DE69716001T2

DE69716001T2 - Optischer Leiter und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69716001T2
Application number: DE69716001T
Authority: DE
Inventors: Valerie Boncompain; Christopher Mc Nutt
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: FR2753540A1; US6418259B2; EP0829458B1; ES2184973T3; US20010046360A1; JPH10133070A; EP0829458A1; DE69716001D1; BR9704694A; FR2753540B1

Description

Die Erfindung betrifft nach Anspruch 1 einen optischen Leiter mit einer Faser, insbesondere aus Glas, welche von einem Polymerschutzmaterial umgeben ist. Die Erfindung betrifft nach Anspruch 9 auch ein Verfahren zur Herstellung dieses optischen Leiters.
Kabel mit (einer) optischen Faser(n) werden wegen des großen Durchlassbereichs und der geringen Rauschempfindlichkeit bei der optischen Übertragung immer häufiger für Signalübertragungen, insbesondere in der Telekommunikation, verwendet.
Die optischen Leiter befinden sich häufig in einer unzuträglichen Umgebung. Insbesondere sind die optischen Leiter Feuchtigkeit und beträchtlichen Temperaturschwankungen ausgesetzt.
Man hat festgestellt, dass die Polymerharze der optischen Leiter, die sich in einer unzuträglichen Umgebung, insbesondere einer feuchten Umgebung, befinden, einem die Polymere zerbrechlich machenden Abbau unterliegen, was zu einem Freilegen der Glasfaser und in extremen Fällen sogar zum Bruch des Leiters führen kann.
Diese Schäden rühren von der Hydrolyse her, welche eine Trennung der Polymermoleküle unter dem Einfluss von Wasser und somit die Veränderung der physikalischen Eigenschaften des Materials mit sich bringt.
Um die Schäden der Feuchtigkeit einzuschränken, sind die Vorsichtsmaßnahmen bis heute immer mehr verstärkt worden, zum Beispiel, indem den Leiter oder die Leiteranordnung umgebende Verbindungen, wie beispielsweise Fett, vorgesehen wurden. Eine andere Vorsichtsmaßnahme besteht darin, diese Art von Leiter nur bei einer Temperatur bis höchstens 70ºC zu verwenden.
Die Schutzmaßnahmen sind teuer und nicht immer wirksam. Außerdem ist die Einschränkung auf 70ºC nachteilig.
Die Erfindung überwindet diese Nachteile.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass das (oder die) die leitende optische Faser umgebende(n) Polymermaterial(ien), welche(s) bei ulravioletter Bestrahlung vernetzbar ist (sind), einen Zusatz zur Aufnahme von Wasser, insbesondere eine Carbodiimid, eine Polycarbodiimid oder ein Polycarbamid enthält(halten).
Zum Herstellen eines optischen Leiters oder eines Leiterbands wird der die Feuchtigkeit aufnehmende Zusatz in das Polymerharz vor dessen Vernetzung durch ultraviolette Strahlung eingebracht.
Es wurde festgestellt, dass die ultraviolette Bestrahlung zum Vernetzen die Feuchtigkeit aufnehmende Eigenschaft der Zusätze nicht beeinflusst. Insbesondere behält ein Mono- oder ein Polycarbodiimid oder eine Polycarbamidverbindung dessen Aufnahmevermögen.
Die Wasseraufnahme kann auf verschiedene Arten erfolgen. Beispielsweise kann das Wasser eine Polymerstruktur bilden, welche die physikalischen Eigenschaften des Harzes nicht, oder im Wesentlichen nicht, ändert. Wenn eine Polycarbamidverbindung verwendet wird, kann das geformte Polymer ein Polyurethan sein. Anders ausgedrückt, die Aufnahme von Wasser baut das Harz nicht ab.
Versuche haben ergeben, dass der mit dem Zusatz einher gehende Schutz mit dessen Anteil im Harz ansteigt. Die besten Ergebnisse wurden mit einem Zusatzanteil von 5 Gew.-% gewonnen; gleichwohl ist es aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt, diesen Wert von 5% nicht zu übersteigen. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 1 und 5 Gew.-%.
Die Erfindung betrifft auch ein Leiterband, d. h. eine Anordnung von parallel zusammengefügten optischen Leitern.
Andererseits wurde festgestellt, das wenigstens bestimmte Zusätze, die zu dem die optische Faser umgebenden Polymermaterial hinzugegeben werden, eine zusätzliche günstige Wirkung haben, die Photolyse oder den Photoabbau, d. h. den Abbau des Polymers bei einer längeren Belichtung, zu hemmen. Dieser Photoabbau erfolgt gewöhnlich einerseits durch ein Vergilben des Polymerharzes und andererseits durch eine Änderung der physikalischen Eigenschaften des Harzes. Ein Zusatz vom Typ Carbodiimid hemmt den Photoabbau wirksam. Die besten Ergebnisse ergaben sich mit einem Anteil von Carbodiimid in der Größenordnung von 1,5 Gew.-%.
Die Erfindung betrifft gleichermaßen einen optischen Leiter mit einer Faser, insbesondere aus Glas, welche von einem durch ultraviolette Bestrahlung vernetzbaren Polymerschutzmaterial umgeben ist, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass das Polymerschutzmaterial einen Zusatz auf der Grundlage von Carbodiimid enthält, welcher vorzugsweise den Photoabbau hemmt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird.
Die Fig. 1 und 2 sind Diagramme, welche den Einfluss der Feuchtigkeit als Funktion der Zeit auf die Übertragungsqualität einer optischen Faser für verschiedene Zusatzkonzentrationen in dem Harz der die optische Faser umgebenden Scheide zeigen, und
die Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Lichtabsorption als Funktion der Wellenlänge nach der Alterung eines Harzes, das einen Zusatz vom Typ Carbodiimid enthält, zeigt.
In Fig. 1 sind Versuche dargestellt, die mit optischen Fasern durchgeführt wurden, in die Licht mit einer Wellenlänge von 1550 Nanometer eingespeist wurde.
Die Fig. 1 ist ein Diagramm, das den Verlauf der Dämpfung (als Ordinate), in dB/km, der optischen Faser als Funktion der Zeit (als Abszisse), in Tagen (j), zeigt. Die Versuche wurden für sechs verschiedene Konzentrationen des Zusatzes durchgeführt.
In allen Fällen wurde der Versuch auf einem Leiterband mit vier optischen Leitern durchgeführt, die in Wasser mit einer Temperatur von 60ºC getaucht wurden. Als Harz wurde das der Firma DSM mit der Bezugsziffer 9-75 verwendet, welchem der Zusatz Carbodiimid "stabaxol 1" der Firma Rhein-Chemie hinzugefügt wurde.
Die Kurve 10 entspricht einem Polymerharz ohne Zusatz. Die Kurve 11 entspricht einem Polymerharz mit 0,5% Zusatz. Die Kurve 12 bezieht sich auf einen Gehalt an Zusatz von 1%. Die Kurve 13, auf einen Gehalt von 1,5%, und die Kurven 14 und 15 auf einen Gehalt von 2 bzw. 5%.
In allen Fällen nimmt die Dämpfung zu, erreicht ihr Maximum nach 14 Tagen, fällt dann wieder ab, und stabilisiert sich nach 30 Tagen. Man beobachtet eine Verringerung der Dämpfung wenn der Anteil des Zusatzes zunimmt. Obgleich die Kurve 15 den besten Ergebnissen entspricht, wird dennoch aus Kostengründen ein Gehalt des Zusatzes in der Größenordnung von 2 Gew.-% bevorzugt, was der Kurve 14 entspricht.
Fig. 2 ist ein Versuchsdiagramm, welches bei exakt den gleichen Bedingungen wie in Fig. 1 durchgeführt wurde, wobei jedoch Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 1300 Nanometer eingespeist wurde. Die Kurven 10&sub1;, 1&sub1;&sub1;, 1&sub2;&sub1;, 1&sub3;&sub1;, 14&sub1; und 15&sub1; entsprechen den gleichen Zusatzanteilen, welcher jeweils 0%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2% und 5% beträgt.
Die gewonnenen Ergebnisse sind denen von Fig. 1 ähnlich.
Es ist festzustellen, dass die Carbodiimide nicht nur Wasser absorbieren, sondern ebenso Säuren, und sie in den beiden Fällen in Carbamide umwandeln.
Nun werden in Bezug auf das Diagramm von Fig. 3 weitere Alterungsversuche beschrieben, die mit dem gleichen Harz mit der Bezugsziffer 9-75 der Firma DSM, dem der Zusatz Carbodiimid "stabaxol 1" der Firma Rhein-Chemie zugegeben wurde, durchgeführt wurden.
In diesem Diagramm stellt jede Kurve das Lichtabsorptionsspektrum des durch Ultraviolettlicht vernetzten Polymers dar, wobei eine Kurve (wie man es weiter unten sieht) einer bestimmten Zusatzkonzentration entspricht. Diese Kurven wurden mit Proben in Form von Filmen bestimmt. Jede Probe wurde einer beschleunigten Alterung unterworfen, die aus einer UV-Bestrahlung in einem Wärmeschrank bei einer Temperatur von 50ºC für 251 Stunden bestand.
Als Ordinate ist die Absorption in relativen Werten, und als Abszisse die Wellenlänge in Nanometer (nm) angegeben. Die Wellenlänge liegt zwischen 310 und 600 Nanometer, was dem ultravioletten und sichtbaren Bereich entspricht.
Die Kurve 20 entspricht einem Polymerharz ohne Zusatz, die Kurve 21 einem Polymerharz mit 0,5% Zusatz, die Kurve 22 entspricht 1,5% Zusatz, die Kurve 23 einem Zusatz von 2% und die Kurve 24 einem Zusatz von 5%.
Jede dieser Kurven hat zwei Absorptionsmaxima, eines bei ungefähr 336 Nanometer und das andere bei ungefähr 414 Nanometer.
Die Höhe des Maximums bei 336 Nanometer, bzw. Peak, stellt den hauptsächlichen Photoabbau dar, d. h. die Menge der Peroxidradikale in dem Harz. Je größer die Höhe dieses Peaks ist, desto größer ist der Anteil der Peroxidradikale in dem Harz.
Man sieht, dass die Kurve 20 (entspricht dem Harz ohne Zusatz) das größte Absorptionsmaximum bei 336 Nanometer hat, während die anderen Kurven 21 bis 24 - die Harzen entsprechen, denen der Zusatz stabaxol hinzugefügt wurde - ein niedrigeres Maximum bei der gleichen Wellenlänge aufweisen.
Man stellt ebenso fest, dass der Peak bei 336 Nanometer für einen Anteil von ungefähr 1,5 Gew.-% am niedrigsten ist.
Wie weiter oben angegeben wurde, äußert sich der Abbau unter dem Einfluss des Lichts als Funktion der Zeit einerseits durch eine Änderung der physikalischen Eigenschaften des Harzes, welches insbesondere zerbrechlicher wird, und andererseits durch eine Vergilbung der Oberfläche. Diese Vergilbung der Oberfläche ergibt sich aus dem Peak bei 414 Nanometer. Tatsächlich entspricht dieser Absorptionspeak bei 414 Nanometer der Farbe Violett/Indigo; das menschliche Auge sieht also die Komplementärfarbe, d. h. Gelb/Grün. Jede höher dieses Maximum ist, desto stärker ist die Vergilbung. Man sieht also auch hier, dass die besten Ergebnisse (d. h. der Peak ist am niedrigsten) für einen Zusatzanteil in der Größenordnung von 1,5% erhalten werden.

Claims

1. Optischer Leiter mit einer Faser, insbesondere aus Glas, die von einem bei ultravioletter Bestrahlung vernetzbaren Polymerschutzmaterial umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymerschutzmaterial ein Harzpolymer und einen Zusatz zur Aufnahme von Wasser enthält.

2. Optischer Leiter nach Anspruch 1, bei welcher der Zusatz ein Carbodiimid oder eine Polycarbodiimid ist.

3. Optischer Leiter nach Anspruch 1, bei welcher der Zusatz auf Carbodiimid basiert.

4. Optischer Leiter nach Anspruch 3, bei welcher der Anteil von Carbodiimid in der Größenordnung von 1,5 Gew.-% liegt.

5. Optischer Leiter nach Anspruch 1, bei welcher der Zusatz ein Polycarbamid ist.

6. Optischer Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der Anteil des Zusatzes in dem Polymermaterial höchstens 5 Gew.-% beträgt.

7. Optischer Leiter nach Anspruch 6, bei welcher der Anteil des Zusatzes in dem Polymermaterial in der Größenordnung von 2 Gew.-% liegt.

8. Optischer Leiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Zusatzes in dem Polymermaterial in der Größenordnung von 1,5 Gew.-% liegt.

9. Verfahren zur Herstellung eines optischen Leiters nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem der Zusatz mit dem Polymer vermischt wird, bevor die Vernetzung durch ultraviolette Bestrahlung erfolgt.

10. Optisches Leiterband mit optischen Leitern, von denen der Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.