 durchgeführten Seitendruckversuches sind in Fig. 4 graphisch dargestellt, wobei die Kurven I bis VII jeweils die Daten für die Faserbänder der Beispiele 1 - 7 darstellen. Die in Fig. 4 dargestellten Daten stimmten mit den Ergebissen der theoretischen Überlegungen überein.
Bei dem erfindungsgemäßen, beschichteten optischen Faserband sind, wie auf den vorangehenden Seiten beschrieben, einzelne optische Fasern mit einer abschälbaren ausgehärteten Schicht mit einem Druck-Elastizitätsmodul von mindestens 5 kg/mm², jedoch nicht mehr als 300 kg/mm² beschichtet. Diese Begrenzung des Druckmoduls der abschälbaren ausgehärteten Beschichtungsschicht führt zu einer Verbesserung der Seitendruckwiderstandseigenschaften des Faserbandes wodurch zunehmende Übertragungsverluste aufgrund äußerer Kraft verh indert werden.

Claims

Beschichtetes optisches Faserband mit mehreren optischen Fasern, von denen jede eine Beschichtung hat und parallel in der gleichen Ebene ausgerichtet ist, wobei eine gemeinsame eschichtungsschicht die Anordnung der optischen Fasern bedeckt und eine abschälbare ausgehärtete eschichtungsschicht zwischen jeder der Beschichtungen der optischen Fasern und der gemeinsamen Beschichtungsschicht vorgesehen ist, um zu verhindern, daß die Letztere mit den Beschichtungen der optischen Fasern verbunden oder auf diese gezwungen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die abschälbare, ausgehärtete Schicht einen Druck-Elast itätsmodul von mindestens 5 kg/mm², jedoch nicht mehr als 300 kg/mm² hat.