Что такое «оптоволоконное покрытие»?

Глобальный технический центр OFSCN Техническая база знаний OFSCN
1

Что представляют собой цветные нити, которые видны при снятии изоляции с кабеля? Какую защитную функцию они выполняют?

2

Внутри защитной оболочки оптического патч-корда (например, с наружным диаметром 2,0 мм или 3,0 мм), изготовленной из ПВХ/LSZH, и арамидного волокна для растяжения (желтые кевларовые нити) находятся одна или несколько тонких цветных нитей.

Эти цветные нити в оптической и коммуникационной инженерии называются плотно уплотненным волокном (Tight-buffered Fiber), а на более глубоком микроструктурном уровне этот цветной внешний слой представляет собой первичное/вторичное покрытие (Coating/Buffer) и окрашенный слой оптического волокна.

I. Внутренняя физическая структура цветных нитей

Если разрезать эту цветную нить извне внутрь, ее структура обычно состоит из следующих частей:

  1. Плотно уплотненный слой / Вторичное покрытие (Tight Buffer): наружный диаметр обычно составляет 900 мкм (микрометров), изготовлен из пластиковых материалов, таких как ПВХ, LSZH, нейлон или полиэстер, и обеспечивает толстый механический буфер.
  2. Первичное покрытие (Primary Coating): находится внутри плотно уплотненного слоя, непосредственно обернутого вокруг поверхности кварцевого стекла. Наружный диаметр первичного покрытия стандартного одномодового оптического волокна обычно составляет от 245 мкм до 255 мкм, часто используемым материалом является полиакрилат (Polyacrylate).
  3. Окрашенный слой (Coloring Layer): обычно тончайшие слои цветных чернил (толщиной всего несколько микрометров) наносятся на поверхность покрытия для облегчения идентификации и сварки в многоволоконных кабелях.
  4. Оболочка (Cladding): изготовлена из кварцевого стекла, стандартный наружный диаметр составляет 125 мкм.
  5. Сердцевина (Core): основной канал для передачи оптического сигнала, изготовлен из кварцевого стекла. Диаметр сердцевины одномодового оптического волокна составляет всего около 9 мкм.

II. Какую защитную функцию выполняют покрытие и плотно уплотненный слой?

Кварцевое стекло очень хрупкое, а покрытия являются физической основой для практического применения оптических волокон, выполняя четыре важные защитные функции:

1. Предотвращение распространения микротрещин (обеспечение механической прочности)

В процессе высокотемпературного вытягивания кварцевого стекла на его поверхности неизбежно возникают физические дефекты (микротрещины) микронного или даже нанометрового размера. При контакте с воздухом влага из воздуха и механические нагрузки приводят к быстрому распространению этих микротрещин, вызывая хрупкое разрушение оптического волокна при приложении очень малых усилий. Покрытие наносится на поверхность оболочки сразу после формирования оптического волокна, что эффективно изолирует его от влаги и воздуха, предотвращает образование и распространение микротрещин, значительно повышая прочность волокна на растяжение и изгиб.

2. Буферизация микроизгибов и снижение напряжения

При прокладке или сжатии оптического волокна, если поверхность кварца подвергается неравномерному боковому давлению, это вызывает небольшие деформации оси сердцевины, что приводит к серьезным потерям на микроизгибах (Microbending Loss) и утечке оптического сигнала. Покрытие (обычно двухслойная структура из полиакрилата с мягким внутренним и твердым внешним слоем) действует как буферная подушка, поглощая внешние механические удары и стабилизируя геометрическую форму сердцевины, тем самым обеспечивая качество передачи.

3. Физическая и химическая защита от коррозии

Условия эксплуатации оптических волокон сложны. Покрытия защищают кварцевое стекло от физического разрушения под действием кислот, щелочей, солевого тумана, влаги и различных химических растворителей, обеспечивая срок службы оптического волокна в течение нескольких десятилетий (обычно более 25 лет).

4. Идентификация каналов (управление цветом)

В многоканальных оптических кабелях связи и датчиков, в соответствии с международными стандартами, окрашенный слой обозначает волокно с помощью 12 стандартных цветов (синий, оранжевый, зеленый, коричневый, серый, белый, красный, черный, желтый, фиолетовый, розовый, голубой). Это значительно облегчает инженерам на местах группировку и выравнивание при снятии изоляции, соединении (сварке) и техническом обслуживании.

III. Различные технологии покрытий в профессиональной промышленной и сенсорной областях

В стандартных коммуникационных патч-кордах в качестве покрытия обычно используется полиакрилат (Polyacrylate) с более низкой стоимостью и рабочим диапазоном температур от −40 °C до +100 °C.

Однако в суровых промышленных, аэрокосмических и сенсорных условиях с высокой, сверхнизкой или сверхвысокой температурой обычное покрытие из полиакрилата плавится или испаряется. В таких случаях необходимо использовать специальные высокоэффективные материалы для покрытий:

1. Полиимидное покрытие (Polyimide)

Полиимид — это высокоэффективный полимер, обладающий чрезвычайно высокой термической и химической стабильностью. Оптическое волокно с полиимидным покрытием от DaCheng YongSheng (OFSCN®) имеет наружный диаметр всего 155 мкм (что тоньше стандартных 255 мкм, обеспечивает превосходные характеристики тепло- и силопередачи, идеально подходит для изготовления высокоточных температурных и деформационных датчиков) и может постоянно защищать внутреннее кварцевое оптическое волокно в экстремальных условиях от −200 °C до +350 °C.

2. Покрытие с золотым напылением (Gold-coated)

Когда температура окружающей среды превышает 350 °C или даже достигает 700 °C, любое полимерное покрытие обугливается и разлагается. DaCheng YongSheng (OFSCN®) использует чистый золотой материал в качестве покрытия, который служит герметизирующим слоем для защиты от коррозии водородом и обеспечивает превосходную механическую защиту кварцевого стекла при сверхвысоких температурах.