EoW July 2008

Техническая статья

Первичные покрытия с высокой кавитационной стойкостью для оптических волокон Хоймин Као, «ДСМ десотек инк», г. Элджин (шт. Иллинойс, США); Маркус Балтерс и Пол Стиман, «ДСМ рисерч», г. Гелеен (Нидерланды)

Аннотация Хорошо известно, что конструкции, сочетающие в себе мягкие первичные покрытия с жесткими вторичными покрытиями, обеспечивают хорошую защиту для оптических волокон с двухслойным покрытием от повреждений при микроизгибах. Однако применение таких двухслойных конструкций ведет к появлению температурного напряжения в системе покрытия из-за разницы в тепловом расширении или сжатии двух слоев покрытия. Возникновение трехосного растягивающего напряжения может привести к появлению внутренних разрывов в мягком первичном покрытии. Возможным дефектом является кавитация первичного покрытия, которая может негативно сказаться на характеристиках затухания волокна. В данной работе обсуждается механизм образования кавитации в покрытии в зависимости от различных типов внешних сил. Вводится понятие кавитационной стойкости первичного покрытия в качестве ключевого параметра для получения надежной системы покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками, обладающего необходимой низкой чувствительностью к микроизгибам в сочетании с высокой кавитационной стойкостью. 1. Введение Одним из основных преимуществ конструкции оптического волокна с двухслойным покрытием является улучшенная защита от микроизгибов по сравнению с той, которую обеспечивает однослойное покрытие. Мягкое первичное покрытие, которое выступает в качестве буферного слоя, в сочетании с жестким вторичным покрытием, действующим в качестве защитного слоя, обеспечивает идеальное сопротивление изгибу, позволяющее волокнам выдерживать внешние напряжения в кабельной системе.

[1] Температурное напряжение в системе с двухслойным покрытием неизбежно возникает по причине различного теплового расширения и сжатия стекла, первичного и вторичного покрытий. В стандартных одномодовых или многомодовых волокнах с высококачественными двухслойными покрытиями не отмечается увеличения затухания выше допустимых величин при циклическомизменениитемператур,таккак температурное напряжение равномерно распределяется по окружности волокна. Однако у волокон с определенным количеством дефектов в системе покрытия, особенно в первичном покрытии, уже при комнатной температуре может отмечаться высокий уровень затухания из-за потерь на микроизгибы, при этом затухание может существенно расти при снижении температуры вследствие неравномерного температурного напряжения, вызванного этими дефектами. Возможными дефектами первичного покрытия являются отдельные частицы, гелевые структуры, кристаллические включения, нарушения геометрических параметров, отслаивания и пустоты. Как отслоения, так и пустоты связаны с растягивающими напряжениями в первичном покрытии теплового или механического происхождения. В то время как отслаивание первичного покрытия от стекла хорошо изучено [3, 4], возможности образования пустот при внутреннем разрыве первичного покрытия рассмотрены недостаточно. Хотя первичные покрытия обычно обладают очень высокой растяжимостью прилинейномрастягивающемнапряжении, при создании трехосного растягивающего напряжения в материале покрытия могут возникнутьвнутренниеразрывы.Компания «ДСМ десотек» (DSM Desotech) в последние годы провела углубленные исследования для изучения этого вида вероятных дефектов. Изучен механизм возникновения пустот в первичном покрытии, и разработаны первичные покрытия с

высокой кавитационной стойкостью путем подбора соответствующего молекулярного дизайна сети поперечных связей в структуре покрытий.

2. Механизм

образования пустот в слое первичного покрытия

Причиной в первичном покрытии является трехосное растягивающее напряжение, которое при достижении высокого уровня может превысить предел кавитационной образования пустот

Рис. 1. ▲ ▲ Трехосные температурные напряжения в системе с двухслойным покрытием Рис. 2. ▼ ▼ Расчетные температурные напряжения в системе с двухслойным покрытием

Радиус (µm) Температурные напряжения (MPa)

73

EuroWire – июль 2008 г.