使用具有单独颜色层的 光学纤维的系统和方法 相关申请的交叉参考
本申请是下列共同待审申请的部分继续申请：U.S.utilityapplication entitled“MULTIPLE FEED APPLICATOR ASSEMBLY FORCOATING OPTLCAL FIBERS”，ser no.10/376,898申请日为2003，2，28，现全部列于此处供参考。
【技术领域】
本发明一般地涉及涂覆光学纤维，更具体地说，本发明涉及具有单独颜色层的光学纤维。
相关技术的说明
光学纤维生产通常包括拉伸一个纤维，它经常是由二氧化硅玻璃组成的，以及随后涂覆保护的涂层材料到纤维上。主涂层材料典型地含有较软的聚合物材料，它保护纤维避免位移以及与此相关的损失。主涂层有助于吸收施加至涂覆的纤维的力。以及防止它们传送至纤维芯，以及密封纤维的表面避免水分，以保持高的物理强度。典型地，第二层涂层材料含有较高模量的聚合物材料，它涂覆在主涂层上。第二层保护柔软的主涂层，对涂覆的光学纤维提供坚固性和耐磨性。
除了保护纤维避免位移和保持纤维的高强度之外，涂层还具有的功能是防止空中的颗粒撞击在以及粘附在拉伸的纤维的表面上，它能够削弱纤维和影响其传输性能。
光学纤维能够使用一种湿涂覆过程涂覆，它典型地包括通过一个流体聚合物材料的贮箱拉伸一条纤维，以及随后借助在固化辐射下曝光使流体的聚合物固化而变硬，固化辐射比如是紫外线灯。在一个双联涂覆过程中，两种涂层材料是串联地或同时地涂覆(在相同的涂覆机或模件组件内)。串联的排列是涂覆一个主涂层，它随后固化以及随后第二涂层材料涂覆和固化。这个过程在商业文献中称为“湿涂在干上”。在同时地双联涂覆排列中，两种涂层材料涂覆在纤维基上，在此之后它们同时地曝光在适当的辐射下而固化。在两种情况下，主涂层材料是典型地一种低模量聚合物材料，以及第二涂层材料是较高模量的聚合物材料。
光学纤维经常提供为着色的，它允许单独的纤维能够迅速和正确地认别。现有的方法包括在拉伸后步骤为光学纤维提供一个颜色层。例如，对于串联的和同时的涂覆排列，颜色层的提供仅是在最外面的保护层已固化之后。这种方法也包括一个“湿涂在干上”的涂覆过程。这样的着色过程可要求增加拉伸塔的高度，如果此工作是在拉伸过程中进行的，或者另外作为在拉伸纤维完成之后的一个补充的步骤，它们两者可能增加制造费用。
现有的着色方法还包括添加颜料至主涂层材料，第二涂层材料或两者。添加颜料至主和第二层涂层材料可能影响材料的性能，因而影响使用它们的光学纤维的性能。同样还因为这些材料在涂覆之前已经着色，并不罕见这样的发明者，在拉伸工序完成之后仍保持不需要着色的材料。这些发明者经常会浪费和不得不增加制造的费用。
本发明的概述
简要地说，本发明的系统和方法包括一种光学纤维，具有单独的颜色层，提供一种光学纤维，包括一个主涂层材料层，具有第一模量，一个颜色的涂层材料层，具有第二模量，一个第二材料层，具有第三模量，以及其中第一、第二和第三模量是不同的值。
同样，其它的实施例提供一种装置和一种方法，用于涂覆一个颜色涂层材料，一个主涂层材料以及一个第二涂层材料至一个光学纤维。涂覆机组件的一个代表性实施例包括：主涂层材料的一个增压源；一个主涂层材料贮箱，与主涂层材料的增压源流体贯通，主贮箱设计为涂覆一层主涂层材料至光学纤维；一个主模具，与主贮箱相邻，主模具包括一个主开孔，构造为确定主涂层材料的层尺寸；一个颜色涂层材料的增压源；一个颜色涂层材料贮箱，与颜色涂层材料增压源流体贯通，颜色贮箱构造为涂覆一层颜色涂层材料至光学纤维；一个颜色涂层材料模具，与颜色贮箱相邻，颜色模具包括一个颜色开孔，构造为确定颜色涂层材料的层尺寸；一个第二涂层材料的增压源；一个第二涂层材料的贮箱，与第二涂层材料的增压源流体贯通，第二贮箱设计为涂覆一层第二涂层材料至光学纤维；一个第二模具，与第二贮箱相邻，第二模具包括一个第二开孔，构造为确定第二涂层材料的层尺寸；以及其中主贮箱、颜色贮箱和第二贮箱是流体贯通的。
另一个实施例可以看作是形成一个光学纤维用的一种方法。在此方面，一个代表性的方法可以总结为下列步骤：拉伸一个光学纤维；涂覆一层主涂层材料至光学纤维；涂覆一层颜色涂层材料至光学纤维；涂覆一层第二涂层材料至光学纤维；其中主涂层材料层，颜色涂层材料层和第二涂层材料层是每个层在其它层固化前涂覆的。
其它的系统、方法、特点和/或优点对于一个技术熟练人员来说，在研究了下列的附图和详细的说明之后会变得明确起来。这里的意图是，全部这些补充的系统、方法、特点和/或优点应包括在本说明书内和受所附权利要求书的保护。
附图的简要说明
附图内的这些部件不需要是按比例的，并且，在附图内，相同的图号表示在连贯的几个图内相关的部件。
图1是涂覆涂层至光学纤维用的系统的示意图，包括涂覆机组件的一个优选的实施例。
图2A-2C是具有单独的颜色层的光学纤维的透视图，带有不同层的部分被切开。
图3是一个涂覆机组件的一个优选的实施例的横剖面图。
图4是图3所示的第一涂层模具的横剖面图。
图5是图3所示的第二涂层模具的横剖面图。
图6是图3所示的第三涂层模具的横剖面图。
图7是图3所示的涂覆机组件的一部分的局部的横剖面图。
图8是沿图3所示的涂覆机组件的直线8-8切取的横剖面图。
图9是图8所示的第一模具的横剖面图。
图10是图8所示的第二模具的横剖面图。
图11是图8所示的第三模具的横剖面图。
图12是一个流程图，示出光学纤维的一种涂覆方法的优选的实施例。
本发明的详细说明
光学纤维典型地是由二氧化硅玻璃组成的，要求保护涂层，以防止由于水分、磨损和应力等使纤维损坏。这些防护涂层典型地包括一个较软的聚合物材料的主涂层，一个聚合材料的第二涂层，具有的模量比主涂层材料的高。这些保护涂层最好是在拉伸纤维之后立即涂覆的。
现在更详细地参见图1，示出一个系统10的一个实施例，它使用于由一个圆柱形预制件13拉伸一个光学纤维11，以及随后使用一个多位供给涂覆机组件100的一个实施例涂覆光学纤维11。典型地，光学纤维11的制造由拉伸玻璃预制件13开始，它保持在一个电炉12内，温度2000℃或更高。各种仪表16，比如包层直径和纤维拉伸计提供反馈至电炉温度和拉伸绞盘速度控制器(图中未示出)。光学纤维11前进通过数个冷却级，比如一个退火槽14和一个激冷槽18，它们控制光学纤维11的轴向温度型面在一个希望的范围内。当光学纤维11已充分冷却，典型地低于80℃，两种保护的流体涂层材料和一种颜色涂层材料使用多位供给涂覆机组件100涂覆。应该指出，虽然两种保护的涂层是典型的，使用多位供给涂覆机组件100能够涂覆不同数量的保护的涂层。随后，涂层经固化，典型地在紫外线烘炉20内进行，以及已涂覆的光学纤维30缠绕在卷取盘24上。
图2A示出已涂覆的光学纤维30A的一个实施例，它包括一个颜色的涂层34，它是独立于主涂层32和第二涂层36。如图所示，主涂层32是邻接光学纤维11，颜色涂层34是邻接主涂层32，以及第二涂层形成最外面的保护层。最好，主涂层材料是一种较软的聚合物材料，它保护光学纤维避免位移和与其相关的损失，而第二涂层材料是一种较高模量的聚合物材料，它提供强度和耐磨性。典型地，颜色涂层材料具有的模量(压力单位)在主和第二涂层材料的模量之间。颜色涂层材料的模量可以选择，以优化传输损失性能和随后要求的工作，比如剥除保护层(比如由已涂覆的光学纤维30获取带基体或缓冲器)。
图2B和2C示出图2A中所示已涂覆的光学纤维30A的一个代替的实施例。在图2B中，颜色涂层34邻接光学纤维11，以及主涂层32位于颜色涂层34和最外面的第二涂层36之间。在图2C中，主涂层32邻接光学纤维11，第二涂层36邻接主涂层32，以及颜色涂层34是最外面的层。最好，每层的材料(主涂层32，颜色涂层34和第二涂层36)的选择是按照每层沉积在已涂覆的光学纤维30A-C范围内。典型地，每种材料是不同模量的。
在所示的已涂覆的光学纤维30A-C的实施例中，主和第二涂层32，36为15-40μm厚，而颜色涂层34为2-10μm厚，但最好为4-7μm厚。
图3示出多位供给涂覆机组件100的一个实施例的横剖面图，它用于涂覆如图1所示的光学纤维。为了清晰起见，准备涂覆的一个光学纤维没有示出为前进通过涂覆机组件100。然而，如图7所示，准备涂覆的一个光学纤维11沿着入口开孔132，第一开孔152，第二开孔166和第三开孔186的中心线前进。在装配状态，涂覆机组件100包括一个模具帽120，一个入口模具130，一个第一模具140，第二模具160，一个第三模具180和一个模体部分102。在所示的优选的实施例中，模体部分102包括一个空腔103，具有锥度壁用于接收和支承第一模具140。
如图3和8所示，模体部分102包括一个第一涂覆材料源104(图8)，一个第一涂覆口108(图8)，一个第二涂覆材料源105，一个第二涂覆口110，一个第三涂覆材料源106(图8)，以及一个第三涂覆口(图8)。模体部分102的第一涂覆口108供给进入一个环形槽146，它形成在第一模具140内，邻接至模体部分102。环形槽146与第一涂覆口108流体贯通，它形成在第一模具140内。第二涂覆口110形成在模体部分102内，与第二涂覆材料源105流体贯通，以及相关的第二涂覆口110形成在第一模具140内。第三涂覆口112形成在模体部分102内，与第三涂覆材料源106流体贯通，以及相关的第三涂覆口112形成在模体部分102内，与第三涂覆材料源流体贯通，以及相应的第三涂覆口112形成在第一模具140和第二模具160内，如图8所见。应该指出，虽然示出的是多个的第一涂覆材料源104，第二涂覆材料源105和第三涂覆材料源106，涂覆机组件100的实施例可以设想，其中一个单独的第一涂覆材料源104，一个单独的第二涂覆材料源105和一个单独的第三涂覆材料源106分别地与所有的第一涂覆口108，第二涂覆口110和第三涂覆口112流体贯通。第一、第二和第三涂覆材料源104，105，106能够借助一个或多个泵(图中未示出)或其它器件增压。
如图4所示，第一模具140包括一个第一空腔142和一个第二空腔144。第一空腔142，排列和构造为接收一个入口模具130(图3)。入口模具130包括一个入口开孔132，通过它光学纤维前进。入口开孔132有助于保证涂覆材料不会向上流动和流出第一涂覆贮箱148。第二空腔144排列和构造为接收第二模具160和第三模具180。如上所述，第一模具140包括一个环形槽146和第一涂覆口108。如图所示，最好，第一模具140包括四个第一涂覆口108，由第一涂覆贮箱148径向地延伸至环形槽146，从而使第一涂覆口108垂直以邻接第一涂覆口108。第一涂覆口108的排列允许涂层材料以一种方式供给至第一涂覆贮箱148，它减少放置在第一涂覆贮箱148内的光学纤维上施加的横向力。最好，邻接第一涂覆口148的是一个锥形段150，在其中粘弹力开始形成，从而有助于光学纤维定中心。邻接锥形段150的是第一开孔152。第一开孔152排列和构造为这样，使粘弹力在第一开孔152内发展以定光学纤维的中心。在第一开孔152内形成的粘弹力保持光学纤维通过涂覆机组件100正确的定中心。
第一模具140的第二空腔144排列和构造为接收第二模具160(图5)。如以上指出，第一模具140包括第二涂覆口110，它与设置在模体部分102内的相关的第二涂覆口110对准。如以下详细的讨论，第一模具140的第二涂覆口110还与在第二模具160内形成的第二入口164对准。同样，第一模具140包括第三涂覆口112，与在模体部分102内形成的相关的第三涂覆口112对准(图7)。第三涂覆口112进一步与第三涂覆入口184对准(图11)。
如图5所示，第二模具160包括一个第二涂覆贮箱162，第二入口164和一个第二开孔166。如以上指出，第二入口164借助第二涂覆口110与第二涂覆源105流体贯通。这样一来，第二涂覆贮箱162涂覆第二涂覆材料至第一涂覆材料，第一涂覆材料是在第一涂覆贮箱148内涂覆到光学纤维上以及被第一开孔152定尺寸的。
如图6所示，第三模具180包括一个第三涂覆贮箱182，第三涂覆入口184以及一个第三开孔186。第三模具180接收在第二模具160内这样使第三入口184与第二模具160的第三涂覆口112流体贯通，如由图8所见。当光学纤维前进通过第三涂覆贮箱182，涂覆材料被涂覆在光学纤维上的第二涂覆材料上。光学纤维之后前进通过第三开孔186，它这样定尺寸，使第三涂覆层的直径可以借助控制第三涂覆源106的压力来调节。最好，第三模具180和第二模具160是借助穿入螺纹紧固件而固定就位，螺纹紧固件通过两个模具160和180的保持凸缘168螺纹接合设置在第一模具140内的安装孔(图内未示出)。
参见图7，讨论光学纤维11的涂覆过程(如图2A所示)，使用上述的涂覆机组件100的一个实施例。光学纤维11前进通过入口模具130和进入第一涂覆贮箱148，其中主涂层材料在压力下保持。入口开孔132的直径最好这样选择，它足够宽，以避免光学纤维11碰撞在其上，以及足够窄，以便使在第一涂覆贮箱148内的增压的主涂层材料有效地保持，而不是通过入口开孔132升起。同样，入口开孔132的直径是这样选择，使空气避免进入第一涂覆贮箱148以及因此进入主涂层32。涂覆主涂层材料时的压力具有两个目的，包括在入口开孔132内密封主涂层材料顶住光学纤维，从而防止气泡的侵入，以及推动主涂层材料通过第一开孔152，以帮助保持主涂层32的直径。
在前进通过第一主开孔152之后，光学纤维11进入第二涂覆贮箱162，在其中一层颜色涂层材料涂覆到主涂层32上。如图所示，第二涂覆贮箱162形成在第一模具140和第二模具160之间，邻接第一开孔152。第二涂覆贮箱162由相同的第二涂覆源105供给。之后，光学纤维11进入第三涂覆贮箱184，在其中一层第二涂覆材料涂覆到颜色涂层34上。第三涂覆贮箱184由第三涂覆源106供给。
涂覆机组件100(图3)还能够使用于进行分别在图2B和2C内所示已涂覆的光学纤维30B和30C的实施例。使用于制造涂覆的光学纤维30B(图2B)的过程与以上讨论的过程相似，其不同之处是颜色涂层材料涂覆在位于第一涂覆贮箱148内的光学纤维11上，主涂层材料涂覆在位于第二涂覆贮箱162内的颜色涂层34上，以及第二涂层材料涂覆在位于第三涂覆贮箱182内的主涂层32上。涂覆的光学纤维30B的颜色涂层34实际上起的功能是作为一个主涂层，它直接地涂覆在光学纤维11上。在此种情况下，颜色涂层材料的模量最好是小于或等于主涂层32的模量。对于涂覆的光学纤维30C(图2C)，主涂层材料涂覆在位于第一涂覆贮箱148内的光学纤维11上，第二涂层材料涂覆在位于第二涂覆贮箱162内的主涂层32上，以及颜色涂层材料涂覆在位于第三涂覆贮箱182内的第二涂层36上。
图8是沿图3的直线8-8切取的涂覆机组件100的横剖面图，示出其全部横截面。图9-11分别地是图8所示的第一模具140，第二模具160，以及第三模具180的详细的横剖面图，以及列出是为了涂覆机组件100的结构的清晰化。应该指出，虽然图3-11示出的主涂层涂覆为单层，这里不是有意地限制涂覆机组件仅为这种形式。例如，实施例能够设想，主涂层32涂覆为至少两个相邻的层，比如位于第一涂覆贮箱148和第二涂覆贮箱162内。这个过程能够获得不同的制造优点，它们在下列待审的美国专利申请中讨论：U.S.Application No.10/376,898，entitled“MULTIPLE FEED APPLICATOR ASSEMBLY FOR COATING OPTICAL FIBERS”，将其列于此处供参考。同样，涂覆主涂覆材料为至少两个相邻的层，要求增加至少一个补充的涂覆贮箱(图中未示出)至涂覆机组件，从而使能够涂覆颜色涂层材料和第二涂层材料。
在一个光学纤维上涂覆一个主涂层，一个第二涂层以及一个颜色涂层用的涂覆机组件也可以看作在一个光学纤维上涂覆一个主涂层，一个第二涂层以及一个颜色涂层的一种方法。在此方面，如图12所示，一个代表性的方法能够广泛地总结为下列的步骤：涂覆一层主涂层至光学纤维上(如方框202所示)，涂覆一层颜色涂层至光学纤维(如方框204所示)，以及涂覆一层第二涂层至光学纤维，其中主涂层，第二涂层和颜色涂层等各层是在其它的各层固化后涂覆的(如方框206所示)。
应该强调，以上所述的实施例仅是可能的实施的实例。许多变动和改进可以列入上述的实施例。所有这样的变动和改进有意地包括在这里的公开内容的范围内，以及由下列的权利要求书保护。