POVRŠINSKA ZAŠČITA OPTIČNIH VLAKEN Jože Brvar 1. UVOD Površino optičnih vlaken, ki se uporabljajo v telekomunikacijah, je treba zaščititi s polimernimi masami, zato da dosežemo zadovoljivo mehansko trdnost, podaljšamo življenjsko dobo (najboljša zaščita zagotavlja delovanje vlaken tudi prek 30 let), da zmanjšamo možnost preostrega zvijanja vlakna, in da povečamo obstojnost na abrazijo. Materiali za zaščito morajo torej ustrezati raznolikim fizikalnim in kemijskim kriterijem zaradi posebnih tehnik nanašanja in zaradi vpliva na zahteve končne karakteristike svetlobnih vodnikov. Na primer: steklo morajo dobro omakati, imeti morajo dobro oprijemljivost, njihovi polimeri pa morajo biti kemijsko odporni, še zlasti proti nabrekanju, ki nastopa ob prisotnosti vode. Pod vplivom UV svetlobe ali toplote morajo hitro polimerizirati, kar o-mogoča velike hitrosti vlečenja. Tem zahtevam ustrezajo: akrilati, imidi, nekateri acetati, delno silikoni in njihovi ustrezno modificirani produkti. Na steklena vlakna se nanašajo med postopkom vlečenja in sicer v enem ali več slojih. V področju za optične komunikacije Centra za elektrooptiko smo razvili tehnike za nanos enojne silikonske in poliimidne ter dvojne akrilatne 2asc!te Ndjvec vlaken zaščitimo z uretan in epok-ss akiilati medtem ko silikonsko zaščito uporabljamo le za specifične zahteve. • 2. SILIKONSKA ZAŠČITA Kemijsko gledano so to dvokomponentni pripravki, ra^toDine dkilsilanov v reaktivnih topilih. Njihove polimere odlikujejo velika Inertnost na vlago skoraj zanemurljivd dcpolimeriz icijd in možnost spreminjanja lomnega količnika v širokem območju Td je lahko vi^ji od k varčnega stekla, kar omogoča zascito vlaken s profiliranim steklenim jedTm ali pa nzji od kvarca kai pa omogoča iz-deldvo PCS vlakna (plastic dad silica) Mdsovnejso uporabo silikonov kor primarno zascito omejujejo: relaiivno dolgi cast utrjevanja (15 mm pri temperaturi 150 C) kar omejuje hitrost vlečenja viaKna, * lepljiva površina zaščite, kljub popolni zamre- žitvi, kar predstavlja težave pri previjanju in kabliranju, * SiH skupine so potencialni izvor H -f ionov, ki vplivajo na povečanje dušenja v vlaknu. 3. POLIIMIDNA ZAŠČITA Poliimidi so novejši materiali, ki polimerizirajo pri relativno visokih temperaturah (350° C). Zaščitni filmi so zelo tanki (2 - 5 um) in niso optično aktivni. Vlakna, zaščitena s temi premazi, se uporabljajo^ v apHkacijah pri povišanih temperaturah (do 600° C). Čistost in homogenost tega materiala je še vedno vprašljiva, kar se odraža na poslabšanih mehanskih lastnostih tako zaščitenega vlakna. 4. AKRILATNA ZAŠČITA Polimerni sistem z akrilatnimi funkcionalnimi skupinami so za zaščito optičnih vlaken najustreznejši pa tudi najbolj raziskani. Utrjujejo pod vplivom UV svetlobe, v nasprotju s silikoni polirnerizi-rajo zelo hitro (čas popolne konverzije je 1 s pri dovedeni energiji 3 J/cm^), kar dopušča velike hitrosti vlečenja (do 300 m/min). Po utrjevanju so zaščitni sloji nelepljivi, trdni in stabilni v zahtevanem temperaturnem območju od-65° C do + 80° C. Zaradi nelepljive in gladke površine akrilati povsem ustrezajo tako pogojem masovne proizvodnjo optičnih vlaken kot zahtevam muderncga Kd^' lai ja. Tipične akrilatne zaščitne premaze sestavljaj * oligomerne komponente, ki predstavljajo osnovo premazov in se lahko razlikujejo po stru-kturi glavne verige, funkcionalnosti in molekulski teži (epoksi, poliestri, polietri, poliester-ure-tan, polieter-uretan). Le-ti so zaestreni z akril-no kislino, oz. obdelani z diizocianatom ali hi-droksiakrilatom. * aktivna razredčila, ki so lahko mono- ali več-funkcionalna, znižujejo viskoznost premazne-ga sistema in z oligomerom utrjujejo. Takšna aktivna razredčila so lahko: trimetilopropen tri-akrilat, heksandiol diakrilat, trietilenglikol akri-lat, neopentiiglikol diakrilat, tetraetilenglikol diakrilat, hidroksietil akrilat, etoksietil akrilat, N-vinilpirolidon, itd. * fotoiniciatorji: pod vplivom svetlobe (X = 300 -400 nm) tvorijo proste radikale, ki sprožijo poltoierizčicijo m nadaljnje zamreženje. Izbira tipa fn konceiitraiije bistveno vpliva na potek m siopsfifo pofimerizacije, s tem pa tudi na fizikalne iascnosls polimera (trdoto, raztezek, na-lezno trdnost elastični modul, Tg, itd). Takšni focoinsriatorjs so bunzoinizopropileter, dietok-siacetonfenon benzsldimetil ketal, benzil-O-e-toKsikčjrbonil monoksim, benzofenon/N-N di-metäi etanol amsn inhibitorji, ki preprečujejo polimerizacijo v času skladiščenja in nanašanja (monoetileterhi-drokinon, hidrokinon, ferotiazin). dodatke za uravnavanje tečenja dodatke za adhezivnost dodatke za prenos polimerne verige dodatke za površinske efekte mehčala druge reaktivne dodatke barvila S kombinacijo vrsie m količine naštetih kompo-neni lahko pod enakimi pogoji polimerizacije do-birrio i eloten spekler utrjenih premazov z različnimi fizikalnimi m kemijskimi lastnostmi. 5. TEHNIKA WANOSA Še nekaj besed o tehniki nanosa primarne zaščite na optična ^akna. Osnova za izdelavo vlaken je surovec (preform) ki ga izdelamo po metodi MCVD (modificirana kem!|ska parna depozicija). Surovec izvlečemo v vlakno na vlečnem stolpu (slika 1)., V isti liniji ^akna (debeline 125 |xm) prevfe-čemo s primarno zaščito (običajno v dveh slojih, prvi je mehkejši, drugi trši) s poinočjo posebne naprave ki jO imenujemo aplikator za primarno zaščito (slika 2). Ta priprava je sestavljena iz rezervoarja 10 kalibrirane kapilare. Doziranje zaščitnega premaza je avtomatsko tvorba zaščitnega filma (debelina 60 - 70 |xm) pa poteka pcxJ pritiskom (0,5 - 2 bar)„ Koosrrukcija aplikatorja je takšna, da zagotavlja vse potrebne hidrodinamske pogoje za tvorbo kompaktnega in enakomernega zaščitnega Tirna po vsej dolžini vlakna. Centričnost zaščitnega sloja, glede na vlakno (toleranca ± 5 |j.m), dose-žerp.o s pomikanjem aplikatorja z mikromanlpula-torp ob hkratni kontroli s pomočjo posebnega laserskega merilca. Sledi polimerizacija s pomočjo UV svetlobe (naprava je shematično prikazara na sliki 3) ali z vplivom povišane temperature, pač odvisno od izbranega tipa zaščite. rneriinik debeline in položaja vlakna SmifiSi I ! plavajoča šoba za nanašanje I primarne zaščite j sistem za polimerizacijo navijalni kolut s konstantnim r«wrom vlečno kokj Slika 1: shema vlečnega stolpa Trenutno izdelujemo optična vlakna s primarno zaščito s hitrostjo 90 m/min. V načrtovanem industrijskem pogonu pa bomo na višjih stolpih za vlečenje dosegli hitrosti okrog 180 m/min. U (fßOfi »auetiiä^a umm suüifbö viaseg Slika 2: aplikator za primarno zaščit© a ZAŠČITENA OPTIČNA VLAKNA V redni proizvodnji imamo tri tipe optičnili vlaken. Za PCS uporabljamo silikonske premaze, za mono in mnogorodovna pa akrilatne. PCS optično vlakno ima stopničasti profil lomnega količnika v izvedbi steklo/silikonski polimer. To je svetlobni vodnik, ki se uporablja za prenos omejenega števila informacij na relativno kratkih razdaljah (povezave med računalniškimi terminali v zaprtih prostorih, prenos informacij v letalih, avtomobilih in plovilih). Prednost PCS vlakna je v enostavni izdelavi (izognemo se izdelavi preforma) in temu sorazmerno nizki ceni. Optične lastnosti, ki jih dosežemo pri takšni izvedbi vlakna, so: slabljenje pri 850 nm: manj kot 10 dB/km pasovna širina pri 850 nm: 40 MHz.km numerična apertura: 0,39 Optične karakteristike mnogorodovnih in eno-rodovnih vlaken z dvojno akrllatno zaščito pa so naslednje: mnogorodovna vlakna: * slabljenje (850 nm): manj kot 2,7 dB/km slabljenje (1300 nm): manj kot 1 dB/km * pasovna širina (850 ali 1300 nm): 600 - 800 MHz.km numerična apertura: 0,2 enorodovna vlakna: * slabljenje (1300 nm): manj kot 0,4 dB/km * slabljenje (1550 nm): manj kot 0,3 dB/km * disperzija: manj kot 3.5 ps/nm.km na intervalu 1285-1330 nm H -siekiehi /AMJE DUŠIKA - EliniCtfl REFIEKIOR -Hfl ŽARNICA - *VARČNA CEV Slika 3: aplikator za primarno zaščito 7. ZAKLJUČEK Ugotovili smo, da bi bila sinteza domače zaščite ekonomsko neupravičena, ker bi bazirala izključno na uvoženih surovinah. Tehnike nanosa zaščite za optična vlakna smo razvili sami, prav tako aplikator, kjer je na originalen način rešen problem centriranja zaščite na vlakno (prijavljena inovacija). Z lastnim znanjem smo osvojili zahtevno tehnologijo izdelave in zaščite optičnih vlaken. Tako lahko tržišču ponudimo optična vlakna, ki po karakteristikah v ničemer ne zaostajajo za vlakni, ki jih izdelujejo proizvajalci s svetovnim slovesom. Dr. Jože Brvar, dipl. ing. Iskra - CEO, Stegne 7 61210 Ljubljana