[发明专利]涂覆光纤的方法和设备

说明书

本发明涉及涂覆光纤的方法和设备。

由于光纤表面很容易被磨坏。所以有必要在光纤被拉制出来还没有接触任何表面之前对它进行涂覆。如果加在光纤上的压力引起光纤轴向随周期分量在毫米范围自由的弯曲形变，在光纤中传播的光线或波型会偏离光纤芯。这种被称为微弯损耗的光损可能很大，常常数倍于光纤本身的固有损耗。光纤必须与引起微弯的压力隔绝。光纤涂层的性质对提供这种隔绝起着主要的作用，其涂覆结构，弹性模量和热胀系数是最重要的因素。

由于涂层材料的涂覆不能损坏玻璃表面，所以涂层材料应在液态下被涂覆。一旦被涂上，涂层材料应在到达卷筒之前迅速固化。例如，这可通过光固化来实现。

这种主要受涂覆影响的光纤传输特性是强度和传输损耗。使光纤外露而受到损坏的涂层缺陷主要是由涂层材料的不当涂覆而引起的。必须克服这些缺陷，例如大的气泡空洞，具有不允许的薄壁区域的偏心涂层，或者间断涂层。

通常使用的是两类涂层材料。具有较高弹性模量（例如10⁹pa）或中等弹性模量（例如10⁸pa）的单一涂层被用于需要高光纤强度的场合，或用于包含缓冲层的光缆中，其中光纤对微弯的敏感度不是一个重要的问题。

由于涂层材料所必须具备的特性，使涂覆光纤的问题变得更加复杂了。双涂层光纤被更加经常地用来获得设计的灵活性和性能的改善。典型地，一种由较低弹性模量的材料（例如10⁶～10⁷Pa）构成的第一个涂层被涂在光纤上。这种材料可减小在光纤使用期间由于架设、安装和环境变化所引起的微弯损耗。由较高弹性模量的材料构成的外层或第二涂层被涂在第一层上。此外层涂层通常为高弹性模量材料以对光纤和第一涂层提供耐磨性和低摩擦力。这种结构可使光纤与引起局部弯曲的外部压力很好地隔绝开。这种压力是通过两种不同方式施加的。第一，由环绕在光纤周围的光缆结构施加的不均匀的横向压力会随周期分量引起微弯程度上的弯曲。双层涂层通过其第一层来缓冲光纤并通过其第二层分散所加的力。由此来使光纤避免弯曲。第二，当环绕光缆的分量相对于光纤收缩时会产生光纤的轴向压缩负载。这种收缩或者由光缆材料相对于玻璃光纤不同的热收缩或者由存在于光缆材料中的剩余取向的粘弹性回复所引起的。如果加在光纤上的轴向压缩负载足够大，光纤会受到弯曲或破碎。低弹性模量的第一层有效地对光纤提供一个超出微弯范围的较长弯曲周期。

在美国专利4474830中，公开了一种向移动的光纤上涂覆双层涂层材料的方法。一根光纤通过一个包括第一和第二模板的涂覆机。第一模板在光纤的一定长度上限制以预定水准置放于模板上方的贮存容器中的第一种涂覆液体。第二种涂覆液体通过第一和第二模板之间的空隙涂到光纤上。空隙足够小以使第二种涂覆液体在涂到光纤上的那点附近不发生流动。被涂上的第二种涂覆液体在紧靠涂到光纤上的那点的附近具有一个自由表面。

尽管上述方法是可行的，但当光纤以更高的生产线速度运动时将涂层材料涂到光纤上的研究仍在继续。所希望的是在系统中涂层材料不必以一定的水准存贮，也不必要求系统存贮较大量的涂层材料，它们在清洗或保养前必须被清除掉。进而，改善光纤在拉引架上的抽引以及减少光纤在抽引后涂覆前所必须经受的冷却量都是长期希望的。

看来已有技术中没有一种以较高的线速在单一的涂覆机中涂覆两层涂层的、并减少涂覆前的冷却且改善光纤抽引的涂覆方案。所寻求的涂覆方法和装置应当方便和经济地被实现。

采用本发明的方法和装置可以解决上述问题。按照本发明的方法在光纤由预制件拉制成形后，它通过一个在外壳中的空腔。在空腔与外壳外的大气压之间建立一个压强差。光纤长度的连接增量通过一个其至少一部分垂直于光纤移动路线的盘状流体通道，再通过一个其开口基本上大于光纤截面的模板。结果，在涂层材料的压力、光纤的移动速度、模板的开口尺寸及流体通道垂直部分的共同作用下，离开流体通道并与光纤接触的涂层材料以自由表面界定。压强差不仅使得自由表面存在，并且可避免在涂层材料中产生气泡。应使涂层材料在流体通道中基本上沿着朝向光纤移动路径的向内的径向方向流动以与移过模板开口的光纤接触。

在最佳实施例中，压强差是通过将空腔与一真空源相接而实现的。此外，在最佳实施例中，在光纤移动的路径上采用一个接一个的两个真空空腔。这种方案加强了涂覆材料无气泡的特征，特别是在向移动的光纤涂以双涂层的情况下尤为如此。

图1是将预制件拉成光纤并涂覆一层或多层某种聚合物材料的生产线的总体立体图;

图2是向移动的光纤上涂覆单层涂层的装置的立视剖面图;