專利名稱：帶有光纖的元件以及相應(yīng)的光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的領(lǐng)域為帶有光纖的元件以及相應(yīng)的光纖。更具體地，本發(fā)明涉及的領(lǐng)域為這樣的帶有光纖的元件以及相應(yīng)的光纖，其中一方面光纖以小曲率半徑至少部分彎曲，而另一方面旨在用于傳送相當(dāng)大的光能量。特別地，在輸出連接，或當(dāng)其插入的外殼是小型化元件時，光纖以小曲率半徑彎曲。在這種元件中，光纖級的光損耗是非常顯著的。
背景技術(shù)：
US6,373,868涉及一種方法，用于為固態(tài)激光器配置駐波腔裝置，以獲得穩(wěn)定的單模工作方式，由此，克服腔內(nèi)頻率轉(zhuǎn)換，典型地是由所謂“綠色問題(green problem)”引起的倍頻中的主要困難。
GB2,313,330涉及一種光纖，其用于實現(xiàn)光譜分析，其中該光纖擁有保護涂層，該涂層是由一種基本上不吸收紅外范圍輻射的材料形成的。
US2003/0133679涉及一種光纖，該光纖包括阻燃紫外光固化(light-curable)緊密涂層，該涂層基本上是無鹵的，并且具有至少20％的極限氧指數(shù)，而且其中緊密涂層在400-800um波長處具有至少75％的光透明度。
EP0,475,369涉及一種裝置，用于測量和控制光纖有色涂層的偏心度，其中測量是通過分析干擾圖案來進行的，而干擾圖案是通過將兩束相互垂直且與光纖軸線垂直的單色光束投射在光纖上獲得的。有色聚合物具有在屬于近紅外線的850nm至2500nm光譜范圍部分幾乎透明的特性。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，對于光纖來說，不可能達到傳送相當(dāng)大的光能量和同時以小曲率半徑彎曲這兩者的折衷。實際上，或者彎曲光纖的曲率半徑很小，則要由光纖傳送的光能量必須受到限制，或者，要由光纖傳送的光能量很高，則彎曲光纖的曲率半徑的減小就必須受到限制，也就是，元件小型化必定受到限制。增加光纖中要傳送的光能量，同時減小彎曲光纖的曲率半徑，這個問題實際上在于光纖涂層吸收的能量會由此大幅增加，如涂層不能經(jīng)受非常高的內(nèi)部溫度，就會迅速地退化。
特別地，這種涂層的例子是基于丙烯酸胺基甲酸酯(urethane-acrylate)的UV聚合涂層；基于硅聚合物的涂層，例如US專利6,652,975或日本JP53131851專利摘要中所描述的，這種涂層是熱聚合而不是紫外輻射聚合的；一方面基于硅聚合物，而另一方面基于硅聚酰亞胺的多層涂層，例如US專利4,848,869中所述的，這種涂層是熱聚合而不是紫外輻射聚合的。
日本JP61186906專利摘要描述了一種用于塑料光纖的、基于硅聚合物的涂層，塑料光纖的纖芯并不是基于石英的。
專利申請US2003/0,199,603描述了一種對紫外輻射透明的光纖涂層。

發(fā)明內(nèi)容
用于解決現(xiàn)有技術(shù)問題的第一解決方法將包括，制造一種能夠經(jīng)受內(nèi)部高溫的光纖涂層。這不是本發(fā)明所選擇的方式。本發(fā)明的解決方法是與不能經(jīng)受內(nèi)部高溫的光纖涂層一致的。涂層內(nèi)部溫度是與涂層外部室溫不同的涂層內(nèi)部的溫度。實際上，本發(fā)明的解決方法包括非常強烈地降低光纖涂層吸收的能量，而不在于增加光纖涂層對內(nèi)部溫度的抗耐性；為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的解決方法包括顯著地增加光纖涂層對紅外輻射的透明度。從而，光纖所傳送并進入到光纖涂層的光能量的主要部分不被吸收地穿過這一涂層，并且將在這一涂層外部消散開，由此避免了這一涂層的退化，并因此這一涂層幾乎完整無缺。涂層被制造成，在用于在有關(guān)應(yīng)用中傳送光信號的紅外光譜波段是透明的。本發(fā)明涉及所獲得的光學(xué)元件以及其包含的光纖。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種帶有光纖的元件，包括至少部分彎曲的光纖，該光纖用于在波長上傳送光能量，而且該光纖，從中心到邊緣，相繼包括，基于石英的纖芯，基于石英的光纖包層以及涂層，其特征在于，在所述波長處，光纖涂層對紅外輻射具有高于85％的透明度。
更加具體地，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種帶有光纖的元件，包括至少部分彎曲的光纖，該光纖旨在用于在一個波長上傳送光能量，而且該光纖，從中心到邊緣，相繼包括，至少部分摻雜或非摻雜石英的纖芯，至少部分摻雜或非摻雜石英的光纖包層，以及涂層，其特征在于，彎曲光纖的至少一部分長度的曲率半徑小于或等于10mm，以及在所述波長處，光纖涂層對紅外輻射具有高于85％的透明度，使得，在元件工作期間，光纖的溫度并不會保持太高，以充分避免對涂層的任何損害。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種光纖，該光纖，從中心到邊緣，相繼包括，基于石英的纖芯，基于石英的光纖包層以及涂層，其特征在于，該涂層對紅外輻射具有高于85％的透明度。
更加具體地，根據(jù)本發(fā)明，還提供一種光纖，該光纖，從中心到邊緣，相繼包括，至少部分摻雜或非摻雜石英的纖芯；至少部分摻雜或非摻雜石英的光纖包層；通過借助于催化劑光引發(fā)該聚合用紫外輻射聚合而獲得的聚合涂層；其特征在于，在聚合之前，涂層中催化劑的濃度足夠低，使得，在屬于下列波長集合的至少一個波長處，聚合涂層對紅外輻射具有高于85％的透明度980nm、1060nm、1117nm、1260nm、1360nm、1390nm、1450nm、1480nm、1550nm。


通過作為例子給出的下列描述和附圖，將能更好地理解本發(fā)明，而且本發(fā)明其它特性和優(yōu)勢將變得明顯，其中圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性光纖的截面視圖；圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性光學(xué)元件。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性光纖的截面視圖。光纖包括纖芯10、光纖包層11和涂層12。圖1中示出了光纖包層的直徑fgo。纖芯10和光纖包層11是基于石英的，也就是，它們基本上是由石英組成的，可能加入有一種或多種摻雜物，即它們是由至少部分摻雜或非摻雜石英組成的，其中摻雜可能是沿著纖芯和/或光纖包層半徑呈非均勻分布。因此，光纖不是所謂的塑料光纖，也就是其中纖芯材料基于有機聚合物材料。涂層12可以是單層或多層的。涂層12是由對紅外輻射具有高透明度的所有涂層的整個集合構(gòu)成的。典型地，涂層12特別地包括首層涂層和第二層涂層。在線纜或跳線(jumper)類型的外包層的情況下，后者對紅外輻射也具有一定的透明度，以通過能量在此外包層消散來避免此外包層的退化。
圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性光學(xué)元件。光學(xué)元件包括外殼1，光纖2盤繞在其中，光纖2的至少部分以曲率半徑Rc彎曲。Rc代表光纖2最彎曲部分的曲率半徑。光學(xué)元件包括輸入端3和輸出端4。輸入端3與上游光纖5相連。輸出端4與下游光纖6相連。信號從上游光纖5到達，穿過光學(xué)元件之后，再通過下游光纖6離開。
光纖涂層對紅外輻射具有高于85％的透明度。為了使光纖涂層吸收更少的能量，尤其是當(dāng)光纖能夠傳送的能量增加以及當(dāng)曲率半徑減少時，優(yōu)選地，光纖涂層對紅外輻射具有高于90％的透明度，有利地，高于95％。更加具體地，至少對于光學(xué)元件的功率波長，要滿足光纖涂層對紅外輻射的透明度的這些在85％至95％之間變化的最小閾值，其中功率波長可以是泵浦波長或信號波長，在這些波長處，在光纖中傳播相當(dāng)顯著的光能量。優(yōu)選地，光能量或者對于光泵浦是必要的，則這是光泵浦能量，或者得自于光泵浦，則這是通過泵浦所放大的信號的能量。
優(yōu)選地，信號波長為1550nm。泵浦波長，對于鉺類型或鐿類型泵浦，可以是980nm(±10nm)，對于涉及5w至20w光功率范圍的鐿類型泵浦，可以是1060nm(±10nm)，對于涉及5w至20w光功率范圍的鐿類型泵浦，可以是1117nm(±10nm)，對于喇曼類型泵浦，可以是1260nm(±10nm)，對于喇曼類型泵浦，可以是1360nm(±10nm)，對于喇曼類型泵浦，可以是1390nm(±10nm)，對于喇曼類型泵浦，可以是1450nm(±10nm)，對于鉺類型或喇曼類型泵浦，可以是1480nm(±10nm)。對紅外輻射的透明度可以位于這些泵浦波長中的一個或多個或所有波長處。在泵浦波長處，涂層對紅外輻射是透明的，這是因為在這個(或這些)泵浦波長處，光能量被涂層吸收。在一個涉及鉺類型泵浦的優(yōu)選實施方式中，在泵浦波長980nm和1480nm或者僅其中之一處，對紅外輻射是透明的。在涉及鐿泵浦類型的另一個優(yōu)選實施方式中，在波長980nm、1060nm、1117nm的所有波長或者僅其中一個或幾個波長處，對紅外輻射是透明的。在涉及喇曼泵浦類型的另一個優(yōu)選實施方式中，在1260nm、1360nm、1390nm、1450nm所有這些波長或者僅在其中之一或僅在其中幾個波長處，對紅外輻射是透明的。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在涂層中，這種透明度最多等于70％。光纖涂層對紅外輻射的透明度具有最小閾值，使得，在元件工作期間，光纖的溫度保持足夠相對低，以避免對于涂層的任何損害。優(yōu)選地，在元件工作期間，位于元件內(nèi)部的光纖部分的涂層溫度不上升到比元件內(nèi)部的室溫高10℃以上。
位于元件內(nèi)部的彎曲光纖的至少一部分長度的曲率半徑等于或小于10mm，優(yōu)選地，小于8mm。從而，元件可以以非常小型化形式出現(xiàn)。
優(yōu)選地，元件是有源的，而且元件的發(fā)射光功率大于或等于500mw，更好的是大于1w，最好大于5w。有源元件例如是放大器，例如是摻鉺光纖放大器，或者例如是發(fā)射器。
如果元件是摻鉺光纖放大器(EDFA)，尤其重要的是，與摻鉺放大光纖相連的是線路光纖，其具有根據(jù)本發(fā)明的涂層，至于摻鉺光纖，其將信號充分限制在纖芯內(nèi)，以避免涂層對能量的顯著吸收。這樣，涂層高度透明的波長就是被放大信號的波長，也就是說典型地是1550nm。
如果元件是喇曼卡，其所包含的、經(jīng)受很高的光功率，也就是傳送很高光能量的線路光纖部分具有根據(jù)本發(fā)明的涂層。涂層高度透明的波長就是泵浦波長。
優(yōu)選地，光纖的涂層是聚合涂層，這種涂層是通過借助于該聚合的催化劑光引發(fā)劑用紫外輻射聚合獲得的。對于這種涂層，催化劑的存在對獲得良好的聚合反應(yīng)過程是必需的。但是，這種催化劑具有吸收紅外輻射的特性。更具體地，催化劑通常在反應(yīng)期間就被分解了，不過，其成分在聚合反應(yīng)之后還會存在，而且這些成分本身吸收紅外輻射。在這種情況下，聚合前涂層中催化劑的濃度要選擇為足夠低，使得，在所使用的光譜范圍內(nèi)，優(yōu)選地在從1400nm至1600nm的光譜范圍上，聚合涂層對紅外輻射具有高于85％的透明度。優(yōu)選地，按重量計算，這種催化劑的濃度在0.2％至1.5％之間。按重量計算，這種催化劑的濃度最好在0.3％至1.0％之間。例如，按重量計算，催化劑的濃度在0.35％至0.50％之間。在存在于現(xiàn)有技術(shù)中的這種涂層中，按重量計算，催化劑濃度達到了3％。
本發(fā)明特別關(guān)注具有小直徑光纖包層的光纖，這是因為，這些光纖可以承受非常小的曲率半徑，在機械上更加具有抗耐性。這些光纖尤其可用于制造小型化元件。優(yōu)選地，光纖包層外直徑小于100um。光纖包層外直徑最好是80um左右。
優(yōu)選地，組成涂層的大部分材料是可用紫外輻射聚合的，例如，至少達到95％，其余的包括起催化作用的光引發(fā)劑，和/或活性稀釋劑，用于改善聚合涂層的機械特性以及交叉結(jié)合率，和/或添加劑，例如消沫劑、抗老化劑、附著力促進劑，所有這些成分的含有程度不會形成對紅外輻射過于強烈的吸收。
優(yōu)選地，組成涂層的基本材料屬于硅聚合物族，是通過光交聯(lián)硅樹脂前體聚合獲得的，或者屬于氟聚合物族，是通過光交聯(lián)氟聚合物前體聚合獲得的。
這里是光交聯(lián)硅樹脂前體的一些例子來自UCB的Ebecryl350，Ebecryl 1360；來自Croda的UV5-500；來自Genomer的Additive 97-168n，Additive 97-169，Additive 99-622；來自Tego Chemie的Rad 2100，Rad 2200，Rad 2500，Rad 2600，Rad2700；來自Gelest的DMS-U22；來自Rhodia的Silcolease UV范圍的產(chǎn)品，例如Silcolease UV RCA 250，Silcolease UV RCA 251；來自Gelest的DMS-R01，DMS-R05，DMS-R18，DMS-R22，DMS-R31；來自Aldrich的聚[二甲基硅氧烷-共聚-[2-(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基]甲基硅氧烷]。
這里是光交聯(lián)氟聚合物前體的一些例子來自ATOFINA的Foralkyl AC6(丙烯酸3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛基酯[17527-29-6])，AC8(丙烯酸3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，9，9，10，10，10-十七氟癸酯[27905-45-9])，MAC6(甲基丙烯酸3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛酯[2144-53-8])或者MAC8(甲基丙烯酸3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，9，9，10，10，10-十七氟癸酯[1996-88-9])，ATRIFE(丙烯酸三氟乙酯)或者MATRIFE(甲基丙烯酸三氟乙酯)；包含氟原子的(甲基)丙烯酸酯；選自六氟丙烯(HFP)以及聚偏二氟乙烯(PVDF)和PVDF共聚物的熱塑性聚合物，例如來自ATOFINA的Kynar產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種光纖元件，包括至少部分彎曲的光纖(2)，該光纖旨在用于在一個波長上傳送光能量，而且該光纖，從中心到邊緣，相繼包括，基于石英的纖芯(10)、基于石英的光纖包層(11)以及涂層(12)，其特征在于，在所述波長處，該光纖涂層對紅外輻射具有高于85％的透明度。
2.一種光纖元件，包括至少部分彎曲的光纖(2)，該光纖旨在用于在一個波長上傳送光能量，而且該光纖，從中心到邊緣，相繼包括，至少部分摻雜或非摻雜石英的纖芯(10)，至少部分摻雜或非摻雜石英的光纖包層(11)，以及涂層(12)，其特征在于，該彎曲光纖的至少一部分長度的曲率半徑(Rc)小于或等于10mm，以及，在所述波長處，該光纖涂層對紅外輻射具有高于85％的透明度，使得在該元件工作期間，該光纖的溫度保持足夠相對的低，以避免對該涂層的任何損害。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一個所述的帶有光纖的元件，其特征在于，該元件是有源的，而且，該光能量或者得自于光泵浦，或者為光泵浦所需。
4.根據(jù)權(quán)利要求2至3中任一個所述的帶有光纖的元件，其特征在于，該彎曲光纖的至少一部分長度的曲率半徑小于或等于8mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一個所述的帶有光纖的元件，其特征在于，該元件是有源的，而且該元件的發(fā)射光功率大于或等于500mW。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有光纖的元件，其特征在于，該元件的發(fā)射光功率大于或等于1W。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有光纖的元件，其特征在于，該元件的發(fā)射光功率大于或等于5W。
8.根據(jù)權(quán)利要求6至7中任一個所述的帶有光纖的元件，其特征在于，該元件是放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有光纖的元件，其特征在于，該放大器是摻鉺光纖放大器，而且，所述波長是被放大信號的波長。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至7中任一個所述的帶有光纖的元件，其特征在于，該元件是發(fā)射器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的帶有光纖的元件，其特征在于，該發(fā)射器是喇曼卡，而且，所述波長是泵浦波長。
12.一種光纖，從中心到邊緣，相繼包括，基于石英的纖芯(10)、基于石英的光纖包層(11)以及涂層(12)，其特征在于，該涂層對紅外輻射具有高于85％的透明度。
13.一種光纖，從中心到邊緣，相繼包括至少部分摻雜或非摻雜石英的纖芯(10)；至少部分摻雜或非摻雜石英的光纖包層(11)；聚合涂層(12)，是通過借助于該聚合的催化劑-光引發(fā)劑用紫外輻射聚合而獲得的；其特征在于，在聚合之前，該涂層中催化劑的濃度足夠低，使得在屬于下列波長集合中的至少一個波長處，該聚合涂層對紅外輻射具有高于85％的透明度980nm、1060nm、1117nm、1260nm、1360nm、1390nm、1450nm、1480nm、1550nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光纖，其特征在于，按重量計算，該催化劑濃度在0.2％至1.5％之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光纖，其特征在于，按重量計算，該催化劑濃度在0.3％至1.0％之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一個所述的光纖，其特征在于，該透明度高于90％。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光纖，其特征在于，該透明度高于95％。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17中任一個所述的光纖，其特征在于，該光纖包層的外直徑(fgo)小于100um。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光纖，其特征在于，該光纖包層的外直徑是80um。
20.根據(jù)權(quán)利要求12至19中任一個所述的光纖，其特征在于，該涂層基于硅聚合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求12至19中任一個所述的光纖，其特征在于，該涂層基于氟聚合物。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一個所述的帶有光纖的元件，其特征在于，該元件包括根據(jù)權(quán)利要求12至21中任一個所述的光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及的領(lǐng)域為帶有光纖的元件以及相應(yīng)的光纖。一方面，本發(fā)明涉及一種帶有光纖的元件，該元件包括至少部分彎曲的光纖(2)，該光纖(2)，從中心到邊緣，相繼包括，基于石英的纖芯(10)、基于石英的光纖包層(11)以及對紅外輻射具有高于85％透明度的涂層(12)。另一方面，本發(fā)明涉及一種光纖，該光纖，從中心到邊緣，相繼包括，基于石英的纖芯(10)、基于石英的光纖包層(11)以及對紅外輻射具有高于85％透明度的涂層(12)。
文檔編號G02B6/10GK1710451SQ20051007732
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者達米安·拉里維埃, 塞巴斯蒂安·安德烈, 斯特凡娜·戈沙爾 申請人:德雷卡通信技術(shù)公司